РАЗРАБОТКА ПЕРСПЕКТИВНЫХ ПЛАНОВ ЭКСПЛУАТАЦИИ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

Основное назначение ремонтов заключается в гарантированном обеспечении требуемого уровня надежности здания (сооружения), его конструкций и инженерного оборудования. По воздействию на надежность различают три типа ремонтов: ремонты с полным восстановлением эксплуатационных свойств объекта, с минимальным и частичным восстановлением.

При выполнении ремонта с полным восстановлением эксплуатационных свойств объекта обновляются все его основные параметры. Безотказность объекта поднимается до уровня нового изделия в начальный момент эксплуатации (рис. 5.5, а). Как правило, полное восстановление объекта достигается при капитальном плановом ремонте здания или сооружения, когда происходит замена изношенных конструкций и оборудования или выполняются работы по усилению конструкций.

я

т

р₀(о

б

^_р)

ремонта

Т_р - момент проведения

Т_р - момент проведения ремонта

Рис. 5.5. Восстановление безотказности объекта при выполнении ремонта:

а - полное, б - минимальное, в - частичное

Ремонты с минимальным восстановлением эксплуатационных свойств объекта восстанавливают только его работоспособность, оставляя все остальные параметры на том же уровне, какими они были до ремонта. Устраняется сам отказ, а безотказность объекта после завершения ремонта с минимальным восстановлением сохраняется такой же, как до ремонта (см. рис. 5.5, б). Пример минимального восстановления — устранение свища в трубопроводе. Посредством установки хомута утечка из трубопровода прекращается, все его характеристики — степень коррозии, шероховатость внутренней поверхности и т.п. сохраняются без изменений. Обычно минимальное восстановление выполняется при аварийном ремонте, когда невозможно, или отсутствует технико-экономическая целесообразность, выполнить замену отказавшего элемента.

Ремонты с частичным восстановлением эксплуатационных свойств объекта занимают промежуточное положение между ремонтами с полным и минимальным восстановлением. При них восстанавливается работоспособность объекта и несколько поднимается уровень безотказности (см. рис. 5.5, в). Безотказность становится больше, чем до выполнения ремонта, но меньше, чем у нового элемента. Частичное восстановление эксплуатационных свойств происходит при выполнении выборочных капитальных, а также текущих ремонтов зданий и сооружений.

В зависимости от свойств конструкций, их технического состояния, условий эксплуатации, а также от регламента работы эксплуатационной службы ремонты могут проводиться по одной из следующих схем (рис. 5.6):

а) только при отказе объекта выполняется его полное восстановление (по факту отказа). Никакие другие мероприятия по восстановлению работоспособности и безотказности объекта не выполняются (рис. 5.7). Применение такой схемы возможно только для тех конструкций и инженерного оборудования, отказ в работе которых не нарушает безопасности пользования объектом, а также комфортные условия в нем. Как правило, ремонты по факту отказа проводятся для элементов здания, ремонт которых по другим схемам экономически нецелесообразен. Например, замена электроламп в местах общего пользования по

Рис. 5.6. Варианты условий проведения ремонтов объектов

Рис. 5.7. Организация ремонтов по факту отказа объекта

строго определенному плану вряд ли экономически оправдана, а отказ одной из ламп и ее замена в приемлемые сроки не нару-шают условий безопасности и комфортности помещений. При выполнении ремонтов по факту отказа частота отказов (и соответственно аварийных ремонтов) обратно пропорциональна среднему сроку службы элемента:

ав.рем

• (5.2)
• б) строго периодическое выполнение плановых ремонтов. При такой схеме заранее определяется период проведения плановых ремонтов, и, несмотря на состояние элемента, в назначенный момент выполняется его полное восстановление. Если отказ возникает в межремонтный период, то его устраняют посредством аварийного ремонта (рис. 5.8). Недостатком такого метода ремонтов является недоиспользование ресурса многих элементов объекта, поскольку их восстановление не связано с техническим состоянием на момент ремонта. Кроме того, если аварийные ремонты предусматривают полное восстановление элемента, то может возникнуть такая ситуация, что недавно восстановленный элемент подлежит замене при наступлении срока планового ремонта, хотя его ресурс выработан незначительно. Поэтому схему строго периодических ремонтов предпочтительно применять при планировании последовательности комплексных капитальных ремонтов здания или сооружения. В этом случае техничес-

Вариант 1

-> *

Выполнение планового ремонта

Назначенный срок проведения планового ремонта Т_пп

Вариант 2

Работоспособное состояние

проведения планового ремонта Г_пл

Рис. 5.8. Организация строго периодических ремонтов: вариант 1 - до назначенного срока планового ремонта отказы не возникали; вариант 2 - при возникновении отказов до назначенного срока планового

ремонта

кое состояние отдельных элементов является второстепенным фактором по сравнению с необходимостью восстановления эксплуатационных свойств объекта в целом.

При организации ремонтов объекта по строго периодической схеме количество отказов и аварийных ремонтов с минимальным восстановлением, возникающих в период между плановыми ремонтами, примерно можно рассчитать по формуле

= N

МИН

ав

(5.3)

где Т_ср — средний срок службы конструкции; Т_ш — назначаемый период между плановыми ремонтами.

Частота отказов, частота аварийных ремонтов с минимальным восстановлением, а также частота проведения плановых ремон-

/

отк

мин

ав

тов вычисляются как отношение их количества в межремонтный период к его длительности:

(5.4)

Пример. Эксплуатация мастичной кровли «Кровлелит», имеющей средний срок службы 15 лет, связана со следующими затратами, руб./м²:

Стоимость материала конструкции 50

Стоимость планового ремонта 200

Стоимость аварийного ремонта с минимальным восстановлением эксплуатационных свойств кровли 180

Стоимость затрат, связанных с ликвидацией последствий протечек кровли 890

Допустимая частота отказов кровли /_доп = 0,04 1/год. Требуется выбрать межремонтный период, обеспечивающий требуемый уровень надежности кровли и наименьшие приведенные затраты, связанные с ее обеспечением.

Решение. Возможные значения периодичности проведения плановых ремонтов, при которых обеспечивается необходимый уровень надежности кровли, определяется из неравенства

/ = /^мин < /

^отк *ав — ''доп *

Тогда с учетом формулы (5.4) получаем

МИН

ав

Откуда возможный диапазон межремонтных периодов для кровли составит

/доп ? Гер _ 0,04 ? 15²

0,785 0,785

«11,5 лет.

Следовательно, проводя плановые ремонты через время, меньшее 11 лет, мы обеспечиваем требуемый уровень надежности кровли.

Рассчитаем величину приведенных затрат для межремонтных периодов от 1 до 11 лет. Для всех случаев за время Г_пг] будет выполнен один капитальный ремонт кровли с полным восстановлением ее эксплуатационных качеств, т.е. УУ_пл = 1. Число отказов и аварийных ремонтов с минимальным восстановлением рассчитываем по формуле (5.3). Например, для межремонтного периода 1 год

N = N 1 ? _отк 1 1 _ав

МИН

0,0035.

Поскольку в условии не оговорено, что дополнительные затраты, связанные с возникновением отказа увеличиваются во времени, будем считать их постоянными.

Остаточный срок службы кровли при межремонтном периоде 1 год определяем по табл. 5.1 при соотношении Т_ия/Т_ср = 1/15: Т_ост = 0,937 15 = 14,06 лет.

По формуле (5.1) рассчитываем величину приведенных затрат при межремонтном периоде 1 год:

с

при в

Т

С -N +С ? /V +С ? ? N +С

'-'пл ¹ т пл ^ ^ав ¹ т ав ^ '-'доп 'огк ¹ т ав ^ '-'нач

т

ср _

т

пл

200 1 + 180 0,0035 + 890 • 0,0035 + 50 =-1= 205,3 руб./м² • год.

Выполним аналогичные расчеты для других вариантов межремонтных периодов:

Увеличение значений приведенных затрат при малых межремонтных периодах (1, 2 и 3 года) связано с тем, что предполагается замена кровли, практически не использовавшей свой ресурс. Удлинение межремонтных периодов приводит к возрастанию приведенных затрат. Это объясняется тем, что требуется больше затрат на ликвидацию отказов и их последствий, так как частота отказов возрастает. Оптимальным экономическим межремонтным периодом в нашем примере является Т_пл = 7 лет, при котором приведенные затраты по условию обеспечения надежности по эксплуатации кровли имеют наименьшее значение;

в) обеспечить более полное использование ресурса объекта при периодических плановых ремонтах можно следующим образом. Вначале создается перспективный план ремонтов с полным восстановлением, предусматривающий замену элементов через время Т_пл после начала эксплуатации. Если в межремонтный период не возникают отказы, то ремонты проводятся в строгом соответствии с планом. Однако если в период между назначенными плановыми ремонтами элемент отказывает, то выполняется полное восстановление и следующий очередной плановый ремонт проводится не в назначенный срок, а переносится на время Т_ш с момента отказа (рис. 5.9). Такая схема ремонтов называется строго периодическими ремонтами по назначенной наработке объекта.

Несмотря на то что в рассматриваемой схеме проведения ремонтов ресурс конструкций и оборудования используется более полно, чем при применении схемы строго периодических ремонтов, ее применение ограничено следующими обстоятельствами. Во-первых, необходимо вести постоянный учет каждого из выполненных ремонтов отдельно для каждой конструкции, элемента и оборудования здания. Учитывая, что эксплуатационная организация занимается обслуживанием нескольких объектов, число элементов в которых может достигать сотен тысяч единиц, учет выполненных ремонтных работ может быть весьма громоздким и трудно поддаваться оперативному управлению. Во-вторых, схема строго периодических ремонтов по назначенной наработке объекта предназначена для конкретной конструкции или элемента и не связывает между собой периодичность ремонтов даже однотипных элементов. Это неприемлемо при выполнении комплексного ремонта здания (сооружения) или его отдельных систем. Например, при выполнении реконструкции системы отоп-

Вариант 1

Назначенный срок проведения планового ремонта Т

^г пл

Перенос срок проведения планового

Вариант 2 ремонта на момент Т_оак + Т_пп

проведения планового ремонта Г_пл

Рис. 5.9. Схема строго периодических ремонтов по назначенной наработке

объекта:

вариант 1 - до назначенного срока планового ремонта отказы не возникали; вариант 2 - при возникновении отказов до назначенного срока планового

ремонта

ления здания нецелесообразно оставлять в составе новой системы участки трубопроводов или запорно-регулировочную арматуру, выработавшую свой ресурс не в полном объеме по причине замены в межремонтный период. Поэтому схема строго периодических ремонтов по назначенной наработке объекта применяется в основном для единичных, дорогостоящих конструкций и оборудования, восстановление эксплуатационных свойств которых не связано с комплексным ремонтом. Например, восстановление кровли или тепломеханического оборудования тепловых пунктов не требует выполнения ремонтных работ, связанных с другими конструкциями и оборудованием здания. В этих случаях применение рассматриваемой схемы предпочтительно;

• г) существуют более сложные схемы организации периодических ремонтов, обеспечивающих наиболее полное использование ресурса объекта. К ним относятся:
  • • объект восстанавливается после первого отказа, который произошел спустя заданное время Т_ш после предыдущего полного восстановления эксплуатационных свойств. Отказы, возникшие до назначенного момента, устраняются посредством аварийных ремонтов с минимальным восстановлением.

При равных затратах на выполнение ремонтов эта схема эффективнее схемы Б, поскольку при специально подобранном графике ремонтов в достаточной мере исчерпывается ресурс объекта и без дополнительных затрат увеличивается интервал между плановыми ремонтами;

• плановые полные восстановления проводятся как и в предыдущей схеме, но не позднее чем через время г_п^^акс относительно момента последнего полного восстановления эксплуатационных свойств объекта. Очередной плановый ремонт выполняется во временном интервале (Г_пл -7"_пл^акс), отсчитываемом с момента последнего ремонта с полным восстановлением эксплуатационных свойств объекта. При такой схеме ресурс объекта используется в несколько меньшей мере, но при этом гарантируется заданный уровень безотказности.

Как и в случае со схемой В, рассмотренные схемы применимы только для единичных дорогостоящих конструкций и оборудования, восстановление эксплуатационных свойств которых не связано с комплексным ремонтом;

д) скорость и величина старения и износа однотипных конструкций и оборудования, эксплуатирующихся в различных условиях, могут значительно различаться. Поэтому для уточнения межремонтных периодов, а также для предотвращения возникновения отказов в межремонтные периоды предусматривается система осмотров конструкций и оборудования зданий и сооружений. По намеченному графику выполняется проверка технического состояния основных элементов здания. Все неисправности, обнаруженные при осмотре, записываются в специальный журнал проведения осмотров. Затем составляется план мероприятий по ликвидации обнаруженных неисправностей, которые приурочиваются к моменту очередного ремонта, или при необходимости назначается выполнение внепланового ремонта. В последнем случае схема восстановления элементов выглядит следующим образом (рис. 5.10). В соответствии с назначенной

Неработоспособное

Возникновение отказа

состояние

Момент Момент

1 -го осмотра 2-го осмотра

Момент к-го осмотра

Момент (к+ 1)-го осмотра

Рис. 5.10. Схема восстановления эксплуатационных свойств объекта

по результатам технических осмотров

периодичностью Т_ош выполняется осмотр конструкции (оборудования), на который затрачиваются средства в размере С_осм. Если при осмотре обнаруживается неисправность или отказ элемента, то выполняется полное восстановление его эксплуатационных свойств, на которое выделяются средства в объеме С™™.

Организация ремонтов только по результатам осмотров имеет ограниченную область применения, так как до обнаружения неисправности или отказа во время очередного ремонта конструкция или оборудование некоторое время Т_ОТК находятся в неработоспособном состоянии. Продолжительность «скрытого» существования неисправности (отказа) до ее обнаружения во время очередного осмотра примерно может быть вычислена по формуле

(5.5)

ср

где Т_осм — назначенный период проведения технических осмотров;

Т_гп — средний срок службы элемента.

Для того чтобы сократить время неработоспособного состояния элементов здания, одновременно со схемой организации ремонтов по результатам осмотров дополнительно применяют еще какую-либо из рассмотренных схем организации ремонтов, позволяющую эксплуатационной службе получать информацию о неисправности или отказе достаточно быстро после их возникновения.

Если удельные материальные затраты, вызванные неисправным состоянием объекта (например, утечка воды), составляют

С_доп, то приведенные затраты, связанные с обеспечением надежности конструкций и оборудования зданий С_прив, вычисляются по формуле

• (5.6)
• е) зачастую диагностика технического состояния отдельных конструкций и оборудования здания сопряжена техническими сложностями и значительными материальными затратами. Например, контроль состояния трубопроводов небольших диаметров, проложенных в непроходных каналах, требует проведения раскопки, разборки канала и выполнения соответствующих диагностических процедур. По времени выполнения, трудовым и материальным затратам диагностическая операция оказывается соизмеримой с затратами, необходимыми для замены трубопроводов. Если отказ таких конструкций не приводит к нарушению условий безопасности здания или сооружения, а последствия отказа и выполнения аварийного ремонта существенно не влияют на качество функционирования объекта, то возможна организация ремонтов по следующей схеме. Первые (п - 1) отказов объекта устраняются посредством аварийных ремонтов с минимальным восстановлением его эксплуатационных свойств. После возникновения п-го отказа объект восстанавливается полностью. Количество допускаемых аварийных восстановлений (п) определяется из технической целесообразности и экономических соображений. Подобный подход используется, например, в немецком стандарте 7Ж5, который предусматривает «заменять участок водопроводной сети, если случится более одного отказа на определенной протяженности трубопровода в течение двух лет».

Частота возникновения отказов конструкции в зависимости от назначенного допустимого числа аварийных ремонтов п приблизительно может быть рассчитана по формуле

(5.7)

где коэффициент к_п определяется по табл. 5.2.

Частота ремонтов с минимальным и полным восстановлением эксплуатационных свойств объекта вычисляются по формулам

к¹

у'МИН _ *77

ав

т

I

ср

к²

ПОЛИ _ *77

ав

(5.8)

т

ср

1 л

где коэффициенты А_д и к„ определяются по табл. 5.2.

Таблица 5.2

КОЭФФИЦИЕНТЫ ДЛЯ ВЫЧИСЛЕНИЯ ЧАСТОТЫ ОТКАЗОВ И РЕМОНТОВ

Формула (5.1) для расчета приведенных затрат, связанных с обеспечением надежности конструкций и оборудования зданий С_прив, в рассматриваемой схеме организации ремонтов преобразуется к виду

С _ у ПОЛИ ?»ПОЛН у МИН

мин

при в

ав

ав

ав

ав

• 7юП ' ^доп
• (5.9)

Пример. Допустимая частота отказов участка водопроводной сети, имеющей средний срок службы Т_ср = 25 лет, сети /_доп = 0,1 (1/год). Затраты, связанные с минимальными аварийными ремонтами водопроводной сети, составляют 900 руб./м; с полным восстановлением — 4200 руб./м. Потери из-за каждого отказа водопровода составляют 400 руб. Требуется определить допустимое число аварийных ремонтов с минимальным восстановлением эксплуатационных свойств участка водопроводной сети и найти экономически оптимальное число таких ремонтов.

Решение. Возможные значения количества аварийных ремонтов, при которых обеспечивается необходимый уровень надежности водопроводной сети, определяется (см. п. 4.4.2) из неравенства с учетом формулы (5.7)

1г

I > / дг ^хдоп — *отк — ^

ср

Отсюда находим значение коэффициента к_п

кц - ^доп • Т_ср = 0,1 • 25 = 2,5 .

По значению коэффициента к_п = 2,5 из табл. 5.2 выбираем максимальное число п аварийных ремонтов с минимальным восстановлением, при котором обеспечивается требуемый уровень надежности водопроводной сети, п = 7 (ремонтов). Для каждого значения п по формуле (5.9) рассчитываем приведенные затраты. При п = 1:

_ ГПОЛН /ОПОЛН ГМИН /ОМИН , Г

^прив “ -*ав * ^ав * ав * ^ав •'отк ’ ^доп “ = 0,04 ? 4200 + 0•900 + 0,04 400 = 184 руб./год

Выполняем аналогичные расчеты для других значений п:

Число минимальных восстановлений, п

• 2 3 4 5
• 6 7

Приведенные затраты, руб./год

• 184 157,4 153,6
• 155,6 159,2 163,9 169,1

Из выполненных расчетов следует, что при допускаемом количестве ремонтов с минимальным восстановлением п = 3 обеспечивается требуемый уровень надежности участка водопроводной сети при минимальных приведенных затратах на обеспечения надежности.