Nové možnosti softwaru SiteFlow pro provozování vodovodů a kanalizací Aleš Fidler Aquion s.r.o. Dělnická 38, 170 00 Praha 7, e-mail:
[email protected] _____________________________________________________________________________________
Prostředky matematického modelování přinášejí další možnosti využití dat z pasportu pro zpracování generelů, ale také pro použití při realizaci projektových prací a nasazení v řízení v reálném provozu. Tyto metody mohou vést k podstatnému zlepšení návrhu po stránce hydraulické a ke zlepšení plánování. V kombinaci s dalšími analýzami a statistikami jsou silným nástrojem pro řízení firmy v oblasti vodovodů a kanalizací. Základem dobrého řešení jsou data a jejich sdílení. Dalším přínosem je propojení s provozní evidencí. Řešení generelu a následné projekční práce na realizaci opatření bývají v mnoha případech od sebe izolované. Vhodným řešením je koncept pasport generel návrh opatření. Takový komplexní přístup vyžaduje použití vhodného systému. V současné době je matematické modelování při projekčních pracích používáno spíše zřídka. Dostupné softwary spojující data z pasportu, posouzení sítě a projektové výstupy, jsou již k dispozici. Podstatným problém se složitým převodem datových formátů mezi jednotlivými aplikacemi je již minulostí. Článek se zabývá analýzou situace a možností využití modelů vzhledem k potřebám praxe systému koncepčního řešení a realizace opatření. 1 ÚVOD Provozovatelé vodovodů evidují údaje o síti v různé podobě od starých papírových map po geografické informační systémy. Jedním společným znakem těchto způsobů evidence je malé využití potenciálu, který data skýtají. Poměrně často tvoří jediný živý informační zdroj pracovníci z provozu, kteří znají systém zpaměti a mapy používají jako doplňkovou informaci. Hydraulický systém je pak řízen citem a na základě hodnot na dispečinku. Rizikem pak je odchod pracovníků z firmy a tím i faktická hrozba ztráty znalostí, které se vedení firmy vystavuje. 2 DATA, ZNALOSTI, VYUŽITÍ Z hlediska dlouhodobé stability systému je důležité udržovat znalosti o systému na potřebné hladině a co nejvíce je využívat. Tento přístup umožňuje optimalizovat provoz z ekonomického hlediska, což je kromě stability provozu jedním z důležitých hledisek. Správně vybudovaný systém umožňuje potřebné využití dat. Pasport může kromě základních popisných informací přinášet i podstatné informace o chování sítě, statistiky, provozní údaje, atd.. Matematický simulační model využívá prostorová data. Můžeme z tohoto důvodu při využití vhodné datové struktury uplatnit sinergický efekt těchto dvou nástrojů. Využívají stejné grafické prostředí ale informační hodnota je podstatně vyšší. Využití této aplikace můžeme najít celou řadu. Důležitá je kromě optimalizace sítě samé i optimalizace využití dat. Stejný zdroj může být využit hned v několika návazných krocích i když se tak velmi často neděje.
217
V praxi jsou čtyři stupně, ve kterých jsou geografická data využita: 6 pasport 6 generel 6 projekční práce a realizace 6 provoz sítě
provozní záznamy / analýzy matematický simulační model / návrh optimalizace provozu řízení sítě / kontrola
Můžeme mluvit o podstatné trhlině, která byla mezi těmito jednotlivými stupni při předávání dat, bez kterých se není možné obejít. Pokud každý z těchto stupňů používá jiný software, nebo software s podstatně odlišnou strukturou na které pracují, je transformace dat nákladná a podstatně se snižuje efektivita celého systému. Když se k výše uvedenému problému přidá malý přístup k datům pro ty, kteří je potřebují, je stávající využití v provnáním s potenciálem, který máme k dispozici minimální. Vhodným řešením je jeden software, na kterém je možné spravovat většinu těchto potřebných kroků ať už přímým sdílením dat nebo přístupem k nim. Takový systém má vlastnosti: 6 geografického informačního systému (správa dat, analýzy, statistiky) se snadnou obsluhou a grafickými a datovými výstupy 6 matematického simulačního modelu (hydraulika sítě, scénáře manipulací) 6 výstupů pro realizaci opatření Tento koncept je obsažen v softwaru SiteFlow, kde v jednom grafickém prostředí existuje řešení pro všechny kdo mají co do činění s vodovody a kanalizacemi. Nové softwarové prostředky vzhledem k zjednodušení obsluhy a podstatně příznivější ceně mohou využívat i menší provozovatelé. Dostupnost řešení, které zlepšují jejich práci se výrazně zvýšila. Matematické modelování už není jen výsadou velkých provozních celků. 3 ROZŚÍŘENÍ VYUŽITÍ MATEMATICKÝCH SIMULAČNÍCH MODELŮ Simulační modely byly dříve využívány jednoúčelově pouze pro posouzení při zpracování generelu. Jejich využití je ale podstatně širší. Důležitým bodem je návaznost na realizaci navržených opatření a další průběžné využití modelu. Vodovodní síť je citlivá v otázce tlakových poměrů, kvality vody, její zdržení v síti a ztrát vody. To je několik aspektů, které mohou jít i vzájemně proti sobě. Pokud se odstraňují nedostatky na základě částečné znalosti systému může být závěrečná bilance nepříznivá. Metoda pokus omyl se může prodražit. Při koncepčním přístupu je podstatně vyšší jistota efetivity vynaložených nákladů. Obvykle není možné na základě dat z dispečinku nebo terénním průzkumem správně zodpovědět otázku, jaké opatření je třeba provést, jaké zásahy do sítě jsou postačující. V ruce je tato úloha prakticky neřešitelná, nebo značně zdlouhavá. Díky metodám matematického modelování, jejichž použití se stalo při zpracování generelů samozřejmostí, jsou problematická místa v síti dobře nalezena a především získáváme dobrou znalost o chování systému jako celku i jeho dílčích částí. V ideálním případě následuje návrh řešení a jeho uvedení do praxe. Je třeba říci, že zpracování pasportu a generelu vede ke značným úsporám a vložené investice se obvykle mnohonásobně vrátí. Úspory jsou v oblasti projektových prací, při realizaci díla a v samotném provozu. Nejdůležitější je, že vzniká stabilní základna pro pro rozvoj a provoz firmy, na které lze stavět.
218
Novým trendem je využití modelových prostředků nejen pro zpracování generelů, ale také pro projekční práce. Idea je jednoduchá. Model nemusíme aplikovat jen jednou při zhotovení generelu, můžeme ho použít také pro zpracování projektů. Běžně užívané metody hydrotechnických výpočtů používané při projekčních pracích vycházejí z posouzení kanalizace na kapacitní plnění. Vzhledem k jejich charakteru může snadno dojít k tomu, že bude potrubí předimenzované nebo naopak dojde k nepříznivým hydraulickým jevům. Tyto problémy není možné běžně odhalit v souvislostech a nezbývá, než je řešit zpětně po dokončení díla. Matematické modely tuto otázku řeší velmi uspokojivě. Berou v úvahu všechny složité hydraulické jevy. Vzhledem k tomu, že máme k dispozici matematické modely, dosáhneme podstatně lepších výsledků a návrh může být kapacitně a hydraulicky vhodně optimalizován. Starší softwarová řešení umožňovala odděleně řešit jednotlivé úlohy. Buďto řešila matematické modelování nebo byla vhodná pro vytváření výkresů a projektové dokumentace. Trh potřeboval programový prostředek, který by propojil teoretické vlastnosti matematického modelu s praktickými funkcemi pro projekční práce. Vznikl tak koncept uceleného uzavřeného systému, kde je vše řešeno v rámci jednoho programového prostředku a na společných ucelených datech. Jestliže dostane projektant k dispozici zkalibrovaný model z generelu, může bez problémů připojit nově projektované části a ověřit jejich interakci se stávající kanalizační sítí. Velmi podstatnou výhodou je, že je možné operativně posoudit případné změny oproti projektové dokumentaci během výstavby. Matematický model se dokonce současně dočasńě aktualizuje do doby než je zapracováno zaměření skutečného stavu.
Obr. 1 – Ukázka výstupu podélného profilu do DXF formátu. Úspory popisovaného postupu jsou: 6 v pořizovacích nákladech softwaru (jeden místo tří) 6 na sestavení modelu při použití stejných dat bez nutnosti převodů 6 usnadnění a zrychlení projekčních pracích (nástroje pro projektanty) 6 na nákladech při realizaci díla (optimalizace návrhu) 6 při aktualizaci modelu Dochází tak ke značnému zlevnění nákladů na pořízení a provoz systému.
219
Matematický model začne plnit ještě jednu funkci. Bude významným datovým formátem pro komunikaci mezi správcem infrastruktury a projektanty. Data matematických modelů mají ve své podstatě formu svébytného GISu. Projektant bude přebírat kvalitní podklady, které nebude muset již nijak dál zpracovávat a bude mít velmi přesné informace o prostorové poloze sítí, DN a materiálu potrubí. Investor naopak bude moci kontrolovat výsledky a přebírat data již doplněného modelu zpět.
Obr. 2 – Ukázka zobrazení dat - GIS Vodovod je stavba, která se staví na dlouhé časové období. Je stavbou nadčasovou. Nebezpečím drobných staveb a oprav je možnost přetížení systému nebo jeho stability. Výsledkem mohou být problémy s tlakovými poměry, zvýřením kalů apod. Řešení je přitom otázkou posouzení několika variant, které ale není možné bez vhodných podkladů. Díky integrovanému přístupu se odstraní finanční náklady na další nutná opatření. Základem každého řešení je jediná věc. Je jím kvalitně zpracovaný pasport vodovodní sítě postavený s průběžnou aktualizací. Systematickým přístupem je pak matematický model již prakticky zpracovaný. Je přirozené, že nelze najít řešení bez prostorové představy o rozložení sítě, světlostích potrubí, uzávěrech, atd.. V provozu se často ve snaze ušetřit, tento faktor podceňuje nebo se situace řeší pouze částečně ad hoc. Úspory se obvykle projeví ve zvýšených nákladech. My pro tento způsob zpracování dat používáne software SiteFlow. 4 NESTAČILO BY SE DRŽET ZÁVĚRŮ GENERELU? Použití modelu pro projektové práce a generel si vzájemně nekonkurují. Naopak, každý má své přesně dané místo a jeden podporuje druhý. Z generelu vychází koncepce, z projektových prací reálné detailní řešení. Když je návrh hotový a zrealizovaný, je možné jej začlenit do modelu v generelu. Přepočtem můžeme projekt dobře optimalizovat.
220
Pokud chceme použít matematický simulační model výlučně jen pro projektové práce je jeho použití zcela bezproblémové. Okrajové podmínky řešení jsou dostatečně známé a matematický aparát je dostatečně prověřený. Software sám však za projektanta nic nenaprojektuje. Základem bude vždy odborná dovednost a zdravý přístup k věci, stejně jako snaha dosáhnout dobrého výsledku. 5 KUDY VEDE DALŠÍ CESTA Brzdou pro výraznější používání matematických modelů byla jejich jednostrannost a vysoká cena. Pro projektanty bylo těžko akceptovatelné vydat značné sumy za uživatelsky nesnadno ovladatelné programy, pro které se obtížně připravovala data. S jinými daty pracoval model, jiné měl projektant pro projektovou dokumentaci. Stačila jedna malá prostá věc, doplnit matematické modely o vhodné výstupní formáty pro projektovou dokumentaci. V současnosti vyspělé programy s pokročilou správou GIS dat matematického modelu již umožňují vytvářet vektorové výkresy pro projektovou dokumentaci, protokoly výpočtů, grafy a ekonomické analýzy. Pro použití nových přístupů mluví mnohé. Co nám mohou přinést? Kromě toho, že výrazně zvýší produktivitu práce, přispějí především k podstatné optimalizaci hydraulického návrhu stokové sítě. Základní ideou je „méně kreslení, více projektování a času na optimalizaci technického řešení“. Pokud je počítačový model dobře vybudován, tak v mnoha ohledech naplňuje rysy GIS systému a plným právem vzniká požadavek, aby se ho využívalo. Model totiž popisuje velké množství přesně lokalizovaných dat o kanalizační síti. Např. již zmíněný software SiteFlow2005 výborně odpovídá i jako GIS řešení pro malé organizace. Kladu si otázku: musím nutně kreslit pouze do CAD výkresů? Proč bych nemohl rovnou svůj projekt vytvářet ve formě GISu a přímo ve 3D?
Vytvoření trasy v situaci Nástroje pro správu výkresu: Výškově řešení trasy: Koordinace s ostatními inženýrskými sítěmi: Hydrotechnické výpočty Ekonomické analýzy
CAD stejné
SiteFlow stejné
stejné
stejné
samostatný výkres, odečítání délek a kót
interaktivní editace v podélném profilu zobrazují se v podélném profilu matematický model jsou stejné (lze opětovně vygenerovat po libovolné opravě) data jsou jak v grafice, tak v datových tabulkách je jedním z modulů plná (mezi všemi výstupy) jsou
ručně ručně nemá
Výkresové výstupy
stejné (ručně nebo poloautomaticky)
GIS formát
obvykle nemá
DMT někdy ano Konzistence obsahu dat obtížná Hromadné editace dat jsou Tab. 1 – Porovnání klasických systémů se SiteFlow
221
Z tabulky je zřejmé, že rozdíl stylu práce v CAD systému se od práce v nových softwarových prostředcích výrazněji neliší. Obrovský rozdíl je však v dosažených výsledcích a efektivitě práce. Na závěr je potřeba říci, že popisovaná řešení ještě zdaleka nevyčerpala potenciál oboru. V blízkém výhledu je spolupráce s dalšími typy programů zaměřená na majitele a provozovatele inženýrských sítí. Dalším krokem by mohlo být usnadnění vypracování vodohospodářské evidence a výkazů pro stát.
Obr. 3 Grafické zobrazení hodnot v situaci 6 ZÁVĚR Propojení matematických modelů s nástroji určenými pro projektanty je trend, kterým se bude současné projektování a správa infrastruktury ubírat. Je třeba zvýšit využívání získaných dat. Toto propojení je vhodné a přináší vynikající výsledky. Výhodami jsou především optimalizace řešení, podpora rozhodování, finanční úspory, maximální efektivita práce. Nový datový formát se stane hlavní komunikační platformou mezi provozovateli a projektanty. Vodní hospodářství zažije velké propojení GIS a matematických modelů.
222
