О РИСКЕ ОШИБОЧНОЙ ДИАГНОСТИКИ ПРИ ОБСЛЕДОВАНИИ НЕСУЩИХ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Семко Александр Владимирович – Заведующий кафедрой архитектуры
и городского строительства Полтавского национального
технического университета имени Юрия Кондратюка,
доктор технических наук, профессор,
академик Академии строительства Украины

Воскобойник Елена Павловна – Докторант кафедры конструкций из металла,
дерева и пластмассы, старший научный сотрудник Полтавского
национального технического университета имени Юрия Кондратюка,
кандидат технических наук

---

Контроль технического состояния несущих строительных конструкций при обследовании зданий и сооружений приобретает все большее значение с увеличением износа основных фондов предприятий, построенных в 60-70 годы ХХ века, – в период массового строительства в СССР. Проблема определения технического состояния конструкций с учетом риска отказа была поднята в работах Перельмутера А.В. [1, 3], Савчука В.П. [4], Чиркова В.П. [2], Тамразяна А.Г. [5] и приобрела развитие в работах Савицького Н.В. [6, 7], Худолея Е.Ю. [8], Семко А.В. [9].

Проведенный анализ свидетельствует, что стратегия эксплуатации зданий и сооружений основывается на принятии решений в условиях вероятностной неопределенности – отсутствии полной информации относительно параметров объекта строительства, полученной в результате выборочного контроля качества, обследования и диагностирования технического состояния. В качестве инструмента решения задач, связанных с обеспечением конструкционной безопасности и надежной эксплуатации объектов строительства, целесообразно применять теорию рисков. С математической точки зрения теория рисков является разделом теории вероятностей. Практически наиболее широкое распространение теория рисков получила в финансовой области применения: банковское дело и страхование, управление рыночными и кредитными рисками, инвестициями, бизнес-рисками, телекоммуникациями. Но на сегодня активно развиваются и нефинансовые направления, связанные с решением проблем угроз здоровью людей, окружающей среде, рисков аварии и т.д.

Таким образом, страхование технических рисков может служить эффективным экономическим механизмом обеспечения качества строительной продукции и конструктивной безопасности эксплуатируемых зданий и сооружений. Однако, в отечественной строительной практике страхование строительно-монтажных и технических рисков пока не получило широкого применения по целому ряду причин, в том числе и из-за отсутствия достоверной статистической информации об убытках при авариях строительных конструкций, особенно, если эти аварии происходят без человеческих жертв.

Цель статьи состоит в анализе вероятности ошибочной диагностики при выборочном обследовании строительных конструкций. Предложенный в статье аппарат может использоваться инженерами-проектировщиками, специализированными организациями, занимающимися обследованием конструкций, а также специалистами-актуариями для расчета актуарного страхового риска при страховании объектов недвижимости с учетом их фактического технического состояния.

Вопросы дисконтирования и финансовой амортизации основных фондов в статье не рассматриваются, хотя при необходимости они могут быть достаточно легко учтены в рамках предложенной методики.

Предлагается рассматривать потери от аварии П_о, включающие такие составляющие:

П_о = П_к + П_об + П_п + П_в + П_л ,                           (1)

где   П_к – стоимость разрушенной конструкции (системы);

П_об – стоимость оборудования, пострадавшего при отказе конструкций;

П_п – стоимость простоя, или потери от невыпущенной продукции;

П_в – стоимость восстановления конструкции (системы);

П_л – неэкономические потери:

П_л = Р_л × N_л × С_л,                                           (2)

где   Р_л – вероятность пребывания количества N_л людей в зоне разрушения (отказа) конструкции (системы) за весь период эксплуатации;

С_л – страховые выплаты при гибели человека.

Риск – как количественная характеристика возможных потерь, причиненных случайными непредусмотренными событиями, которые вызывают частичное или полное разрушение сооружения, может быть выражен следующим образом:

R = R = P_rob (F) × С,

где   R = P_rob – вероятность аварии;

С – количественная характеристика последствий (количество пострадавших, потери времени или денег).

Риск потерь при отказе (аварии) составляет

R_А = Q_K × П_о,                                           (3)

где   Q_K – вероятность отказа конструкции (системы).

Риск потерь при нецелесообразном усилении составляет

R_ус = k × С_ус,                                             (4)

то есть равен стоимости конструкции усиления (С_ус) с коэффициентом k, который учитывает технологические особенности выполнения усиления.

Усиленная конструкция имеет вероятность отказа Q_к,ус, при этом, как правило

Q_деф >> Q_о » Q_к,ус,                                  (5)

где   Q_деф – вероятность отказа конструкции с дефектом;

Q_о – вероятность отказа конструкции без дефекта;

Q_к,ус – вероятность отказа усиленной конструкции.

Таким образом, исходя из экономической целесообразности, при принятии решения о необходимости выполнения усиления конструкций с дефектами должно анализироваться соотношение риска потерь от отказа неусиленной конструкции с дефектом R_деф и риска потерь при нецелесообразном усилении R_ус − которое было принято в результате ошибочной диагностики, т.е.

R_деф > R_ус,                                            (6)

или

В_о × Q_деф – В_о × Q_ус – k × С_ус > 0.                         (7)

Кроме того, предлагается ввести понятие вероятности ошибочной диагностики элемента или конструкции обследуемого объекта. Ошибочность диагностики может заключаться как в отнесении аварийной или неработоспособной конструкции (элемента) к категории работоспособных (т.е. возникает неучтенный риск отказа), так и наоборот − отнесении работоспособного элемента к категории неработоспособных (риск запаса − убытки от ненужного усиления). Понятие «ошибочной диагностики» тесно связано с четкостью определения и разграничения технических состояний элементов и конструкций. В случае, когда технические состояния элементов резко и однозначно отличаются, при этом их диагностика также однозначна и безошибочна, то вероятность пропущенной аварийной конструкции определяется соотношением объема выборки детально обследованных конструкций (по которой делается заключение о техническом состоянии) к общему количеству конструкций (элементов) здания (системы). Но в действительности критерии технического состояния для элементов и конструкций размыты, даже при выполнении обследований одним специалистом, который имеет достаточный уровень квалификации. К тому же, как правило, обоснованность (объективность) решения о состоянии конструкции зависит от глубины, уровня и объема ее обследования.

Различают [11, 12] несколько уровней обследования:

• визуальное обследование;
• инструментальная фиксация количественных параметров дефектов и повреждений (измерение отклонения геометрических размеров, деформаций);
• определение постоянных и уточнение временных нагрузок, изучение физико-механических характеристик материалов, включающее разрушающий и неразрушающий контроль прочности.

Согласно действующим на сегодняшний день в Украине нормативным документам [11] различают четыре технических состояния несущих и ограждающих конструкций, а также зданий и сооружений в целом: І (нормальное), ІІ (удовлетворительное), ІІІ (непригодное к эксплуатации), ІV (аварийное). Конструкции, которым в результате обследования присвоена категория технического состояния ІІІ или ІV, подлежит усилению или замене.

Учитывая вышеизложенное, при эксплуатации зданий возникает следующая задача. Например, у владельца (заказчика) имеется N строительных конструкций. Он подозревает, что n из них (n ≤ N) аварийные или непригодные к эксплуатации (состояние III или IV). При отказе (аварии) этих конструкций сумма возможных потерь составляет По. Тогда риск убытков при отказе:

R₀ = Q × П_о,                                                 (8)

где   Q − вероятность отказа конструкции.

Заказчик, как правило, не имея собственных высококвалифицированных специалистов, которые могли бы дать достоверную оценку вероятности отказа Q, может:

1) провести обследование собственными силами, тогда С_обс1,min, получив при этом достаточно низкую доверительную вероятность оценки вероятности отказа Q (Р_обс2,min) или большой интервал [Q_min; Q_max];

2) в предельном случае можно собственными силами разобрать и испытать весь объем эксплуатируемых конструкций, при этом стоимость обследования будет максимальной (С_{обст1,max}) и практически равна П_о:

С_обс1,max » П_о – П_об – П_л,                                        (9)

а достоверность полученных результатов составит Р_обс1,max → 1.

3) владелец может нанять соответствующих высококвалифицированных специалистов (специализированную организацию), которые могут дать оценку Q с высокой доверительной вероятностью Р_обс,2. В этом случае доверительная вероятность экспертной оценки Q будет также зависеть от стоимости обследования (С_обс2,max или С_обс2,min − в зависимости от затрат времени и глубины обследования):

кроме того, при необходимости усиления:

С_обс = С_ус £ R₀.                                    (13)

В результате из общего количества эксплуатируемых конструкций N, определяют n конструкций с дефектами, которые относятся к состоянию ІІІ (непригодное к эксплуатации) или ІV (аварийное) и требуют усиления (n ≤ N).

Вероятность отказа конструкций, пребывающих в техническом состоянии І (нормальном) или ІІ (удовлетворительном) – Q_o, риск потерь от отказа таких конструкций соответственно составляет:

R₀ = Q₀ × П_о.                                          (14)

Величина R_o является «приемлемым риском заказчика».

Вероятность отказа конструкций, которые относятся к состоянию ІІІ (непригодному к нормальной эксплуатации) или IV (аварийному) соответственно составляют значения Q_III и Q_IV , а риск потерь от их отказа:

R_ІІІ = Q_III × П_о,         R_ІV = Q_IV × П_о.                 (15)

Риски R_ІІІ и R_ІV – являются «неприемлемыми рисками заказчика», то есть необходимо вмешательство в процесс эксплуатации таких конструкций − их усиление (ремонт).

Границей между величинами рисков R_o и R_ІІІ (R_ІV), а следовательно и техническими состояниями является стоимость ремонта (усиления) конструкций С_рем.

Итак, когда:

1) стоимость ремонта превышает риск потерь от возможных убытков при отказе конструкции С_рем > R, тогда это риск R_о − с экономической и страховой точки зрения выполнение ремонта (усиления) нецелесообразно;

2) стоимость ремонта меньше или равна риску потерь от возможных убытков при отказе конструкции С_рем ≤ R, тогда это риск R_ІІІ, или С_рем << R(R_ІV).

 

Выводы

 

1. Предложенный в статье подход позволяет:

• определить объем «глубокой выборки» обследуемых конструкций исходя из анализа риска ошибочной диагностики и риска исполнителя (обследователя) и заказчика;
• определить стоимость обследовательских работ и усиления в зависимости от анализа риска возможных потерь при отказе (аварии) и неопределенности экспертной оценки технического состояния конструкций;
• решить задачу разграничения технических состояний строительных конструкций (особенно состояний II и III) на основе анализа соотношения рисков возможных потерь и рисков заказчика и поставщика (обследователя). Предложенная методика позволяет оценить риск от нецелесообразного усиления (ошибочного отнесения удовлетворительной конструкции к состоянию III) и наоборот «пропуска» аварийной или непригодной к эксплуатации конструкции.

2. Методика оценки страховых рисков позволяет определить оптимальную стоимость обследования. Для заказчика выгоднее избежать лишних затрат по ремонту (усилению) конструкций, особенно если возможные потери от их отказа незначительны и носят локальный характер. В то же время для специализированной организации, выполнявшей обследование, менее рискованным является увеличение количества усиливаемых конструкций.
3. Предложенный аппарат теории страховых рисков позволяет шире внедрить страхование строительных конструкций при эксплуатации и реконструкции.

 

Библиографический список

 

1. Перельмутер А.В. Избранные проблемы надежности и безопасности строительных конструкций / А.В. Перельмутер. – К.: УкрНИИпроектстальконструкция, 2000. 216 с.
2. Чирков В.П. Прикладные методы в теории надежности в расчетах строительных конструкций: Уч. пособие для вузов ж.-д. транспорта / В.П. Чирков. – М.: Маршрут, 2006. – 620 с.
3. Гордеев В.Н. О проекте ДБН «Общее принципы обеспечения надежности и безопасности зданий, сооружений, строительных конструкций и оснований» / В.Н. Гордеев, М.А. Микитаренко, А.В. Перельмутер // Будівельне виробництво: міжвідомчий наук.-тех. зб. — К., – 2003. — №44. — С. 50-
4. Савчук В.П. Байесовские методы статистического оценивания: Надежность технических объектов / Савчук В.П. – М.: Наука, 1989. – 328 с.
5. Тамразян А.Г. К оценке определения риска чрезвычайных ситуаций по основным признакам его проявления на сооружения / А.Г. Тамразян // Бетон и железобетон. – 2001. – №5. – С. 8-10.
6. Савицький Н.В. Методология диагностики и оценки технического состояния несущих железобетонных конструкций / Е.Ю. Худолей, А.Н. Савицкий, Т.Д. Никифорова // Новини науки Придніпров’я. – №4. – 2004. – С. 46-52.
7. Савицький Н.В. Интервальный метод для анализа неопределенностей в конструкциях с большим числом параметров / Н.В. Савицький, А.Е. Бауск // Теоретические основы строительства / Сб. науч. тр. ПГАСА и Варшавского технического университета. – Варшава, 2007. – Вып. 15. – С. 33-41.
8. Худолей Е.Ю. Диагностика и оценка технического состояния железобетонных конструкций на основе выборочного контроля: дис. … канд. техн. наук: 05.23.01 / Е.В. Худолей. – Днепропетровск, 2004. – 185 с.
9. Семко А.В. К определению коэффициента надежности по назначению с учетом рисков в строительстве/ Семко А.В. Пичугин С.Ф. Махинько А.В. // Известия вузов. Строительство. – Новосибирск, – 2005. — №11-12. – С. 104-109.
10. Семко О.В. Імовірнісні аспекти розрахунку сталезалізобетонних конструкцій / О.В. Семко – К.: Сталь, 2004. – 320 с.
11. Нормативні документи з питань обстежень, паспортизації, безпечної та надійної експлуатації виробничих будівель i споруд. Затверджені спільним наказом Державного комітету будівництва, архітектури та житлової політики України та Держнаглядохоронпрацi України від 27 листопада 1997 р. за № 32/288.
12. ДБН 362-92. Оцінка технічного стану сталевих конструкцій виробничих будівель і споруд, що експлуатуються.