К выбору безнапорных труб для подземных водоотводящих трубопроводов с использованием графово-матричного метода

Выбор труб для устройства подземных водоотводящих трубопроводов должен базироваться на минимизации затрат [7] на всех этапах жизненных циклов (ЖЦ: проектирование → монтаж → эксплуатация → ремонт → утилизация) трубопроводных систем с определением экономических факторов Э с проведением ТЭО в процессе вариантного проектирования. Однако для проведения ТЭО устройства подземных водоотводящих трубопроводов (для всех предлагаемым на рынке труб) имеющихся на сегодня норм недостаточно.

До сих пор выбор труб основывался в основном на каком-либо одном или нескольких, взятых произвольно, по мнению проектировщика, основных характеристиках, приводимых производителями той или иной трубы. Наиболее часто приводится пять-шесть характеристик. Очевидно, что при выборе труб недостаточно руководствоваться только таким объёмом характеристик, так как имеется достаточное количество важных в той или иной степени и других (табл. 1).

К сожалению, метода «оптимального выбора» для комплексного соотнесения между собой многочисленных важных (и не очень), на первый взгляд, характеристик безнапорных труб до сих пор не существует.

В связи с этим можно с уверенностью утверждать, что назрела острая необходимость в выработке соответствующих методов, которые позволяли бы учитывать не только всевозможные показатели трубопроводных систем, для которых подбираются трубы, но и многие характеристики самих безнапорных труб.

Можно утверждать, что назрела острая необходимость в выработке соответствующих методов, которые позволяли бы учитывать не только всевозможные показатели трубопроводных систем, для которых подбираются трубы, но и многие характеристики самих безнапорных труб. Предлагается использовать графово-матричный метод

На данном этапе разработанности вопроса предлагается использовать графово-матричный метод [8].

Здесь необходимо будет выделять и качественно-количественно определять для каждого конкурирующего между собой вида безнапорных труб приоритетную базовую или основную характеристику Φ₀, а также ряд второстепенных Φ_кi, так или иначе оказывающих влияние на основную характеристику и друг на друга и в результате достаточно быстро устанавливать наиболее предпочтительный вид безнапорных труб для конкретного трубопровода.

В качестве основной характеристики принят интегрированный показатель, связанный с функциональной задачей для безнапорных труб — пропускать расчётные расходы стоков в течение расчётного срока эксплуатации наружных водоотводящих трубопроводов. Параметры устанавливаются в результате совместного проведения гидравлических (расход, гидравлический уклон, внутренние диаметры), прочностных (кольцевая жёсткость труб, модуль деформации грунта, геометрия выемок) и, при необходимости, теплотехнических (с учётом сезонных изотерм вокруг трубопроводов) расчётов (согласно действующим нормам) с использованием соответствующих подходов и, разумеется, с учётом пожеланий заказчика.

Далее для составления семантической и математической моделей и алгоритма решения задачи определения «оптимальных» безнапорных труб составляем общую структурную схему в виде ориентированного графа (рис. 1) связи основной характеристики и 11 условных характеристик [9, 10].

Все они выбраны из всевозможного количества внешних характеристик (табл. 1), условно объективных (ведь некоторые характеристики безнапорных труб перекликаются между собой), вычленить их для выбора оптимальных безнапорных труб с целью последующего устройства наружного водоотводящего трубопровода возможно, естественно, только с известными допущениями и ограничениями. Направления стрелок (кружков), принятые в качестве ограничения, указывают на приоритетную характеристику. Естественно, для других случаев направления стрелок будут отличаться. С учётом этого факта распределяем характеристики с алгебраической записью в виде матрицы инциденций A_i всех возможных сочленений (табл. 2).

В матрице на основе установленных связей (рис. 1) каждой из 12 характеристик (элементы матрицы А) присвоены цифровые значения: «1» — доминирование одной характеристики над другой и «0» — отсутствие доминирования. Численная степень (то есть значимость) доминирования характеристик друг над другом определяется «весом» строки, равной сумме её элементов.

Для расширения диапазона численных значений, а также исключения одинакового веса строк, матрица инциденций A, согласно выражению:

S = А + А₂ + А₄,

преобразовываем в матрицу S (табл. 3).

Для каждого элемента (внешней характеристики) результирующей матрицы S определяется (в баллах) «вес» строк (табл. 4, столб. 14 и 15). Наивысший «вес» имеет Φ_к11 (g₁) — изготовитель (81 балл); вторая по «весу» характеристика Φ_к2 (g₂) — стоимость (41 балл), третья характеристика — Φ_к10 (g₃) — пропускная способность (39 баллов) и т.д. Характеристика Φ_к9 (g₁₁) — ремонтопригодность — имеет наименьший балл (14).

С учётом «веса» строки (табл. 4, см. столб. 1) для каждой характеристики устанавливается свой уровень У_i (табл. 5, столб. 2), который представляется интервалом изменения количества баллов.

Значения верхней границы интервала, увеличенные в 100 раз, — это количество баллов (табл. 3, столб. 15), а нижней — верхняя граница интервала (величина) нижеследующей по весу характеристики плюс один балл (табл. 4, столб. 5).

Каждый уровень У_i при этом подразделяется на подуровни у_i-j (табл. 5).

Из сравнения средних значений получается разница в 30 %, что говорит о предпочтительности труб из полимера со структурированной стенкой относительно бетонных труб. Это подтверждается практикой применения в последнее время практически повсеместно в стране именно таких труб (из полимеров)

По данным табл. 5 составляются анкеты (табл. 6 и 7) на конкурирующие между собой трубы, выбираемые для устройства подземных водоотводящих трубопроводов, например, бетонных (табл. 6) БТ [11] и полимерных со структурированной стенкой (табл. 7) ТПСС [12].

Из сравнения средних значений (табл. 7 и 8 нижние строки) получается разница (3160,2-2423,1) примерно в 30 %, что говорит о предпочтительности труб из полимера со структурированной стенкой относительно бетонных труб.

Это подтверждается практикой применения в последнее время практически повсеместно в стране именно труб со структурированной стенкой из полимеров (рис. 2).

В заключение следует указать, однако, на то, что графово-матричный метод (в рассмотренном в статье виде) нельзя считать завершённым применительно к рассматриваемой проблеме. Налицо имеются вопросы, требующие дальнейшего исследования и проработки.

Необходимо:

• производить сбор, изучение и анализ соответствующего нормативного и фактического материала по различным видам безнапорных труб и по всем этапам ЖЦ подземных водоотводящих трубопроводов в различных условиях строительства и эксплуатации, например, при застройке территории новой Москвы, так как практических данных здесь нет;
• уточнить правильность принятия уровней значимости для характеристик с увеличенным их количеством для выбираемых к использованию безнапорных труб, например, до 19 (табл. 1);
• произвести сопоставление результатов, получаемых по рассмотренному методу и параллельным проведением ТЭО [7], для разных подземных водоотводящих сетей;
• компьютеризировать все расчёты, например, так, как это сделано в ОАО «МосводоканалНИИпроект» д.т.н. О. Г. Приминым и д.т.н. В. А. Орловым для выбора приоритетных участков подземной канализации Москвы для реконструкции [13].

Соответствующая работа по обозначенным вопросам сейчас проводятся в ОАО «НИИМосстрой». О её результатах широкая научно-техническая общественность будет своевременно информироваться в следующих номерах журнала.