Příspěvek se zabývá novým způsobem projektování kanalizací a to pomocí řešení založeném na modelu. Toto řešení přináší časové úspory při tvorbě projektové dokumentace až 70 % a zároveň pomáhá eliminovat formální chyby v dokumentaci. Při tvorbě modelu je možné editovat situaci, podélné profily nebo data modelu. Možnost simulačních výpočtů dává projektantovi větší jistotu při správném a ekonomicky vhodném návrhu řešení. Software SiteFlow je doplněn o webové mapové služby, polygony - interaktivní katastrální mapu a digitální model terénu. Představuje nástroj, díky němuž mohou uživatelé snadněji, pohodlněji a kvalitněji pracovat.
Rekonstrukce kanalizací: význam plánování rozvoje a projektování založeném na modelu z hlediska budoucích investičních úspor a zlepšování provozu
Lubomír Macek, Ján Škripko
Aquion, s.r.o.: Osadní 324/12a, 170 00 Praha 7, konference: Podbanské 14. - 16.10.2013
Klíčová slova
Projektování kanalizací, řešení založené na modelu, simulační výpočty kanalizací, webové mapové služby, interaktivní katastrální mapa, polygonová topologie.
Úvod
Projektant pracující na projektu výstavby nebo rekonstrukce stokových sítí potřebuje pro vhodný návrh řešení dostatečnou znalost stávajícího stavu řešeného trubního úseku nebo objektu. Tyto znalosti jsou v některých případech bez informací o navazujících částech sítě prakticky nepoužitelné. Empirické zkušenosti, kvalitně zpracovává data v GIS systému a databázích od provozovatele jsou cenným materiálem o stávajícím stavu. K znalostem o fungování budoucího stavu po rekonstrukci ještě ve fázi projektových prací je možné dojít několika cestami. Jednou z nich je projektování v programu založeném na modelu (,,model based solution") umožňující projektantovi a správcovi kanalizace zrychlit proces přípravy příloh projektové dokumentace, čím získá více času pro analýzu projektu a zároveň poskytuje nástroj pro správné navržení a ověření návrhu rekonstrukce. Jak rychleji a tím pádem levněji vytvořit projektovou dokumentaci? Je žádoucí vědět, jak ovlivní výstavba nebo rekonstrukce kanalizace její další části ve směru po nebo proti směru proudění? Přemýšlíme, zda má navrhované řešení kapacitu i pro další rozvoj lokality? Tyto otázky jsou samozřejmostí pro každého provozovatele a pověřeného projektanta. SiteFlow, program pro správu, projektování a simulační modelování kanalizací, s možností simulačního modelování otevřených kanálů je příkladem nástroje využitelného pro tyto účely.
Software - řešení založené na modelu
Řešení založené na modelu (,,model based solution") definující program SiteFlow znamená, že všechny vlastnosti kanalizace jsou uloženy v datové struktuře, která kanalizaci popisuje (Obr. 1). Tato datová struktura se projevuje na jedné straně jako výkresová dokumentace - například v podobě stavebních a hydrotechnických situací nebo situací vytyčovacích bodů, podélných profilů. Zároveň jsou tato data dostatečná k tomu, abychom mohli spočítat velikost výkopových prací nebo simulačním modelem počítat rychlosti, průtoky, tlaky, koncentrace látek ve stokové síti nebo četnost přepadů z odlehčovacích komor aj.
Obr. 1 Rekonstrukce inženýrských sítí a komunikací v ulici Mariánská v Příbrami. Prostorová koordinace všech řešených sítí včetně přípojek bylo usnadněno využitím programu založenému na modelu.
Nový přístup k projektování
Projektantovi přináší řešení založené na modelu zrychlení práce. Efektivní projektování
SiteFlow® poskytuje automatizaci polohového a výškového řešení a návrhu trasy sítě s dobrou kontrolou dat. V počátku práce je nutné přivyknout tomu, že nekreslíme situaci, ani nesestavujeme podélný profil, ale tvoříme model kanalizace, z něhož výkresovou dokumentaci vygenerujeme. Z počátku nám tento postup může připadat pracnější, zejména proto, že vyžaduje pečlivěji pracovat na datovém modelu kanalizace. Po zácviku a pochopení principů práce dochází k velkému nárůstu produktivity práce při tvorbě situací, podélných profilů a dalších částí dokumentace. Cesta od plánovacího procesu rekonstrukce přes projektovou dokumentaci až po realizaci často vyžaduje revizi a změny v návrzích v projektu. Vytvořený datový model stokové sítě umožňuje na tyto změny reagovat flexibilně s minimální pracností. Změna jednoho parametru se automaticky projeví ve všech přílohách projektové dokumentace, které lze následně exportovat pro tisk (Obr. 2). Projektant také dostává příležitost s malou pracnosti porovnat dvě varianty řešení s výkazem výměr a získat tým lepší podklad pro správné rozhodnutí.
Projektování ve 3D
Jak už bylo zmíněno, program SiteFlowR umožňuje dobrou kontrolu dat při návrhu trasy v podélném profilu. Umožňuje to vrstva digitálního modelu terénu (DMT), která je integrovaná už v základních licencích programu pro projektanty. Digitální model terénu projektant vytvoří z geodetických podkladů v běžně používaných formátech. V případě, že není k dispozici tabulka souřadnic x, y, z v *.xls nebo *.txt, může projektant načíst výškopis z textů situace geodetického zaměření z formátu *.dxf. Po importu je možné DMT dále optimalizovat doplňováním nových výškových bodů nebo přidáváním lomových hran. Digitální model terénu je prvek programu, který projektantovi poskytuje větší nezávislost na dalších softwarových prostředcích.
Obr. 2 Program SiteFlow umožňuje pružně reagovat na změny v návrzích a implementovat je v krátké době do projektové dokumentace. Změna jednoho parametru se automaticky projeví do ostatních příloh ještě před exportem do tisku. Na obrázku jsou znázorněné náhledy pracovního editoru podélného profilu a podélného profilu se stylem dle technické normy ve fázi úpravy nivelety projektované tlakové kanalizace.
V případě, že jsou k dispozici už vytvořené vrstvy DMT v jiných programových nástrojích, např. v AutoCAD Civil nebo RoadPAC od projektantů dopravních staveb, lze je načíst do SiteFlow® a navrhovat trasu v identickém DMT jako spolupracující kolegové. V tomto případě je kompatibilita s jinými programy postupně doplňována dle potřeb zákazníků.
Koordinace s jinými inženýrskými sítěmi
Existují dva postupy jak načíst a definovat jiné inženýrské sítě umístěné v zájmovém území. V případě, že nám je známé umístění těchto síti pod terénem, provedeme je SiteFlow jako inteligentní síť s možností individuálního definování hloubky pod terénem. Další, rychlejší, možností je uložení celé inženýrské sítě v konstantní hloubce pod terénem. V modelu existuje přímá závislost mezi situací a podélným profilem stokové sítě. Při editaci podélného profilu nebo situace, např. při posunu šachty na jiné místo v situaci, se tato skutečnost projeví i v podélném profilu a naopak. Editor podélného profilu pro práci s niveletou potrubí zobrazuje všechny křížené sítě a jejich vzdálenosti od stěny potrubí projektované kanalizace. Pro práci s niveletou potrubí jsou k dispozici automatické funkce pro definování správného sklonu nebo hloubky uložení potrubí.
Orientace v území a znalost majetkoprávních vztahů
Znalost majetkoprávních vztahů je zásadní pro plynulý chod projektových prací a následných legislativních schvalovacích procesů. SiteFlow® nabízí možnosti pro eliminaci chyb spojených se zjišťováním dotčených parcel a dalších skutečností s dotčeným územím. Modul Polygony v SiteFlow představuje charakteristickou vrstvu, která komunikuje s projektovanými nebo spravovanými sítěmi. Polygony představují interaktivní katastrální mapu, kde jsou zaznamenané informace o dotčených parcelách. Tabulku parcel dotčených projektovanou sítí lze exportovat pro jednotlivý řad nebo pro celý projekt také s informací délce křížení (Obr. 3). Pro projektanty je časovou úsporou automatické vypsáni informací o parcelách do popisků podélného profilu.
Kromě inteligentní vrstvy Polygony pomáhá SiteFlow® kontrolovat majetkoprávní vztahy a povrch území online připojením na mapové servery národních katastrálních úřadů nebo agentur ochrany přírody a dalších poskytovatelů webových mapových služeb. Zabezpečuje to modul webových mapových služeb (WMS). Kromě aktuálních katastrálních map jsou k dispozici z různých zdrojů také ortofoto snímky nebo základní geografické mapy. Modul WMS přispívá k lepší orientaci v území a zabezpečuje přidruženou vrstvu pro vizualizací výstupů.
Obr. 3 Při sestavování modelu SiteFlow je možné využít vrstvu modulu Polygony, pomocí které získáme informace o dotčených parcelách přiřazených k jednotlivým stokám nebo k celé síti. Tento přístup šetří čas a eliminujeme chyby spojené s manuálním vypisováním informací o dotčených parcelách. Na obrázku vidíme situaci projektu tlakové kanalizace se seznamem dotčených parcel.
|
Odpovědi na složité otázky Vodohospodářský software SiteFlow® založený na datovém modelu přináší kromě prostředí pro tvorbu výkresových a tabulkových příloh projektové dokumentace také rozšíření o simulační modelování kanalizačních sítí a otevřených kanálů. Už základní verze určené pro projektanty je vybavena racionálními metodami (součtová nebo Máslova metoda) pro statické základní posouzení hydraulické kapacity řešené kanalizace. Výpočty kapacitních průtoků a kapacitních rychlostí jsou vlastností úseků projektované sítě, kterou si projektant zobrazí v situaci už během prací při dimenzováni stokové sítě. Pro složité výpočty kanalizačních sítí a včetně jejich objektů používá simulační model SiteFlow® integrovaný srážkoodtokový 1D hydrodynamický model SWMM (Storm Water Management Model US EPA). Software SiteFlow® je využívaný k získání a zpracování východiskových podkladů pro generely odvodnění měst a obci (obr. 4). Simulačním modelem sledujeme kritické nebo přetížené místa na síti. Získáváme informace o rizikách, které mohou nastat při napojeni dalších odvodňovaných ploch. Na základě těchto informací slouží generel odvodněni k určení investičních priorit pří plánování obnovy nebo rozvoje. |
|
Obr. 4 Simulační model kanalizace ve městě Chotěboř sestavený v rámci generelu kanalizace města ukázal na přetížená místa na síti. Posouzení výhledového stavu zapojením odvodnění rozvojových ploch dle poskytnutého územního plánu pomáhá koncepčnímu rozhodování v oblasti investic do obnovy nebo rozvoje kanalizace ve městě. |
|
Kromě těchto obsáhlých komplexních studii jako jsou generely odvodnění měst lze Program SiteFlowl použít k dílčímu posouzení stávajících nebo nové navržených trubních úseků a objektů na stokové sítí. Otázky o návrhu a posouzení vlivu odlehčovacích komor na recipient, vliv nových kanalizačních sběračů na kapacitní problémy spojené např. s přelitím vody ze šachet na povrch, návrh čerpadel nebo virových ventilů apod. |
Specifický případem, kde lze použít simulační model SiteFlow® jsou výpočty vnitroareálových a vnitřních kanalizaci rozsáhlých průmyslových, komerčních nebo logistických areálů (obr. S). Etážová topologie simulačního modelu věrohodné popisuje umístění vertikální a horizontální kanalizace a střešních svodů. Zatížením modelu různou intenzitou deště v čase pak odkrýváme slabé místa na síti.
|
Obr. 5 Posouzení dešťové kanalizace průmyslového areálu simulačním modelem SiteFIow® předcházel hloubkový terénní průzkum a zaměření, a konzultace s provozovatelem o jeho osobních pozorováních a zkušenostech. Jenom tak bylo možné sestavit simulační model, nalézt a zhodnotit problémové místa a následně navrhnout a posoudit možnosti rekonstrukce pro vylepšení funkce a provozu dešťové kanalizace. Na závěr jsme zpracovali analýza investiční náročnosti realizace rekonstrukce. |
Možnost volby správného přístupu
Ve výše zmíněných kapitolách jsme popsali komplexnost programu SiteFlow® založenému na datovém modelu. Řešení specifických úloh použitím srážkoodtokového 1D hydrodynamického modelu v SiteFlow® vyžaduje už v přípravných pracích dobrou spolupráci všech zainteresovaných stran při získávání informací o chování sítě. Tyto informace jsou zásadní při sestavováni, kalibraci a ověření simulačního modelu. Jenom tak lze uplatnit jeho široké možnosti využití a přiblížit se reálnému chování stokové sítěd Při zpracování jednoduchých úkolů v SiteFlow® má projektant možnost ustoupit o simulačního modelování kanalizace a využít jenom jeho projekční funkce a informace o kapacitě potrubí bez větší pracnosti spojené s použitím simulačního modelu.
Další uplatnění ve správě vodovodů a kanalizací
Pro správu vodovodů a kanalizaci může řešení založené na modelu plnit funkci GIS, a to zejména u malých a středních provozovatelů VaK. Uživatelé využijí funkce pro zobrazení, analýzy a editaci dat, která představují úplný popis kanalizace. U těchto uživatelů dojde k úsporám plynoucích zejména z redukce počtu používaných programů a díky úspoře prostředků na specialisty provozující tyto programy. SiteFlow® plní dostatečně funkce správy majetku a umožňuje současně posuzovat provozní stavy sítě, plánovat investice a vidět sítě v podélných profilech.
Výstupy do projektové dokumentace
Význam programu SiteFlow® pro projektovou dokumentaci spočívá kromě rychlosti přípravy jejích příloh i v uživatelském nastavení stylů vykreslování výkresů. Řešení založené na modelu umožňuje variabilní přístup k popisu situací a podélných profilů. Objekty na sítí lze očíslovat automatickou funkcí, která v případě dodatečných změn (např. přidání šachty nebo přípojky} zabezpečí přečíslování ve všech výstupech. Lze exportovat podélné profily, stavební nebo vytyčovací situace s popiskami různé podrobnosti do formátu *.dxf. Do formátu tabulek je možné exportovat soupisku údajů o materiálech a objektech na síti, např. seznam šachet s topologickými parametry pro jejich sestaveni ve výrobních programech. Dále se jedná objemy výkopových prací dle definovaných obsypů, podsypů a příčných profilů výkopu a pozemky dotčené projektovanou kanalizací.
Závěr
Programy, které přinášejí řešení založené na datovém modelu, umožní svým uživatelům pracovat rychleji, pohodlněji a lépe. Nabízí možnost zúročit zkušenosti z poctivé vodohospodářské práce minulých generací. Tato inspirace se samozřejmě přenáší i do vývoje nových funkcí a modulů, které zkvalitňuji výstupy, šetří čas a zlepšují pracovní prostředí. Díky tomu je umožněno uživateli věnovat více času hlubšímu pochopení problému a bezpečně navrhnou správné řešení, nebo ušetřit čas při vytvoření projektu a jeho změnách. Budoucnost je v neustálém zdokonalování stávajícího software ve vývoji nových funkcí, které tam, kde to je možné, vyřeší časově náročnou lidskou práci.
Program SiteFlow®, zmiňovaný v tomto článku, je vyvíjený a postupně zdokonalovaný v české republice už od roku 2003, a navazuje na předchozí vývoj vodohospodářského programu společnosti Aquion s.r.o. Uplatňuje se jak u živnostníků projektantů, tak i ve větších projekčních kancelářích nebo v podobě řešení geografického informačního systému u malých nebo středních provozovatelů VaK. Je typickým příkladem programu založenému na modelu a poskytuje kvalitní softwarovou aplikaci pro projekční, konzultační a správcovské úlohy ve vodním hospodářství.