PROEKOLOGICZNE TENDENCJE W PROJEKTOWANIU KONSTRUKCJI BUDOWLANYCH

Bronisław Kapcia

OSTEMBiOP

 

PROEKOLOGICZNE TENDENCJE W PROJEKTOWANIU KONSTRUKCJI BUDOWLANYCH

 

 

Streszczenie: W opracowaniu przedstawiono uzasadnienie dla nowej koncepcji projektowania proekologicznego polegającej na zastąpieniu dotychczasowego projektowania według kryterium minimum kosztów na kryterium minimum materiału. Zastosowano systemową analizę kosztów, przy uwzględnieniu najważniejszych podsystemów, z której wyniknęło, że koszt droższej części naziemnej obiektu lecz lżejszej, prowadzi do obniżenia kosztów niektórych podsystemów powodując obniżenie kosztu obiektu jako całości. Systemowe ujęcie zagadnienia projektowania z uwzględnieniem eksploatacji obiektu, konserwacją i nawet rozbiórką nie tylko po katastrofach budowlanych, daje rozwiązanie lżejsze, czasowo droższe ale proekologiczne – co powinno być celem nadrzędnym                    i priorytetem przy projektowaniu.

 

1. Wstęp

        

Postęp techniczny przynosi oczekiwane skutki gospodarcze, ale daje też negatywne skutki, które nie są nagłaśniane w przekonaniu, że jeszcze nie są groźne dla otoczenia.

Są groźne, gdyż po przekroczeniu  pewnej granicy będzie można mówić o kataklizmie      a próba neutralizacji negatywnych skutków działalności człowieka może okazać się zbyt późna i zbyt kosztowna,  a może nawet niemożliwa. Stąd też obecna działalność człowieka         w każdej sferze winna być ukierunkowana na maksymalnie proekologiczną.

Największe możliwości tkwią już na etapie decyzyjnym w procesie projektowania. Proces projektowania jest obecnie sterowany ekonomią i - jak do tej pory - decydującym kryterium wyboru jest kryterium minimum kosztów. Prowadzi to do budowania tanich, ale ciężkich konstrukcji, a te z kolei wymagają stosowania cięższych fundamentów, zaangażowania większej ilości sprzętu do transportu, budowy, i w rezultacie do większej dewastacji środowiska naturalnego. Negatywny wpływ na środowisko naturalne jest proporcjonalny także do zwiększonego zaangażowania hut zatruwających środowisko do produkcji nadmiaru surowca konstrukcyjnego, zwiększonego zaangażowania fabryk zatruwających środowisko do produkcji nadmiaru zabezpieczeń antykorozyjnych oraz do ilości zużytych środków antykorozyjnych, często nieobojętnych dla otoczenia.

Te negatywne skutki rodzą później koszty, które na etapie projektowania nie są pokazywane.

Rozwiązaniem postawionego problemu jest propozycja zmiany kryterium projektowania              z kryterium minimum kosztów na kryterium minimum materiału.

 

2. Rozwiązanie problemu

 

Jeżeli celem końcowym ma być rozwiązanie optymalne pod kątem ekologii, czyli maksymalnej ochrony środowiska naturalnego, to nie może to być projektowanie wyłącznie tanie na wstępie nie patrząc na ciężar konstrukcji i nie zauważając negatywnych skutków wynikających z nadmiernego zużycia materiałów konstrukcyjnych.

Koszt optymalnej, lekkiej konstrukcji jest wyższy od kosztu konstrukcji projektowanej według kryterium minimum kosztów, ale przy systemowym obliczaniu kosztu wszystkich składników może się okazać, że jest nawet niższy.

Wprowadzenie podziału obiektu budowlanego na podsystemy i zastosowanie zmiennych systemowych dla podsystemów umożliwia wykorzystanie komputerów do analizy skracając czas takiej analizy.

Przykładowo dla hali stalowej rolę najważniejszych podsystemów  stanowią

  • część naziemna konstrukcji,
  • fundamenty,
  • roboty ziemne,
  • zabezpieczenia antykorozyjne,
  • transport,

oraz do dodatkowo::

  • poprawa bezpieczeństwa pracy,
  • zmniejszenia odszkodowań z tytułu mniejszej ilości wypadków,
  • poprawa czystości środowiska naturalnego.

      Przedstawiony zakres podsystemów nie jest zamknięty.

 

3. Ilustracja graficzna kosztów dla poszczególnych podsystemów

     

      Do analizy porównawczej obydwu systemów projektowania przyjęto aktualną relację cenową między ceną jednostkową rur i kształtowników. Przyjęto wskaźnik k=10 co oznacza, że koszt rur jest 10 razy wyższy od kosztu kształtowników. Wyniki podano na rys.1. Słupki jasne dotyczą konstrukcji klasycznej, zaś ciemniejsze o zróżnicowanej wysokości dotyczą konstrukcji optymalnej.

      Widać tu wyraźnie, że koszt hali optymalnej, ale lekkiej /podsystem1/ jest wysoki bo aż ok. 460% kosztu hali taniej ale cięższej przyjętego za 100%. Dopiero uwzględnienie kosztów podsystemów związanych z częścią naziemną zmniejsza koszt całości inwestycji.

 

 

 

Rys.1. Ilustracja kosztów dla poszczególnych podsystemów dla wskaźnika kosztu rur k = 10. Podsystem 1 – część naziemna konstrukcji; podsystem 2 – fundamenty; podsystem 3 – roboty ziemne; podsystem 4 – zabezpieczenia antykorozyjne; podsystem 5 – transport; podsystem 6 – odszkodowania; podsystem 7 – podsystem dodatkowy..

      Z analizy rysunku 1 wynika kolejna sugestia ważna dla proekologicznego projektowania konstrukcji. Mianowicie, wiedząc jak duży wpływ na koszt podsystemu 1 /części naziemnej obiektu budowlanego/ mają koszty zastosowanych lekkich optymalnych przekrojów rurowych – można byłoby zastosować odgórną politykę cenową zmniejszając dysproporcję cenową między tymi kształtownikami. Przykład takiej ingerencji do poziomu k=2,5 pokazano na rys.2.

 

Rys.2. Ilustracja kosztów dla poszczególnych podsystemów dla wskaźnika kosztu rur k = 2,5. Podsystem 1 – część naziemna konstrukcji; podsystem 2 – fundamenty; podsystem 3 – roboty ziemne; podsystem 4 – zabezpieczenia antykorozyjne; podsystem 5 – transport; podsystem 6 – odszkodowania; podsystem 7 – podsystem dodatkowy.

 

            Koszt podsystemu 1 zmalał do poziomu ok.160%, zaś uwzględniając  koszty pozostałych podsystemów koszt całości zbliżył się do kosztu konstrukcji nieoptymalnej /cięższej/

 

4. Dodatkowe obniżenie kosztów

Dodatkowymi podsystemami które dają dodatkowe obniżenie kosztów są:

  • poprawa bezpieczeństwa pracy,
  • zmniejszenie odszkodowań z tytułu mniejszej ilości wypadków,
  • poprawa czystości środowiska naturalnego

Zastosowanie kryterium minimum zużycia materiału prowadzi do oszczędności materiału konstrukcyjnego – a to oznacza, że skraca się czas pracy hut, fabryk produkujących zabezpieczenia antykorozyjne, cementowni, mniejszego zaangażowania transportu kołowego. Zatem, jeżeli wskutek zaproponowanego kryterium projektowania skraca się czas przeznaczony na wyprodukowanie wszystkich składników przypadających na projektowany obiekt, to – zakładając liniowość zachodzącą między ilością wypadków  a czasem produkcji – ilość wypadków przypadająca na dany obiekt zmniejszy się proporcjonalnie do czasu pracy hut, cementowni, fabryk – a te zakłady należą do grupy o najwyższym ryzyku wystąpienia wypadku. Mniejszej ilości wypadków towarzyszy mniejsza ilość odszkodowań powypadkowych.

Nie można zaniedbać pozytywnego wpływu budowy obiektu lżejszego na czystość środowiska naturalnego , gdyż dewastacja środowiska naturalnego jest wtedy mniejsza.

Czystość środowiska naturalnego zależy od:

  • czasu zatruwania przez zakłady produkcyjne,
  • czasu pracy transportu, 
  • ilości stosowanych środków chemicznych na zabezpieczenia antykorozyjne.

Niezależnie od przyjętych wcześniej podstawowych podsystemów, można uwzględnić kolejny podsystem wynikający z rozbiórki obiektu budowlanego. Lekkość obiektu rzutuje na kolejną obniżkę kosztów przy rozbiórce  i dodatkową poprawę ochrony środowiska naturalnego. Ten argument staje się istotny zwłaszcza wtedy, gdy mamy do czynienia                  z katastrofą obiektu budowlanego.

 

 

 

 

5. Podsumowanie

Przeprowadzona analiza pokazuje, że brak jest uzasadnienia dla kontynuowania projektowania według dotychczas stosowanego kryterium minimum kosztów, gdyż to minimum kosztów jest tylko chwilowe!. Ewidentne natomiast korzyści z tytułu zmiany kryterium projektowania na kryterium minimum materiału prowadzące do poprawy czystości środowiska naturalnego, zmniejszenia ilości nieszczęśliwych wypadków przypadających na wykonywany obiekt – są nieprzeliczalne na konkretne kwoty.

Kolejny wniosek wynika z porównania obecnego kosztu prętów o przekroju pierścieniowym (k=10) z kosztem wcześniejszym (k=2,5) a mianowicie iż powinno obniżyć się koszt produkcji rur, lub zmienić ich cenę nawet arbitralnie. Niższe ceny lekkich prętów rurowych mają decydujący wpływ na poprawę ochrony środowiska naturalnego.