CC BY
33
Ж.А. Франкевич
ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА НАДЕЖНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ
Рассмотрен вопрос планирования надежности функционирования подземных сооружений с учетом экономических факторов. Общая стоимость создания подземных сооружений должна учитывать эксплуатационные затраты. В период эксплуатации риски проявляются в виде частичных или полных отказов системы или ее составляющих элементов, восстановление которых требует дополнительных средств, выступающих в виде прямого ущерба производства. На основании статистических данных производства выявлены основные отказы, происходящие в коллекторных тоннелях, и приведены рекомендации необходимых мероприятий по восстановлению надежности функционирования тоннелей. Для оценки возможных экономических ущербов предлагается показатель [ß], представленный, как весовой коэффициент затрат. Проведенная экспертная оценка величины затрат на восстановление отказов в системе и затрат, необходимых для восстановления работоспособности системы, показывает, что весовой коэффициент затрат может принимать значения выше единицы. Представлены величины весового коэффициента затрат для различных видов основных отказов в системе подземных сооружений. Для экономической оценки надежности функционирования подземных сооружений предложено весь период их эксплуатации разделить на шесть зон риска. Определены величины вероятностей работы системы по зонам риска и установлено, что затраты на капитальный ремонт системы необходимо выделять, начиная с 15 года ее эксплуатации, то есть с момента перехода системы из зоны допустимого в зону критического риска, до периода окончательного закрытия подземных объектов. Ключевые слова: планирование надежности, экономическая оценка, эксплуатационные затраты, ущербы риска, весовой коэффициент затрат, остаточная стоимость основных фондов, норма дисконта, прямые затраты.
В настоящее время во всем мире наблюдается тенденция интенсивного развития подземной урбанизации. В зарубежных странах доля подземных сооружений, обеспечивающих устойчивое равновесие и комфортное проживание в мегаполисе, составляет 20—25% от общей площади вводимых объектов.
ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2016. № 6. С. 344-354. © 2016. Ж.А. Франкевич.
УДК 338:624.1
В России и странах ближнего зарубежья эта цифра достигает всего 10%. В то же время на современном этапе интенсивного развития городов-мегаполисов первоочередной задачей является создание инфраструктуры жизнеобеспечения, коммуникационных и транспортных сетей. В связи с этим возникает необходимость более масштабного использования городского подземного пространства.
Необходимо отметить, что интенсивность освоения подземного пространства зависит от многих факторов. Одним из наиболее значимых является характер ландшафта и гидрогеологических условий территории города. В тех случаях, когда строительство усложняется, например, высоким уровнем грунтовых вод, плотностью застройки необходимо проводить экспертизу его целесообразности с обязательным учетом экономического фактора. В настоящее время в г. Москве коэффициент аварийности в коммуникационных тоннелях находится на высоком уровне и составляет 0,5 повр/км год. Ежегодно в столице только на водопроводных сетях ликвидируется около 6000 повреждений с изливом воды. Количество аварийных участков имеет тенденцию к увеличению в основном за счет эксплуатации самортизированных трубопроводов. Существующие в Москве темпы нарастания износа в коммуникационных тоннелях составляют 2% в год и превышают объемы восстановительного ремонта. Поэтому, одним из главных требований, предъявляемых к городским коммуникационным тоннелям, является обеспечение надежности их функционирования.
Существующий в России уровень техники и технологии позволяет реализовывать проекты создания подземных сооружений любой сложности. Однако современные передовые строительные геотехнологии в определенных горно-геологических и гидрогеологических условиях являются взаимозаменяемыми. В связи с этим необходим выбор оптимального способа сооружения подземных объектов, который учитывает не только технологические и экономические особенности и результаты строительства, но и зависит от планируемого срока их эксплуатации. При этом обоснование периода эксплуатации подземных объектов необходимо производить с учетом, как технических возможностей, так и экономической эффективности. Учитывая длительный период (до 25—50 лет) эксплуатации подземных сооружений, отсутствие планирования и оценки величины экономического ущерба за период эксплуатации подземного сооружения может привести к частичному или полному уничто-
жению материальных ценностей, недополучению продукции или упущению экономических выгод в различных сферах хозяйственной деятельности городов. Таким образом, специфическая особенность подземных коммуникаций заключается в необходимости технико-экономической и социально-экономической оценки эффективности применяемых вариантов их строительства и длительного периода их эксплуатации.
Общая стоимость создания подземных сооружений должна учитывать эксплуатационные затраты, которые формируются из издержек, связанных с контроллингом состояния подземных коммуникаций в период их эксплуатации, а также текущих и капитальных ремонтов в процессе эксплуатации. Кроме того необходимо учитывать затраты на проектно-изыскательские работы, создание и освоение строительной площадки, капитальные затраты на проходку тоннелей, шахт и камер для монтажа и демонтажа проходческого оборудования, водоотлива, проветривания горных выработок, подачи и выдачи материалов, спуска людей, прокладки трубопроводов и т. д., сопряженные (косвенные) затраты, которые возникают при проходке тоннелей открытым способом и связанные с перекладкой подземных существующих коммуникаций. При строительстве тоннелей открытым способом в городских условиях возникают сопряженные затраты, которые формируются из-за необходимости объезда места строительства (удлинения пути), убытки от возможности аварий в связи с увеличением интенсивности движения по другим улицам, убытки предприятий, учреждений от несвоевременности доставки пассажиров и грузов, убытки от изъятия земельных участков на период строительства, дополнительные затраты городского хозяйства с целью ликвидации загрязнения улиц, засорения системы дождевой канализации, затраты на послеосадочный ремонт дорожных покрытий, возникающих через 1—2 года после обратной засыпки траншей.
В процессе строительства и эксплуатации городских подземных сооружений в условиях неопределенности могут возникать дополнительные затраты (ущербы), которые можно объединить в отдельную специфическую группу — ущербы риска. Ущербы (издержки) риска могут проявляться в период строительства и эксплуатации инженерных коммуникаций. В период строительства издержки риска включают в себя: возможные воздействия изменений в геотехнических условиях, возникающих во время строительства, когда запроектированные методы строительства не соответствуют реальным условиям; кроме того, практика
подземного строительства в городе Москва показывает, что на пути проходки часто встречаются заброшенные коллекторы, строительный мусор, большие валуны — представители ледникового периода, а также различные коммуникации, отсутствующие в проектной документации; наличие обводненных грунтов или высокий уровень грунтовых вод, когда запроектированная технология проведения горных выработок не дает необходимый эффект, в этом случае возникают издержки на организацию дополнительных мероприятий, таких, как химическое закрепление грунтов, замораживание, осушение и т.д.
В процессе эксплуатации коллекторных тоннелей, период которой составляет от 15 до 50 лет, а коллекторных тоннелей глубокого заложения (проекты будущего), срок безремонтного поддержания которых проектируется более чем на 50 лет, из-за воздействия внешних горно-геологических, гидрогеологических, горно-технических факторов, а также несоответствия параметров крепей этим воздействиям, возникает вероятность частичного или полного выхода крепи на определенных участках трассы коммуникационных тоннелей. В этом случае вероятность затрат на ликвидацию аварийных участков трассы будет складываться из затрат на ремонт тоннеля, на создание временной схемы коммуникаций в аварийном участке и возможного экологического ущерба при прорыве фекальных и отработанных вод в водоемы, на земельные участки и т. д. Таким образом, обеспечение надежности функционирования системы подземных сооружений и ее экономическая оценка являются важной задачей.
В период эксплуатации подземных коммуникаций риски проявляются в виде частичных или полных отказов системы или ее составляющих элементов, восстановление которых требует дополнительных средств, выступающих в виде прямого ущерба производства. На основании статистических данных производства выявлены основные отказы, происходящие в коллекторных тоннелях, и приведены рекомендации необходимых мероприятий по восстановлению надежности функционирования тоннелей (табл. 1). Величина возникающего ущерба зависит от необходимого объема дополнительных ресурсов, привлекаемых на восстановление работоспособности тоннелей. Для оценки возможных ущербов предлагается показатель [р], представленный, как весовой коэффициент затрат. Этот показатель определяется, как отношение необходимых затрат на восстановление системы или ее элементов к прямым капитальным вложениям на ее создание:
Таблица1
Перечень основных отказов в коллекторных тоннелях
№ п/п Физические нарушения, возникающие в тоннелях Возможные последствия от возникающих нарушений Необходимые мероприятия для функционирования тоннелей Весовой коэффициент затрат, р
1 Сильное коррозийное повреждение несущих конструкций крепи (обделок) Снижение несущей способности крепи, деформация и разрушение горной выработки Полный капитальный ремонт тоннеля с извлечением отработанной крепи, вскрытием траншей трассы и обратной засыпкой >1
2 Нарушение цельности крепи подземного сооружения, разрыв/срезы болтовых соединений Течи, вынос породы, деформации, просадки, нарушение габаритов, снижение эксплуатационной надежности горных выработок Частичный ремонт крепи в местах ее деформации 0,3-0,5
3 Вынос вмещающих пород, прилегающих к крепям горных выработок Развитие деформации крепи, снижение несущей способности крепи, отрыв лоткового блока, нарушение габаритов Частичный ремонт крепи и цементация вмещающих пород вокруг выработок 0,4-0,5
4 Нарушение водонепроницаемости коллекторных тоннелей с попаданием воды на электрооборудование, на трубы теплотрассы и попадание отработанных вод в подземные источники в коллекторах, обводящих про-мышленно-бытовые и фекальные воды Возможность появления выноса пород, отравление питьевых источников, создание аварийной ситуации Цементация вмещающих пород вокруг выработки, гидроизоляция крепи, создание цементной стяжки 0,8-1,0
5 Образование наледей на конструкциях подземных сооружений Нарушение сечения горных выработок, отказы в работе оборудования, обрыв кабелей, образование дефектов и повреждений Частичный ремонт крепи внутри тоннеля 0,3-0,4
6 Заиливание открытой или закрытой дренажных систем Подтопление конструкций Частичный ремонт с цементацией закреп-ного пространства, локальное водоосушение 0,5-0,6
7 Сверхдопустимые прогибы балок и плит перекрытия Трещины в зоне растяжения, нарушение гидроизоляции , течи, коррозия арматуры, разрушения Частичный или полный капитальный ремонт тоннелей 0,8-1,0
8 Сверхдопустимая эллиптичность колец крепи Нарушение габаритов, снижение несущей способности крепи Частичный либо полный ремонт горной выработки 0,8-1,0
9 Трещины в блоках железобетонной крепи круглого очертания (растянутые зоны) Течи, коррозия арматуры, снижение несущей способности крепи Частичный ремонт коллекторных тоннелей 0,4-0,5
10 Деформация металлоизделия Прогиб, разрыв сварных швов, течи, вынос породы, деформация крепи подземных сооружений, коррозийные повреждения Частичный ремонт коллекторных тоннелей 0,4 - 0,5
в Звост (1)
Кпр
где в — весовой коэффициент затрат, доли ед.; звост — величина затрат на восстановление системы, тыс. руб.; кпр — прямые затраты на строительство системы, тыс. руб.
Проведенная экспертная оценка величины затрат на восстановление отказов в системе и затрат, необходимых для восстановления работоспособности системы, показывает, что весовой коэффициент затрат может принимать значения выше единицы. Величины весового коэффициента затрат для различных видов основных отказов приведены в табл. 1.
Помимо предложенного показателя весового коэффициента затрат, экономическая оценка надежности функционирования подземных сооружений должна учитывать специфические особенности, заключающиеся в выявлении, управлении и организации работ по поддержанию подземных сооружений в течение длительного времени их эксплуатации. В связи с этим весь период эксплуатации подземных сооружений можно условно разделить на шесть зон риска: зона безрисковая, зона минимального риска, зона допустимого риска, зона критического риска, зона катастрофического риска, зона разрушений. На основании данных по отказам графика (рис. 1) может быть определена вероятность безотказной работы системы коммуникационных тоннелей по зонам риска. Вероятность безотказной работы по зонам риска представлена в табл. 2.
Таблица 2
Вероятность безотказной работы по зонам риска
Общая протяженность коллекторов, км Величина объемов отказов по зонам риска, км Вероятность отказа по зонам риска, Рт Вероятность безотказного функционирования по зонам риска, Рб
20 - - -
Безрисковая зона 0 0 1
Зона минимального риска 0,6 0,03 0,97
Зона допустимого риска 3,0 0,15 0,85
Зона критического риска 7,8 0,39 0,61
Зона катастрофического риска 18 0,9 0,1
Зона разрушений 20 1,0 0
Пр
Динамика надежности систем колле(ст(;ра
V = 0.0037м1 - 0,0599* + 0.2515 //
1Р а 0,9772
Годы
35
Р-10 Р-0Э7 Р-0Й5 Р=0 61 Р-0.1 Р-0
Егфлсков на сони 1оиа шшичпльыигй риска Зпва дот'гтийто ]1НСКИ 1ои я критического рнасп Ч«И» кишсгрофичес КОГО рНГКЛ Чиня ретрушсннИ
Рис. 1. Оценка динамики надежности функционирования системы коллекторных тоннелей в период их эксплуатации
Анализ показывает, что для условий эксплуатации коллекторных тоннелей затраты на капитальный ремонт системы необходимо выделять, начиная с 15 года ее эксплуатации, то есть с момента перехода системы из зоны допустимого в зону крити-
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
Рис. 2. Зависимости изменения надежности тоннелей при их эксплуатации: I - уровень надежности тоннелей без затрат на поддержание за период их эксплуатации; II - уровень надежности тоннелей с затратами на их поддержание
ческого риска, до периода окончательного закрытия коммуникационных тоннелей (рис. 2). Таким образом, в соответствии с графиками (рис. 1 и 2) для поддержания тоннелей в рабочем состоянии в течение 40-50-летнего периода их эксплуатации, необходимо, на основании проведения мониторинга, в момент, когда крепи тоннелей переходят из зоны допустимого риска в зону критического риска, предусматривать выделение денежных средств на поддержание коллекторных тоннелей ^под. Величина денежных средств на поддержание должна определяться на основе мониторинга, определения физических объемов работ по ремонту и составления смет на эти работы.
Таким образом, величина формирующихся доходов и расходов в период эксплуатации подземных сооружений (д), должна учитывать годовые затраты на поддержание и обеспечение надежности их функционирования, которые необходимо выделять с момента перехода системы из зоны допустимого в зону критического риска, до периода окончательного закрытия подземного сооружения. Величину формирующихся доходов и расходов в период их эксплуатации (дэ), можно представить в виде формулы:
„ _ ^ (Ц - С,) х р
г,х + Ост( + А, — -¿-I (2)
лэ%4+1 (1+еу ¿11(1+еу'
где ц - цена единицы транспортировки ресурсов, руб.; с -себестоимость транспортировки единицы ресурсов, руб.; qгt -годовая пропускная способность тоннелей, ед.; кн - коэффициент, учитывающий снижение прибыли, с учетом налога на прибыль 20% (кн = 0,80); ост1. - остаточная стоимость основных фондов, руб.; а - величина амортизационных отчислений на восстановление основных фондов, руб.; sк 1 - годовые затраты на поддержание тоннелей, руб.; ^ = к+1; т) - период эксплуатации коммуникационных тоннелей, лет; ^ = 15; Т) - период выделения затрат на поддержание коммуникационных тоннелей, лет; Е - принятая величина нормы дисконта, годовая.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Астахов А. С., Краснянский Г. Л. Экономика и менеджмент горного производства, в 2-х т. - М.: изд. АГН, 2001.
2. Гранатуров В. М. Экономический риск: сущность, методы измерения, пути снижения. Учебное пособие. - М.: Изд. «Дело и Сервис», 1999.
3. Костюхин Ю. Ю., Елисеева Е. Н., Тихоненко А. В. Процессный подход к распределению затрат промышленного предприятия // Цветные металлы. - 2007. - № 12. - С. 14-20.
4. Петросов А. А., Мангуш К. Экономические риски горного производства. - М.: Изд. МГГУ, 2002.
5. Рудяк М. С., Умнов В. А. Основные положения экономической оценки ресурсов подземного пространства // Горная промышленность. - 2002. - № 3.
6. Савон Д. Ю., Тибилов Д. П. Управление инвестиционной деятельностью предприятия в области охраны окружающей среды и экологической безопасности на отходообразующих производствах угольной отрасли // Горный журнал. - 2014. - № 12. - С. 31-35.
7. Сапронов О. В. Прогнозирование оптимальных межремонтных периодов при эксплуатации тоннелей для инженерных коммуникаций на заданном уровне надежности. - Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2006. - № 1. - С. 46-55.
8. Тибилов Д. П. Управление затратами в рамках современных систем планирования предприятия // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2005. - № 2. - С. 73-78.
9. Тибилов Д. П. Основные направления и механизмы участия государства в деятельности естественных монополий // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2005. - № 5. - С. 329-332.
10. Тибилов Д. П. Объекты и особенности финансового планирования на горном предприятии // Научный вестник Московского государственного горного университета. - 2011. - № 12. - С. 83-87.
11. ШилинА. А. Проблемы диагностики строительных конструкций // Подземное пространство мира. - 1995. - № 6. птш
КОРОТКО ОБ АВТОРЕ
Франкевич Жанна Александровна — кандидат экономических наук, доцент, e-mail: janna-frank@mail.ru, НИТУ «МИСиС».
UDC 338:624.1
Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2016. No. 6, pp. 344-354. Zh.A. Frankevich
ECONOMIC EVALUATION OF RELIABILITY OF THE UNDERGROUND FACILITIES
The article investigates the current issue of planning reliability of the underground structures based on economic factors. A specific feature of underground facilities is the need of technical, economic and socio-economic evaluation of effectiveness of options for their construction and a long period (25-50 years) of operation. Lack of planning and evaluation of the magnitude of economic losses for the period of operation of underground facilities can lead to partial or total destruction of wealth, lost production or lost economic benefits in various fields of business.
The author notes that the total cost of creating underground facilities, except for the construction costs and associated costs should be taken into account operating costs. During the period of operation of underground facilities risks manifest as partial or complete failure of the system or its component elements, whose recovery requires additional funds, acting as direct damage output. On the basis of statistical data production identified major failures occurring in the collector tunnels, and provides recommendations necessary measures to restore the reliability of the tunnels. To assess the potential economic consequences of proposed indicators [p], presented as a weighting factor costs. Expert estimate the value of the restoration costs of failures in the system and the costs required to restore functionality of the system shows that the weighting factor costs can take values greater than one. The article presents the value of the weighting factor for the cost of various types of major failures in the system of underground structures. In addition to the above figure for the economic evaluation of the reliability of the operation of underground facilities offer the whole period of their operation divided into six risk areas. The values of the probabilities of the system at risk areas and found that the costs of major overhaul of the system must be allocated from the 15th year of its operation, that is, from the time of transition from zone to zone allowable critical risk period until the final closure of the underground facilities.
Key words: planning reliability, economic evaluation, operating costs, the damage risk weighting of costs, the residual value of fixed assets, the discount rate, the direct costs.
AUTHOR
Frankevich Zh.A., Candidate of Economical Sciences, Assistant Professor, e-mail: janna-frank@mail.ru, National University of Science and Technology «MISiS», 119049, Moscow, Russia.
REFERENCES
1. Astakhov A. S., Krasnyanskiy G. L. Ekonomika i menedzhment gornogoproizvodstva (Economics and Management of mining production ), Moscow, izd. AGN, 2001.
2. Granaturov V. M. Ekonomicheskiy risk:sushchnost', metody izmereniya, putisnizheni-ya. Uchebnoe posobie (Economic risk: the nature, methods of measurement, the path of decline. Educational aid), Moscow, Izd. «Delo i Servis», 1999.
3. Kostyukhin Yu. Yu., Eliseeva E. N., Tikhonenko A. V. Tsvetnye metally. 2007, no 12, pp. 14-20.
4. Petrosov A. A., Mangush K. Ekonomicheskie riski gornogo proizvodstva (Economic risks of mining production), Moscow, Izd. MGGU, 2002.
5. Rudyak M. S., Umnov V. A. Gornayapromyshlennost'. 2002, no 3.
6. Savon D. Yu., Tibilov D. P. Gornyy zhurnal. 2014, no 12, pp. 31-35.
7. Sapronov O. V. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2006, no 1, pp. 46-55.
8. Tibilov D. P. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2005, no 2, pp. 73-78.
9. Tibilov D. P. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2005, no 5, pp. 329-332.
10. Tibilov D. P. Nauchnyy vestnik Moskovskogo gosudarstvennogo gornogo universiteta. 2011, no 12, pp. 83-87.
11. Shilin A. A. Podzemnoeprostranstvo mira. 1995, no 6.
