Inspekcja obiektów mostowych – zapewnienie jakości w kontekście cyfryzacji

Wprowadzenie

Oddolne inicjatywy entuzjastów nowych technologii i organizacji pozarządowych już nic więcej nie są w stanie zdziałać. Szczególnie w odniesieniu do instytucji zajmujących się zarządzaniem zasobami infrastruktury. Są to bowiem podmioty publiczne, które w całości zależne są od decyzji organów centralnych i strategii rozwoju kreowanej przez polityczne gremia.

Niestety w naszym kraju podmioty te bardzo często odpowiedzialne są nie tylko za zarządzanie istniejącymi zasobami, ale jednocześnie uruchamiają i realizują nowe inwestycje, których politycy tak bardzo pożądają. Znacznie łatwiej można się przecież wypromować podczas otwarcia nowej obwodnicy lub mostu aniżeli po zakończeniu skutecznej rehabilitacji konstrukcji nawierzchni jezdni czy też wzmocnieniu dźwigara mostu. Ale kiedyś skończą się programy budowy dróg i modernizacji linii kolejowych. Wówczas nie będziemy już ani projektować, ani budować tylu nowych mostów, a większość publicznych środków będzie przeznaczana na ich utrzymanie, wydłużenie żywotności albo na wymianę wyeksploatowanych obiektów. Czyli w skrócie – na gospodarkę mostową. A w kontekście postępującej cyfryzacji coraz większych obszarów naszego życia wyraźnie widać, że procesy zarządzania zasobami infrastruktury (również mostowej) muszą być już prowadzone w sposób cyfrowy.

Zarządzanie aktywami lub inaczej zasobami infrastruktury (infrastructure asset management – IAM) jest bardzo specjalistyczną dziedziną wiedzy, która w ostatnich latach dynamicznie się rozwija. Wraz z rosnącą liczbą zasobów, a przecież wciąż budujemy nowe drogi i mosty, zwiększa się również zapotrzebowanie na lepsze metody zarządzania nimi. Są to właściwie całe zestawy zintegrowanych i wielodyscyplinarnych strategii służących do zarządzania i utrzymywania obiektów infrastruktury publicznej, do których zaliczamy również mosty.

W przypadku mostów chodzi jednak już nie tylko o zwiększenie efektywności całego procesu i trwałości poszczególnych obiektów, ale także o zagwarantowanie odpowiedniego poziomu bezpieczeństwa. Odbywa się to głównie przez zapewnienie lepszego nadzoru nad stanem technicznym mostów oraz szybszą reakcję na ewentualne zagrożenia. Skutki awarii i katastrof mostowych są bowiem bardzo uciążliwe, a czasem wręcz dramatyczne.

Do grupy systemów IAM zalicza się również systemy zarządzania obiektami mostowymi (bridge management system – BMS), zwane inaczej systemami gospodarowania mostami (SGM), które na świecie rozwijają się już od ponad pół wieku. W naszym kraju od wielu lat znane są prace prof. Jana Bienia [1] z ośrodka wrocławskiego. Dłuższy czas funkcjonują już instrukcje do przeglądów i oceny stanu technicznego mostów [2], które opracowywali mostowcy z Rzeszowa. Mniej więcej w tym samym czasie wdrożone też zostały przeznaczone do tego aplikacje komputerowe (np. SGM, SZOK, SMOK). Z ubolewaniem należy stwierdzić, że ich dalszy rozwój został później niemal zupełnie zahamowany. Natomiast wspomniane instrukcje nie nadają się do adaptacji nowych, cyfrowych rozwiązań z mobilnymi narzędziami i chmurowym dostępem do bazy wiedzy o zarządzanych zasobach.

Te opóźnienia w rozwoju systemów SGM skutkują nie tylko trudnościami w adaptacji cyfrowych technologii, ale, co gorsze, nie gwarantują skutecznych narzędzi do zapewnienia odpowiedniej jakości tych procesów. Szczególnie dotyczy to najważniejszego elementu systemów SGM, jakim jest cykliczna ocena (inspekcja lub przegląd) stanu technicznego mostu. Obserwujemy więc stopniowe obniżanie rangi i poziomu zaufania do takiej oceny. Towarzyszy temu ciągła pauperyzacja profesjonalistów, którzy kiedyś zasilali grupę wykształconych i doświadczonych inspektorów mostowych. Wielu zarządców boryka się więc z coraz większymi problemami w pozyskiwaniu doświadczonej kadry inżynieryjnej. Dlatego decydują się oni na outsourcing w tym zakresie. Organizują publiczne przetargi, w których firmom trzecim zlecane są przeglądy czasem nawet wszystkich obiektów, jakie znajdują się w ich gestii. Niestety można mieć sporo zastrzeżeń co do jakości i skuteczności tych inspekcji, bo zwykle jedynym kryterium wyboru wykonawcy jest cena usługi. A to, przy braku systemowego sposobu zapewnienia jakości, nieuchronnie prowadzi do wielu patologii.

Poprawa jakości procesu inspekcji mostów

Jak zatem poprawić jakość i skuteczność cyklicznych inspekcji mostów, i to nie tylko w przypadku outsourcingu? Wiemy już dzisiaj, że nie rozwiązuje tego system uprawnień dla osób pełniących samodzielne funkcje techniczne w budownictwie. Jednorazowe uzyskanie tych uprawnień, a potem podtrzymywanie ich jedynie przez fakt opłacenia obowiązkowej składki w izbie inżynierów nie gwarantuje jakości inspekcji. Podobnie sprawa ma się w odniesieniu do wymagania ukończenia szkolenia inspektorów mostowych. Jest to też zdarzenie jednorazowe, a tymczasem technika mostowa ciągle się zmienia. Inspektorzy powinni więc podlegać niemal ustawicznemu szkoleniu i doskonaleniu swoich umiejętności. Nic nie zmieni wpisywanie do przedmiotu zamówienia na inspekcje coraz większej liczby lat z doświadczeniem po zdobyciu uprawnień. Tu nie mamy do czynienia z winem, które ponoć z wiekiem nabiera wartości i szlachetnieje. Można tylko przypuszczać, że wkrótce dojdziemy do stanu, w którym przeglądy mostów wykonywać będą emeryci, a zatem inżynierowie, którzy swoją wiedzę i uprawnienia pozyskali jeszcze w ubiegłym wieku, gdy nie stosowaliśmy wielu nowoczesnych systemów konstrukcyjnych ani współczesnych technik diagnostycznych.

Należy też mieć na uwadze fakt, że wspomniana we wprowadzeniu metodyka i modelowanie BIM odnoszą się do zarządzania informacją o budowli w całym cyklu życia [3], a nie tylko w czasie projektowania lub budowy. W równym stopniu może być stosowana w procesach, z jakimi ma do czynienia zarządca w fazie operacyjnej, czyli już po oddaniu obiektu do użytkowania. A wiemy, że w przypadku infrastruktury okres ten jest wielokrotnie dłuższy i bardziej kosztowny. I w tym kontekście zauważyć trzeba coraz wyraźniej rysującą się relację pomiędzy kilkoma grupami norm ISO, których rodzina jest stale powiększana i rozwijana. Dzieje się tak głównie w rozwiniętych krajach świata, co wynika z ich bardziej stabilnego i strategicznego podejścia do polityki i gospodarki. Wspólnym celem tych standardów jest poprawa zarządzania jakością, ryzykiem, rosnącymi aktywami oraz informacją, która w coraz większym stopniu jest już dziś tylko w postaci cyfrowej.

Chodzi przede wszystkim o serię norm ISO 9001 [4], ISO 55000 [5] oraz ISO 19650 [6], między którymi występują wzajemne relacje (ryc. 1). O powiązaniu pomiędzy tymi normami pisał Sławomir Heller w serii artykułów [7]. Jednak dopełnieniem tych relacji są również dwie kolejne normy: ISO 17025 [8] oraz ISO 17020 [9]. W wielu organizacjach zarządzających infrastrukturą na świecie są już wykorzystywane.

Jedną ze skutecznych możliwości poprawy jakości przeglądów i ocen stanu technicznego mostów jest wprowadzenie wymogu posiadania przez podmioty wykonujące tego typu inspekcje akredytowanego systemu zarządzania jakością zgodnego ze wzmiankowaną wcześniej normą ISO 17020 [9]. Takie regulacje funkcjonują już od pewnego czasu w innych obszarach kompetencji naszych ministerstw. Ujednolicone procedury zarządzania jakością stosują też różne podmioty związane z ochroną środowiska i zdrowia, a także z transportem drogowym i kolejowym. Cytowana norma zawiera wymagania dotyczące kompetencji jednostek przeprowadzających inspekcję oraz bezstronności i spójności ich działań inspekcyjnych. Może być stosowana na każdym etapie inspekcji (projektowania, badania typu, inspekcji wstępnej, inspekcji podczas użytkowania lub nadzoru). Świetnie wpisuje się również w działania terenowych inspektorów mostowych GDDKiA, jak i diagnostów mostowych PKP PLK. System akredytacji nadzorowany jest w naszym kraju przez Polskie Centrum Akredytacji (PCA). W podobny sposób akredytowane są dziś laboratoria zajmujące się badaniami betonu, kruszyw oraz wykonujące próbne obciążenia obiektów mostowych. Tyle że ich systemy jakości zgodne są w tym przypadku z normą ISO 17025 [8].

Oczywiście głównym powodem, dla którego powinniśmy rozważyć wymóg akredytacji w tym zakresie, jest konieczność podniesienia jakości inspekcji i coraz częstsze sygnały od zarządców, którzy, zlecając inspekcje mostów podmiotom zewnętrznym, otrzymują opracowania o bardzo niskiej jakości. Drugim powodem jest zwiększająca się liczba dużych obiektów mostowych o złożonym układzie konstrukcyjnym. Obiekty te wymagają użycia zaawansowanych urządzeń pomiarowych i diagnostycznych oraz wysokich kompetencji personelu. Często potrzebne są również indywidualne procedury postępowania przy pozyskiwaniu wiarygodnych informacji, na podstawie których podejmowane są decyzje utrzymaniowe. System akredytacji pozwoli zapewnić spójność pomiarową, podnieść jakość inspekcji oraz zminimalizować dzięki temu ryzyka w cyklu życia obiektu.

Właśnie określenie ryzyka powinno stać się ważną częścią procesów zarządzania zasobami infrastruktury mostowej i samej inspekcji mostów [10]. Przyjęcie skali konsekwencji jest istotnym elementem w podejmowaniu decyzji. Ich określenie musi uwzględniać szereg indywidualnych czynników związanych z ustrojem nośnym, podporami, elementami wyposażenia, materiałem, systemami podwieszenia lub sprężenia. Oprócz potrzeby cyfryzacji nowe regulacje powinny również określić ryzyka, przyczyny ich występowania oraz działania zapobiegawcze. W zależności od rodzaju, wieku i lokalizacji konstrukcji mostowej skala konsekwencji wynikająca z oceny ryzyka zapewne będzie się różniła. Inna będzie dla dużego obiektu kolejowego na linii międzynarodowej, a inna dla typowego obiektu drogowego w ciągu drogi lokalnej. Ocena ryzyka zmieniać się też powinna wraz z wiekiem obiektu i jego postępującą degradacją. System zarządzania jakością powinien to uwzględniać podczas szacowania poziomu ryzyka. Ostatecznie dla ułatwienia podejmowania decyzji poziom ryzyka można sprowadzić do zdarzeń akceptowalnych, tolerowanych oraz niedopuszczalnych, a ich przypisanie powinno wiązać się z precyzyjnie określonymi działaniami.

Wdrożenie systemu zarządzania jakością w procesie inspekcji wymaga odpowiednich procedur postępowania związanych z zarządzaniem ryzykiem (ryc. 2). Należy w nim zdefiniować również system zarządzania informacją oraz zidentyfikować zagrożenia przypisane obiektowi. To pozwoli je sklasyfikować wraz z oceną ryzyka. Na tej podstawie powinny zostać określone metody oceny akceptacji ryzyka. Końcowym etapem byłoby opisanie działań minimalizujących te wszystkie ryzyka.

Technika mostowa, metody badawcze (szczególnie nieniszczące typu NDT) czy oprogramowanie lub urządzenia stosowane podczas inspekcji podlegają ciągłemu rozwojowi i są coraz bardziej wyrafinowane [11]. Wymagają nieraz bardzo interdyscyplinarnej wiedzy i umiejętności interpretacji wyników. W wielu przypadkach obsługa przyrządów diagnostycznych obwarowana jest dodatkową koniecznością uzyskania specjalistycznych certyfikatów. Wprowadzenie systemu akredytacji wymusi ciągłe podnoszenie kompetencji wśród inspektorów i diagnostów. Zapewni spójność pomiarową stosowanych przyrządów, wiarygodność i możliwie najwyższy poziom obiektywizmu w interpretacji wyników inspekcji. Dzięki regularnym, corocznym ocenom, które prowadzone będą przez niezależnych audytorów, podmioty realizujące inspekcje mostów będą zmuszone do utrzymywania swoich systemów jakości na jak najwyższym poziomie. W konsekwencji powinno poprawić się bezpieczeństwo naszych obiektów mostowych, ale też oczekiwać można obniżenia kosztów ich utrzymania, i to pomimo podniesienia bezpośrednich cen usług inspekcyjnych. Koszty te są bowiem niewspółmierne w stosunku do konsekwencji powodowanych zaniedbaniami i zaniechaniami w systemach gospodarki mostowej.

Cyfryzacja procesu diagnostyki mostów

Cyfryzacja procesów zarządzania obiektami mostowymi wkrótce stanie się koniecznością również w zakresie metod i narzędzi oceny ich stanu technicznego. Tak dzieje się już w przypadku oceny stanu nawierzchni drogowych, gdzie coraz częściej wykorzystywane są mobilne platformy sensoryczne. Pozwalają one na automatyczny pomiar i elektroniczną rejestrację wielu różnorodnych parametrów wskazujących na stan techniczny i nośność nawierzchni drogi. Są to często pojazdy wyposażone w czujniki laserowe, georadary, skanery, kamery wideo itd. Wyniki tych pomiarów przekazywane są do systemów zarządzania zasobami już tylko w postaci cyfrowej, a po przetworzeniu mogą być w przystępny sposób wizualizowane i wykorzystywane do planowania robót utrzymaniowych.

Niestety w przypadku obiektów mostowych taki poziom automatyzacji jeszcze długo nie będzie możliwy. W odróżnieniu od dróg posiadają one większą różnorodność rozwiązań konstrukcyjnych i materiałowych. Podczas inspekcji ocenia się większą liczbę elementów i parametrów. Znacznie bardziej złożone są również modele degradacji konstrukcji. Stąd w przypadku mostów coraz częściej stosowane są systemy elektronicznego monitoringu stanu technicznego konstrukcji typu SHM (structural health monitoring). Tej klasy systemy powinny umożliwiać nie tylko rejestrowanie wybranych wielkości fizycznych przez zabudowany układ sensoryczny (np. odkształcenia, przyspieszenia, temperatura), ale również wykrywać potencjalne uszkodzenia, zmiany w konstrukcji oraz ewentualne zagrożenia dla bezpieczeństwa użytkowników. Niestety są one zwykle bardzo kosztowne zarówno w montażu, jak i utrzymaniu. Choć mogą być nawet powiązane z modelem BIM monitorowanego mostu, to wciąż nie zastąpią tradycyjnych inspekcji wizualnych. Szczególnie że ze względu na wysokie koszty taki monitoring montowany jest tylko na dużych i ważnych obiektach.

Wszystko to sprawia, że w przypadku obiektów mostowych wizualne inspekcje jeszcze długo będą traktowane jako konieczne i priorytetowe. Natomiast w kontekście opisanej wcześniej postępującej cyfryzacji na pewno będą musiały umożliwiać zapisywanie wyników takiej inspekcji od razu w postaci cyfrowej [12]. A takie możliwości dają mobilne aplikacje uruchamiane na cyberfizycznych urządzeniach, którymi dziś są już nawet powszechnie używane smartfony i tablety. Z pewnością usprawni to dalsze przetwarzanie agregowanych danych, a w konsekwencji poprawi jakość i skuteczność zarządzania infrastrukturą mostową.

Takie podejście udało się już zastosować podczas przygotowań do transportu przez Polskę maszyny TBM drążącej tunel w Babicy koło Rzeszowa. Wpłynęło to istotnie na szybsze i sprawniejsze prowadzenie tego przedsięwzięcia [13]. W pierwszym kroku utworzona została baza wiedzy o obiektach, które znajdowały się na trasie przejazdu konwojów. Pozyskane w tradycyjnych archiwach informacje zostały poddane digitalizacji i wstępnej obróbce. Wymuszone to było oczywiście w pierwszej kolejności potrzebą sprawdzenia aktualnej nośności mostu, dlatego zakres modelowania ograniczony był tylko do konstrukcji przęseł i podpór. Ale przy tej okazji umieszczane na serwerze chmurowym dane uzupełnione zostały o wszystkie informacje potrzebne do późniejszej pracy inżynierów w terenie.

Do prac terenowych zaangażowanych było kilka zespołów inspektorów mostowych. Wszyscy zostali wyposażeni w tablety z mobilną aplikacją (ryc. 3). Dzięki integracji z systemem GIS mogli optymalnie zaplanować kolejność wizytowanych obiektów i precyzyjnie do nich trafić. Będąc już na obiekcie w terenie, mieli dostęp do wcześniejszych ocen stanu technicznego, aktualnej nośności, zidentyfikowanych zagrożeń. Przyspieszyło to procesy podejmowania decyzji i działania w terenie, zwłaszcza w sytuacjach konieczności szybkiego reagowania na nieprzewidziane zdarzenia. Mobilna aplikacja [14] zapewniała też cyfrową archiwizację pozyskiwanych podczas inspekcji danych w czasie rzeczywistym. Odbywało się to przy zapewnieniu ich spójności z doraźnym systemem SGM, który był ograniczony do potrzeb tego projektu. Wszystkie wykonane w terenie fotografie i wszystkie oceny były automatycznie umieszczane w chmurowej bazie danych, a koordynator na bieżąco tylko weryfikował w biurze kompletność inspekcji i generował gotowe raporty. W razie niejasności lub niekompletności danych zespół natychmiast otrzymywał polecenie uzupełnienia lub powtórzenia określonych czynności. Nie było więc ryzyka straty czasu i wzrostu kosztów, wynikających np. z niepotrzebnych przejazdów.

Podobną metodykę i narzędzia (ryc. 4), ale oczywiście po odpowiednim przeskalowaniu i dopasowaniu, można zastosować w ramach organizacji zarządzającej infrastrukturą mostową. W mniejszych administracjach nie musi to być wcale trudne, a relacja kosztów i korzyści powinna wykazać oczekiwaną efektywność. Warunkiem jest jednak gruntowna zmiana wymagań dotyczących diagnostyki mostów, które obecnie regulowane są cytowanymi wcześniej przestarzałymi instrukcjami [2, 15]. Bez tego żaden zarządca z własnej woli nie podejmie się wprowadzania u siebie jakichkolwiek innowacji lub cyfryzacji procesów zarządzania czy też inspekcji mostów. I jest to zrozumiałe, bo musi on kierować się obowiązującymi aktualnie przepisami.

Podsumowanie

Stopniowa cyfryzacja branży budowlanej, związana głównie z wdrażaniem metodyki BIM, wymusi przemiany nie tylko w procesach przygotowania i realizacji inwestycji infrastrukturalnych, ale również w zarządzaniu już istniejącymi zasobami. Informatyczne modele BIM będą w przyszłości kluczowymi elementami systemów gospodarowania mostami. Nie tylko zastąpią papierową dokumentację archiwalną (książki, karty i wykazy obiektów mostowych), ale będą też obiektowym i graficznym uzupełnieniem elektronicznej ewidencji w postaci baz danych, które raczej powinny być traktowane jako bazy wiedzy o zarządzanych zasobach. W dalszej przyszłości być może funkcję tę pełnić będą cyfrowe bliźniaki (digital twins) fizycznych obiektów mostowych [16].

W celu poprawy jakości przeglądów i ocen stanu technicznego obiektów inżynieryjnych należy rozważyć wprowadzenie wymogu posiadania przez podmioty wykonujące tego typu inspekcje akredytacji zgodnie z normą ISO 17020 [9]. Jest to bowiem jedyny skuteczny sposób egzekwowania wymagań dotyczących kompetencji jednostek przeprowadzających inspekcję oraz bezstronności i spójności ich działań inspekcyjnych. Trudno przecież polegać tylko na wiedzy i kompetencjach zdobytych dziesiątki lat wcześniej zgodnie z wymaganiami Prawa budowlanego (uprawnienia budowlane) czy nawet na najlepszych szkoleniach inspektorów mostowych. Tu potrzebne jest ciągłe i systematyczne doskonalenie oraz sprawdzanie poziomu kompetencji personelu. Technika mostowa i diagnostyczna bardzo szybko się zmienia i potrzebne jest ustawiczne i weryfikowane kształcenie oraz wzorcowanie przyrządów pomiarowych.

Literatura

[1] Bień J.: Uszkodzenia, diagnostyka obiektów mostowych. WKŁ. Warszawa 2010.

[2] Instrukcje przeprowadzania przeglądów drogowych obiektów inżynierskich. Wyd. 3. GDDKiA. Warszawa 2020.

[3] Salamak M.: BIM w cyklu życia mostów. PWN. Warszawa 2021.

[4] PN-EN ISO 9001:2015-10 Systemy zarządzania jakością. Wymagania.

[5] PN-ISO 55000:2017-09 Zarządzanie aktywami. Informacje ogólne, zasady, terminologia.

[6] PN-EN ISO 19650-1:2018 Organizacja i digitalizacja informacji o budynkach i budowlach, w tym modelowanie informacji o budynku (BIM).

[7] Heller S.: BIM (Building Information Modeling) na usługach zarządcy infrastruktury drogowej. „Magazyn Autostrady” 2020, nr 3, s. 24–29.

[8] PN-EN ISO/IEC: 17025:2018 Ogólne wymagania dotyczące kompetencji laboratoriów badawczych i akredytujących.

[9] PN-EN ISO/IEC: 17020:2012 Ocena zgodności. Wymagania dotyczące działania różnych jednostek przeprowadzających inspekcje.

[10] Łaziński P., Salamak M.: Systemy zarządzania jakością inspekcji obiektów mostowych. „Mosty” 2023, nr 1, s. 56–58.

[11] Korus K., Jasiński M., Płaszczyk T., Salamak M.: Innowacyjne techniki inspekcji mostów – poligony doświadczalne. „Materiały Budowlane” 2021, nr 12, s. 58–60.

[12] Płaszczyk T., Korus K., Uściłowski M., Salamak M.: Cyfryzacja procesów utrzymania obiektów infrastruktury. „Materiały Budowlane” 2021, nr 6, s. 50–52.

[13] Salamak M., Łaziński P., Poprawa G., Uściłowski M.: Kontrola infrastruktury mostowej z użyciem mobilnej aplikacji w związku z transportem maszyny TBM. „Przegląd Budowlany” 2023, nr 7–8, s. 80–87.

[14] Salamak M.: Mobilne aplikacje w cyfrowym zarządzaniu zasobami infrastruktury mostowej. „Drogownictwo” 2022, nr 5, s. 154–164.

[15] WR-M-81 Wytyczne oceny stanu technicznego drogowych obiektów inżynierskich. Wzorce i standardy. Ministerstwo Infrastruktury. Warszawa 2021.

[16] Miskimmin I.: BIM and Digital Twins (online). Linkedin, 10 czerwca 2020. Dostępny w Internecie: https://www.linkedin.com/pulse/bim-digital-twins-iain-miskimmin (dostęp 7 stycznia 2025).

Referat został wygłoszony podczas Wrocławskich Dni Mostowych Diagnostyka i utrzymanie obiektów mostowych, Wrocław, 21–22 listopada 2024 r.