Řízení rizik inženýrských staveb

Úvod do problematiky

Výstavba i provozování inženýrských staveb obnáší ve srovnání s jinými typy staveb nej­větší rizika. Tunely, dálnice, železnice, přehrady, mosty nebo úložiště nebezpečných odpadů jsou velmi těsně propojeny s horninovým prostředím, ve kterém či na kterém jsou vybudovány. Kontaktní rozhraní hornina – stavební konstrukce je zde daleko významnější než u staveb občanských či průmyslových. Spolu s vlastní stavební konstrukcí vytváří vzájemně propojený statický systém.

V inženýrských stavbách také platí – více než jinde ve stavebnictví –, že okolní hornina se stává stavebním materiálem. Vlastnosti horniny jsou však ve srovnání s jinými typy stavebních materiálů velmi proměnlivé, obvykle podstatně nižší kvality a jsou zejména velmi obtížně stanovitelné.
Inženýrské stavby jsou také nejvíce ze všech staveb ohroženy přírodními procesy, ať už přirozenými anebo jejich kombinací s lidskou činností.

Sesuv a jeho sanace na silnici I/35 u tunelu Hřebeč, duben – listopad 2006

Jedním z dalších důvodů, proč platí, že podloží stavby je největším zdrojem rizik každé inženýrské stavby, je i velký rozdíl mezi náklady na sanace případných havárií způsobených nevhodným spolupůsobením podloží a konstrukce na straně jedné a na straně druhé je to skutečnost, že ve stavebnictví se (u nás i jinde ve světě) pracuje s velmi nízkými zisky dodavatele – max. 3 až 5 % z ceny díla. Přitom stále rostoucí nelítostná konkurence nutí dodavatele staveb jít ve svých nabídkách až na samou hranici přijatelné kvality a bezpečnosti. Není proto překvapující, že podle statistik ztráty a škody vyplývající z poruch během výstavby inženýrských staveb, havárií, víceprací a nutných prodloužení výstavby dosahují ve světě v  průměru 10 % z výšky všech rozpočtových nákladů na stavbu, tak jak byly stanoveny uzavřenými kontrakty (6).
Je zřejmé, že neočekávané geologické poměry, geologické anomálie a nepřipravenost na ně je hlavní příčinou těchto ztrát (2).

Brandl (1) zjistil, že podle evropských statistik 80 až 85 % všech ztrát ve stavebnictví je způsobeno problémy tkvícími v podloží staveb. Holandská federace dodavatelů zakládacích prací a pilot uvádí, že jen jejich každoroční ztráty přesahují 100 milionů eur ročně, což činí 10 % z jejich ročního obratu.
Řada potíží, které mají svůj původ v geotechnických rizikách, se na stavbách ještě prohlubuje, protože kontrakty na jejich provedení byly v důsledku konkurenčního boje uzavřeny za nepřiměřeně nízké ceny nebo s příliš krátkými lhůtami pro dodání. Spory, dohadování či prosazování dodatečných úprav smluvních podmínek jsou příčinou dalších ztrát, nefinančných i finančných ztrát.

Jestliže uvážíme, že jen z fondu dopravní infrastruktury se v České republice ročně očekává vynaložení částek okolo 50 až 70 miliard korun a další miliardy budou vynaloženy na budování dopravní infrastruktury ze soukromých zdrojů formou PPP projektů, je zřejmá výše ztrát, ke kterým může dojít. Není důvodné předpokládat, že by u nás šlo o podstatně jiná čísla než ta, která odpovídají světovým statistikám. Technickou veřejnost, která se na stavbách denně pohybuje, o tom jistě nebude třeba přesvědčovat.

Řada z těchto staveb se bude provádět v extrémně těžkých geologických poměrech. Typickým příkladem v Čechách je úsek dálnice D8 přes České středohoří vedený sesuvným územím a přes staré zasypané povrchové lomy. Stavba této části se právě zahajuje. Slovenská D1 na úseku Žilina – Ružomberok na horských svazích podél nivy Váhu, jejíž výstavba se v současnosti připravuje, je co do velikosti geotechnických rizik jedna z nejnáročnějších v Evropě.

Taková díla si samozřejmě vyžadují mimořádnou pozornost projektantů i geotechniků. Investoři by neměli odolat pokušení šet­řit na přípravě náročnějších staveb a snažit se nepřiměřeně urychlovat jejich přípravu. Cenou za takový postup by zákonitě byla podstatně zvýšená rizika, vícepráce a vícenáklady, nebereme-li v úvahu problémy investora s takovým stavem spojené.

Daleko vhodnějším postupem v těchto případech je naopak důsledné uplatnění metodiky řízení rizik. Ta se v posledních letech, právě v reakci na četné havárie inženýrských staveb, ke kterým v tomto období ve světě došlo, intenzivně rozvíjela.
V současnosti jsou již s problematikou účinného řízení rizik spojených s výstavbou i provozem inženýrských staveb první zkušenosti i u nás.

Definice rizika a souvisejících pojmů

Inženýrské riziko v kontextu metodiky řízení rizik je definováno jako souběh pravděpodobnosti vzniku nějakého nežádoucího jevu a jeho důsledků pro toho, kdo je nositelem rizika. Matematicky lze tento vztah popsat rovnicí:  R = P .  D
kde R – představuje riziko,
P  – je pravděpodobnost, že nastane nežádoucí jev,
D –  jsou důsledky uskutečnění nežádoucího jevu ve finančním vyjádření.

Nežádoucí jev (událost) je stav, který vznikne nepředpokládaně a má pro stavebníka nebo účastníky výstavby nepříznivé důsledky. Ty lze v konečném hodnocení vyjádřit finančně. Pravděpodobnost vzniku nežádoucího jevu je možné definovat buď kvantitativně, s pomocí pravděpodobnostních metod, anebo jednodušeji kvalitativně, expertním posouzením. Důsledky vzniku nežádoucího jevu se vyjadřují finanční částkou, kterou se ocení vzniklé škody nebo náklady nutné k odstranění následků nežádoucího jevu. Je třeba zdůraznit, že takto definované riziko je ekonomická kategorie. Tato skutečnost má velký význam, protože umožňuje při praktickém řízení rizik optimalizovat náklady na jejich snižování výsledného snížení rizika. Umožňuje tudíž i optimálním způsobem navrhovat rozsah geotechnického průzkumu a monitoringu, které jsou základními články metody řízení rizik. Riziko a priori neznamená jen nebezpečí velké havárie, ztráty životů, katastrofy atp. V inženýrských stavbách se jedná i o nebezpečí vzniku jakéhokoliv nežádoucího jevu, například: prodloužení ražeb tunelu, včas nedokončená konsolidace násypu, stavebními pracemi způsobené sesuvné pohyby, které vedou k vícepracím, prodloužení doby výstavby a ke zvýšeným nákladům.

Existuje celá řada různých typů rizik: Riziko právní, ekologické, finanční, podnikatelské, inženýrské, technické atd. V případě inženýrských staveb se nejvíce uplatňuje riziko geotechnické. To tkví v nejistých znalostech geologických podmínkách, v jakých se stavba buduje, a v nebezpečí neočekávané a nežádoucí odezvy horninového prostředí na stavbu. Geotechnická rizika při výstavbě inženýrských staveb se mohou ve svém důsledku projevit například jako:

• vícepráce z důvodů potíží při realizaci stavby,
• nedodržení smluvní doby předání díla,
• nedodržení rozpočtu či jiných finančních parametrů,
• nedodržení požadovaných technických norem kvality nebo vhodnosti pro daný účel,
• vznik pracovních úrazů,
• nedokončení díla.

Důsledky jsou ve své podstatě vždy finanční. Potřeba řízení a kontroly rizika je tedy zřejmá.

Zvládání rizika

Zvládání geotechnického rizika na inženýrských stavbách se řeší prostřednictvím čtyř okruhů problémů.
Prvním je pochopení spolupůsobení horninového prostředí s vlastní stavební konstrukcí. Předpokladem pro to je podrobný geotechnický průzkum a vypovídající následným vypracováním hypotézy přetváření systému stavba – hornina.
Druhým okruhem problémů je získávání informací o chování systému stavba – hornina, tj. o skutečné reakci horninového masivu na výstavbu. To se děje přímým měřením – monitoringem.
Třetím okruhem je hodnocení těchto informací, tj. výsledků měření, jejich konfrontace s kritérii varovných stavů. To vše se děje rovněž v rámci monitoringu.

Čtvrtým okruhem je vlastní řízení rizik. Jde o rozhodovací proces, při němž se na základě hodnocení výsledku monitoringu přijímají opatření směřující k udržení deformačního chování systému hornina – stavba v projektem předepsaných mezích. Přijímaná opatření jsou zaměřena jednak na snížení pravděpodobnosti, že nastane nežádoucí jev, jednak na opatření ke snížení případných škod, pokud by se uskutečnění nežádoucího jevu nedalo odvrátit.

Účinné řízení geotechnických rizik je nemyslitelné bez geotechnického průzkumu a monitoringu výstavby inženýrského díla. Nicméně aby splnily v rámci řízení rizik svá očekávání, musejí být splněny určité předpoklady. Ty nespočívají ve schopnosti subjektů provést tyto činnosti na vyhovující úrovni; ta je dnes u nás všeobecně dostatečná. Problematický je způsob, jakým jsou pro tyto práce nastaveny podmínky jejich zadavateli, v rámci výběrových řízení na jejich zhotovitele.

Geotechnický průzkum

Z minulého společenského období přežívá představa, že za kvalitu, tj. dostatečnou vypovídací schopnost a spolehlivost výsledků geo­technického průzkumu, odpovídá výlučně jeho zhotovitel. Ten totiž v minulosti rozhodoval o tom, jaký bude rozsah a komplexnost průzkumu. Dnes, prostřednictvím zadávacích podmínek s předem předepsanými časovými termíny a věcnými cíli průzkumu, ale hlavně prostřednictvím kritéria „vítězem výběrového řízení je nabídka s nejnižší cenou“, rozhoduje o komplexnosti rozsahu a kvalitě průzkumu především jeho zadavatel.

Podmínka nejnižší ceny, která se uplatňuje ve veřejných výběrových řízeních, je však pro kvalitu geotechnického průzkumu naprosto devastující. Nabízitelé jsou v konkurenčním prostředí nuceni omezovat komplexnost průzkumu, rozsahy i náročnost terénních i laboratorních zkoušek a měření i hloubku hodnocení. Důsledkem je, že postupně klesá  i jejich odborná zdatnost a technické vybavení, které pro zhotovování průzkumu mají.

Investorovi se takový postup nevyplatí: může očekávat značné vícepráce a vícenáklady v průběhu výstavby, které několikanásobně převyšují „ušetřené prostředky“ za geo­technický průzkum.
Kromě toho takový průzkum nedodá dostatečné informace pro analýzu geotechnických rizik a jejich následné řízení.

Výsledkem jsou zvýšená rizika během výstavby inženýrského díla. Projektant jim může čelit pouze konzervativním návrhem. Tím opět zvyšuje cenu projektu. Často dochází i ke zbytečným haváriím, kterým by se dalo při dostatečné a včasné znalosti horninového prostředí předejít.

Jediným řešením, jak zajistit kvalitu geotechnických průzkumů při ponechání „povinného“ kritéria „nejnižší cena“, je, aby součástí zadávacích podmínek pro geotechnický průzkum byl již podrobně vypracovaný projekt průskumných prací včetně vyčerpávajících předpisů metod, rozsahu průskumných zkušebního programu i technicko-kvalitativních podmínek. Nabízitel se pak ve své nabídce již omezí na ocenění výkazu výměr, obsaženého v zadávacích podmínkách. Takový projekt ale musí pro zadavatele vypracovat nezávislá odborná firma. Ta se již ovšem nemůže daného výběrového řízení zúčastnit; je však vůči zadavateli garantem správnosti a úplnosti průzkumu. Provádí proto pro něj supervizi probíhajících průzkumných prací.

Průzkum musí být naprojektován tak, aby jeho výstupem, kromě standardních požadavků, byla i jednoznačná identifikace všech existujících geotechnických rizik.

V případě velkých inženýrských děl, jako jsou například tunely, je v zahraničí obvyklé ještě zpracovávat takzvanou základní geo­technickou zprávu. Tato zpráva je podkladem pro uzavření kontraktu na zhotovení stavby a obsahuje smluvně definované hodnoty těch geotechnických parametrů, které jsou rozhoující pro fakturaci díla (3).

Monitoring

Monitoring je další technikou, která je k řízení rizika během výstavby inženýrského díla nezbytná. Stejně jako u geotechnického průzkumu jsou u nás subjekty, které jsou monitoring v dostatečném rozsahu, komplexnosti a kvalitě schopny provést.

Samozřejmě je to opět zadavatel, kdo rozhoduje o rozsahu a kvalitě monitoringu prostřednictvím zadávacích podmínek pro výběr jeho zhotovitele. Platí zde totéž co u geotechnického průzkumu. Program monitoringu, který se stane předmětem zadávacích podmínek pro výběrové řízení na zhotovitele, musí být stejně jako program geotechnického průzkumu vyčerpávající. Musí obsahovat výčet všech metod, všech měřicích míst i počtu měření. Dále musí obsahovat technicko-kvalitativní podmínky pro jednotlivé typy měření. Součástí zadávacích podmínek je samozřejmě zase nevyplněný úplný výkaz výměr.

Stejně jako v případě geotechnického průzkumu, tak i u monitoringu je účelné, aby si zadavatel vytvořil finanční rezervu 10 až 20 % na cenu, kterou za výše uvedených podmínek ve výběrovém řízení navrhl vítězný uchazeč. Tyto finanční zdroje pak zadavatel uvolňuje v průběhu výstavby na základě doporučení nezávislého konzultanta, který na provádění prací dohlíží.

Výše popsaný způsob výběrového řízení umožní provedení geotechnického průzkumu i monitoringu za nejnižší možnou cenu při zachování nezbytné kvality. Tento poněkud složitější postup a vyšší cena prací za průzkum, případně monitoring se ale zadavateli několikanásobně vrátí v kvalitnějším projektu vlastní stavby, v nižší nabídkové ceně dodavatelů staveb (protože si nebudou muset připočítávat přirážku na neurčitá geotechnická rizika) a v nižším počtu mimořádných událostí na stavbě. Také se minimalizují vícepráce a vícenáklady uplatňované později ze strany dodavatelů staveb.

Poučení z havárií velkých inženýrských staveb v nedávné minulosti

Zkušenost jednoznačně ukazuje, že všechny velké havárie inženýrských staveb, především tunelů, byly typy havárií, jejichž prvotní příčinou bylo především podřízení technických kritérií v rozhodovacím procesu ve prospěch jiných argumentů (ekonomických, sociálně-politických ap.). Tento stav nastává často v případě politických tlaků (co nejrychlejší příprava a výstavba bez dostatečných finančních zdrojů a času), nebo když nejsou smluvními vztahy stanoveny zcela jasně kompetence, odpovědnost za riziko mezi jednotlivými účastníky výstavby či není zvládnutá organizace výstavby.

Základními důvody, proč investoři inženýrských staveb nejsou ochotni rizika ovlivňovat, obvykle jsou:

• nedostatečné uvědomění si těchto rizik,
• subjektivní pocity zodpovědného subjektu, který nepovažuje riziko za aktuální,
• představa, že rizika se týkají vzdálené budoucnosti,
• kroky vedoucí k identifikaci rizika a jeho snížení jsou většinou v rozporu s okamžitými (většinou ekonomickými či politickými ) zájmy investora,
• konkrétní kompetentní pracovník většinou není tím, kdo o krocích vedoucích ke snížení rizika může přímo rozhodovat.

Problémem je také to, že rozhodovací procesy přímo na stavbách bývají víceúrovňové. Na úrovni, kde lze reálně rozpoznat narůstající příznaky rizika (například čelba tunelu) a ocenit s tím související riziko, nelze rozhodnout o vynaložení vícenákladů na eliminaci tohoto rizika. Této úrovni náleží pouze rozhodování v technické rovině. Na vyšších rozhodovacích úrovních se zase věnuje pozornost především plnění časových termínů, nepřekročení rozpočtů, vztahům s veřejností ap.

Jen velmi zřídka dochází k haváriím v důsledku jasné nedbalosti nebo technické neznalosti inženýrů. Občas dochází k haváriím, neboť projektant překročil hranici známých empirických poznatků a jeho teoretická výbava se ukázala pro daný problém nedostatečnou. Nej­běžněji ale dochází k havárii proto, že technická rozhodnutí jsou poplatná různým partikulárním, politickým nebo ekonomickým tlakům a nepřihlížejí ke konkrétním geotechnickým rizikům, která se v průběhu stavby objevila. V těchto obecných rysech jsou si téměř všechny havárie inženýrských staveb podobny.

Závěr

V řadě odvětví lidské činnosti se rizikový management dávno stal běžnou praxí. Například v bankovnictví, pojišťovnictví, podnikatelské činnosti nebo chemickém průmyslu ap. V českém ani slovenském stavebnictví však stále ještě nedošlo k jeho integrálnímu a systémovému začlenění do systému přípravy a řízení staveb, i když první pokusy s touto metodou učiněny byly. V zahraničí již jde o systém, který se přinejmenším u velkých staveb stává součástí jejich běžného managementu. Stavby jako česká D8 a slovenská D1 si moderní řízení inženýrských rizik nepochybně zaslouží.

Provedení prvního, nejdůležitějšího kroku pro účinné řízení rizik na inženýrských stavbách je však již dnes snadno splnitelné. Jde o to, provést ve fázi přípravy stavby včas a komplexně podrobný geotechnický průzkum, jehož rozsah a kvalita není omezena nevhodnými výběrovými kritérii na jeho zhotovitele. V průběhu výstavby je to pak komplexní monitoring, zakomponovaný do systému řízení stavby. Samozřejmou podmínkou jsou správně nastavené a průhledné kompetenční vztahy mezi všemi účastníky výstavby.

Od partnerů ASB

Bilance pilotních projektů FENIX Group je zcela jednoznačná

Technické řešení zaměřené na zvýšení úspor tepla v tepelných napáječích a ve větších dimenzích tepelných sítí

doc. Ing. Alexander Rozsypal, CSc.
Foto:  archiv SG-Geotechnika, a. s., ČTK

Autor je předseda dozorčí rady a ředitel pro rozvoj ve společnosti Stavební geologie – Geotechnika, a. s. V praxi se zaměřuje na odbornou činnost v oblasti geotechniky, podzemních staveb, monitoringu a řízení inženýrských staveb. Věnuje se i expertní a pedagogické činnosti. Je členem zkušební autorizační komise ČKAIT pro geotechniku a členem vědecké rady FAST TU Ostrava. Je řešitelem řady výzkumných úkolů.

Literatura
(1)    Brandl, H.: The Civil and Geotechnical Engineer in Society. The Deep Foundation Institute. Hawthorn, 2004.
(2)    Fookes at all: Total Geological History: A Model
Approuch to the Anticipation, Observation and Understanding of Site Conditions. EngGeo, 2000.
(3)    Rozsypal, A.: Kontrolní sledování a rizika v geotechnice. Vydavatelství Jaga, 2001.
(4)    Rozsypal, A.: Základní geotechnická zpráva, nástroj pro řízení rizik. Tunel 4., 2006.
(5)    Rozsypal, A.: Principy riadenia geotechnických rizík na podzemných stavbách. Stupava, 2007.
(6)    Staveren, M.: Uncertainty and Ground Conditions
– A Risk management approuch. Elsevier, 2006.