Současné stavebně-inženýrské aktivity přispívající ke spolehlivosti a udržitelnosti historických památek
Příspěvek se zabývá úlohou inženýrů v současném světě. Zejména je zaměřen na představení současných možností při uchování historických monumentů a jejich údržbě. Na dvou případových studiích poukazuje na nové možnosti, které nám skýtá výpočetní technika a propojení zúčastněných aktérů pomocí webu. Také určitým způsobem zmiňuje jednání Světového inženýrského konventu WEC 2023. Vzhledem k rozsahu je nejprve prezentována první, obecná část, která je doplněná ověřením konceptu při sledování opěrné zdi kostela sv. Jakuba v Nepomuku. V navazujícím samostatném příspěvku je detailněji prezentován příklad použití těchto technologií při sanaci zámku v Nemyšli.
1. Úvod
Není to dlouho, co se v Kongresovém centru uzavřely brány za WEC 2023. Dá se říci, že organizace světového inženýrského konventu, světové inženýrské úmluvy, spočívala především na bedrech ČSVTS ve spolupráci WFEO. První zkratka je dobře známa, pro jistotu uvádíme, že WFEO je World Federation of Engineering Organizations. Domníváme se, že k průběhu a organizaci z určitého globálního pohledu se vyjádří jednotliví členové organizačních výborů. Chtěli bychom poskytnout určitou zpětnou vazbu z pohledu přípravy a organizace dílčí sekce konventu. Česká stavební společnost jako členský spolek Svazu se do přípravy zapojila na jejím samotném počátku. Přestože jednání WEC 2023 bylo zaměřeno především do budoucnosti a řešení globálních celosvětových problémů, připomněl náš spolek, že bychom neměli zapomínat ani na inženýry minulosti. Na konventu byla několikrát zmíněna úloha inženýrů v současném světě. Genius, možná i in genius z latiny přeložíme jako génius či v genialitě. Možná, že to zní trochu nadneseně, ale nebýt geniality Jana Blažeje Santiniho Aichela, v tomto roce uplyne 300 let od jeho úmrtí, nebo z pozdější doby připomenu „inženýra“ Gustava Eiffela, přišlo by lidstvo o řadu dech beroucích stavebních skvostů. Z pohledu dnešního vědění je téměř nepochopitelné, že vůbec někdo si troufnul postavit stavbu jako je Eiffelova věž, my někdy říkáme Eifelovka, a navíc, že spolehlivě funguje více než sto třicet let.
2. WEC 2023 – Subsekce „Historical monuments maintenance and preservation“
Údržba a záchrana historických památek, přeložíme-li anglické termíny výše uvedené, dokumentuje civilizační úroveň každé společnosti. Je známkou barbarství, když pohrdáme prací našich předků a nevážíme si velkolepých budov nebo památek, které vytvořili. Úcta k dílu předků by měla být základní etickou zásadou každého jedince. Proto je důležité věnovat ochraně a udržování tohoto jedinečného kulturního dědictví zvláštní pozornost. Udržitelnosti světového kulturního dědictví je věnována velká část práce vládních i nevládních organizací. Závěry a myšlenky přijaté v jejich práci je třeba šířit a implementovat do naší práce. Měli bychom mít na paměti „Úmluvu o ochraně světového kulturního a přírodního dědictví“ [1], která byla přijata Generální konferencí na jejím sedmnáctém zasedání v Paříži dne 16. listopadu 1972 a byla ratifikována členskými státy Organizace spojených národů. Měli bychom také vzít v úvahu doporučení ICOMOS, která jsou obsažena v Benátské chartě z roku 1964 o ochraně a obnově památek a míst [2]. Z pohledu stavebního inženýrství to znamená:
- V projektování a práci se řídit Úmluvou o ochraně světového kulturního a přírodního dědictví.
- Využívat všech forem mezinárodní spolupráce při jejím dodržování.
- Vytvoření plánů řízení a nastavení systémů podávání zpráv.
- Přistupovat k řešení problémů s využitím široké mezioborové spolupráce.
- Vyhodnocení současného stavu pomocí nedestruktivního a laboratorního testování vzorků.
- Hodnocení stability a spolehlivosti pomocí pokročilých číselných kódů.
- Nezapomínat na prevenci poruch a provádět průběžnou údržbu.
- Vyvíjet systémy monitorování zdravotního stavu památek.
- Využívat současných technologií, zejména systémů IoT.
- Součástí přístupu k udržitelnosti památek by měla být archivace projektů a návrhů všech sanačních zásahů.
- Poskytování technické pomoci a odborného školení vlastníkům památkově chráněných objektů.
- Vychovávání mladých následovníků s využitím mezinárodní spolupráce vysokých škol a institucí ve vzdělávání.
3. Několik poučení, která vyplynula z jednání WEC 2023
Mimořádně inspirativní projev na plénu kongresu, Congress Plenary Speaker, měl Jack Dangermond. Hovořil o GIS (geografický informační systém) a Geographic Approach (zeměpisný přístup) jako o digitální infrastruktuře pro budování udržitelné budoucnosti. Přesto, že se jedná o amerického miliardáře, jeho přednáška byla vedena v duchu veřejného volného přístupu k informacím přes web. Za zmínku, která dokládá jeho filantropický přístup, je dar 165 milionů dolarů, které společně s manželkou věnovali v roce 2017 na založení rezervace Jack and Laura Dangermond na pobřeží Tichého oceánu. Na internetu je uvedeno, že se jedná o největší dar, který kdy byl na ochranu přírody věnován. Více informací nalezneme na https://en.wikipedia.org/wiki/Jack_Dangermond. Jack Dangermond hovořil o digitální transformaci, která probíhá v inženýrské komunitě, a jak se tato může znatelněji podílet na vytváření udržitelné budoucnosti. Zmínil též výzvy vyplývající ze změny klimatu, ztráty biologické rozmanitosti a souvisejících dopadů. Inženýři a plánovači se musí zmobilizovat, aby se vypořádali s těmito výzvami, a to vývojem a integrací metod, které berou v úvahu udržitelnost životního prostředí a plánování odolnosti ve svých profesionálních postupech. Poslední věta nabádá k široké mezioborové a vůbec celospolečenské spolupráci.
Dříve než přistoupíme k představení jednání naší subsekce, zmíníme se o několika zkratkách spojených s digitální transformací. Z velkého množství se pro digitální přístup nabízí zkratky WWW, AI, IoT, LTE, LPWAN, HMI a GUI.
World Wide Web (WWW, zkráceně web, v doslovném překladu „světová rozsáhlá síť“, „celosvětová síť“) je označení pro systém prohlížení, ukládání a odkazování dokumentů nacházejících se v Internetu. Toto prakticky znamená, že přístup k informacím či řešení bude v reálném, či libovolném čase.
Umělá inteligence (AI, Artificial Intelligence) sice může být i nebezpečná, ale pohlížejme na ni z té lepší stránky.
IoT (Internet of Things) je v informatice označení pro síť fyzických zařízení, která je vybavena senzory, softwarem, elektronikou pohyblivými částmi a síťovou konektivitou, která umožňuje jejich vzájemné propojení, výměnu dat a v případě nutnosti pracovní úkon.
LTE (Long Term Evolution) je zkratka pro vysokorychlostní mobilní sítě nahrazující starší GSM.
LPWAN (Low Power Wide Area Network) je bezdrátová technologie pro přenos malých dat na velké vzdálenosti, vyvinutá pro distribuované telemetrické sítě, interakci mezi stroji využitelná v internetu věcí.
HMI (Human Machine Interface) je uživatelské rozhraní nebo řídící panel, který propojuje osobu se strojem, systémem nebo zařízením.
GUI (Graphical User Interface), grafické uživatelské rozhraní poskytuje uživateli možnost interaktivního ovládání počítače. Za pomocí vstupních zařízení, jako jsou myš, klávesnice či touchpad, ovládá uživatel grafické prvky na monitoru počítače, a tím přenáší své myšlenky a pokyny k akci PC. Mimo počítače se GUI aplikuje i do přenosných zařízení (telefony, tablety, přehrávače hudby), televizí, domácích spotřebičů či některých průmyslových strojů.
4. Využití digitální transformace při ochraně kulturního dědictví
Nejen v lidském životě je důležité řešit zdravotní problémy co nejdříve. Dokonce největší problémem současného zdravotnictví je prevence. Odhalíme-li vážné zdravotní problémy včas, je naděje na vyléčení značná. Toto samozřejmě platí též pro všechny stavby, nejen historické. Z tohoto důvodu je důležité začít řešit poruchy staveb v době blízké vzniku poruch a vůbec mít přehled o slabých místech stavebních objektů. K tomu se hodí určitá inervace, osazení problematických míst senzory. To nám umožňuje mít o skutečném stavu památky přehled v libovolném čase. Zároveň musíme být schopni s využitím počítačů a umělé inteligence evaluovat vzniklý stav [3], [4].
Níže uvedené schéma na Obr. 1 popisuje rozmístění senzorů, modré obdélníčky, vzájemné propojení do centra i možnost vzdáleného přístupu přes mobilní zařízení. Zkratky uvedené v obrázku jsme se snažili již dříve objasnit.
Obr. 1: Schéma rozmístění senzorů
Mezi hlavní vize v oblasti rekonstrukcí historických staveb proto patří zařazení těchto pokročilých systémů k běžně aplikovaným metodám diagnostiky konstrukcí a monitoringu staveb.
Na dalším obrázku vidíme čidla, dilatometry (Obr. 2), měřící rozšiřování trhlin v obvodové zdi, „černá krabička s anténkou“ (Obr. 3). Bezdrátově je informace přenesena do záznamníku dat, „bílá krabička s dvěma anténkami“, která s využitím mobilních sítí přenáší digitální informace do počítače. Dále na obrázku vidíme umístění dilatometru a zachycení výstupu v čase (Obr. 4). Šířka trhliny je značná, trhlina se v čase značně rozšiřuje, což je neklamným znakem blížícího se kolapsu. K tomu skutečně došlo (zobrazeno na Obr. 5), ale vzhledem k tomu, že byl dodržen zákaz vstupu do blízkosti zdi, nedošlo ke ztrátám na lidských životech. Jenom podotýkáme, že ne vždy se s rozumnými finančními náklady dá havarijní situace řešit, neboť i při provádění sanace, nedostatečně stabilních a nevyzpytatelných konstrukcí, nelze bezpečnost pracovníků garantovat.
Obr. 2: Senzorické vybavení
Obr. 3: Umístění dilatometrů
Obr. 4: Záznam měření
Obr. 5: Kolaps opěrné zdi
5. Závěr
Závěrem bychom rádi zdůraznili nezastupitelnou úlohu inženýrů ve společnosti, protože de facto přenášejí poznatky vědy do fungování lidstva. Z pohledu dnešního lékařství si jistě uvědomíme, že nebýt řady vysoce sofistikovaných diagnostických přístrojů, nemohli by být lékaři schopni cílit terapii na místa, která se skrývají uvnitř lidského těla. Pro poučení je možné do internetového vyhledavače zadat např. PET/CT. Ale CT (Computed Tomography) využijeme např. i při studování kvality historických objektů, napadlo nás zde i ke studování mumií. Zkrátka tímto interdisciplinárním přístupem získáváme informace pro nás dříve nepřístupné a nepředstavitelné. Pohlédneme-li trochu do minulosti, tak pro zpětnou analýzu stavby jsme v prvé řadě potřebovali znát její geometrii, což vyžadovalo značné úsilí. Dneska s určitým vybavením je to otázka několika hodin. Samotný výpočet užitím metody konečných prvků, s využitím splajn funkcí, už proběhne v reálném čase. Rovněž sbírat a ukládat data už není neřešitelný problém. Dnes žijeme v zettabajt éře (Zettabyte Era or Zettabyte Zone); opět bychom doporučili nahlédnout do internetu. Zkrátka na spoustu věcí jsme schopni reagovat velmi rychle, a co se týče staveb, můžeme neskutečně přispět k jejich spolehlivosti a bezpečnosti. Navíc především pro historické stavby výrazně přispějeme k jejich udržitelnosti.
Literatura
- Úmluva o ochraně světového kulturního a přírodního dědictví https://whc.unesco.org/en/conventiontext/
- Mezinárodní charta o zachování a restaurování památek a sídel (Benátky 1964)
http://www.arte-fakt.cz/benatska_charta.html - Kuklik, P. et al. Bearing Capacity of Masonry Walls in Churches by Means of a Probabilistic Assessment. In Aguilar, R., Torrealva, D., Moreira, S., Pando, M.A., Ramos, L.F. (eds) Structural Analysis of Historical Constructions. RILEM Bookseries, vol. 18. Springer, Cham. Switzerland, 2019, pp. 1036-144, https://doi.org/10.1007/978-3-319-99441-3_112
- Borri, A. et al. Calibration of a visual method for the analysis of the mechanical properties of historic masonry. Eng. Struct. Procedia Structural Integrity Volume 11, Elsevier, 2018; pp. 418–427, https://doi.org/10.1016/j.prostr.2018.11.054
The paper deals with the role of engineers in the contemporary world. In particular, it is focused on presenting the current possibilities in preserving historical monuments and their maintenance. In two case studies, point out the new possibilities offered by computer technology and connecting the involved actors through the web. It also mentions the WEC 2023 World Engineering Convention in a certain way. Due to the scale, the first, general part is presented first, which is supplemented by the concept verification while monitoring the retaining wall of St. James Church in Nepomuk. In the following separate paper, an example of the use of these technologies in the rehabilitation of the castle in Nemyšl is presented in more detail.