Výzkumný projekt

VK02030035 Ochranné a bezpečnostně-organizační kompozitní bariéry pro civilní sektor 2.0


Cíle projektu

Hlavním cílem projektu je výzkum a vývoj kompozitního modulového systému pro ochranu měkkých cílů a kritické infrastruktury před účinky antropogenních i environmentálních hrozeb, jako jsou výbuchy, aktivní střelec, nástražné výbušné systémy, požár či tlaková vlna. Systém bude vyvinut s využitím vysokopevnostních sklolaminátových desek (VPKD) a kompozitních či ocelových prvků, v několika třídách odolnosti – od lehkých přenosných variant po těžké částečně mobilní konstrukce. Navržené řešení umožní rychlé vytvoření bezpečnostních zón, zodolnění vstupních prostor nebo dočasné zakrytí exponovaných částí budov, včetně prosklených fasád či stěn chránících klíčové technologie. Systém je určen primárně pro exteriérové nasazení (např. veřejná prostranství, nádraží, elektrárny), ale konstrukčně umožňuje i použití v interiéru, např. v podobě panic room (bezpečnostní místnost) nebo safe room (místnost pro nouzové ukrytí). Projekt cílí na civilní sektor i složky IZS, především Policie nebo HZS. Pro naplnění hlavního cíle projektu je nutné splnit následující dílčí cíle projektu: Vyvinout a otestovat kompozitní, ocelový nebo hybridní nosný systém s rámem a táhly, který bude využívat dosavadní poznatky spoluřešitele (společnosti STRIX Chomutov, a.s.) z oboru sanace skal s využitím principů dynamických bariér. Konstrukce musí zvládat opakované statické, ale i dynamické namáhání, případně jejich kombinaci. Vytvořit modulární systém pro nosnou konstrukci a vysokopevnostní kompozitní desky (VPKD, které vyrábí spoluřešitel společnost PREFA Kompozity, a.s.) z pohledu variability a možnosti dodatečného zesílení odolnosti v případě nutnosti. Systém umožní vytváření organizačních svislých volně stojících bariér výšky až 2,5 m, s kotvením do stropu až 4,0 m, ale zároveň umožní naklonění bariéry nebo zakrytí vymezeného prostoru ze shora a umožní vytvoření předsazených fasád na výšku 8 m, která zhruba odpovídá výšce 2 podlaží běžného objektu.

Účastníci projektu:

Hlavní řešitel: České vysoké učení technické v Praze

Další řešitel: STRIX Chomutov, a.s.

Další řešitel: PREFA KOMPOZITY,a.s.

Uživatelské organizace:

Hasičský záchranný sbor Libereckého kraje

Ochranné služby Policie České republiky

Zlínsky kraj - Bezpečnostní rada Zlínského kraje

Okrasní hospodářská komora v Chomutově

Ředitelství služby pořádkové policie Policejní prezidium České republiky

Etapy projektu

1. rok řešení (popis činností a milníků)

ETAPA 1: Ultralehký systém, 01-12, Prokeš PREFA. 01-03: Návrhy geometrických a technických řešení variant nosného systému (ČVUT a STRIX), návrh kotvení do připraveného podkladu/terénu (STRIX a ČVUT) a exteriérových experimentů, příprava polygonu (STRIX). Návrh a výroba VPKD a jejich spojování (PREFA), výroba prvků pro nosný systém (STRIX). 04-06: Výroba segmentů a celé sestavy pro systém (min. 2 ks/varianta). Provedení laboratorních testů jednotlivých segmentů a první exteriérové systému (sestavení, zatížení, rozložení atd. Základní testování na polygonu STRIX, vyhodnocení praktických testů. Návrh úpravy technického řešení, výroba optimalizovaných bariér. Balistické testování VPKD a spojů. 07-09: Optimalizace řešení na základě výsledků testování a validovaných výsledků numerických simulací. Optimalizace kotvení (ČVUT a STRIX). Výroba min. 3 ks optimalizovaného systému pro testování (STRIX a PREFA). Exteriérové testování. Milník V1 Gfunk. 10-12: Výroba min. 3 ks systému, druhé kolo exteriérových experimentů a vyhodnocení. Případné provedení dalších testů. ETAPA 2: Lehký systém, 06-12, Dufka STRIX. 07-09: Návrh geometrických a technických řešení variant nosného systému (ČVUT a STRIX), návrh kotvení do připraveného podkladu/terénu a fasádu (STRIX a ČVUT). Návrh a výroba VPKD (PREFA), výroba prvků pro nosný systém (STRIX). 10-12: Výroba segmentů a celé sestavy (min. 2 ks/varianta). Provedení laboratorních testů jednotlivých segmentů a první exteriérové systému (sestavení, zatížení, rozložení atd.). Základní testování na polygonu STRIX, vyhodnocení praktických testů. Návrh úpravy technického řešení, výroba optimalizovaných bariér. Balistické testování VPKD a spojů. ETAPA 5: Numerické modelování, 01-12, Máca ČVUT. 01-06: Výpočty, numerické modelování, kalibrace a optimalizace modelu na základě průběžných výsledků z Etapy 1. 07-12: Primárně další validace a optimalizace na základě testů v laboratoři a na polygonu STRIX z Etapy 1 a 2. Podrobněji viz Příloha A projektu.

 

2. rok řešení (popis činností a milníků)

ETAPA 1: Ultralehký systém, 01-06, Prokeš PREFA. 01-03: Výroba min. 3 ks optimalizované verze bariéry, další kolo exteriérových experimentů. 04-06: Vyhodnocení provedených testů, případné provedení dalších. Milník V2 Gprot. ETAPA 2: Lehký systém, 01-12, Dufka STRIX. 01-03: Optimalizace řešení na základě výsledků testování a validovaných výsledků numerických simulací. Optimalizace kotvení (ČVUT a STRIX). Výroba min. 3 ks systému (STRIX a PREFA). Exteriérové testování. Milník V3 Gfunk. 04-06: Vyhodnocení testování a návrh optimalizace. Případné provedení dalších testů. 07-09: Výroba optimalizovaného systému a exteriérových experimentů, vyhodnocení. 10-12: Případné provedení dalších testů. Základní testování na polygonu STRIX, vyhodnocení praktických testů. Příprava technických podkladů. Milník V4 Gprot. ETAPA 3: Středně těžký systém, 01-12, Prošek ČVUT 01-03: Návrh řešení nosného systému (ČVUT a STRIX). Návrh kotvení (ČVUT a STRIX). Návrh skladby sendvičového panelu v několika variantách z pohledu balistiky a požáru. 04-06: Výroba několika kusů sendvičového panelu a jeho laboratorní testování (balistika požár). Vyhodnocení výsledků a optimalizace řešení. Výroba nosného systému a jeho testování. 07-09: Výroba celého optimalizovaného systému a provedení exteriérových experimentů, vyhodnocení. Milník V5 Gfunk. 10-12: Případné provedení dalších testů. Optimalizace řešení. ETAPA 4: Těžký systém, 06-12, Tesárek ČVUT 07-09: Návrh nosného systému a kotvení (ČVUT a STRIX). Návrh skladby sendvičového panelu (STRIX a PREFA). 10-12: Výroba několika sendvičových panelů a jeho laboratorní testování (balistika a požár). Vyhodnocení výsledků a návrh optimalizace řešení. ETAPA 5: Numerické modelování, 01-12, Máca ČVUT. 01-06: Výpočty, numerické modelování, kalibrace a optimalizace modelu na základě průběžných výsledků z Etapy 2 a 3. 07-12: Primárně další validace a optimalizace na základě testů v laboratoři a na polygonu STRIX z Etapy 2 až 4. Podrobněji viz příloha A.

 

3. rok řešení (popis činností a milníků)

ETAPA 3: Středně těžký systém, 01–06, Prošek ČVUT 01–03: Ve spolupráci subjektů STRIX a PREFA bude vyrobena optimalizovaná varianta systému určeného pro středně těžké nasazení. Výroba zahrnuje konstrukční a spojovací prvky včetně montážních komponent. Současně budou připraveny testovací scénáře a konfigurace pro exteriérové experimenty, včetně návrhu zatěžovacích schémat, rozmístění překážek a zajištění příslušných polygonů a zázemí. 04–06: Proběhne realizace exteriérových experimentů, které ověří odolnost systému, jeho stabilitu, ovladatelnost při přesunech a montážní proveditelnost. V případě potřeby budou provedeny doplňkové testy (např. zakončení sekcí, rohové spojení nebo ukotvení). Výsledky poslouží jako základ pro přípravu technických výkresů a dokumentace k dalšímu vývoji. Milník V6 Gprot. ETAPA 4: Těžký systém, 01–12, Tesárek ČVUT 01–03: PREFA zajistí výrobu těžkého sendvičového panelu v optimalizované variantě. Následovat budou laboratorní a venkovní zkoušky – zaměřené na balistickou odolnost, požární reakci a celkovou strukturální integritu. 04–06: Výsledky poslouží k úpravě návrhu a následné výrobě finální testovací sestavy (ve spolupráci STRIX a PREFA). 07–09: Proběhne rozsáhlé exteriérové testování: ověření montážních postupů, konstrukční odezvy, interakce s okolní infrastrukturou. 10–12: Závěrečné testy specifických detailů, příprava technických listů a montážních pokynů. Milníky V7 Gfunk a V8 Gprot. ETAPA 5: Numerické modelování, 01–12, Máca ČVUT 01–06: Výpočty a simulace dle dat z předchozích etap, kalibrace modelu a příprava podkladů pro užitný vzor a metodiku nasazení. 07–12: Validace modelů dle testů, optimalizace a podání přihlášky k ÚPV. Milník V9 Fužit. Podrobněji viz příloha A.

 

4. rok řešení (popis činností a milníků)

Není relevantní.

 

Metodologie řešení projektu

Projekt je založen na výzkumu, vývoji a experimentálním ověření čtyř typů modulárních ochranných bariér s odlišnou konstrukční a funkční charakteristikou. Řešení kombinuje experimentální testování, počítačové simulace a praktickou validaci v reálných podmínkách, přičemž využívá systematický metodologický rámec zahrnující laboratorní, numerické i terénní přístupy. Vývojový cyklus zahrnuje pět klíčových sad experimentálních zkoušek, které odpovídají jednotlivým fázím návrhu a ověření. První fáze se zaměřuje na testování jednotlivých materiálových vrstev a sendvičových prvků z kompozitů. Bude hodnocena jejich mechanická pevnost, tuhost, tepelně-technické parametry a balistická odolnost podle evropských a vojenských standardů. Materiálové složení je optimalizováno s cílem dosáhnout co nejvyšší balistické a požární odolnosti při nízké hmotnosti. V další etapě bude zkoumán návrh spojovacích prvků a segmentů nosných konstrukcí. Důraz je kladen na jejich funkčnost, odolnost vůči dynamickému namáhání, vlivu teplotních změn, požáru a opotřebení. Navržené konstrukce budou podrobeny zátěžovým zkouškám na úrovni komponent i sestav. Pro ověření chování při mimořádném zatížení budou provedeny testy požární stability, statické únosnosti a modulární funkčnosti. Následuje validace kompletních modulárních jednotek, které budou podrobeny kombinovaným zkouškám včetně balistiky, manipulace, stability, šíření plamene a vlivu tepelného toku. Zkoušky proběhnou jak v kontrolovaném laboratorním prostředí, tak v exteriérových podmínkách simulujících nasazení v krizových a veřejných zónách. Testy zahrnují i požární zatížení simulující například hoření elektrovozidla nebo odpadního materiálu. Současně bude probíhat návrh a optimalizace pomocí počítačového modelování. Výpočty budou prováděny s využitím metod konečných prvků a softwarových nástrojů typu ANSYS, FDS nebo MATLAB. Modely budou kalibrovány na základě experimentálních dat. Simulace budou zaměřeny na predikci chování bariér při různých typech zatížení – výbuch, tlaková vlna, požár, náraz tělesem či strukturální kolaps. Výstupy slouží jak k návrhu samotných bariér, tak i k sestavení metodiky jejich bezpečného a efektivního použití. Finální prototypy všech čtyř systémových variant budou následně testovány v reálných scénářích. Simulována budou rizika jako aktivní střelec, vnitřní exploze, požár vozidla, vandalismus, klimatická zátěž nebo náhodné poškození. Důraz je kladen na rychlost montáže, flexibilitu sestavení, kompatibilitu s různými typy prostředí a možnost opakovaného nasazení. Metodika zohledňuje jak ochranu osob, tak i zajištění stability a integrity stavebních konstrukcí v jejich bezprostředním okolí. V souladu s cíli projektu budou zpracovány technické listy, návod na použití a podklady pro ochranu duševního vlastnictví. Součástí řešení je i vytvoření rámce pro budoucí zavedení systému do civilní ochrany, krizového řízení nebo integrovaného záchranného systému. Detailní rozpis jednotlivých testovaných sestav, použitých metod, rozsahů a konkrétních norem je obsažen v Příloze A.