CASE STUDY FRACTA: come l’intelligenza artificiale ha permesso di definire il piano di sostituzione di una rete acquedottistica nord-americana in condizioni critiche, risparmiando 80,000 $ all’anno

Topeka, la capitale dello Stato del Kansas, è una città di 125,000 abitanti sulle sponde del fiume Kansas, a 100 Km da Kansas City e dalla confluenza del fiume Kansas con il Missouri.

Dei 1430 Km della rete acquedottistica di Topeka, circa 100 Km hanno più di 100 anni ed il tasso di fallanza medio degli ultimi 10 anni è stato di 0,4 rotture/Km*anno, un valore ben quattro volte maggiore rispetto alla media nazionale.

La rete di Topeka è costituita principalmente da tubi in ghisa e, a partire dagli anni ’50, da ghisa sferoidale. Quest’ultima era garantita per 100 anni ma ha mostrato un alto tasso di rotture già dopo 60 anni, con situazioni estreme quali 55 rotture nella stessa condotta di ca. 800 metri nel solo 2008.

Considerando il budget disponibile, non era possibile sostituire sia le tubazioni che avevano superato l’aspettativa di vita di 100 anni che le tubazioni che mostravano prematuri segni di cedimento; tanto più che alcune delle tubazioni più datate si erano mostrate ancora in buone condizioni.

Il gestore del servizio idrico di Topeka ha ricercato un metodo standardizzato per definire i piani di sostituzione e non fare più affidamento solo sull’esperienza maturata tramite le sostituzioni preventive, basate sulla vetustà delle condotte, e le riparazioni di emergenza a seguito delle rotture.

 

Calcolo del rischio rottura con Fracta

Dal 2019, il piano di sostituzione delle condotte di Topeka è definito considerando il rischio connesso alle rotture calcolato da Fracta.

L’algoritmo di Machine Learning Fracta ha calcolato la correlazione tra le caratteristiche del territorio di Topeka e le rotture pregresse registrate lungo la rete acquedottistica della città, ed ha restituito la probabilità di rottura di ciascuna condotta.

 

 

Le variabili utilizzate da Fracta per il calcolo della probabilità di rottura, includono i dati ambientali e geografici della zona, ovvero dati idrogeologici e chimici di suolo e sottosuolo e le condizioni meteorologiche. A questi si aggiungono i fattori antropici:

  • destinazione d’uso del suolo
  • infrastrutture
  • traffico
  • densità abitativa

per un totale di oltre 150 variabili.

Estrapolando i pattern nascosti nella gran mole di dati processati, Fracta calcola la probabilità statistica di guasto (LOF) identificando le condotte in condizioni più critiche.

Oltre alla probabilità statistica di guasto di ogni segmento della rete, Fracta ha stimato i costi associati (COF): i costi del cantiere ed costi indiretti quali:

  • interruzione della fornitura
  • vicinanza a infrastrutture critiche
  • utenze sensibili, ad esempio scuole e ospedali.

Il gestore della rete di Topeka ha scelto di considerare sia la prevista localizzazione delle prossime rotture, che l’impatto delle stesse tramite la formula rischio = probabilità di accadimento x entità del danno.

Rispetto al piano di sostituzione precedente, definito in base all’età delle condotte in ghisa e ghisa sferoidale, con i risultati Fracta, è stato ottenuto un risparmio di 18,000 $ in un singolo progetto. Il gestore del servizio idrico di Topeka segue mediamente 5-6 progetti all’anno, il risparmio ottenibile con Fracta è di 80-100 mila $ all’anno.

 

Il Direttore del dipartimento utilities della città di Topeka ha affermato:

“Considerato il fatto che in tre condividiamo la responsabilità di gestire 6,5 milioni $ all’anno per la sostituzione delle condotte idriche, riteniamo che avere a disposizione uno strumento come Fracta, che consente di prendere decisioni basate sui dati rispetto a quali condotte sostituire, ha per noi un valore inestimabile”. Mr. Braxton Copley.

Come Fracta, abbiamo effettuato due studi sull’accuratezza della predizione rotture di Topeka. Il primo anno, nella porzione di rete evidenziata a massimo rischio dal modello, si sono localizzati il 54% dei guasti. Solo un anno dopo, nella porzione di rete a massimo rischio, si sono localizzati il 65% dei guasti.

 

 

L’algoritmo di machine learning migliora le sue performance di anno in anno grazie a tutti i dati raccolti e processati a livello globale. Attualmente, più di 100 gestori utilizzano Fracta per l’Asset Management. L’accuratezza della previsione Fracta è connessa all’allenamento effettuato dall’algoritmo su circa 300,000 Km di condotte tra USA, Giappone ed Europa; gli esperti di intelligenza artificiale Fracta hanno assegnato alle 150 variabili geo-ambientali dei pesi oggettivi. Questo permette a Fracta di lavorare anche su reti con dati parziali o con uno storico rotture relativamente recente.

Fracta ha ottenuto l’Innovation Award 2022 dalla associazione no-profit delle water utilities americane (AWWA), composta da 4,300 gestori del servizio idrico. L’Innovation Award è assegnato ogni anno alla tecnologia innovativa che ha ottenuto significativi e positivi risultati nell’affrontare le sfide delle Water Utilities.

 


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