Отпорни и паметни училишта – научноистражувачки проект на ИЗИИС

Во рамките на програмата за финансирање на Министерството за образование и наука на Република Северна Македонија, во тек е реализација (2025-2026) на научноистражувачкиот проект во областа на образовната инфраструктура, со наслов Отпорни и паметни училишта – регионална приоритизација врз основа на сеизмички, енергетски и социоекономски индикатори, насочен кон трансформација на начинот на кој се анализираат, вреднуваат и приоритизираат училишните објекти. Проектот се реализира во Институтот за земјотресно инженерство и инженерска сеизмологија (ИЗИИС), Универзитет „Св. Кирил и Методиј“ во Скопје, во соработка со неколку национални и меѓународни партнери, вклучувајќи експерти од Scuola Universitaria Superiore IUSS од Пaвиа (IUSS), Градежен факултет – Скопје (ГФ), Факултет за информатички науки и компјутерско инженерство – Скопје (ФИНКИ), како и Министерството за образование и наука (МОН).

1. Цели на проектот

Основната цел на проектот е развој и имплементација на сеопфатна и интегрирана рамка за проценка на перформансите на училишните објекти во Република Северна Македонија, базирана на три фундаментални индикатори: сеизмичка безбедност, енергетска ефикасност, а имајќи ја предвид специфичната општествена важност на образовните објекти и нивната социоекономска повредливост (сл. 1).

Слика 1 – Интегрирана рамка за приоритизација на училишните објекти

(R. Monteiro, EMERGE kick-off meeting, 03. 2025, Tirana)

Врз основа на интегриран индикатор, објектите се рангираат и се утврдува приоритет за интервенции за нивно конструктивно зајакнување. Предложената методологија за приоритизација се базира на современ и мултидисциплинарен пристап кој истовремено ги опфаќа барањата за сеизмичка отпорност и енергетска ефикасност, овозможувајќи балансирана проценка на безбедноста, одржливоста и функционалноста.

Преку утврдените нивоа на повредливост на објектите и добиената приоритизација, се предвидува детална анализа на највисоко приоритизираното училиште, вклучително и проценка на влијанието на локалните геотехнички услови врз неговото сеизмичко однесување. Ова ќе даде јасна слика за состојбата на конструктивиот систем на објектот и ќе ја поддржи разработката на соодветни стратегии за подобрување на неговите перформанси.

Во контекст на обезбедување на долгорочна функционалност, одржливост и безбедност на училишната инфраструктура, а во согласност со концептот за развој на отпорни и паметни образовни објекти, се предвидува имплементација на систем за мониторинг на сеизмички и климатски параметри во избран училиштен објект. Избраниот објект претставува конструкција со соодветна сеизмичка отпорност и енергетска ефикасност, приоритизирана меѓу најдобрите објекти според развиената холистичка методологија за проценка. Предложениот систем за мониторинг ќе овозможи континуирано следење на еколошките и конструктивните параметри, со што ќе придонесе за подобро разбирање на однесувањето на објектот и ќе поддржи информирано донесување одлуки за идни интервенции.

Како хоризонтална активност, се работи на  развој на дигитална алатка која ќе вклучува однапред дефинирани атрибути поврзани со индикаторите за перформанси на избраниот сет училишни објекти и ќе служи како централизирана платформа за управување и анализа на податоци. Главен краен корисник на оваа алатка ќе биде МОН, а таа ќе обезбеди основа за развој на стратегии и политики насочени кон промоција на изградба и санација на отпорни и паметни училишта.

2. Училишните згради во фокусот на истражувањето. Зошто?

Со цел да се одговори на строгите барања на Европската Унија за енергетска реконструкција на објектите, насочени кон намалување на CO_₂ емисиите и промовирање на одржлив развој, а и имајќи ја предвид сè поголемата важност на социоекономската повредливост како клучен услов за достоинствени услови за живеење, постои јасна потреба од развој на интегрирана рамка за приоритизација на санацијата на постојните објекти. Во моментов, ваков интегриран пристап не постои во Република Северна Македонија.

Училишните објекти претставуваат важен дел од социјалната инфраструктура, а нивното однесување при природни катастрофи има големо значење за општеството. Постојат повеќе причини зошто токму училиштата се избрани како главен предмет на ова истражување, но две се особено важни. Прво, училиштата се основни места каде што се образуваат идните генерации и затоа имаат клучна улога во секој општествен и економски систем. Второ, по појава на природни катастрофи, училишните објекти често се користат и како привремени засолништа за населението. Затоа, нивната безбедност и долгорочна стабилност се од особено значење.

Неодамнешните силни земјотреси, како оние во Непал (2015), Турција и Сирија (2023) и Мјанмар (2025), уште еднаш покажаа колку училишните објекти можат да бидат ранливи на земјотресни влијанија. Во Република Северна Македонија постои техничка регулатива и знаење за проектирање на сеизмички отпорни објекти, вклучително и училишта. Сепак, голем дел од постојните училишни згради се изградени пред воведувањето на современите сеизмички правила (1964 и 1981 година). Дополнително, поради потребата од поголем капацитет, често се изведувале доградби, реконструкции и надградби на постојните објекти. Сето тоа ја зголемува потребата од детална проценка и подобрување на нивната сеизмичка безбедност.

Во денешно време, енергијата и енергетската ефикасност се исто така многу важни теми. Зголемената потрошувачка на енергија и потребата за одржлив развој бараат подобро планирање на енергетските карактеристики на објектите. Особено важна улога има обвивката на објектот, бидејќи таа ја одделува внатрешната средина од надворешните услови и директно влијае на загубите и добивките на топлина. Во таа смисла, прозорците и кровните светларници се меѓу најзначајните елементи, бидејќи преку нив се губи или добива најмногу топлина. Иако тие придонесуваат за поголема потрошувачка на енергија, истовремено се многу важни за природно осветлување и вентилација, што е особено важно за училишните објекти. Затоа, правилниот избор на нивната големина и тип има големо влијание врз енергетската ефикасност и квалитетот на просторот.

Земајќи ги предвид сите овие аспекти, јасно е дека денес покрај сеизмичката безбедност како императив, училишните објекти мора да бидат и енергетски ефикасни, безбедни и функционални, а со цел да се обезбеди поквалитетна и одржлива образовна средина.

Истражувањето е мултидисциплинарно и користи различни методи. Тоа вклучува анализа на постојни податоци, теренски истражувања, изработка и анализа на дигитални модели, како и примена на современи дигитални алатки и методи за обработка и анализа на податоци.

3. Активности за остварување на целите

Предвидените цели на проектот се реализираат преку три генерални групи на активности (слика 2), секоја составена од сет на дополнителни активности и специфицирани мерливи индикатори за очекуваните резултати.

Слика 2 – Генерални активности предвидени за реализација на проектот

• Сеопфатен модел на изложеност на училиштата

Во досегашната реализација на проектот, истражувачкиот тим спроведе детална студија на интегрираната методологија за проценка на сеизмичка безбедност, енергетска ефикасност и социоекономска ранливост. Во соработка со експертите од IUSS, Пaвија, автори на методологијата [1], беа дискутирани компјутерските модели за дефинирање на трите индикатори и нивното прилагодување на националниот контекст. За имплементација на адаптираната методологија беше користена база на податоци за училишни објекти [2], со цел пресметка на споменатите индикатори.

Развиен е сеопфатен и унапреден модел на изложеност кој ги опфаќа училишните објекти во државата, првично претставен во докторската дисертација на помладиот истражувач Лиса Јусуфи [2]. Методолошката рамка се базира на водечки меѓународни практики (GEM и ESRM-модели) и интегрира податоци од повеќе извори, вклучувајќи ги Државниот завод за статистика, Министерството за образование и наука (МОН), Агенцијата за катастар на недвижности (АКН), како и повеќе истражувачки иницијативи (UNICEF, CRISIS, WB MF-EE, EMERGE) и индивидуални проценки спроведени од ИЗИИС.

Добиениот сет на податоци опфаќа 1.129 училишни објекти (1.015 основни и 114 средни училишта), што претставува најкомплетна база на податоци за училишни објекти во земјата досега. Училиштата се класифицирани според GEM Building Taxonomy v3.2, со акцент на клучни атрибути како градежен материјал, конструктивен систем, број на катови, година на изградба, површина, дуктилност (во однос на развојот на сеизмичките прописи во Северна Македонија) и трошоци за замена. На слика 3 е прикажана регионална распределба на училишните објекти според избрани атрибути: број на училишта и градежен материјал (a), како и број на ученици/наставници и конструктивен систем (b). Дополнителни детали се достапни во докторската дисертација на Јусуфи Л. [2].

Слика 3 – Регионална распределба на училиштата според различни атрибути, [2]

• Индикатор за сеизмичко однесување на објектите, Is

Анализата на сеизмичкиот ризик за училишните објекти [2] се базира на Европскиот модел на сеизмички хазард (ESHM20) [3], комбиниран со локалните почвени услови од Европскиот модел на сеизмички ризик (ESRM20) [4], и е имплементиран со користење на OpenQuake Engine [5]. Покрај дефинирањето на сеизмичкиот индикатор на ниво на поединечни објекти, истиот е агрегиран и на ниво на општини (слика 4), како и на ниво на осумте административни региони во државата.

Слика 4 – Пресметан сеизмички индикатор на ниво на општини, [2]

• Индикатор за енергетска ефикасност, I_EE

Со оглед на тоа што значителен број училишта во земјата се изградени во периоди кога не постоеле современи стандарди за топлинска изолација и енергетска ефикасност, овие објекти се карактеризираат со високи топлински загуби, неефикасна потрошувачка на енергија и ниско ниво на комфор за корисниците. Нивната енергетска (не)ефикасност директно влијае и врз општинските буџети, како и врз комфорот на учениците и наставниците.

Првиот дел од истражувањето, кој се однесува на приоритизација базирана на енергетските перформанси, ги класифицира постојните училишта користејќи ја базата на податоци за училишни објекти во државата. За да се спроведе сеопфатна анализа на нивната енергетска ефикасност, објектите се категоризирани според година на изградба, година на реконструкција, конструктивен систем, материјали во обвивката на објектот, локални климатски услови и други релевантни фактори [7].

Спроведени се неколку дополнителни активности со цел добивање целосна слика за енергетските перформанси на анализираните објекти: Идентификација на постојната состојба, Одредување на термичките својства на обвивката на објектот и  Приближна пресметка на топлински загуби и добивки. Со овој систематски пристап, истражувањето има за цел да даде прецизна слика за состојбата на училишниот фонд, да предложи оптимални техничко-економски решенија за енергетска санација на приоритетните училишта и, надвор од техничките аспекти, да ја подигне свеста за значењето на енергетската ефикасност како предуслов за одржлив развој, рационално користење на енергијата и намалување на емисиите на стакленички гасови.

• Социоекономски индикатор, I_SVI

Според современите глобални трендови, индикаторот за социоекономска ранливост (SoVI) најчесто ги одразува социјалните карактеристики на општествениот систем и не се мапира на ниво на поединечен објект. Во овој контекст, за потребите на проектот, овој индикатор е пресметан на ниво на целата држава и опфаќа 31 варијабла базирани на пописни податоци, собрани за секоја од 80 општини и потоа агрегирани на ниво на осум статистички региони [2]. Овие варијабли се групирани во седум подиндикатори: население, образование, економија, здравство, инфраструктура, домување, сопственост и институционален капацитет.

Сите три индикатори се нормализирани во граници од 0 (најдобро однесување) до 1 (најлошо однесување).

• Детална анализа на приоритизираните училишта

Врз основа на претходно воспоставената проценка на повредливост и приоритизација на училишните објекти, проектот предвидува детална анализа за училиштето идентификувано како најповредливо. Оваа студија ќе интегрира конструктивни, енергетски и социоекономски анализи со цел сеопфатна проценка на објектот.

Конструктивните испитувања ќе вклучуваат дефинирање на сеизмичкиот ризик на локацијата, геотехничка карактеризација и напредни анализи со калибрирани нумерички модели. Недеструктивни испитувања, визуелни инспекции и термички снимања ќе обезбедат клучни информации за квалитетот на материјалите, конструктивниот интегритет и енергетските перформанси. Ќе се развие високорезолуциски 3D дигитален модел преку ласерско скенирање, а динамичките карактеристики на објектот ќе се мерат за валидација на нумеричките модели и дефинирање на стратегии за зајакнување при различни земјотресни сценарија.

Анализите на енергетска ефикасност ќе ја опфатат проценката на потребите за греење и ладење, оценка на обвивката на објектот и одредување на енергетската класа. Врз основа на калибрирани модели и измерени податоци, ќе се предложат мерки за подобрување, вклучувајќи подобрена изолација, интеграција на обновливи извори на енергија, динамички фасадни системи и паметни системи за управување со енергија.

Во ООУ „Вера Јоциќ“, Општина Гази Баба, кое е меѓу највисоко рангираните, со соодветни сеизмички и енергетски карактеристики, започна  имплементација на систем за сеизмички мониторинг во реално време и на климатските параметри. Системот ќе овозможи континуирано прибирање на податоци, рано детектирање на конструктивни проблеми и анализа во реално време, претставувајќи пилот-чекор кон развој на отпорна и паметна училишна инфраструктура.

Дополнително, предвиден е развој на дигитална платформа која ќе служи како централизирана база на податоци за училишни објекти, овозможувајќи систематизација, анализа и визуализација на индикатори поврзани со сеизмичка безбедност, енергетска ефикасност и социоекономска повредливост. Платформата ќе ги складира однапред дефинираните атрибути поврзани со индикаторите за перформанси на избраниот фонд на објекти и ќе функционира како алатка за поддршка при донесување одлуки базирани на докази. Таа ќе претставува основа за развој на стратегии насочени кон подобрување на отпорноста и одржливоста на образовната инфраструктура. Дигиталната платформа ќе ја зголеми транспарентноста во процесите на проценка и приоритизација и ќе биде достапна за Министерството за образование и наука на Република Северна Македонија, јавните институции, истражувачката заедница и другите засегнати страни. Имплементацијата на платформата ќе биде поддржана со техничка документација, упатства за користење и материјали за обука, како и со активности за дисеминација со цел зголемување на нејзината видливост и влијание.

4. Заклучок

Проектот „Отпорни и паметни училишта“ воспоставува сеопфатна рамка за проценка и приоритизација на училишните објекти во Република Северна Македонија преку интеграција на индикатори за сеизмичка безбедност, енергетска ефикасност и социоекономска ранливост.

Со комбинирање на напредни методи за прибирање податоци, нумеричко моделирање, теренски истражувања и технологии за мониторинг, проектот овозможува сеопфатно разбирање на перформансите на училишната инфраструктура.

Преку детална анализа на приоритизираните училишта, се добиваат практични и применливи резултати за насочени интервенции. Научниот придонес на проектот се огледа во развојот на интегриран мултидисциплинарен протокол за санација на училишта, кој се имплементира преку функционална дигитална платформа за систематско управување со податоци и негово скалабилно применување на национално ниво.

Очекуваниот ефект од проектот е развој на интегриран мултидисциплинарен протокол за приоритизација на санацијата на училишните објекти, базиран на сеизмички, енергетски и социоекономски индикатори. Резултатите ќе се имплементираат преку функционална дигитална платформа која ќе овозможи систематско управување со податоци и примена на национално ниво за целиот фонд на училишни објекти.

Овој пристап го зајакнува училишниот фонд во земјата и претставува модел за информирано планирање, креирање политики базирани на докази и развој на одржлива и отпорна образовна инфраструктура.

5. Благодарност

Благодарност до Министерството за образование и наука на Република Северна Македонија за поддршката и финансирањето на истражувањето.

Исто така благодарност до партнерите од IUSS Пaвиа, ИЗИИС, Факултетот за градежништво и ФИНКИ, сите од УКИМ за нивната соработка и експертиза.

Посебна благодарност до сите истражувачи, технички персонал и студенти вклучени во теренските истражувања и обработката на податоци.

Автори: Александар Златески, Роберта Апостолска, Вероника Шендова, Горан Јекиќ, Александар Журовски, Горан Чапрагоски, Елена Делова, УКИМ-ИЗИИС, Тодорка Самарџиоска, УКИМ-ГФ, Ефтим Здравевски, УКИМ-ФИНКИ.

6. Референци

• Mucedero, G., Monteiro, R.: An integrated regional prioritization framework for seismic and energy-efficiency performance upgrading of residential buildings, International Journal of Disaster Risk Reduction, 103, 104341, 2024.
• Jusufi, L.: Probabilistic analysis of seismic risk of school buildings in the Republic of North Macedonia, Doctoral dissertation, Ss. Cyril and Methodius University – IZIIS, Skopje, supervisor R. Apostolska, 2025.
• Danciu, L., et al.: The 2020 update of the European Seismic Hazard Model: Model Overview, EFEHR, 2021.
• Crowley, H., et al.: European Seismic Risk Model (ESRM20) – EFEHR Technical Report, EFEHR, 2021.
• GEM Foundation: The Open Quake-engine user manual version 3.10.1, GEM Foundation, 2020.
• Letniku, A.: Evaluation of seismic safety of school buildings using the IZIIS methodology for assessment of existing structures – rapid preliminary inspection of facilities, master’s thesis, Ss. Cyril and Methodius University – IZIIS, Skopje, supervisor G. Jekić, 2025 (in preparation).
• Stojmanovski, V.: Classification of Macedonian schools according to energy efficiency indicators, master’s thesis, Ss. Cyril and Methodius University – GF, supervisor T. Samardžioska, 2025 (in preparation).
• Rodriguez, C., Monteiro, R., Ceresa, P.: Assessing seismic social vulnerability in urban centers – the case study of Nablus, Palestine, International Journal of Architectural Heritage, 12(7–8), pp. 1216–1230, 2018.
• Nafeh, A. M. B., Beldjoudi, H., Yelles, A. K., Monteiro, R.: Development of a seismic social vulnerability model for northern Algeria, International Journal of Disaster Risk Reduction, 50, 101821, 2020.