Научно-технические основы создания и внедрения систем мониторинга безопасности строительных конструкций
Научно-технические основы создания и внедрения систем
мониторинга безопасности строительных конструкций зданий и сооружений
повышенного риска
М.А. Шахраманьян
В
настоящее время в период бурного строительства уникальных комплексов (высотные
здания, спортивные сооружения, торгово-развлекательные центры и др.) задачи
обеспечения безопасности строительных конструкций таких объектов приобретают
особенно высокий приоритет.
Одним
из новых элементов обеспечения безопасности строительных конструкций является
разработка и внедрение автоматизированных систем мониторинга технического
состояния строительных конструкций. Важность и актуальность разработки и
внедрения автоматизированных систем мониторинга безопасности строительных
конструкций обусловливается в связи с:
–
принятой и разрабатываемой нормативной правовой базой;
–
сложностью и новизной разрабатываемых и внедряемых технологий мониторинга
безопасности строительных конструкций;
–
отсутствием достаточного количества квалифицированных специалистов и
организаций в области проектирования и экспертизы автоматизированных систем
мониторинга безопасности строительных конструкций.
Под
научно-экспертном центром конструктивной безопасности понимается некое
объединение ученых и специалистов с необходимым программно-методическом и
техническом обеспечением, которое может принимать различные
организационно-правовые формы (совет, комиссия, юридическое лицо и др.).
Типовая
система автоматизированного мониторинга технического состояния строительных
конструкций имеет следующую структуру
Первичные
датчики и оборудование
Система
сбора, управления и первичной обработки данных измерений
Комплекс
специального программного обеспечения по обработке данных и отображению
результатов мониторинга, оценке реального технического состояния (устойчивости,
сейсмостойкости, остаточного ресурса долговечности), определения управляющих
решений и рекомендаций по эффективной эксплуатации
Первичные
датчики и оборудование предназначены для:
измерения
колебаний строительных конструкций;
измерения
наклонов, прогибов и кренов строительных конструкций;
измерения
неравномерной и абсолютной осадки оснований зданий и сооружений;
измерения
геометрических параметров здания с использованием автоматизированной
высокоточной геодезической аппаратуры;
измерения
напряжений в строительных конструкциях (фундаментная плита, колонны,
перекрытия, несущие стены)
Система
сбора, управления и первичной обработки данных предназначена для
централизованного управления, получения и обработки данных измерений с помощью
каналов проводной или беспроводной связи, хранения результатов измерений,
проверки работоспособности и калибровки первичных датчиков и оборудования.
Система сбора, управления и первичной обработки данных реализуется на базе
типовых информационных систем класса SCADA
Комплекс
специального программного обеспечения по обработке данных и отображению
результатов мониторинга, оценке реального технического состояния (устойчивости,
сейсмостойкости, остаточного ресурса долговечности), определению управляющих
решений и рекомендаций по эффективной эксплуатации включает:
Спецпроцессор
по интегрированной обработке разнородных измерений (геодезических, динамических,
геологических, напряженного деформированного состояния и др.) для определения
технического состояния объекта. Алгоритм работы спецпроцессора основан на
критериях сравнения измеренных значений с допустимыми, которые устанавливаются
специалистами применительно к объекту мониторинга в период адаптации
(настройки) системы мониторинга;
Программный
комплекс на базе современных геоинформационных систем, устанавливаемый в
эксплуатационной службе объекта для управления системой мониторинга,
формирования перечня опасных факторов, угрожающих безопасности здания и перечня
конкретных инженерно-технических мероприятий по обеспечению безопасности
строительных конструкций. Программный комплекс обеспечивает возможность
отображения на трехмерной модели здания мест и динамики развития дефектов (в
том числе и скрытых), и внешних факторов (например, зон образования карстовых
явлений под фундаментом зданием) в режиме реального времени. Программный
комплекс открыт для интеграции со SCADA системой, реализующей систему управления
зданием (Building Management System (BMS)), с целью передачи в BMS систему
информации об ухудшении технического состояния здания в виде простых
светофорных сигналов («зеленый» – нормально, «желтый» – повышенное внимание,
«красный» – опасно)
Основными
задачами данного Центра являются:
–
разработка требований к составу и проектам систем мониторинга безопасности
строительных конструкций высотных зданий, уникальных сооружений и объектов
повышенного риска;
–
участие в экспертизе проектной документации на системы мониторинга, создаваемые
в соответствии с требованиями ЕСКД, ЕСПД, СПДС и другими нормативными
документами с использованием современных методов математического и физического
моделирования;
–
разработка программы и методики проведения испытаний систем мониторинга и
проведение испытаний;
–
разработка рекомендаций проектным организациями и органам экспертизы по
вопросам корректировки проектной документации на системы мониторинга;
–
разработка рекомендаций эксплуатирующим организациям по повышению эффективности
функционирования систем мониторинга технического состояния строительных
конструкций;
–
организация работ по обучению и переподготовке специалистов в области
проектирования и экспертизы диагностических комплексов и систем мониторинга
технического состояния зданий и сооружений;
–
аттестация организаций и специалистов в области разработки, внедрения и
эксплуатации систем мониторинга.
Описанный
выше подход частично был апробирован при строительстве Ледового дворца на
Ходынском поле. Решением Департамента градостроительной политики, развития и
реконструкции г. Москвы была создана комиссия (в состав которой вошли в том
числе и авторы статьи: Шахраманьян М. А. и Гурьев В. В.) по приемке этапа
работ, связанных с проектированием и разработкой системы мониторинга
технического состояния конструкций Ледового дворца спорта на Ходынском поле. В
ходе работы комиссии были разработаны требования к составу проектной
документации, программа и методика испытаний, которые были согласованы с
Управлением государственного строительного надзора Федеральной службы по
экологическому, технологическому и атомному надзору, Московским государственным
строительным университетом (МГСУ), Московским научно-исследовательским
институтом типового и экспериментального проектирования (ГУП МНИИТЭП) и
утверждены Всемирной академией наук комплексной безопасности. Программа и
методика предусматривают два этапа:
–
первый этап «Проверка проектной документации» – на испытание исполнитель должен
представить документы, разрабатываемые при создании автоматизированных систем в
соответствии с ГОСТ 34.201-89 и руководящим документом по стандартизации
(«Автоматизированные системы. Требования к содержанию документов») РД
50-34.698-90;
–
второй этап «Проверка функциональных возможностей системы» – состав данного
раздела программы и методики испытаний формируется на основе анализа проектной
документации тестируемой системы мониторинга технического состояния.
На
основании результатов испытаний комиссия выдает официальное заключение о
возможностях тестируемой системы по автоматизированной оценке технического
состояния несущих конструкций в режиме реального времени и рекомендует (не
рекомендует) тестируемую систему к принятию в эксплуатацию.
По
результатам испытаний системы мониторинга технического состояния конструкций
Ледового дворца спорта на Ходынском поле комиссия пришла к выводу, что система
мониторинга не работоспособна и не позволяет осуществлять контроль технического
состояния конструкций Ледового дворца спорта на Ходынском поле, а приведенные
критерии технического состояния конструкций не отвечают требованиям контроля
реального состояния конструкций объекта, а лишь создают иллюзию мониторинга.
Одним
из основных результатов работы комиссии, который имеет большое значения для
дальнейшего проектирования и разработки автоматизированных систем мониторинга
технического состояния конструкций уникальных объектов, является разработка
членами комиссии (Шахраманьян М. А., Пятницкий А. А., Рубцов И. В., Рубцов О.
И.) с участием Шахраманьяна А. М. требований к составу проектной документации
системы мониторинга технического состояния строительных конструкций.
Основные
требования к составу проекта системы мониторинга технического состояния
строительных конструкций должны включать следующие позиции:
–
определение особенностей нагрузок и воздействий на объект мониторинга
(климатические, геологические и др.);
–
определение особенностей конструктивного решения объекта мониторинга;
–
разработку вероятных сценариев отказов объекта мониторинга;
–
разработку вероятных сценариев разрушения объекта мониторинга;
–
разработку вероятных сценариев нарушения нормальной эксплуатации объекта
мониторинга (температура, влажность, внутреннее давление);
–
обоснование затрат на проведение и создание автоматизированной системы
мониторинга;
–
определение и обоснование контролируемых параметров;
–
определение и обоснование методов контроля;
–
определение способов обеспечения надежности функционирования системы;
–
обеспечение надежности измерений критических контролируемых параметров (за счет
использования разных методов измерений);
–
обеспечение автоматизированного контроля работоспособности системы;
–
определение архитектуры построения системы;
–
схемы развертывания системы;
–
описание архитектурных решений программного обеспечения;
–
описание приборно-технической базы;
–
технико-экономическое обоснование выбора приборно-технической базы и
программного обеспечения;
–
технико-экономическое обоснование выбора приборно-технической базы;
–
технико-экономическое обоснование выбора программного обеспечения;
–
описание алгоритма и критериев принятия управленческих решений по выбору
сценариев реагирования. Сценарии реагирования, в том числе регламент
взаимодействия со специализированными организациями, осуществляющими
инструментальное обследование отдельных элементов конструкций.
С
учетом вышеприведенных требований и существующей нормативной правовой базы ГУП
МНИИТЭП совместно с НПО «СОДИС» участвуют в проектировании и разработке
автоматизированных систем мониторинга высотных зданий в рамках городской программы
«Новое кольцо Москвы», Крытого конькобежного центра в Крылатском, строящегося
высотного здания законодательной и исполнительной власти в ММДЦ «Москва- Сити»
и ряде других объектов.
Список литературы
Для
подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.securpress.ru/