будівель і споруд підвищеного ризику
М.А. Шахраманьян
В даний час в період бурхливого будівництва унікальних комплексів (висотні будівлі, спортивні споруди, торгово-розважальні центри та ін) завдання забезпечення безпеки будівельних конструкцій таких об'єктів набувають особливо високий пріоритет.
Одним з нових елементів забезпечення безпеки будівельних конструкцій є розробка та впровадження автоматизованих систем моніторингу технічного стану будівельних конструкцій. Важливість і актуальність розробки і впровадження автоматизованих систем моніторингу безпеки будівельних конструкцій обумовлюється у зв'язку з:
- Прийнятій і розробляється нормативної правової бази;
- Складністю і новизною розробляються і впроваджуються технологій моніторингу безпеки будівельних конструкцій;
- Відсутністю достатньої кількості кваліфікованих фахівців і організацій в області проектування та експертизи автоматизованих систем моніторингу безпеки будівельних конструкцій.
Під науково-експертному центром конструктивної безпеки розуміється якесь об'єднання вчених і фахівців з необхідним програмно-методичному та технічному забезпеченням, яке може приймати різні організаційно-правові форми (рада, комісія, юридична особа та ін).
Типова система автоматизованого моніторингу технічного стану будівельних конструкцій має наступну структуру
Первинні датчики та обладнання
Система збору, управління та первинної обробки даних вимірювань
Комплекс спеціального програмного забезпечення по обробці даних і відображенню результатів моніторингу, оцінки реального технічного стану (стійкості, сейсмостійкості, залишкового ресурсу довговічності), визначення керуючих рішень і рекомендацій щодо ефективної експлуатації
Первинні датчики і обладнання, призначені для:
вимірювання коливань будівельних конструкцій;
вимірювання нахилів, прогинів і кренів будівельних конструкцій;
вимірювання нерівномірною і абсолютної опади основ будинків і споруд;
вимірювання геометричних параметрів будівлі з використанням автоматизованої високоточної геодезичної апаратури;
вимірювання тиску в будівельних конструкціях (фундаментна плита, колони, перекриття, несучі стіни)
Система збору, управління та первинної обробки даних призначена для централізованого управління, отримання та обробки даних вимірювань за допомогою каналів дротового або бездротового зв'язку, зберігання результатів вимірювань, перевірки працездатності та калібрування первинних датчиків та обладнання. Система збору, управління та первинної обробки даних реалізується на базі типових інформаційних систем класу SCADA
Комплекс спеціального програмного забезпечення по обробці даних і відображенню результатів моніторингу, оцінки реального технічного стану (стійкості, сейсмостійкості, залишкового ресурсу довговічності), визначення керуючих рішень і рекомендацій щодо ефективної експлуатації включає:
Спецпроцесор по інтегрованій обробці різнорідних вимірів (геодезичних, динамічних, геологічних, напруженого деформованого стану та ін) для визначення технічного стану об'єкта. Алгоритм роботи спецпроцесора заснований на критеріях порівняння виміряних значень з допустимими, які встановлюються фахівцями стосовно до об'єкта моніторингу в період адаптації (настройки) системи моніторингу;
Програмний комплекс на базі сучасних геоінформаційних систем, встановлюваний в експлуатаційній службі об'єкта для управління системою моніторингу, формування переліку небезпечних факторів, що загрожують безпеці будівлі та переліку конкретних інженерно-технічних заходів щодо забезпечення безпеки будівельних конструкцій. Програмний комплекс забезпечує можливість відображення на тривимірної моделі будівлі місць і динаміки розвитку дефектів (у тому числі і прихованих), і зовнішніх факторів (наприклад, зон освіти карстових явищ під фундаментом будівлею) в режимі реального часу. Програмний комплекс відкритий для інтеграції з SCADA системою, що реалізує систему керування будинком (Building Management System (BMS)), з метою передачі в BMS систему інформації про погіршення технічного стану будівлі у вигляді простих світлофорних сигналів («зелений» - нормально, «жовтий» - підвищену увагу, «червоний» - небезпечно)
Основними завданнями даного Центру є:
- Розробка вимог до складу і проектам систем моніторингу безпеки будівельних конструкцій висотних будівель, унікальних споруд та об'єктів підвищеного ризику;
- Участь в експертизі проектної документації на системи моніторингу, створені у відповідності з вимогами ЕСКД, ЕСПД, СПДС та іншими нормативними документами з використанням сучасних методів математичного та фізичного моделювання;
- Розробка програми та методики проведення випробувань систем моніторингу та проведення випробувань;
- Розробка рекомендацій проектним організаціями та органам експертизи з питань коригування проектної документації на системи моніторингу;
- Розробка рекомендацій експлуатуючим організаціям щодо підвищення ефективності функціонування систем моніторингу технічного стану будівельних конструкцій;
- Організація робіт з навчання та перепідготовки фахівців в області проектування та експертизи діагностичних комплексів і систем моніторингу технічного стану будівель і споруд;
- Атестація організацій та фахівців у галузі розробки, впровадження та експлуатації систем моніторингу.
Описаний вище підхід частково був апробований при будівництві Льодового палацу на Ходинському полі. Рішенням Департаменту містобудівної політики, розвитку і реконструкції м. Москви була створена комісія (до складу якої увійшли в тому числі і автори статті: Шахраманьян М. А. і Гур'єв В. В.) з приймання етапу робіт, пов'язаних з проектуванням і розробкою системи моніторингу технічного стану конструкцій Льодового палацу спорту на Ходинському полі. У ході роботи комісії були розроблені вимоги до складу проектної документації, програма і методика випробувань, які були узгоджені з Управлінням державного будівельного нагляду Федеральної служби з екологічного, технологічного і атомного нагляду, Московським державним будівельним університетом (МГСУ), Московським науково-дослідним інститутом типового і експериментального проектування (ГУП МНДІТЕП) і затверджені Всесвітньою академією наук комплексної безпеки. Програма та методика передбачають два етапи:
- Перший етап «Перевірка проектної документації» - на випробування виконавець повинен представити документи, що розробляються при створенні автоматизованих систем відповідно до ГОСТ 34.201-89 та керівним документом з стандартизації («Автоматизовані системи. Вимоги до змісту документів») РД 50-34.698-90 ;
- Другий етап «Перевірка функціональних можливостей системи» - склад даного розділу програми та методики випробувань формується на основі аналізу проектної документації тестованої системи моніторингу технічного стану.
На підставі результатів випробувань комісія видає офіційний висновок про можливості тестованої системи по автоматизованій оцінці технічного стану несучих конструкцій у режимі реального часу і рекомендує (не рекомендує) тестовану систему до прийняття в експлуатацію.
За результатами випробувань системи моніторингу технічного стану конструкцій Льодового палацу спорту на Ходинському полі комісія прийшла до висновку, що система моніторингу не працездатна і не дозволяє здійснювати контроль технічного стану конструкцій Льодового палацу спорту на Ходинському полі, а наведені критерії технічного стану конструкцій не відповідають вимогам контролю реального стану конструкцій об'єкта, а лише створюють ілюзію моніторингу.
Одним з основних результатів роботи комісії, який має велике значення для подальшого проектування та розробки автоматизованих систем моніторингу технічного стану конструкцій унікальних об'єктів, є розробка членами комісії (Шахраманьян М. А., П'ятницький А. А., Рубцов І. В., Рубцов Про . І.) за участю Шахраманьян А. М. вимог до складу проектної документації системи моніторингу технічного стану будівельних конструкцій.
Основні вимоги до складу проекту системи моніторингу технічного стану будівельних конструкцій повинні включати наступні позиції:
- Визначення особливостей навантажень і впливів на об'єкт моніторингу (кліматичні, геологічні та ін);
- Визначення особливостей конструктивного рішення об'єкта моніторингу;
- Розробку ймовірних сценаріїв відмов об'єкта моніторингу;
- Розробку ймовірних сценаріїв руйнування об'єкта моніторингу;
- Розробку ймовірних сценаріїв порушення нормальної експлуатації об'єкта моніторингу (температура, вологість, внутрішній тиск);
- Обгрунтування витрат на проведення та створення автоматизованої системи моніторингу;
- Визначення та обгрунтування контрольованих параметрів;
- Визначення та обгрунтування методів контролю;
- Визначення способів забезпечення надійності функціонування системи;
- Забезпечення надійності вимірювань критичних контрольованих параметрів (за рахунок використання різних методів вимірювань);
- Забезпечення автоматизованого контролю працездатності системи;
- Визначення архітектури побудови системи;
- Схеми розгортання системи;
- Опис архітектурних рішень програмного забезпечення;
- Опис приладно-технічної бази;
- Техніко-економічне обгрунтування вибору приладно-технічної бази та програмного забезпечення;
- Техніко-економічне обгрунтування вибору приладно-технічної бази;
- Техніко-економічне обгрунтування вибору програмного забезпечення;
- Опис алгоритму та критеріїв прийняття управлінських рішень щодо вибору сценаріїв реагування. Сценарії реагування, в тому числі регламент взаємодії із спеціалізованими організаціями, які здійснюють інструментальне обстеження окремих елементів конструкцій.
З урахуванням вищенаведених вимог та існуючої нормативно-правової бази ГУП МНДІТЕП спільно з НУО «Содіс» беруть участь у проектуванні та розробці автоматизованих систем моніторингу висотних будівель в рамках міської програми «Нове кільце Москви», Критого ковзанярського центру в Крилатському, що будується висотної будівлі законодавчої та виконавчої влади в ММДЦ «Москва-Сіті» та ряді інших об'єктів.