Программно-технический комплекс (ПТК) СМИК

Методика мониторинга

Параметры, которые влияют на состояния несущих конструкций и объекта в целом:

1. Нагрузка, в том числе сейсмические воздействия и ветровая нагрузка (при превышении допустимой нагрузки здание может разрушиться).
2. Появление трещин.
3. Нарушение взаимосвязи между элементами.

Мониторинг несущих конструкций зданий и сооружений выполняется в соответствии с Методикой мониторинга, которая разрабатывается до начала строительных работ (этот документ основывается на отчете о научно-исследовательской работе (НИР)).

Программа мониторинга содержит:

• определенный проектировщиком перечень особо ответственных конструкций и узлов;
• параметры, подлежащие контролю, и их расчетные
  значения;
• перечень состава работ;
• выбор системы наблюдений;
• методы и объемы контрольных операций;
• необходимое оснащение.

Проектная документация "Подсистема мониторинга инженерных (несущих) конструкций, опасных природных процессов и явлений" (СМИК) разрабатывается в составе:

• книга 3.1 "Методика мониторинга состояния оснований, строительных конструкций, сооружений инженерной защиты, опасных природных процессов и явлений";
• книга 3.2 "Инженерно-технические решения по мониторингу состояния оснований, строительных конструкций, сооружений инженерной защиты, опасных природных процессов и явлений".

До разработки проектной документации важно провести качественное предпроектное обследование объекта, результатом которого является концепция на создание СМИК. На этапе проектной документации разрабатывается и согласовывается ТЗ на проектирование СМИК, после чего выпускается проект. Можно сказать, что самая сложная и ответственная составляющая в данном разделе - это научная составляющая, в результате использования которой разрабатывается Методика мониторинга.

Система мониторинга зданий и сооружений должна быть максимально понятной дежурному диспетчеру для оперативного принятия решений. По этой причине мы считаем, СМИК должна быть сигнальной системой. В настоящее время многие разработчики злоупотребляют желанием добавить максимальное количество технических новшеств, зачастую избыточных и не всегда целесообразных, что приводит к удорожанию проекта. Мы же придерживаемся политики использования рациональных средств измерений для конкретного объекта. В состав технических средств могут входить инклинометры - датчики угла наклона, акселерометры, различного типа уровнемеры, трещиномеры и тензодатчики.

Функции

Функционал мониторинга инженерных конструкций:

•  контроль напряженно-деформационного состояния;
• сопоставление полученных параметров состояния контролируемых конструкций с эталонными параметрами, определенными в проекте, либо нормативных документах
•  отчет (заключение) о текущем техническом состоянии объекта мониторинга и прогноза по изменению технического состояния на ближайший период;
•  обеспечение безопасного функционирования инженерных конструкций при возведении зданий и сооружений, а также в ходе их эксплуатации принятие в случае необходимости своевременных и адекватных мер по усилению несущих конструкций.

Назначение

Назначением системы мониторинга инженерных конструкций (СМИК) является:

1. Безопасная эксплуатация зданий и сооружений путем круглосуточного мониторинга и регистрации изменений состояния фундамента, стен, несущих стеновых панелей, балок перекрытий и других конструктивных элементов объекта, которые воспринимают основные нагрузки: вес конструкций, напор ветра, вес снега,
   находящихся в здании людей, оборудования, давление грунта на подземные части здания и т. п.
2. Уменьшение затрат на техническое обслуживание зданий и сооружений путем оптимизации расходов, связанных с плановыми осмотрами и профилактическими работами по определению технического состояния объектов мониторинга.
3. Круглосуточный контроль деформационных процессов путем получения объективной и достоверной информации от системы, как на этапе строительства, так и во время эксплуатации объектов наблюдения.
4. Оперативное обнаружение отклонений параметров строительных конструкций и узлов от расчетных значений на ранней стадии их возникновения и принятие необходимых мер, направленных на предотвращение чрезвычайных ситуаций.

Области применения

1. Мониторинг несущих конструкций зданий и сооружений

Мониторинг состояния строительных конструкций, зданий и сооружений проводят с целью обеспечения их безопасного функционирования. Результаты мониторинга являются основой для обеспечения надлежащей эксплуатации объекта.

2. Мониторинг мостов

Система мониторинга моста устанавливается с целью:

1. обнаруживать дефекты;
2. фиксировать динамику развития дефектов и изменения основных параметров элементов конструкции;
3. осуществлять сбор, хранение и анализ данных;
4. прогнозировать остаточный ресурс.

3. Системы мониторинга целостности трубопроводов.

К основным целям систем контроля трубопроводов относятся:

1. быстрое обнаружение возникновения утечки или повреждения конструкции трубопровода;
2. оповещение обслуживающего персонала о проблеме и её характере;
3. предоставление максимально точной информации о характере и координатах возникшего дефекта.

Состав системы

Система мониторинга инженерных конструкций включают в себя:

• серверное оборудование (телекоммуникационный шкаф 19’, сервер системы, коммутационное и контроллерное оборудование, АЦП и преобразователи интерфейсов, оборудование для передачи данных);
• линейное оборудование (кабельная продукция, материалы для монтажа и маркировки);
• оконечное оборудование - средства измерений: инклинометры, акселерометры, тензодатчики, датчики давления и тахеометр;
• программное обеспечение;
• автоматизированное рабочее место (АРМ) оператора системы;

Программное обеспечение СМИК

Описана типовая структура ПТК. Она может быть пересмотрена и изменена на основании того, какие конкретно задачи должны выполняться, какими характеристиками обладает здание или сооружение.

Следует отметить, что ООО «СМИС-Эксперт» ведёт разработки с применением исключительно российского технического оснащения и программного обеспечения.

Поставленные задачи решаются, в частности, за счёт двух специализированных программных решений. Первое из них — АРМ СМИК «Workstation SMIK Xpert». Благодаря ему, дежурный диспетчер получает в своё распоряжение автоматизированное рабочее место, реагирует на ситуацию оперативно, принимает безошибочные решения.

Задачи, которые решает Workstation SMIK Xpert:

• отображать информацию о состоянии, в котором находятся несущие конструкции объекта;
• визуализировать в виде графиков переходные процессы устройств измерения с граничными значениями;
• показывать рекомендованный порядок действий, когда появляется сообщение об аварии или инциденте;
• подавать звуковой сигнал в случае чрезвычайной ситуации;
• формировать и выдавать отчёты о том, в каком состоянии находятся несущие конструкции;
• обеспечивать возможность корректировать контрольные значения для измерительного оборудования.

Второе ключевое программное решение — Server SMIK Xpert. Этот программный комплекс собирает, предварительно обрабатывает и передаёт показатели датчиков. Данное ПО состоит из модулей, благодаря чему можно гибко настраивать, оптимизировать структуру ПТК СМИК, исходя из конкретных поставленных задач.

Работа Server SMIK Xpert обеспечивается за счёт ядра. Его задача — формировать, хранить и передавать сообщения о том, что нормальный режим использования несущих конструкций нарушился. Причём сообщения передаются как дежурному диспетчеру, так и сотрудникам Единой государственной системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций.

Автоматизированная система мониторинга

Внедрение автоматизированной системы мониторинга играет важную роль в обеспечении безопасной эксплуатации зданий. АСМ устанавливаются на таких объектах, как:

• промышленные (заводы, производства, фабрики);
• стратегические (аэропорты, военные заводы, полигоны);
• протяжённые (тоннели, трубопроводы разного назначения);
• большепролётные (мостовые сооружения для ж/д и автотранспорта);
• потенциально опасные (ГЭС, АЭС, предприятия по переработке токсичных веществ и отходов).

Автоматизированные системы мониторинга обеспечивают качественное непрерывное наблюдение и сбор данных. При отклонении основных параметров от нормы программа немедленно сигнализирует об этом. Автоматизированное наблюдение исключает вероятность ошибки или недосмотра, чего нельзя сказать о ручном методе диагностики.

Внедрение АСМ возможно уже на стадии строительства сооружения. Также систему наблюдения можно установить на этапе ввода объекта в эксплуатацию.

В зависимости от специфики подконтрольного объекта и места его расположения выбираются параметры, которые фиксирует АСМ:

• напряжённо-деформированные нагрузки;
• температура;
• пьезометрические уровни;
• углы крена;
• относительные смещения;
• раскрытие трещин.

СМИК – эффективное многофункциональное программное обеспечение, которое позволяет контролировать эти и многие другие параметры.

1. Акселерометр СД-1Э

Акселерометр СД-1Э предназначен для измерения виброускорения.

Система на базе акселерометра позволяет определять собственную частоту колебания объекта.

— Зачем определять собственные частоты объектов?

Собственная частота объекта меняется если:

1. появляется нагрузка, в том числе сейсмические воздействия и ветровая нагрузка (при превышении допустимой нагрузки здание может разрушиться);
2. появляются трещины;
3. нарушение взаимосвязи между элементами.

Все эти явления может зафиксировать Акселерометр СД-1Э.

3. Тензодатчики

Тензодатчики — это приспособление для измерения напряжённого состояния в металле. Конструктивно представляет собой проводник особой формы, который подсоединяется к измеряемому изделию. Если известно сопротивление датчика в недеформированном состоянии, то по изменению сопротивления можно вычислить степень деформации. До появления тензодатчиков для взвешивания в промышленности применялись в большинстве случаев весы, основанные на механических рычагах.

5. Тахеометр

Тахеометр является прибором для организации непрерывного автоматизированного мониторинга инженерных конструкций зданий и сооружений. Приборы оснащены пьезоприводами, которые позволяют вращать прибор и зрительную трубу с очень высокой скоростью, затрачивая при этом минимальное количество электроэнергии.

Мы живем в динамичном мире: здания и плотины дают усадку, мосты прогибаются и вибрируют, сдвигаются горные породы, возникают оползни, осуществляется сдвиг ледников, извергаются вулканы. Это происходит как в результате деятельности человека - добыча полезных ископаемых и осуществление строительства, так и в результате естественных процессов - изменение климата и эрозии. Мир, в котором мы живем, постоянно меняется.

Для решения возникающих проблем мониторинга необходимо измерить структурные движения с миллиметровым уровнем точности. Это позволяет делать тахеометр.

Полный спектр услуг

До разработки проектной документации важно провести качественное предпроектное обследование объекта, результатом которого является концепция на создание системы мониторинга. На этапе проектной документации разрабатывается и согласовывается ТЗ на проектирование, после чего выпускается проект. Можно
сказать, что самая сложная и ответственная составляющая в данном разделе - это научная составляющая, в результате использования которой разрабатывается Методика мониторинга.

Мы осуществляем полый спектр услуг:

• обследование объектов мониторинга;
• проектирование системы мониторинга;
• паспорт мониторинга объекта (в котором определяются пределы максимальных значений контролируемых параметров);
• монтаж системы мониторинга;
• пуско-наладочные работы;
• ввод в эксплуатацию системы мониторинга.

Актуальность применения системы мониторинга инженерных конструкций.

Со временем несущие конструкции зданий и сооружений накапливают дефекты, которые могут возникать по различным причинам. Накопленные дефекты могут приводить к авариям, которые не только наносят значительный экономический ущерб, но и зачастую сопровождаются гибелью и ранением людей.

Разрушения зданий, мостов и трубопроводов:

• 14 февраля 2004 г. в Московском районе Ясенево произошло обрушение купола крупнейшего на тот момент в России аквапарка "Трансвааль-парк". Общая площадь обрушения составила 5 тыс. кв.м. В результате погибли 28 человек. Ранения разной степени тяжести получили 193 человека.
• 4 декабря 2005 г. в городе Чусовой Пермского края произошло обрушение крыши бассейна "Дельфин". Под обломками бетонных плит погибли 14 человек. 11 человек были госпитализированы с травмами разной степени тяжести. Причинами обрушения стали коррозия конструкций и нарушение правил эксплуатации здания.
• 23 февраля 2006 г. в Москве рухнули кровля и часть железобетонных конструкций здания Басманного рынка. Общая площадь обрушения составила 3 тыс. кв.м. Погибли 68 человек и 39 человек были госпитализированы с ранениями разной степени тяжести. Комиссия, расследовавшая ЧП, установила, что крыша обрушилась из-за обрыва поддерживавших ее тросов-вантов, вызванного коррозией металла и внеплановой перестройкой здания.
• 12 июля 2015 г. в Омске обрушение двух пролетов казармы учебного центра ВДВ. Причиной трагедии, унесшей жизни 23 курсантов, названа некачественно выполненная кладка стен при возведении здания в 1975 году, а также ненадлежащим образом осуществленный в 2013 году ремонт постройки.
• 23 февраля 2016 г. (мост на трассе Владивосток — Находка) в реку Литовка вместе с проезжавшим автомобилем рухнули два пролета моста на трассе Артем — Находка — порт Восточный. К счастью, никто не пострадал. Ущерб региональному бюджету оценили в 30 млн руб.
• 14 марта 2016 г. (мост через проток Енисея) в Минусинске Красноярского края обрушился пролет моста. Сооружение находилось на реконструкции: шестеро рабочих пострадали, один из них оказался в реанимации.
• 20 октября 2015 г. рухнул мост через реку Вага в Вельском районе 1966 года постройки. Без автомобильного сообщения с райцентром остались 12 тыс. человек, 200 детей не смогли посещать школу. По сообщению «Архангельскавтодора», последний раз ремонт моста проводили в 1987 году.
• 23 февраля 2015 г. в городе Берёзовский Кемеровской области обрушился мост через реку Шурап 1965 года постройки. Никто не пострадал. Мостом пользовались фуры, которые добирались до расположенных на другом берегу реки предприятий, и причиной обрушения сооружения в мэрии назвали усталость конструкции. 

В связи с этим мониторингом инженерных конструкций оснащаются многие объекты в обязательном порядке, как при строительстве, так и в процессе эксплуатации. Автоматизированные системы мониторинга выходят на одно из первых мест в системе комплексной безопасности функционирования строительных объектов. Объекты, оборудованные автоматизированными системами мониторинга