Автоматизированный мониторинг зданий и сооружений

Автоматизированный мониторинг зданий и сооружений

Даже идеально построенные здания подвержены изменениям — со временем конструкции кренятся, прогибаются, крошатся, появляются трещины. Это происходит от старости, из-за плохого обслуживания или новых внешних условий, например, если рядом начинают бить сваи или рыть котлован, а значит, появляется вибрация или оседает грунт.

Чтобы вовремя понять, насколько опасно то или иное изменение, используют мониторинг состояния зданий и методы контроля строительных конструкций. Это как система диагностики в автомобиле, но еще сложнее: с помощью датчиков собирают информацию о текущем состоянии элементов объекта и сопоставляют ее с историческими данными. Таким образом выясняют, что поменялось.

Что такое мониторинг состояния зданий

С 1 мая 2024 года в России введен в действие новый ГОСТ «Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния». Стандарт определяет, как организовать мониторинг здания при строительстве, реконструкции или в период эксплуатации, если надо выявить элементы в напряженно-деформированном состоянии и провести их обследование.

В России мониторинг обязателен для зданий и сооружений:

  1. в зоне влияния строительства и природно-техногенных воздействий: например, это дымовые трубы котельных;
  2. в ограниченно работоспособном техническом состоянии: за такими зданиями следят, чтобы предотвратить их аварийность, или хотя бы понять, когда эксплуатация больше невозможна;
  3. построенных по уникальным проектам, в том числе это высотные и большепролетные здания: например, систему мониторинга часто ставят на стадионы и другие сложные спортивные объекты.

В других случаях мониторинг можно организовать, но это необязательно. Но самый удачный этап для установки систем автоматизированного мониторинга зданий и сооружений — этап строительства, когда легко предусмотреть датчики в нужных местах и смонтировать всё так, чтобы собрать максимум полезных данных.

Вот что можно контролировать:

  • крены;
  • прогибы;
  • ширину раскрытия трещин;
  • осадку здания;
  • напряжение в арматуре;
  • вибрации;
  • напряжение канатов, например, вантов моста;
  • влажность и температуру;
  • давление в сосудах.
Это схема установки датчика прогиба — такие ставят на перекрытия
Это схема установки датчика прогиба — такие ставят на перекрытия.
Источник: sigma-f.ru
наклона. Такие нужны на колоннах или, например, опорах мостов.
А это вариант установки инклинометра — датчика угла наклона. Такие нужны на колоннах или, например, опорах мостов. Источник: sigma-f.ru

В строительстве встречается еще понятие геотехнического мониторинга, он же геомониторинг зданий и сооружений. Это более широкое определение. Так называют комплекс работ, когда помимо контроля за состоянием самого объекта датчики ставят еще и в среде вокруг него: например, следят за грунтами и поведением соседних конструкций.

Любой мониторинг состояния здания и методы контроля строительных конструкций решают три основных задачи:

  1. оптимизировать обслуживание: проблемы удается выявить на раннем этапе и не допустить их разрастания;
  2. увеличить время эксплуатации элементов здания: когда понятна реальная ситуация, не требуется менять что-либо «на глаз» или начинать дорогостоящие ремонты заранее;
  3. повысить безопасность: возможно, ключевая цель для уникальных, старых сооружений и зданий после реконструкции.

Помимо базовых целей мониторинг помогает сохранить ресурсы, например, выявить утечки воды или тепла, понять реальную энергоэффективность здания.

Как автоматизированный мониторинг зданий и сооружений работает на практике

Когда автоматизированных средств мониторинга зданий не было, его проводили вручную, например, ежеквартально линейкой измеряли ширину раскрытия трещины и составляли отчет.

Главный плюс автоматики — датчик собирает данные в реальном времени, участие человека не нужно, а отчеты генерируются сами и за любой период.

Оператор, будь то эксплуатант здания или специально нанятая компания, может получить доступ к информации и отслеживать показания датчиков. Софт позволяет настроить оповещения, если какой-либо из показателей достигнет уровня, когда нужно внимание.

Так выглядит модель очистных сооружений
Цифровой двойник объекта в строительстве: как это работает в России
Перейти

В России есть большой опыт технического мониторинга спортивных объектов. Например, в Грозном в дворце спорта имени Увайса Ахтаева подрядчик «Монсол» реализовал систему непрерывного контроля деформации ферм и углов наклона колонн. Специальное ПО позволяет выводить данные в графиках или таблицах и настраивать тревожные оповещения.

На объекте в Грозном использованы струнные датчики деформации SungJin, которые привариваются к конструкции
На объекте в Грозном использованы струнные датчики деформации SungJin, которые привариваются к конструкции. Сбор данных идет в специальных шкафах с регистраторами и дополнительными модулями компании Campbell Scientific. Источник: monsol.ru
Так выглядит визуализация информации с датчиков
Так выглядит визуализация информации с датчиков. Источник: monsol.ru

У крупных компаний, где данные о состоянии зданий и сооружений играют стратегическое значение, созданы центры мониторинга. Такой есть, например, у заполярного филиала «Норникеля» — структура занимается отслеживанием состояния вечной мерзлоты и конструкций, которые особенно важны для компании.

Датчики как метод контроля строительных конструкций работают в самых разных случаях. Например, мост через реку Норильскую — это главный транспортный путь филиала — оснащен системой датчиков, которые измеряют буквально всё: деформации, напряжения, температуры и даже расстояние между пролетами. А на таймырской нефтебазе компании датчики в резервуарах в режиме реального времени определяют уровень жидкости. Так инженеры определяют уровень осадки емкостей с точностью до 0,05 миллиметра.

Так выглядит датчик напряжения арматуры. Лучше закладывать эти системы во время строительства, но можно поставить и на уже готовом здании — правда, это сложнее
Так выглядит датчик напряжения арматуры. Лучше закладывать эти системы во время строительства, но можно поставить и на уже готовом здании — правда, это сложнее.
Источник: monsol.ru

Где будет востребован строительный мониторинг в будущем

Возможно, наиболее интересная сфера для применения строительного мониторинга — инженерные сети. Почти треть теплосетей в России нуждается в замене, во многих регионах есть проблемы с водопроводом, канализацией и электрокабелями. При этом местные администрации зачастую не обладают объективными данными о реальном состоянии сетей и делают оценку по документам — считают износ на основании даты ввода в эксплуатацию.

Строительный ландшафт (1)
Ландшафт стройотрасли: цифровые строительные решения, ТИМ, импортозамещение
Перейти

В городе Фокино Приморского края, где существовали такие же проблемы, поставили эксперимент: провели обследование теплосетей с дрона, поняли узкие места, а затем внедрили автоматизированную систему управления на базе платформы «Умногор». Это так называемая SCADA-система, которая позволяет в реальном времени собирать данные с оборудования и влиять на режимы его работы. Также в «Умногоре» хранится исполнительная документация и паспорта устройств, система умеет предупреждать о ремонтах, принимать заявки от жителей и арендаторов, контролировать выход бригад на места.

Основа для работы системы мониторинга — 140 контроллеров в многоквартирных домах, которые считывают теплотехнические параметры, и 67 узлов учета на оборудовании. Информация о расходе теплоносителя, его температуре и давлении выводится оператору, причем данные поступают не только с котельной, но, благодаря датчикам, и от конечных потребителей — с жилых домов.

В программном комплексе ZuluGIS создана электронная модель теплосети, и инженеры могут регулировать режимы работы так, чтобы уменьшить теплопотери, не ухудшая комфорт жителей. Благодаря внедрению «Умногора» теплосети теперь экономят 20% электроэнергии и 10−15% мазута, повысилась управляемость, а аварии устраняют в два раза быстрее.

Автоматизированный мониторинг зданий и сооружений
Исполнительную документацию на объекты мониторинга в «Умногор» можно подтягивать из специализированных платформ, например, «Цифрового управления строительством»
Технический мониторинг в 2024 году — это не просто наблюдение за объектами, а и оперативная реакция на проблемы. Чем больше проблем, тем важнее организация реагирования, поэтому в ЖКХ лучше, чтобы всё было в одной системе
Технический мониторинг в 2024 году — это не просто наблюдение за объектами, а и оперативная реакция на проблемы. Чем больше проблем, тем важнее организация реагирования, поэтому в ЖКХ лучше, чтобы всё было в одной системе

Выводы

  1. Автоматизированный мониторинг зданий и сооружений помогает сэкономить деньги на обслуживании и ремонтах, улучшает управляемость объектом и бережет человеческие ресурсы.
  2. Основной метод контроля зданий, сооружений и строительных конструкций — датчики, которые собирают нужные данные. Их набор может быть разным: иногда нужно контролировать всё, от напряжения арматуры в фундаменте до углов наклона балок, а иногда достаточно пары датчиков раскрытия трещин, чтобы следить именно за ними.
  3. Еще одна важная часть мониторинга — специализированное ПО, которое собирает информацию с датчиков и обрабатывает ее. В базовый набор функций обычно входят оповещения, которые можно настроить вручную: при достижении определенных параметров программа даст сигнал, что надо обратить внимание на тот или иной датчик. Например, если трещина раскроется более чем на 1 мм за неделю, пользователь получит сигнал тревоги.
  4. Максимальный эффект будет, если организовать автоматизированный мониторинг здания во время строительства: на этапе возведения объекта проще расположить нужные датчики и протянуть кабельные линии.
  5. Когда речь идет об инженерных сетях, мониторинг в идеале должен быть частью SCADA-системы, которая позволяет управлять режимами работы оборудования на основании собранных данных.

    Читайте также

    Видео по теме

    Вопросы ответы по теме

    Электронная книга «Руководство по внедрению цифровизации в строительстве»
    Электронная книга «Руководство по внедрению цифровизации в строительстве»
    Полезные материалы от специалистов Академии ЦУС
    Покажем на практических кейсах как работает цифровизация
    Технический заказчик при строительстве школ внедрил ЭДО и исполнительную документациию
    Технический заказчик при строительстве школ внедрил ЭДО и исполнительную документациию
    Кейс как Росводоканал внедрил ЭДО, строительный контроль и исполнительную документацию на всех стадиях строительства
    Кейс как Росводоканал внедрил ЭДО, строительный контроль и исполнительную документацию на всех стадиях строительства
    И еще 3 подробных примера реализованных проектов по цифровизации крупных заказчиков мы пришлем вам на почту