В статье представлен программно-технический комплекс (ПТК) СМИК КУБ для мониторинга и диагностики технического состояния конструкций в процессе строительства, эксплуатации и технического обслуживания объектов. Этот ПТК, разработанный ИТЦ «КУБ», максимально упрощает труд оператора, сводя его задачи к выполнению должностных инструкций. Все измерения, вычисления и анализ производятся автоматически.
ИТЦ «КУБ», г. Москва
Применительно к строительным объектам система непрерывного мониторинга характеризуется специфическими особенностями и потому требует специальных научно-технических проработок. В первую очередь от такой системы требуется высокий уровень долговечности при высоком уровне надежности и достоверности собираемой информации о состоянии строительных конструкций. Такие требования следуют из того обстоятельства, что строительные объекты, особенно уникальные, рассчитаны на длительный срок эксплуатации, измеряемый десятками и даже сотнями лет, а события, приводящие к критическим ситуациям, имеют весьма малую вероятность, измеряемую десятыми и даже тысячными долями процента. Именно на гарантированную идентификацию этих долей процента должна быть нацелена система непрерывного мониторинга. В противном случае она теряет смысл.
Ю. И. Кудишин, д. т. н., профессор
Программно-технические комплексы или системы, разрабатываемые в инженерно-технологическом центре «КУБ» (ИТЦ «КУБ»), осуществляют автоматический непрерывный контроль статических и динамических характеристик несущих конструкций. Система создается индивидуально для каждого объекта. При разработке учитываются геологические условия, архитектурные и конструктивные решения, особенности режимов эксплуатации.
Топология системы выбирается, исходя из требований по повышению отказоустойчивости и автоматическому восстановлению при сбоях. Технические средства, измерительное оборудование – исходя из их надежности и удобства монтажа. В качестве источника точного времени используется NTP-сервер с GNSS-приемником (GPS, ГЛОНАСС и др.).
Программно-технический комплекс (ПТК), разработанный согласно ГОСТ Р 22.1.12-2005, включает программное обеспечение (ПО) СМИК КУБ, серверное, коммутационное и интеграционное оборудование, а также оборудование АРМ дежурного диспетчера.
Задачи, решаемые с помощью предлагаемого ПТК:
- локальный неразрушающий контроль текущего состояния несущих конструкций;
- анализ параметров динамического состояния;
- оценка работоспособности конструкций объекта с целью предупреждения об изменении параметров до критического уровня и необходимости аварийной остановки объекта/эвакуации людей;
- передача обработанных данных мониторинга объекта в систему РСЧС посредством ЕДДС муниципальных образований.
Данный программно-технический комплекс применяется для мониторинга и диагностики технического состояния конструкций в процессе строительства, эксплуатации и технического обслуживания объектов – прежде всего перечисленных в статье 48.1 ГК РФ «Особо опасные, технически сложные и уникальные объекты». На рис. 1 можно видеть несколько таких объектов мониторинга, в частности грунтовые анкеры подпорных стен котлованов, пролетные строения мостов при надвижке, резервуары нефтехранилищ.
Рис. 1. Примеры применения ПТК СМИК КУБ: а – мониторинг параметров пролетного строения моста при надвижке; б – мониторинг подпорных стен котлована; в – мониторинг стенок резервуара нефтехранилища
В процессе мониторинга технического состояния конструкций объекта осуществляются измерения статических и динамических величин: углов наклона, перемещений, деформаций, ускорений, температуры, давления. Для этого используют десятки распределенных групп датчиков: инклинометры, низкочастотные акселерометры, пьезометры, термометрические косы, датчики деформаций.
Но что делать с сотнями изменяющихся измеряемых величин?
Для нас задача создания системы является относительно простой, когда заказчик самостоятельно рассчитал критические значения измеряемых величин и от нас требуется только сбор и визуализация данных, например в виде графиков или таблиц. А что, если систему необходимо разработать на период эксплуатации жилого дома или торгового центра? На большинстве объектов в штате не будет людей с высшим строительным образованием, готовых тратить все свое время на анализ поступающей информации от датчиков.
В этом случае ПТК должен собрать данные, обработать, сравнить полученные значения с граничными, сигнализировать, визуализировать результат, позволяющий оператору быстро определить место инцидента, оценить качественно его масштаб, принять решение о дальнейших действиях.
Оператор не должен делать сложных расчетов (рис. 2) или вручную сравнивать показания каждого датчика с расчетными. Для этого интерфейс АРМ максимально упрощен для понимания: в основном окне – общий вид объекта с отметками установки датчиков и общее состояние системы (рис. 3).
Рис. 2. Интерфейс сервера системы мониторинга, включая окна диагностики низкочастотной вибрации (увеличить изображение)
Рис. 3. Пример АРМ СМИК, мониторинг стенок резервуаров
Действия же оператора сведены главным образом к следующему:
- отследить визуальный и звуковой сигнал;
- выполнить действия в соответствии с должностной инструкцией: направить помощника для осмотра места инцидента (осмотр конструкции);
- принять оперативное решение по дальнейшим действиям, например по эвакуации посетителей или вызову работников специализированной организации для детального обследования конструкции.
ПО СМИК КУБ анализирует измерительную информацию в автоматическом режиме путем сравнения текущих значений вычисленных параметров с предельными (граничными) значениями. ПК указывает место «инцидента» (негативного изменения значений измеряемых параметров), которое визуализируется с помощью соответствующей подсветки датчика на видах и планах объекта.
Для предотвращения ложных срабатываний в системе предусмотрены специальные математические фильтры, группировка по типам датчиков и зонам с правилами для каждой группы. Для детального анализа предусмотрен просмотр текущих и архивных данных.
Одной из отличительных особенностей ПО СМИК КУБ является возможность отображения (визуализации) показаний измерителей углов наклона в виде суммарных векторов переменной длины и направления в единой (глобальной) системе координат. Векторное представление позволяет пользователю системы увидеть характер измеряемых параметров сразу всех датчиков, например на планировке.
Рис. 4 демонстрирует наглядность векторного представления данных о текущем состоянии конструкций строящихся или эксплуатируемых объектов. Здесь индикация показаний группы датчиков деформаций и угловых перемещений, расположенных в определенных точках фундаментов зданий, представлена разнонаправленными векторами (стрелками) разной длины. Однако все векторы имеют зеленый цвет, это означает, что текущее НДС элементов конструкций находится в пределах нормы.
Рис. 4. Векторное представление данных текущего состояния фундаментов корпусов строящегося комплекса зданий: а – нормальная эксплуатация, отклонения параметров состояния (углов наклона) участков фундамента не превышают допустимых значений (увеличить изображение); б – отсечка отклика системы на кратковременное вибрационное воздействие на фундамент, не влияющее на нормальную эксплуатацию конструкции в целом (увеличить изображение)
Рис. 5 иллюстрирует процесс мониторинга и поэтапного изменения наклонов элементов нефтеналивной эстакады. Направление вектора – направление наклона к земле, величина вектора – величина угла наклона.
Рис. 5. Векторное представление данных поэтапного изменения наклонов элементов нефтеналивной эстакады (увеличить изображение 1, 2)
Таким образом, на программном уровне фильтрация приходящих данных и установка индивидуальных правил сработки для каждой группы датчиков позволяет минимизировать ложные срабатывания системы, а векторное представление данных измерителей угла наклона в единой системе координат позволяет оперативно выяснить характер деформаций объектов большой площади.
Основные особенности и преимущества предлагаемого программно-технического комплекса СМИК КУБ:
- достоверность и информативность данных измерений и результатов анализа с их точной координатно-временной привязкой к объекту мониторинга;
- отказоустойчивость, в том числе при работе на объектах с неблагоприятными климатическими условиями и на недостаточно разработанной инфраструктуре, например, при отсутствии сетевого электропитания объекта;
- удобство эксплуатации, в частности, за счет векторной формы визуализации данных измерений и анализа, применение интуитивно понятного пользовательского интерфейса;
- принимает решение о степени тревожности события, осуществляет защиту ПО от ошибочных действий персонала, использует алгоритмы фильтрации ложных срабатываний системы с СМС-информированием диспетчера;
- использует облачный сервис, осуществляет синхронизацию работы системы с независимым источником времени, например GLONASS- или GPS-сервером, а также может работать от возобновляемых источников энергии.
Компания ИТЦ «КУБ» разработала, представила на рынок и рекомендует линейку программных продуктов и оборудования для их применения в системах автоматического мониторинга и диагностики технического состояния объектов различной сложности. Более подробно со структурой и работой программно-технического комплекса СМИК КУБ можно ознакомиться на сайте компании.
Опубликовано_в журнале ИСУП № 6(96)_2021
Д. Р. Идиатуллин, технический директор,
ИТЦ «КУБ», г. Москва,
тел.: +7 (495) 1-333-926,
e-mail: info@itc-cube.ru,
сайт: itc-cube.ru
_big.jpg'); "4(106)_small.jpg")
