Строительный мониторинг позволяет своевременно проводить оценку состояния зданий и сооружений, а также прилегающих территорий. Осуществлять его необходимо на каждом этапе возведения: от закладки фундамента и коммуникаций до окончательной сдачи объекта в эксплуатацию.
Только в этом случае можно удостовериться в отсутствии ошибок, которые в итоге могут вылиться в лучшем случае в дорогостоящий ремонт, в худшем – в демонтаж готового здания. К сожалению, далеко не все заказчики полагают, что строительный мониторинг необходим, опираясь на свой опыт и экономию. Однако такой подход чреват еще большими расходами. И вот почему.
Что такое строительный мониторинг зданий и сооружений
Под мониторингом понимают систему наблюдений, которая предполагает применение электромеханических приборов для фиксации изменений параметров окружающей среды, строительных конструкций. К такому оборудованию относятся датчики, сенсоры.
Мониторинг состояния уникальных сооружений
Благодаря строительному мониторингу удается предупреждать аварии, вовремя узнавать о снижении безопасности до предельно допустимого уровня. Кроме того, подобные наблюдения необходимы, чтобы управлять устройствами, задействованными в соответствии с концепцией «интеллектуальное здание».
Для нормальной эксплуатации любого здания, важно понимать, что его несущие конструкции имеют достаточную степень надежности, жесткости и могут использоваться по назначению, так как лишены скрытых дефектов. Убедиться в этом позволяет обследование по СП 13-102 и ВСН 57-88 (р) или проведение строительного мониторинга – любой из данных подходов должен не заменять, а быть дополнением второго.
Один из вариантов оценки здания выбирают, исходя из финансов и времени, которыми располагает заказчик. Обследования считаются наиболее удачным подходом, если есть средства, но время сильно ограничено. При обратной картине лучше прибегнуть к мониторингу. Каждый из двух видов исследований обладает своими тонкостями и достоинствами, накладывает определенный список ограничений.
Также нужно учитывать, что особенности использования подхода во многом определяются состоянием, сроком эксплуатации конструкции, задачами, которые ставит перед собой заказчик. Например, может планироваться возведение нового здания либо реконструкция старого, просто строительство или уплотнительная застройка. Исходя из конкретной ситуации, выбирают один из подходов.
Приступая к строительному мониторингу на начальных этапах проекта, получают возможность отследить и зафиксировать серьезные отклонения от плана, вовремя принять меры, чтобы исправить ситуацию. Таким образом удается заметить медленно развивающиеся изменения, обеспечить необходимую степень безопасности сложных строительных конструкций даже в экстремальных условиях.
Геодезический мониторинг за деформациями
Старое здание отличается от новостройки тем, что за время существования оно подверглось существенным изменениям и совершенно не соответствует своему проекту. Особое воздействие на объект оказывают естественное старение строительных материалов, дефекты, появившиеся при эксплуатации, удачные и неудачные ремонтные работы. Такое строение должно быть в полном объеме проверено в соответствии с действующими нормами и СП 13-102-2003.
В реальности многие заказчики стараются сократить затраты, поэтому отказываются от обследований и строительного мониторинга как от процессов, понятных только узкому кругу специалистов.
Если вы решили обследовать здание, рекомендуется подбирать объем мероприятий таким образом, чтобы собрать всю необходимую информацию, но при этом не тратить лишние средства. Найти золотую середину в количестве изысканий достаточно сложно – в этом случае стоит прибегнуть к строительному мониторингу.
Любая конструкция постепенно утрачивает свою прочность. Мониторинг позволяет рассмотреть один из параметров объекта и оценить его изменения за время проверки, выявив серьезные отклонения. Иными словами, данный подход дает возможность обнаружить тенденцию к ухудшению состояния либо опровергнуть негативные предположения.
Периодичность проведения строительного мониторинга
Состояние зданий должно оцениваться максимум через два года с момента начала эксплуатации, о чем говорится в актуальных нормативах. Нужно понимать, что периодичность строительного мониторинга – это величина, которая определяется конструкцией, типом объекта и окружающими условиями.
Обычно действуют такие правила проверки:
- Как правило, оценка состояния постройки проводится раз в десять лет.
- В неблагоприятных условиях данный срок составляет пять лет, то есть если здание испытывает на себе влияние высокой сейсмической активности, влажности окружающей среды.
- После завершения срока эксплуатации строения прибегают к проверке, которая позволяет удостовериться в его хорошем состоянии.
- Для исторических построек также является обязательным периодическое проведение обследований, мониторинга, ведь объекты этой группы представляют собой особую ценность.
- Обследование проводят в случае продажи здания и смены собственника – результаты оценки ложатся в основу документации, которая свидетельствует, что объект может безопасно эксплуатироваться.
- К мониторингу технического состояния прибегают, если строения пострадали из-за ЧС техногенного или природного характера.
Строительный мониторинг проводят на всем протяжении возведения здания и после ввода в эксплуатацию. Во втором случае подобные мероприятия необходимы после завершения нормативных сроков, значительного деформирования конструкции, аварий и природных бедствий. Либо инициаторами проверки могут стать уполномоченные надзорные инстанции или владельцы постройки.
Кроме того, выполняется мониторинг уже существующей застройки на территории, на которую новое строительство оказывает непосредственное воздействие. По правилам, во время всех строительных работ требуется регулярный контроль состояния прилежащих объектов. Иногда данный срок продлевают еще на год после ввода нового здания в эксплуатацию.
Методы и инструменты строительного мониторинга
Благодаря геодезическим методам удается рассмотреть перемещения земной поверхности, почвы, объектов в горизонтальном и вертикальном направлении. В рамках данного подхода применяют теодолиты, нивелиры, электронные и лазерные сканеры, электронные тахеометры, навигационные спутниковые системы.
Проверить крен фундамента и прочих элементов постройки позволяют электроуровни, обладающие высокой точностью. Напряжение в конструкциях замеряют при помощи струнных датчиков нагрузки и давления, а смещения грунта отслеживают посредством экстензометров и скважинных инклинометров.
Оценку уровня вибрации и его соответствие допустимым показателям проводят виброметрическими методами. Так удается понять, какое динамическое воздействие оказывает на здание стационарное оборудование, расположенное внутри него и снаружи. Кроме того, в рамках строительного мониторинга рассматривают влияние со стороны пролегающих в непосредственной близости веток метро и наземных автомобильных дорог.
Специалисты прибегают к геофизическим, гидрогеологическим методам, чтобы отслеживать изменение состояния подземной части объекта. Это наиболее важно при протекании опасных для здания геологических процессов, повышении и понижении уровня грунтовых вод.
Обязательно проводят замеры температуры грунтов – для данной цели используют специальное оборудование, которое опускают в заранее пробуренные термометрические скважины.
Визуально-инструментальное обследование при строительном мониторинге предполагает задействование целого набора методов и технологий. Благодаря такому подходу удается собрать все необходимые сведения о состоянии объекта при минимальных финансовых вложениях.
2 основных вида строительного мониторинга
Мониторинг несущих конструкций
Речь идет о комплексном изучении наиболее важных узлов и конструкций строения. СП 13 102-2003 «Правила обследования несущих строительных конструкций зданий и сооружений» относит к ним основания, ростверки, стены, опорные конструкции, перекрытия, подкрановые балки, пр.
Сформировать представление о состоянии несущих конструкций позволяют аналитические расчеты и информация, собранная во время обследования. СП 13 102-2003 фиксирует порядок, в котором оценивают свойства конструкций из бетона, железобетона, камня, металла, дерева.
Прежде чем приступать к строительному мониторингу, важно определить значения нагрузок, с которыми (по нормативам) должны справляться элементы здания. Необходимые сведения можно получить из документации по проекту либо после дополнительных технических изысканий.
При оценке состояния несущих конструкций нормативные показатели сравнивают с теми, что получены в процессе исследования. Далее присваивают одну из категорий, в соответствии с которыми конструкции могут находиться в таких состояниях:
- исправном;
- работоспособном;
- ограниченно работоспособном;
- недопустимом;
- аварийном.
Для категории готовится техническое обоснование, после чего составляется заключение со всей необходимой информацией об актуальном состоянии несущих конструкций объекта.
Мониторинг устройства фасадных систем
ПРОЕКТ МЕТОДИКИ МОНИТОРИНГА ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
А.Ю. Кудрин к.т.н., С.А. Качанов д.т.н., Г.М. Нигметов к.т.н., О.С. Волков, М.Ю. Прошляков (НПО «ДИАР»), Д.В. Бахмат, М.И. Кельман д.т.н., П.Г.
Еремеев д.т.н., А.В. Николаев д.ф.Nм. н.
ПРОЕКТ МЕТОДИКИ МОНИТОРИНГА ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
Известные методы технического обследования зданий и сооружений не обеспечивают непрерывный контроль за системой грунт-здание (сооружение), поэтому существует угроза
пропуска начала возможных аварийных процессов, которые могут происходить в таких системах. Для обеспечения непрерывного контроля за системой грунт-здание предлагается
автоматизированная система мониторинга, устанавливаемая на контролируемом объекте. В предлагаемом проекте методики изложены основные принципы по устройству,
работе и регламенту системы мониторинга зданий и сооружений
94 ТЕХНОЛОГИИ ГРАЖДАНСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
Федеральный центр науки и высоких технологий «Всероссийский научно�исследовательский институт по проблемам гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций»
Для обеспечения связи терминал диспетчера
ПЭВМ комплекса дополнительно комплектуется
модемом и/или сетевой картой Ethernet.
Технологически АЦП объединяются в группы и
устанавливаются в специальный крейт, обеспечива-
ющий их питание и синхронизацию (рис. 1).
В качестве аналого-цифровых преобразовате-
лей используются АЦП LTR11 производства ЗАО
Технические параметры АЦП LTR11:
Количество каналов 16 дифференциальных
или 32 с общей землей
Разрядность АЦП 14 бит
Диапазон входного сигнала ± 10 В, ± 2,5 В, ± 0,6 В,
Максимальная частота преоб-
Технические параметры инклинометра:
Число каналов (компонент) 2 (X, Y)
Диапазон измеряемых углов наклона, с ±7200;
Температурный диапазон, OC -30 до +50
Частотный диапазон измерения при нерав-
номерности АЧХ на уровне 3 дБ
Собственный дрейф нуля, % от диапазона не более 0,3
Отклонение коэффициента преобразова-
ния от номинального значения, %
Напряжение питания, В ±5
Потребляемый ток, мА 20
Технические параметры акселерометра:
Число каналов (компонент) 3 (X, Y, Z)
Рабочий диапазон, Гц 0,2 до 400
Температурный диапазон, OC -40 до +50
Неравномерность АЧХ в рабочем диапазо-
Предел допускаемой основной относитель-
Коэффициент нелинейных искажений при
выходном напряжении 1 В, %
Напряжение питания, В ±5
Потребляемый ток, мА 5
Программный комплекс СМИК обеспечивает
сбор поступающих данных с датчиков, их анализ и пе-
редачу сообщений об оценке технического состояния
зданий (сооружений) и его отдельных строительных
конструкций диспетчеру объекта в единую систему
оперативно-диспетчерского управления (ЕСОДУ).
Программный комплекс разработан на основе
следующих нормативных документов:
1. ГОСТ Р 22.1.12–05 «Безопасность в чрезвычай-
ных ситуациях. Структурированная система монито-
ринга и управления инженерными системами зданий
и сооружений. Общие требования».
2. «Методика оценки систем безопасности и жиз-
необеспечения на потенциально опасных объектах,
зданиях и сооружениях», 2003 г. Аттестована Пра-
вительственной комиссией по предупреждению и
ликвидации чрезвычайных ситуаций и обеспечению
пожарной безопасности, протокол от 19.12.03 № 9.
3. «Методика оценки и сертификации инженер-
ной безопасности зданий и сооружений», разработа-
ны ФГУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ).
Программный комплекс СМИК предназначен
для оснащения АРМ PBS СМИК объекта и решения
задач контроля состояния конструкций, передачи
информации о состоянии объекта диспетчерским
службам объекта и ЕСОДУ.
Эксплуатация программного комплекса СМИК
должна осуществляться персоналом диспетчерских
Программный комплекс выполняет следующие
1. Управление работой крейтов:
• синхронизация работы АЦП, вставленных в
• запуск процедур запроса данных с необходи-
• периодический контроль работоспособности
крейтов и датчиков.
2. Сбор и обработка данных:
• формирование блоков данных, полученных
со всех АЦП, вставленных в крейты, занесение этих
данных в базу данных объекта;
• проверка корректности поступающих данных;
• обработка данных с датчиков ускорения и на-
клона согласно методики мониторинга;
• определение частоты собственных колебаний
Рис. 1. Крейт LTR для АЦП
Рис. 2. Аналого-цифровой преобразователь LTR11
Федеральный центр науки и высоких технологий «Всероссийский научно�исследовательский институт по проблемам гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций»
95ТЕХНОЛОГИИ ГРАЖДАНСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
• определение кренов конструкции;
• определение степени износа конструкции;
• статистическая обработка данных о конструк-
ции и определение трендов контролируемых пока-
зателей (частота собственных колебаний, крены,
3. Автоматическая передача XML-сообщений в
диспетчерскую объекта (АСДУ, СМИС):
• о выходе, контролируемых параметров за пре-
дельно допустимые границы;
• о выявлении нарушений и неисправностей в
4. Прием, обработка от АСДУ объекта и переда-
ча XML-сообщений СМИС сервером объекта через
Интернет или выделенную линию и их прием СМИС
5. Отображение текущего состояния СМИК:
• отображение каркаса конструкции объекта в
трехмерном объемном виде с установленным обору-
дованием ( датчики, крейты);
• вращение в 3D пространстве;
• отображение состояния работоспособности
крейтов, датчиков (наклономеров, акселерометров);
• отображение данных, снимаемых датчиками в
цифровом и в графическом виде;
• отображение статистических данных о конс-
6. Сохранение/экспорт данных в виде текстовых
и графических файлов.
7. Печать данных.
Для обеспечения выполнения функций передачи
XML сообщений в АСДУ и СМИС реализованы сле-
дующие специальные функции:
• поддержка обмена данными в сети Ethernet с
использованием стека стандартных открытых прото-
• прием/передачу формализованных сообщений
установленного формата, представленных в виде
электронного документа, сформированного пос-
редством расширяемого языка разметки Extensible
Markup Language (XML) 1.1 (http://www.w3.org/TR/
• настройку параметров (процессов) приема/
передачи и обработки XML-сообщений (данных)
серверам АСДУ и СМИС объекта;
• реализация информационного взаимодействия
ПК СМИК с серверами АСДУ и СМИС только при
условии совпадения их параметров установленным;
• создание и редактирование, импорт/экспорт
деклараций разметки XML-сообщений;
• создание и редактирование, импорт/экспорт
• реализация информационного взаимодействия
в соответствии с установленными декларацией раз-
метки XML-сообщений и перечнем сообщений.
Программный комплекс СМИК обеспечивает
возможность осуществления информационного вза-
имодействия в соответствии с принципами сервисно-
Способ организации диалога с пользователем,
реализованный в программном комплексе, обеспе-
чивает низкую вероятность совершения оператором
дежурной смены случайных ошибочных действий.
Общение пользователя с системой происходит в
интерактивном режиме путем работы с экранными
формами с использованием встроенных меню.
Программный комплекс СМИК обеспечивает
круглосуточное функционирование СМИК с харак-
теристиками соответствующими следующим основ-
ным показателям надежности – ГОСТ 24.701–86 и
ГОСТ 27.003–90 (коэффициент готовности, среднее
В программном комплексе СМИК предусмотрены
средства резервного копирования информации. В состав
эксплуатационной документации входит регламент, оп-
ределяющий процедуры резервного копирования, вос-
становления данных и программного обеспечения.
Формирование сообщений о состоянии инженер-
но-технических конструкций объекта осуществляет-
ся в соответствии с критериями:
I (нормальное, хорошее) – отклонение от вертика-
ли 0,0024 высоты конструкции; увеличение периода
собственных колебаний, относительно нормативных
II (удовлетворительное) – отклонение от вертика-
ли 0,0015 высоты конструкции; увеличение периода
собственных колебаний, относительно нормативных
III (неудовлетворительное) – отклонение от
вертикали 0,0010 высоты конструкции; увеличение
периода собственных колебаний, относительно нор-
мативных 31–60 % и более.
Для защиты от несанкционированного копирова-
ния программный комплекс защищен ключом-иден-
Программный комплекс реализован на основе
программного обеспечения “SafeFLY” разработанно-
го НПО «Диагностика и анализ риска».
Примеры экранных форм приведены ниже (рис. 3$5).
На рис. 3 показано главное рабочее окно програм-
Системы мониторинга инженерных конструкций
Представляем примеры применения Установки измерительной LTR в сфере систем мониторинга инженерных конструкций (СМИК), регламентированной ГОСТ Р 22.1.12-2005 «Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Структурированная система мониторинга и управления инженерными системами зданий и сооружений. Общие требования».
На рисунке 1 приведена типичная структурная схема СМИК по данным Инжинирингового центра ГОЧС «БАЗИС».
Рисунок 1. Обозначения: ЦОП – центр оперативной поддержки; АРМ – автоматизированное рабочее место оператора; СМИС – система мониторинга инженерных систем (в которую входит СМИК по ГОСТ Р 22.1.12-2005).
Рисунок 2. Программный комплекс ПК ЛС СМИК (Инжинирингового центра ГОЧС «БАЗИС») осуществляет мониторинг состояния инженерных (несущих) конструкций зданий и сооружений посредством непрерывного сбора и обработки показаний контрольно-измерительного оборудования (LTR11, LTR22, LTR43).
ПК ЛС СМИК (рисунок 2) осуществляет в непрерывном режиме сбор данных с различных видов датчиков (инклинометров, акселерометров, датчиков температуры, тензометров и др.), проводит первоначальную обработку и передает данные в сервер СМИК.
- частоты колебаний конструкций;
- вертикальные прогибы от снеговых нагрузок, просадки, прогибы и крены для основных конструктивных элементов;
- ветровые, снеговые нагрузки и их распределение;
- влияние перепадов температур на напряженно-деформационное состояние несущих конструкций;
- геологические и сейсмические нагрузки.
Рисунок 3. Главное рабочее окно программы мониторинга зданий и сооружений (пример представления кровли объекта).
Часть 2. Построение систем мониторинга несущих конструкций с использованием динамических характеристик зданий и сооружений.
Этой теме посвящена работа [1] специалистов ЗАО «Инжинирингового центра ГОЧС «БАЗИС», представленная на XIX Международной научно-практической конференции по проблемам защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций.
Основная идея системы – вычисление в режиме реального времени частоты и формы несущих конструкций и сравнение их с соответствующими значениями, полученными по расчетам адекватной конечно-элементной модели здания или по результатам натурных измерений. Сигнальная система должна сообщать об отклонении данных интегральных характеристик от нормы оператору и другим заинтересованным службам.
В качестве демонстрационного образца был изготовлен макет высотного здания. Макет был оборудован акселерометром и инклинометром (рисунок 4).
Рисунок 4. Макет высотного здания.
Собственные частоты конструкции анализировались при действии микросейсмов без применения внешних воздействий на объект. Для измерений был использован 3-х компонентный акселерометр А1738, промышленный АЦП L-Сard LTR11 и ноутбук HP. Во время проведения натурных измерений данные снимались в течение 30 с, оцифровывались и подвергались быстрому преобразованию Фурье. Показания акселерометра снимались как с макета без дефекта, так и с дефектом. Дефект моделировался откручиванием болта, соединяющим фланцы. Полученные спектры в направлении оси наименьшей жесткости приведены на рисунке 5.
Рисунок 5. Спектры в направлении оси наименьшей жесткости (слева – макет без дефекта, справа – с дефектом).
Как видно из графиков, на модели без дефекта хорошо выделяются 3 собственных частоты: 1) 3,5 Гц; 2) 23 Гц; 3) 48 Гц. При внесении дефекта происходит понижение второй и третьей собственных частот, первая частота меняется несущественно. Новые значения составляют 2) 21 Гц; 3) 42 Гц. Разница между значениями составляет 2 Гц (10 %) и 6 Гц (14 %) соответственно. Данная тенденция качественно совпадает с таковой на конечно-элементной модели.
Авторами показана реальная возможность использовать такие динамические характеристики несущих конструкций, как собственные частоты, для построения системы мониторинга несущих конструкций в реальном режиме времени.
Дальнейшим развитием данного подхода является применение метода стоячих волн. Применение данного метода при создании автоматических систем мониторинга несущих конструкций позволяет дополнительно контролировать не только значение собственной частоты, но также формы, фазы и другие величины, что в свою очередь дополнительно увеличивает надежность работы системы. Возможность контроля дополнительных параметров, таких, как магнитуда землетрясений, динамический прогиб, делает данную систему более универсальным средством мониторинга несущих конструкций.
Волков А.В., Троцко А.Ю., Мартынов В.Г. Построение систем мониторинга несущих конструкций с использованием динамических характеристик зданий и сооружений // Материалы XIX Международной научно-практической конференции по проблемам защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций. – Москва. – 2014. – С. 396-402.
Источник: www.lcard.ru