Деформационный мониторинг высотных зданий

Журнал: «Строительство: новые технологии - новое оборудование», №9, 2017г.

В работах [1, 2, 3] отмечается, что геодезический мониторинг является составной частью геотехнического мониторинга и решает такую его задачу, как наблюдение за деформациями зданий и сооружений. В процессе геодезического мониторинга должны своевременно выявляться критические значения деформаций, определяться причины их возникновения с целью составления прогнозов по дальнейшему поведению выявленных деформаций, разработки и выполнения на основе полученных прогнозов мероприятий, направленных на устранение причин и остановку разрушающих процессов.

Задачи геодезического мониторинга инженерных объектов и анализа возникающих деформаций сооружений являются наиболее сложными в геодезической отрасли, так как часто требуют максимальной точности измерений, автоматизации процесса наблюдений, максимальной надежности геодезических приборов и оборудования, наличия чрезвычайно гибких инструментов обработки и анализа данных.

Геодезический мониторинг должен также входить в виде составной части системы безопасности любых проектируемых зданий и сооружений высокого уровня ответственности; при этом наблюдения должны осуществляться как в период строительства, так и в период последующей эксплуатации [4]. Блок-схема системы геодезического мониторинга представлена на рис. 1.

Рис. 1. Принцип построения системы геодезического мониторинга

Нормативное толкование системы мониторинга определяется тремя ключевыми составляющими: наблюдение, оценка и прогноз [5]. Прогноз является наиболее сложной вероятностной составляющей и нередко отсутствует в мониторинговых исследованиях, а в последнее время стал даже рассматриваться отдельно от них. В практике под мониторингом часто понимают периодические режимные наблюдения за объектом исследования, которые сопровождаются в различной мере анализом, интерпретацией результатов наблюдений и вытекающей из этого оценкой состояния контролируемого объекта. При этом прогнозирование возможных изменений признаков и параметров нарушений состояния контролируемого объекта (как одно из основных составляющих геодезического мониторинга) позволяет заблаговременно выбирать методы и средства упреждающих воздействий для предотвращения или ослабления неблагоприятных последствий [7]. Возможно распространение такого геодезического мониторинга и на другие виды деформационных процессов при условии выполнения математического моделирования с учётом особенностей природы их развития.

Современные методы мониторинга состояния зданий разнообразны по исполнению, информативности, стоимости работ, точности полученных результатов и сложности применяемой аппаратуры [6]. Отметим наиболее перспективные из них.

1. Мониторинг каменных, бетонных и металлических конструкций с помощью амплитудных волоконно-оптических систем, применяемый для регистрации деформаций и перемещений строительных конструкций (фундаменты, стены, перекрытия и т.д.), наблюдения за трещинами, появлением предельных деформаций и др.

2. Геодезический мониторинг зданий с использованием электронных тахеометров. Подобный метод наблюдений заключается в том, что на обследуемых зданиях крепят «деформационные» призмы, по которым осуществляются наблюдения, а в пределах порядка 100 м от здания устанавливают высокоточный электронный тахеометр, имеющий сервопривод и систему автоматического точного наведения на призму [8]. Тахеометр управляется компьютерной программой.

3. Лазерное сканирование применяется при фотограмметрическом методе измерения деформаций и отклонений строительных конструкций от проектных значений формы, размеров и положения строительных объектов по их фотографическим изображениям.

4. Геодезический мониторинг с применением системы навигации GPS предполагает непрерывные наблюдения за деформациями плотин, мостов, высотных зданий и сооружений для получения пространственных координат конструкций [8].

5. Метод фотофиксации дефектов, позволяющий представлять изображение дефектов в цифровом виде, отслеживать динамику их развития во времени и пространстве с последующей компьютерной обработкой полученных результатов; цифровое изображение зафиксированного дефекта может быть многократно преобразовано, подвергнуто масштабированию и выведено на печать.

6. Мониторинг с применением динамических методов испытаний позволяет проводить комплексную оценку состояния, как отдельных конструкций, так и всего сооружения в целом.

7. Видеогидростатический мониторинг, с помощью которого осуществляется контроль наклона конструкций и крена здания с автоматической записью полученных результатов.

Для отдельно взятого инженерного объекта геодезические наблюдения решали и решают задачу изучения пространственно-временных процессов состояния объекта и отдельных его частей. Результаты геодезических измерений и наблюдений на всех стадиях жизненного цикла инженерных объектов (съемочные, трассировочные и разбивочные работы, исполнительные съемки, наблюдения за осадками и деформациями и т.д.) являются исходной основой для создания комплексной системы отображения результатов наблюдений за инженерным объектом, включая сбор, обработку, учёт, регистрацию, хранение и обновление информационных ресурсов. Нужно только сохранять, накапливать и систематизировать в геоинформационной системе деформационного мониторинга результаты всех выполняющихся на исследуемых объектах видов наблюдений в виде разнообразных баз данных [3].

В России, как и во всём мире, отсутствует опыт создания подобных ГИС, имеющих базы данных результатов наблюдений за пространственно-временным взаимодействием инженерных объектов с геологической и внешней средой.

Поэтому создание подобных ГИС деформационного мониторинга на данном этапе просто необходимо в силу многочисленных повторяющихся аварий, как жилых зданий, так и промышленных сооружений. При этом эффективность ГИС повысится, если в её структуре будет, например, создана подсистема базы знаний [3], в которой могут быть прописаны различные правила выбора тех или иных решений, последовательность действий и обучение той или иной методике деформационного контроля. Эти принимаемые с помощью ГИС-системы решения могут быть представлены, например, в следующем виде.

Для реализации и удобного пользования системой была разработаны «пустая» оболочка и интерфейс программы в среде C# («си шарп»). При загрузке базы данных на экране появляется стартовое окно с названием вызываемого приложения и рисунком (рис. 2).

Рис. 2. Стартовая страница базы данных

После нажатия левой клавишей мыши по любому свободному месту на стартовой странице происходит переход в базу данных ГИС (рис. 3).

Рис. 3. База данных ГИС

База данных ГИС представляет собой окно, разделенное на две половины: в левой половине окна отображается информация об уже созданных разделах и подразделах базы, а в правой части после выбора раздела будут видны все добавленные элементы контента (текстовые и файловые данные). Также существует возможность добавлять новые разделы и данные либо удалять существующие.

Работа с базой данных в ГИС представлена на примере создания раздела «Современные методы и технологии по учету деформаций высотных зданий и сооружений».

Создание нового раздела происходит в результате нажатия правой кнопки мыши в левой части окна. После нажатия клавиши появляется всплывающее меню для работы с разделами, в котором можно выбрать один из пунктов: «Добавить узел», «Удалить узел», «Переименовать».

Выбирая функцию «Добавить новый узел» – на экране появляется форма

«Ввод нового узла» для создания:

а) нового основного раздела – при выборе кнопки «В корень» (рис. 4, а);

б) подраздела – при выборе кнопки «ОК» (рис. 4, б).

а

б

Рис. 4. Формы создания: а – нового раздела; б – нового подраздела

Таким способом были созданы раздел «Современные методы и технологии по учету деформаций высотных зданий и сооружений» и подраздел «Геодезический мониторинг зданий с использованием электронных тахеометров».

Далее с помощью панели «Вставка элементов» в созданном разделе осуществляется добавление элементов текста и файлов. Для добавления заголовка или текста необходимо выбрать соответствующие кнопки на панели, в результате чего появится заставка «TextBox» (текстбокс), в которую можно вносить те или иные изменения (рис. 5).

Рис. 5. Добавление заголовка и текста

Имеется также возможность добавить элементы контента, такие как «изображение» или «ссылка» на файл документа, для чего необходимо выбрать соответствующую кнопку на панели. При добавлении «изображения» или «ссылки» – на экране появляется новая форма для указания имени файла и ссылки на документ (рис. 6, а) или для указания ссылки на изображение (рис. 6, б).

а

б

Рис. 6. Формы создания: а – ссылки; б – картинки

При нажатии правой кнопкой мыши на добавленную ссылку «Современные методы наблюдений за деформациями» происходит открытие нужного файла, например, «Азаров Б.Ф. Современные методы наблюдений за деформациями.pdf» (Adobe Acrobat Reader DC), как показано на рис. 7.

Рис. 7. Открытие файла из ссылки «Современные методы наблюдений за деформациями»

Также имеется возможность добавлять неограниченное количество различных элементов в каждый из разделов базы данных ГИС или удалять ненужные, выделив элемент левой клавишей мыши и нажав кнопку «Удалить».

После добавления элементов подраздел «Геодезический мониторинг зданий с использованием электронных тахеометров» выглядит в соответствии с рис. 8.

Рис. 8. Раздел базы данных «Геодезическое прогнозирование»

В перспективе стоит расширение базы данных и реализация добавления других элементов, таких как графики, таблицы и формулы.