Системы автоматизированного мониторинга
Мониторинг технического состояния зданий и сооружений - это система наблюдения и контроля, проводимая по определенной программе:
- для выявления объектов, на которых произошли значительные изменения напряженно-деформированного состояния несущих конструкций или крена, и для которых необходимо обследование их технического состояния.
- для отслеживания степени и скорости изменения технического состояния объекта и принятия, в случае необходимости, экстренных мер по предотвращению его обрушения или опрокидывания, действующая до момента приведения объекта в работоспособное техническое состояние.
- для обеспечения безопасного функционирования зданий и сооружений за счет своевременного обнаружения на ранней стадии негативного изменения напряженно-деформированного состояния конструкций и грунтов оснований или крена, которые могут повлечь за собой переход объектов в ограниченно работоспособное или в аварийное состояние. /2/
RU П 2381470 Способ мониторинга и прогнозирования технического состояния зданий и сооружений и система мониторинга и прогнозирования технического состояния зданий и сооружений./4-6/
Группа изобретений относится к области автоматизированных систем мониторинга технического состояния зданий и сооружений и может быть использована при проектировании, строительстве и эксплуатации зданий и сооружений, в том числе в соответствии с программами проектирования и строительства высотных зданий, уникальных сооружений и объектов повышенного риска. Способ мониторинга и прогнозирования технического состояния здания и сооружения, состоит в том, что на здании или сооружении устанавливают блок датчиков и оборудования автоматизированной системы мониторинга, определяют по данным измерений этих датчиков параметры технического состояния объекта. Далее осуществляют фильтрацию параметров технического состояния объекта на две группы параметров: группу параметров технического состояния нижней и верхней частей объекта. По экстраполированным значениям параметров нижней части объекта в блоке математического моделирования объекта и расчета параметров технического состояния верхней части объекта рассчитываются прогнозные параметры технического состояния наземной части, после чего прогнозная оценка будущего технического состояния здания и сооружения по различным параметрам поступит в блок отображения прогнозной и мониторинговой информации. Система мониторинга и прогнозирования технического состояния зданий и сооружений, которая реализует вышеприведенный способ, показана на (рис.1.1).
Рис.1.1 Блок-схема системы мониторинга и прогнозирования технического состояния зданий и сооружений.
В предлагаемом изобретении решается техническая задача, позволяющая на ранней стадии развития неблагоприятных сейсмических и/или гидрогеологических процессов осуществить прогнозную оценку будущего технического состояния наземной части объекта на длительный временной интервал и тем самым, при необходимости, реализовать комплекс превентивных мер по предотвращению разрушения объекта. При этом решается также техническая задача по оценке текущего технического состояния объекта.
RU П 2371691 Способ мониторинга машин и сооружений./4-6/
Способ мониторинга машин и сооружений включает измерение посредством одного или нескольких датчиков параметров вибрации объекта, определение и анализ значений параметров вибрации объекта мониторинга в месте установки датчика, при этом используют датчик, синфазно измеряющий три ортогональных проекции вектора ускорения, определяют вектор деформации объекта мониторинга в месте установки каждого датчика, накапливают массив векторных величин деформации, отображают на мониторе, по крайней мере, для одной частоты вибрации годограф вектора деформации относительно системы координат, связанной с объектом мониторинга, и определяют наличие анизотропии в деформациях элемента объекта мониторинга в месте установки датчика.
Технический результат, достигаемый в заявленном способе мониторинга машин и сооружений, заключается в выявлении через размеры и форму пространственного годографа деформаций такого дефекта (или свойства) конструкции машины или сооружения, как механическая анизотропия, и, соответственно, выявление анизотропии прочности или упругости, характеризующих податливость конструкции (элемента конструкции).
а) 
б) 
Рис. 1.2 3D-распределение векторных величин деформации в частотном диапазоне 10-10000 Гц а – исправный, б - неисправный.
Обнаружение годографа вектора деформации в виде эллипсоида (рис. 1.2 б) позволяет сделать вывод о наличии механической анизотропии. Поэтому эффективно визуальное выявление анизотропии с использованием монитора.
Визуальное выявление механической анизотропии и отсутствие автоматизированной станции оповещения является основным недостатком данной системы.
RU П 2343446 Устройство определения опасного для эксплуатации состояния конструкций крупногабаритных строительных зданий и предупреждения об опасности находящихся в них людей./4-6/
Изобретение относится к области автоматизированных систем мониторинга технического состояния зданий и сооружений и может быть использовано для определения опасного для эксплуатации состояния и предупреждения об опасности находящихся в них людей. Устройство содержит источник узконаправленного излучения 1 (рис 1.3), который с помощью кронштейна 2 жестко крепится к одному элементу строительного сооружения 3, а также систему фотоэлементов 4 и жесткую опору для их установки 5 на другом элементе, блок аппаратуры 6, связанный с системой фотоэлементов, содержащий преобразователи и сигнальное устройство 7, соединительные провода 8. При этом источник узконаправленного излучения устанавливается на элементе конструкции крупногабаритных зданий, деформации которого при снижении несущей способности сооружения наибольшие, а система фотоэлементов устанавливается на фундамент или недеформируемые элементы конструкции контролируемого сооружения таким образом, чтобы луч от источника излучения попадал в точку, соответствующую исходной базе отсчета на системе узконаправленных фотоэлементов.
а) 
б) 
Рис 1.3 Принципиальная схема устройства а – до деформации, б – после деформации.
RU П 2327105 Способ контроля состояния конструкции здания или инженерно-строительного сооружения и устройство для его осуществления./4-6/
Изобретение относится к измерительной технике, а именно к автоматическим средствам непрерывного отслеживания состояния конструкции здания или строительного сооружения в процессе его эксплуатации, позволяющим своевременно выявить превышение допустимых деформаций конструкции и предупредить ее разрушение.
Способ заключается в опросе датчиков, установленных в местах диагностирования конструкции, преобразовании полученной с датчиков информации и ее передаче на пункт контроля в виде компьютера. Результаты опроса датчиков отражают в виде наглядной картины текущего состояния конструкции на экране компьютера. Устройство содержит пункт контроля в виде компьютера, датчики, размещенные в местах диагностирования конструкции, связанный с ними блок предварительной обработки сигналов и средства связи блока предварительной обработки сигналов с упомянутым компьютером. При этом блок предварительной обработки выполнен с возможностью опроса датчиков, приема и регистрации сигналов, содержащих измерительную информацию, и с возможностью сравнения упомянутой информации с заранее внесенными в его память фиксированными величинами. Технический результат заключается в предотвращении разрушения конструкции сооружений за счет оперативности реагирования благодаря визуализации полученной информации в более наглядной и доступной для восприятия оператора форме.
RU П 2292433 Способ определения изменений напряженно-деформированного состояния конструкций здания или сооружения сложной пространственной формы./4-6/
Изобретение относится к области строительства и касается способа определения изменений напряженно-деформированного состояния конструкций здания или сооружения сложной пространственной формы. Технический результат изобретения - возможность определения конкретной зоны, где произошли изменения напряженно-деформированного состояния конструкций, в здании или сооружении сложной пространственной формы. Осуществляют разделение здания или сооружения сложной пространственной формы вертикальными сечениями на части простой пространственной формы, при этом разделение по высоте на зоны от 3 до 5 этажей производят отдельно для каждой части простой пространственной формы здания или сооружения, выравнивая границы зон для всех частей простой пространственной формы здания или сооружения на уровне первого этажа. Трехкомпонентные вибродатчики устанавливают по вертикальной оси в каждой части простой пространственной формы здания или сооружения. Измерение пространственных колебаний осуществляют на противоположных границах примыкающих зон относительно зоны приложения динамической нагрузки как по высоте, так и по горизонтали на уровне приложения динамической нагрузки в местах установки трехкомпонентных вибродатчиков примыкающих зон частей простой пространственной формы здания или сооружения.
Предлагаемым изобретением решается задача определения конкретной зоны, где произошли изменения напряженно-деформированного состояния конструкций, в здании или сооружении сложной пространственной формы.
RU ПМ 86007 Система мониторинга безопасности несущих конструкций, конструктивных элементов зданий, сооружений в режиме реального времени./4-6/
Полезная модель относится к области автоматизированных систем мониторинга, безопасности несущих конструкций, конструктивных элементов зданий и сооружений, а также зон вероятных природных чрезвычайных ситуаций.
Полезная модель направлена на повышение надежности мониторинга в реальном масштабе времени безопасности несущих конструкций, конструктивных элементов зданий и сооружений при их эксплуатации, в особенности при эксплуатации высотных зданий, уникальных сооружений и объектов повышенного риска, зданий и сооружений, находящихся в зонах повышенной сейсмической активности, а также зон вероятных природных чрезвычайных ситуаций.
Указанные технические результаты достигаются тем, что система мониторинга безопасности несущих конструкций, конструктивных элементов зданий и сооружений в режиме реального времени, содержит блок ударного устройства 1, блок определения собственных частот колебаний конструкций 2, блок измерения ускорений колебаний объекта 3, блок измерения наклонов 4, блок измерения прогибов 5, блок измерения напряжений 6, блок измерения нагрузок 7, блок измерения абсолютной и неравномерной осадки 8, блок измерения геодезических параметров 9, блок обработки и выходной информации 10, блок градации выходной информации 11, блок передачи информации потребителям 12, и не менее одного источника бесперебойного питания 13, причем все упомянутые блоки подключены к шинам передачи данных 14, шинам управления 15 и шинам питания 16. (рис 1.5)
Рис 1.5 Блок-схема системы мониторинга безопасности зданий, сооружений и их конструктивных частей в режиме реального времени.
Система мониторинга осуществляет измерение текущей, предыдущей величин крена (осадки) фундаментных плит, конструкций, кровли. Измерительные блоки передают информацию о деформационном состоянии несущих конструкций здания и изменения геодезических параметров.
Блок обработки и выходной информации собирает данные, поступающие с измерительных блоков, анализирует и передает их в виде категорий технического состояния несущих конструкций, конструктивных элементов зданий или сооружений, при этом градация осуществляется как минимум по трем уровням безопасности здания или сооружения в текстовом и цветовом отображении на экранах дисплеев и в звуковом виде.
В блоке обработки и выходной информации содержатся:
- данные о конструкции объекта или сооружения, его геометрические и динамические параметры;
- граничные значения интегральных характеристик;
- координатные данные о расположении датчиков измерительных блоков;
- информация об измеренных ранее собственных частотах конструктивных элементов и самого здания или сооружения и информация и параметрах воздействия ударного блока при определении собственных частот;
- данные о динамике изменения интегральных характеристик напряженно-деформированного состояния несущих конструкций здания или сооружения;
- расчетная модель здания или сооружения и их конструктивных элементов.
Выходная информация блока обработки и выходной информации поступает в блок градации выходной информации и в блок передачи информации потребителям.
Предложение ООО «Мониторинг-Центр», НИиППЛ «ПиК» МГСУ: проект системы мониторинга технического состояния строительных сооружений на базе волоконно-оптических датчиков./7/
Патент РФ № 2290474 на изобретение «Способ контроля и диагностики элемента сооружения».
Патент РФ № 66524 на полезную модель «Сооружение, в котором обеспечена возможность комплексного мониторинга сооружения».
Патент РФ № 64772 на полезную модель «Оптический датчик деформаций».
Патент РФ № 2319941 на изобретение «Средство определения напряжений».
Патент РФ № 2322649 на изобретение «Измеритель деформации и способы измерения деформации (варианты)».
Решение № 2008111057/22(011952) от 14.05.08 о выдаче патента на полезную модель «Микроконтроллер».
Волоконно-оптические измерительные системы представляют собой набор волоконно-оптических датчиков (ВОД), объединённых в единую сеть той или иной топологической конфигурации с заданным алгоритмом опроса, которые целесообразно разделить на два широких класса в зависимости от роли волоконного световода (ВС):
- ВС выполняет только транзитную функцию среды-носителя для передачи оптического излучения к чувствительному элементу (ЧЭ), расположенному в зоне измерений;
- ВС является средой-носителем для передачи сигналов и одновременно является чувствительным элементом ВОД.
Система мониторинга технического состояния строительных конструкций может осуществлять функции контроля и диагностики для элементов строительных конструкций различного исполнения: кирпичная кладка, монолитный и сборный железобетон, металлические конструкции. Кроме того, система может быть помещена как внутри контролируемого объекта, так и снаружи.
Система мониторинга разработана специалистами ООО «Мониторинг-Центр». Установка элементов контрольно-измерительной приборной базы технологически проста, не требует интенсивного курса обучения, практически не создаёт дополнительных временных затрат при бетонировании или монтаже несущих элементов, а также при возведении фундамента.
Все компоненты системы экологически безопасны и не оказывают вредного влияния на организм человека и окружающую среду. При этом система легко адаптируется для применения в потенциально опасных ситуациях (наличие мощных электромагнитных полей, агрессивных химических сред, радиационного излучения и т.д.).
Реализованные проекты: Многоэтажный жилой комплекс (Сергиев-Посад, 2005); Офисный блок многофункционального комплекса (Москва, 2006); Контроль динамики раскрытия трещин (Москва, 2006); 36-этажное высотное здание (Санкт-Петербург, 2007); 32-этажный жилой дом (Казань, 2007); Многофункциональный комплекс SIEMENS-АФК «Система» (Москва, 2007); ММДЦ «Москва-Сити», участок № 15 (Москва, 2007); Ледовый Дворец «Уральская молния» (Челябинск, 2008); Индивидуальный 3-х секционный жилой дом (Москва, 2008); Балтийский тоннель (Москва, 2008); Гостиничный комплекс «Пушкинский» (Донецк, 2009).
Предложение кафедры информационно-измерительных приборов МИИГАиК: проект многоканальной информационно-измерительной системы – МИИС./8/
В основе системы МИИС - уникальный по характеристикам и универсальный по применимости высокоточный датчик линейных и угловых перемещений.
Принцип извлечения информации состоит в регистрации изменений состояния матрицы чувствительных элементов (ЧЭ), т.е. в появлении («включение» ЧЭ) или в исчезновении («выключение» ЧЭ) потока излучения (сигнала) на выходном торце волоконно-оптического световода (ВОС). При этом сигналы регистрируются в оптимальном режиме «да-нет» без использования каких-либо преобразователей. Способ обработки зарегистрированных сигналов зависит от задачи, поставленной перед устройством.
Устройство МИИС, предназначенное для извлечения и передачи оператору массивов информации о величинах относительного линейного и углового перемещения деталей по шести координатам. Устройство также может быть совмещено с приборами контроля состояния окружающей среды, для выдачи управляющих команд амплитудного, спектрального характера и приема-передачи контрольных сигналов с комплекса разнообразных датчиков, способных регистрировать широкий круг параметров посредством своих конструктивных особенностей.
Система МИИС способна обеспечить технический комплекс данными с разнообразных датчиков. Использование различных преобразователей на входе системы позволит расширить и без того огромный спектр воспринимаемых ею сигналов, охватывающий практически весь диапазон информационных полей.
Оптимальные решения могут быть приняты лишь на основе обработки большого объема информации. Немаловажным фактором является совместимость МИИС с электронными и оптическими устройствами ввода - вывода ЦВМ, с разными источниками излучения, с самыми разными датчиками первичной измерительной информации.
Технология изготовления проста: ограниченная элементная база, недорогие недефицитные комплектующие детали, оперативно перестраиваемое оборудование многократного применения, доступная база поверки и калибровки, способность работать совместно с устройствами отображения разного типа в автоматическом и визуальном режимах контроля.
Предложение МИИГАиК достаточно перспективно и может быть применено при создании многоканальных систем мониторинга технического состояния зданий и сооружений, использующих большое количество разнотипных датчиков.
Предложение ООО «НПП Геотек»./9/
Система мониторинга предназначена для оценки текущего состояния несущих конструкций здания в процессе его эксплуатации.
Система обеспечивает выполнение следующих функций:
1. Периодический контроль напряженно-деформированного состояния несущих конструкций, выдача информации о месте приближения измеренных значений к проектным значениям прочности и деформации.
2. При превышении измеренных значений напряжений и деформаций проектных значений система выполняет постоянный контроль напряженно-деформированного состояния несущих конструкций; формирует сигналы опасности; выдает информации о месте превышения проектных значений прочности и деформации.
3. Автоматическая регистрация событий в оперативной памяти системы, выдача отчетов о событиях в соответствии с запросом, а при наступлении событий по п.2 автоматически.
4. Оповещение об эвакуации людей при недопустимых значениях напряжений и деформаций в элементах несущих конструкций.
Система в целом работает следующим образом.
Этап 1. Сигналы с датчиков считываются устройством сбора в аналоговом виде, затем преобразовываются в цифровой вид и по кабелю передаются в базу данных компьютера. Управление работой сети датчиков выполняется компьютером с использованием программы GEOTEK-SHM. B компьютере используя градуировочные зависимости, цифровые сигналы превращаются в физические величины: деформацию, напряжения, угол наклона.
Этап 2. Выполняется статический расчет конструктивной схемы здания, c использованием программы ANSYS. Результаты расчетов заносятся в базу данных компьютера и обновляются в процессе эксплуатации здания с периодом в один год.
Этап 3. Производится сравнение измеренные значения деформаций в несущих конструкциях покрытия и углов наклона колонн (этап 1) с расчетными значениями (этап 2). В случае превышения прочности материала несущих конструкции, а также отклонения колонн от нормативных значений выдается тревожное сообщение.
Система мониторинга состоит из базовой станции, блоков сбора сигналов с датчиков, датчиков деформации и наклона, кабельной сети (рис. 1.7).
Базовая станция включает в себя индустриальный персональный компьютер, преобразователи интерфейса 422/232 ГТ6.0.11, блоки питания ГТ6.0.9, питающие магистрали напряжением +24В, программное обеспечение – WCommScanCS5.06DB и базу данных MS SQL2005.
Реализованные проекты: Гимнастический комплекс "Буртасы" (Пенза, 2007г.); Ледовый дворец "Арена-Омск" (Омск, 2008г.)
Рис. 1.6 Схема установки двух блоков ГТ6.0.8 с датчиками деформации и наклона.
Рис. 1.7 Система мониторинга клеедеревянных арок
гимнастического комплекса.
Система мониторинга строительных конструкций и сооружений СМ-2, разработана кафедрой ИУ-2 МГТУ имени Н. Э. Баумана, изготавливается ФГУП «НПЦ АП имени акад. Н. А. Пилюгина»./10/
Мониторинг с использованием системы СМ-2 осуществляется путём измерения прецизионными акселерометрами сверхмалых ускорений колебаний и сверхмалых угловых подвижек сооружений и вычислений по ним модальных частот колебаний конструкции и угловой скорости изменения наклона элемента конструкции.
Область применения системы СМ-2:
- инспектирование строительных конструкций и сооружений для контроля качества монтажа;
- организация постоянного мониторинга с обеспечением оперативного неразрушающего контроля состояния большепролётных сооружений и высотных зданий, мостов, эстакад и других сооружений и конструкций с целью своевременного выявления показаний для профилактического ремонта и недопущения обрушений.
Отличительные особенности системы СМ-2 – высокая разрешающая способность акселерометров, стабильность их параметров, возможности программного обеспечения – позволяют выполнять измерения непосредственно в процессе эксплуатации или строительства сооружения. При этом регистрируются воздействия солнечного нагрева, ветровой нагрузки, движения транспорта, перемещения лифтов и т. п.
Разработаны мобильный и стационарный варианты системы.
Имеется возможность на базе разработанной системы создать интерактивную систему мониторинга района и города.
Первый комплект системы мониторинга, созданный в МГТУ им. Н.Э. Баумана более 10 лет назад, экспонировался на выставках изобретений в гг. Нюрнберг, Женева, Брюссель и Сеул, где получил три золотые медали и Гран-при. С помощью этой установки проведено большое количество измерений на различных строительных объектах в России и за рубежом.
Методика была опробована, в основном на различных мостах. Опыт применения методики на высотных зданиях практически отсутствует.
Предлагаемая аппаратура обладает высоким качеством и выполнена по современным технологиям, может выпускаться серийно.
Однако в качестве системы, пригодной для любых типов зданий и сооружений, система СМ-2 отвечает не всем требованиям к системам мониторинга, а именно:
- система не обеспечивает измерения всех необходимых для контроля технического состояния здания (сооружения) параметров;
- в методике испытаний с помощью системы отсутствуют рекомендации по оптимальным местам установки датчиков, по допустимому уровню изменения модальных частот и углов наклона, что затрудняет её применение организациями, эксплуатирующими здания и сооружения;
- система СМ-2 при мониторинге не позволяет локализовать места изменения напряжённо-деформированного состояния конструкции, что неизбежно приведёт к увеличению объёмов обследований;
- в числе измеряемых параметров присутствует угловая скорость наклона, однако такой параметр напрямую не входит в расчёты, поэтому неудобен для применения при мониторинге.
С другой стороны, для определённых типов сооружений (мосты, эстакады и т. п.) система СМ-2 доказала свою работоспособность.
Для других типов объектов (например, высотные здания, большепролётные сооружения) рекомендуется использовать систему СМ-2:
- для мониторинга, имеющего ограниченные цели контроля параметров движения здания (сооружения) как единого целого;
- при общем мониторинге совместно с другими системами мониторинга, обеспечивающими контроль других необходимых параметров;
- учитывая высокую точность предлагаемой аппаратуры, для уточнения и более полной интерпретации результатов, полученных с помощью других систем мониторинга.
ООО НТЦ «Стройинновация» разработана и изготавливается автоматизированная стационарная станция мониторинга деформационного состояния высотных зданий СМДС-В (ТУ 4277-012-95970132-07)./12/
Станция СМДС-В предназначена для наблюдения за изменениями напряженно-деформированного состояния несущих конструкций высотных зданий на основе анализа передаточных функций для различных частей здания в автоматизированном режиме (при проведении периодических измерений), для выявления изменений напряженно-деформированного состояния конструкций и локализации мест таких изменений в конструкциях, а также для получения информации об изменении частоты собственных колебаний высотного здания и его наклонах.
В работе станции СМДС-В в качестве динамических нагрузок могут быть использованы микросейсмы естественного и промышленного происхождения при одновременной регистрации во всех изучаемых точках, а также динамические воздействия, вызванные ударом (создание широкополосного импульса) или техническими установками при получении передаточных функций отдельных частей здания.
Станция СМДС-В представляет собой модульную систему, отдельные элементы которой распределены по объекту мониторинга в соответствии со специально разрабатываемым для объекта техническим проектом и руководством по эксплуатации.
Станция разработана с применением высоких технологий и требований эргономики, характеризуется высокой надежностью и безопасностью, обладает высокой точностью и чувствительностью наблюдений в широком динамическом и частотном диапазонах. Модульная структура станции позволяет производить наращивание измерительных модулей в зависимости от конфигурации и размеров объекта, станция обладает повышенной живучестью в аварийных ситуациях за счет устойчивости к перегрузкам и наличия полностью автономного питания. Количество измерительных модулей позволяет применять станцию на зданиях практически любых размеров.
При размещения станции СМДС-В на конкретном здании кабельная сеть проектируется согласно проекту размещения измерительных модулей компьютерно-информационного центра.
Компьютерно-информационный центр представляет собой помещение, укомплектованное персональным компьютером, настольного или переносного типа, принтером и адаптером связи АС-СМ1 и служащее для работы обслуживающего персонала. В помещение подводятся линии связи от аппаратно-измерительной части. Оно должно быть оборудовано необходимой мебелью, телефонной линией и, по возможности, Интернет -связью, если она предусматривается общим проектом оборудуемого здания.
В станции мониторинга СМДС-В для наблюдения за изменениями напряжённо-деформированного состояния несущих конструкций (и других важных для исследования текущего технического состояния объекта параметров) используется метод анализа передаточных функций. Поскольку передаточные функции определяются для различных участков здания, это позволяет локализовать места появления изменений технического состояния здания (сооружения) и проводить дальнейшее обследование традиционными методами только в этих местах, что, естественно, приводит к существенной экономии средств.
Модульная схема, по которой построена станция, позволяет изменять в зависимости от конкретного объекта и целей мониторинга количество, состав, типы применяемых датчиков и места их расстановки.
В настоящее время станция СМДС-В устанавливается на ряде строительных объектов г. Москвы, в числе которых высотные здания в ММДЦ «Москва-Сити» и др., большепролётные сооружения ККЦ в Крылатском.
Существует мобильный вариант станции, используемый уже несколько лет при обследованиях, например, жилых зданий.
Фирма SISGEO предлагает аппаратуру для оценки состояния грунтов и мониторинга строительных объектов./14/
Однозначность и надёжность решения обеспечивается комплексированием независимых методов исследований, опирающихся на изучение электрических, магнитных, сейсмоакустических параметров среды, непосредственно связанных с прочностными характеристиками пород, грунтов, фундаментов.
Также предлагается аппаратура для проведения мониторинга высотных зданий, арочных дамб, туннелей и котлованов.
Система датчиков позволяет контролировать рост напряжений и зарождение деформаций в конструкции сооружения или в её основных элементах, отклонения от вертикали, горизонтальные смещения на определённом горизонте, оценивать величину давления объекта на подстилающие породы и грунты, величину ветрового давления на верхних этажах здания, инженерно-геологическую и гидрогеологическую обстановку в основании здания.
Превышение допустимых эксплуатационных нагрузок или негативные воздействия, приводящие к потере прочности сооружения, формируют сигнал аварийного оповещения.
На схеме мониторинга может быть выделена проблемная зона, конкретизирован тип воздействия.
Предлагаемый фирмой SISGEO комплекс аппаратуры может найти применение при обследованиях зданий и сооружений, а также при проектировании технических систем мониторинга.
ЗАО «Триада- Холдинг»: диагностическое оборудование, система непрерывного мониторинга и передвижная строительная лаборатория./11/
Оптико-волоконная система непрерывного мониторинга строительных конструкций SOFO позволяет производить измерения напряжений, деформаций в любой плоскости, контроль раскрытия швов, трещин и имеет следующие основные характеристики:
- оптико-волоконные датчики с длинной базой;
- разрешающая способность 2 мкм;
- устойчивая работа в течение длительного времени;
- нечувствительность к воздействию температуры, электромагнитных полей, коррозии и пр.;
- датчики можно замоноличивать в конструкцию или устанавливать на её поверхности;
- простота, оперативность установки и проведения измерений;
- возможность подключения дополнительных датчиков (тензометры, термопары и др.);
- автоматическое и дистанционное управление.
Предлагаемая оптико-волоконная система непрерывного мониторинга строительных конструкций SOFO основана на прогрессивных и перспективных технологиях, но трудоёмка при размещении на объекте и требует более подробной разработки методик выполнения мониторинга (выбора мест установки датчиков, выбора измеряемых величин, периодичности измерений, методик обработки данных и т. п.).
Реализованные проекты: ГМЗ «Московский Кремль»; Государственный Академический Большой Театр России; Государственный музей изобразительных искусств им. А.С.Пушкина; Государственная Третьяковская галерея; Метрополитены гг.Москвы, Нижнего Новгорода; ГУП «Москоллектор», г.Москва; ГУП «Гормост», г. Москва; НПО «Космос».
Вывод:
В результате поиска найдено тринадцать существующих (успешно используемых) и перспективных систем мониторинга (находящихся в разработке или на стадии внедрения).
Обзор систем мониторинга технического состояния зданий и сооружений показал, что при сравнении существующих систем на первый план выходят:
- уровень проработки теоретических основ принятой для конкретной системы методики мониторинга;
- применимость системы для различных типов зданий и сооружений;
- скорость обработки полученных результатов, их сопоставимость с требованиями нормативных документов;
- возможность изменений состава и количества датчиков, способов обработки результатов;
- правильная организация метрологического обеспечения системы и составляющих её элементов.
Для перспективных систем мониторинга главным направлением разработки, с одной стороны, должно служить существенное улучшение их технических характеристик по сравнению с характеристиками существующих систем по таким параметрам, как:
- многоканальность;
- быстродействие;
- объём памяти;
- расширение номенклатуры измеряемых параметров.
В настоящее время на рынке имеется большое количество приборов и устройств для обследований технического состояния зданий и сооружений и оснащения систем мониторинга. Каждая система мониторинга индивидуальна и уникальна, и даже если построена по одинаковым схемам с использованием схожих принципов не представляется возможным доукомплектовать имеющийся набор датчиков. При возникновении необходимости контроля дополнительных параметров строительных конструкции придется либо сменить систему мониторинга, либо смонтировать к уже имеющейся системе мониторинга дополнительную.
Все найденные системы мониторинга сведены в таблицу (табл. 1.1). Для выявления наиболее подходящей системы мониторинга, применительно к ОФ №3, сравнение производим по нескольким наиболее важным параметрам: автоматизация - наличие у системы мониторинга автоматизированной станции анализа НДС конструкции в режиме реального времени; сигнализация - наличие у системы мониторинга блока оповещения при достижении или приближении к недопустимому НДС конструкции (световая, звуковая, оповещение МЧС и т.д.); мониторинг конструкций – возможность системы определять изменение НДС конструкций; мониторинг грунтов – возможность системы следить за изменениями в основании здании и сооружений. Так же в таблицу введен пункт «Возможность применения на ОФ №3» для первичной отбраковки систем мониторинга, которые заведомо невозможно применить на ОФ №3.
Обогатительная фабрика №3 является опасным производственным объектом и согласно ГОСТ Р 53778-2010 «Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния» на ней устанавливается постоянный режим мониторинга, включающий мониторинг конструкций и грунтов оснований, наличие сигнализации и системы оповещения.
На основании выше изложенного к дальнейшему рассмотрению принимаем шесть систем (табл. 1.1) под № 1, 6, 7, 9, 12, 13. Поскольку не все выбранные системы мониторинга имеют реализацию в натуре наиболее рационально выбирать из тех систем, которые успешно эксплуатируются на строительных объектах по всей России. Это системы мониторинга фирм: ООО «Мониторинг-Центр» (№6), ООО «НПП Геотек» (№9), ЗАО «Триада- Холдинг» (№13).
| Таблица 1 | |||||||||
| № п/п | Наименование системы | Производитель | Характеристика системы мониторинга | Где эксплу-атируется | Возможность применения на ОФ№3 | ||||
| Автомати-зация | Сигнали-зация | Мониторинг конструкций | Мониторинг грунтов | Применяемые датчики | |||||
| RU П 2381470 Способ мониторинга и прогнозирования технического состояния зданий и сооружений | - | + | + | + | + | Тензорезисторы, Пьезо-электрические | - | + | |
RU П 2371691 Способ мониторинга машин и сооружени< Наши рекомендации |