Самое сильное впечатление от небоскреба Лахта Центра складывается, когда смотришь на него снизу, от подножия – вверх и кажется, что он уходит куда-то в небесную бесконечность.
И именно тогда, а не из дальних городских ракурсов, захватывает дух от высоты и мощи.
И где-то на десятом месте приходит мысль - хорошо бы точно знать, что построили грамотно и добросовестно.
И вдвойне хорошо, что он у нас есть, мониторинг.
Разработка отечественными программистами специально для комплекса.
Волшебная вещь, предотвращающая малейшую возможность плохого развития событий в будущем.
Ниже рассказывается о том, как это работает. 
Любое здание подвергается воздействию множества внешних сил.
Изменения температуры и влажности, давления ветра, давления снежных масс, неоднородности почвы и ее изменения во времени.
Для небоскребов с их размерами, весом и сложностью конструкции это влияние возрастает многократно.
Возникновение деформаций и зон повышенных напряжений конструкции опасно даже для небольших коттеджей, не говоря уже о небоскребах, где последствия незамеченных изменений в конструкции несоизмеримо более критичны.
Поэтому во всех современных высотных зданиях используются системы мониторинга деформаций, предполагающие использование целого комплекса средств мониторинга.
В этот набор инструментов, конечно, не входит лупа, но в комплекте имеется множество датчиков.
Их в Лахта Центре около 3 тысяч, и они расположены во всех ключевых конструктивных элементах всех сооружений комплекса.
Самую большую группу составляют тензорезисторы, находящиеся на переднем крае защиты от деформаций.
Это одни из самых надежных и долговечных, а потому широко распространенных датчиков, которые используются для измерения деформаций и напряжений.
Все дело в простоте конструкции.
По сути, тензорезистор — это просто отрезок высокопрочной стальной проволоки — струны, натянутой внутри полой металлической трубки между двумя концевыми блоками.
При деформации конструкции изменяется расстояние между концевыми блоками, вместе с этим меняется сила натяжения струны и, соответственно, частота колебаний.
Изменения состояния преобразуются в цифровые сигналы, которые передаются в систему мониторинга через мультиплексоры и регистраторы данных (регистраторы данных).
Тензорезисторы привариваются к металлическим балкам, залитым в бетон, а отсутствие возможности их обслуживания компенсируется кратным запасом количества.
Его устанавливают даже в шахтах ниже свайного поля до геодезических отметок минус 100 м.
Кликабельно
Сигнал с каждого из примерно 2,5 тысяч тензодатчиков Лахта Центра передается в систему мониторинга, и даже выход из строя отдельных тензорезисторов - хотя ломать особо нечего - особо не повлияет на точность общей картины.
состояние конструкции.
Кликабельно
Информация с тензорезисторов накапливается раз в час и передается на сервер раз в шесть часов.
Этого более чем достаточно для такого вялотекущего процесса, как деформация.
Совсем другое дело – вибрации зданий – это быстрый, непрерывный процесс, и изменения вибрационных характеристик могут выявить и изменения в конструкциях.
Для этого на каждом нескольких этажах башни «Лахта Центра» имеются пункты контроля, оборудованные акселерометрами – измерителями вибрации.
Устройство простого акселерометра.
Груз прикреплен к пружине.
Демпфер подавляет вибрации груза.
Чем больше кажущееся ускорение, тем сильнее деформируется пружина, изменяя показания прибора.
На основе измерений строится амплитудно-частотная характеристика элементов конструкции здания, а отклонение от нормы частоты или амплитуды является сигналом о том, что что-то пошло не так.
Другой тип датчиков — инклинометры — измеряют угол наклона элемента конструкции, на котором они установлены.
В шпиле башни Лахта Центра установлен современный измерительный комплекс.
С помощью станции GNSS положение шпиля отслеживается в двухмерной системе координат: спутник, грубо говоря, делает снимок, который башня рисует со шпилем в зависимости от силы и направления ветра.
Кликабельно
Метеостанция, в свою очередь, оценит зависимость состояния конструкции от показаний влажности, температуры, скорости и направления ветра.
Кликабельно
Тахеометр, установленный на арке, для измерения угла наклона и расстояния с помощью лазера использует ориентир, смещение которого в любую сторону может указывать на изменение местоположения конструкции, например, вследствие осадки.
Но главная особенность автоматизированной системы мониторинга инженерных сооружений «Лахта Центра» — не разнообразие и количество датчиков.
Любое современное высотное здание напичкано датчиками, и у Бурдж-Халифа их не меньше.
А вот система анализа информации, поступающей со счетчиков на суперплате Санкт-Петербурга, поистине уникальна.
Он основан на постоянном сравнении реальной картины состояния зданий Лахта Центра, основанной на показаниях датчиков, с прогнозируемыми значениями деформаций.
Расчет напряженно-деформированного состояния конструкций осуществляется на основе сертифицированного программного комплекса структурного моделирования на основе метода конечных элементов.
ФЭМ -модели компании ООО «ПИ Геореконструкция».
Расчетная модель зданий создается совместно с учетом фундамента и основания (грунтового массива), поскольку подземная и надземная части здания работают совместно, взаимно влияя друг на друга.
Для создания расчетной модели здания конечные элементы системы наделяются свойствами реальных материалов с точно заданными текущими механическими параметрами.
FEM-модель строится с использованием 3D-модели проектирования (BIM) с учетом реальной геометрии здания, которую можно корректировать в ходе строительства и эксплуатации.
То есть интерактивная модель уточняет исходную BIM-модель и содержит характеристики реальных материалов, из которых изготовлен каждый элемент – класс бетона, толщину перекрытия, сечение балки и т. д.
Владимир Лукин, начальник отдела железобетонных конструкций Лахта Центра, курирует создание проекта системы мониторинга комплекса Лахта Центра : — Сравнение данных мониторинга с интерактивной конечно-элементной моделью дает возможность контролировать параметры модели, а именно: изменять структурную схему в соответствии с ходом строительства здания, изменять параметры материалов и конструкций в соответствии с исполнительной документацией, изменять Величина нагрузок соответствует реальной картине нагружения конструкций.На основе расчета конструкций, выполненного в программной среде, проверяются все возможные варианты развития деформаций.Таким образом, конечно-элементная модель зданий адаптируется по мере изменения внешних условий и выдает прогнозы, которые все ближе и ближе к реальным значениям, регистрируемым датчиками мониторинга.
Таким образом находятся аварийные пределы показаний датчиков, сценарии и алгоритмы развития деформаций, а также разрабатываются критерии оценки реального технического состояния - устойчивость, остаточный ресурс и долговечность в соответствии с показаниями датчиков структурного контроля.
Критерии оценки включают абсолютные и относительные отклонения конструкций и учитывают поведение здания в целом.
Дмитрий Бабичев, руководитель проектов Telros : — Материалы, из которых построено здание, всегда отличаются от заложенных в проектную модель.Что, в свою очередь, влияет на отклонения реальных нагрузок от расчетных.
Математическая модель, которая используется в автоматизированной системе мониторинга состояния инженерных сооружений Лахта Центра, представляет собой модель реального объекта.
И на основании анализа показаний датчиков уже можно констатировать, что этот реальный объект оказался даже гораздо более жестким, чем проектный образец, построенный и без того с более чем серьезным запасом прочности.
Расположение измерительного оборудования на трехмерной расчетной схеме.
Модель FEM — это настоящий цифровой двойник.
Так же, как, например, цифровые двойники космических кораблей, которые НАСА использует для моделирования ситуаций, происходящих в космосе.
Ведь там сбор информации с датчиков с помощью телеметрии также является единственным способом контролировать ситуацию, выявлять проблемы и, проанализировав и моделируя на земле происходящее на орбите, искать возможные пути решения проблем.
Система мониторинга деформаций Лахта Центра отслеживает состояние несущих конструкций в режиме реального времени с частотой дискретизации до тысячи показаний в секунду, накапливает статистику практически с самого начала строительства здания, отслеживает изменения по мере увеличения нагрузки и будет продолжать делать это во время работы.
Более того, систему можно обучать и тем самым автоматически менять модель здания с учетом реальных показаний датчиков.
Провода от первых датчиков в сваях – их установили в самом начале строительства.
Еще одним отличием системы мониторинга, используемой в Лахта Центре, от ее аналогов в других небоскребах является наличие не только аварийного лимита деформации элементов здания, но и лимита предупреждения.
На основе той же математической модели с учетом реального состояния здания строится область допустимых значений, в которой отсутствуют отклонения от прогнозных показателей, и зона предупреждения, которая с точки зрения По мнению СНиП, до аварийного состояния еще далеко, но выход в него уже является поводом для принятия управленческих решений.
Желтая зона – предупреждение об отклонении от прогнозных значений, красная – аварийная ситуация.
Несмотря на то, что все данные, полученные от датчиков, анализируются автоматически, решения принимают люди.
При поступлении сигнала тревоги диспетчер сообщает об этом дежурному, который проводит визуальный осмотр, фотографирует привязанную в системе необходимую точку и готовит отчет. Этот отчет анализируется инженером-проектировщиком и принимает решение о перерасчете МК?-модели, если причины изменения параметров некритичны и связаны, например, с естественной и прогнозируемой осадкой здания.
В противном случае уведомление получает главный инженер, который может даже принять решение об эвакуации.
Но, учитывая запас прочности Лахта Центра, развитие такого сценария требует внешнего воздействия на уровне шестибалльного землетрясения.
Сигнал о приближении к аварийному пределу развития деформации автоматически передается в МЧС.
Теги: #Научно-популярные #Программное обеспечение #Урбанизм #Лахта центр #геомониторинг #строительство и архитектура
-
Обзор Hp Probook 4520S-Wd843Ea
19 Oct, 24 -
Подкаст Appleinsider.ru [31]
19 Oct, 24
