CC BY
18Организация
строительного производства
------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
Научно-технический и производственный журнал
УДК 624.05
С.А. СЫЧЕВ, канд. техн. наук ([email protected])
Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет (190005, Санкт-Петербург, ул. 2-я Красноармейская, 4)
Автоматизированная система высокоскоростного монтажа зданий из модулей и модульных систем
Наиболее трудоемким этапом в процессе монтажа строительных конструкций является процесс их предварительной установки и выверки. Автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации управления объектом необходимо производить в соответствии с принятым критерием реализации управляющих воздействий на технологический процесс возведения зданий из модульных систем. Объект управления представляет собой совокупность технологического оборудования и реализованного на его основе по соответствующим алгоритмам и регламентам технологического процесса монтажа модулей. Системы, встраиваемые в блоки непосредственного взаимодействия с оператором, должны содержать лазеры с длиной волны излучения в видимом диапазоне. При этом обеспечиваются оптимальные условия для анализа текущего состояния монтажа, осуществляется минимизация номенклатуры задействованной аппаратуры информационно-измерительной системы.
Ключевые слова: быстрая сборка, унифицированные модульные конструкции, предварительно изготовленные на заводе, быстровозводимые модульные здания, высокая скорость строительства.
SA. SYCHEV, Candidate of Sciences (Engineering) ([email protected]) Saint-Petersburg State University ofArchitecture and Civil Engineering (4, 2-ya Krasnoarmeyskaya Street, 190005, Saint-Petersburg, Russian Federation)
Automated System for High-Speed Erection of Buildings from Modules and Modular Systems
The most time-consuming stage in the process of erecting building constructions is the process of pre-installation and verification of building structures. The automated control system of technological process provides automated collection and processing of information necessary to optimize the management of the object in accordance with the adopted criteria, and implementation of control actions on the process of construction of buildings of modular systems. The control object is a combination of technological equipment and the technological process of modules installation implemented on its base according to appropriate algorithms and regulations. System, built-in blocks for direct interaction with the operator, must contain lasers with emission wavelength in the visible range. In this case, optimal conditions for analyzing the current state of installation are provided and the minimization of the nomenclature of the used equipment of the measuring and information system is carried out.
Keywords: quick assembly, unified modular constructions, prefabricated in the factory, prefabricated modular buildings, high speed of construction.
Коренные преобразования в технике и технологии модульного строительства зданий, прорыв в технологии монтажных работ возможны только на основе внедрения новых плодотворный идей, связанных с появлением новых материалов, конструкций модулей, новых монтажных машин и роботов, новых методов производства монтажных работ и организации труда на строительной площадке. Внедрение интенсивных технологий на базе передовой техники, роботов, прогрессивных технологических процессов и гибких технологий производства монтажных работ позволяет создавать принципиально новые ресурсо-энергосберегаю-щие, безотходные, малооперационные эффективные технологии.
Актуальность рассматриваемых вопросов подчеркивается наличием серьезных недостатков в строительстве зданий из модулей, связанных с незавершенной проработкой индустриальных методов и способов монтажа модулей, отсутствием на стройках перспективных средств механизации и автоматизации монтажа модулей [1-6].
Наиболее трудоемким этапом в процессе монтажа строительных конструкций является процесс предварительной установки и выверки строительных конструкций. Ни уровень технологической оснастки, ни методы контроля положения конструкции в пространстве не отвечают возрастающим требованиям производства. Разрешение возникающих
48| -
проблем возможно только при комплексной автоматизации и роботизации процесса монтажа модульных конструкций.
Схема автоматизированного и роботизированного взаимодействия крана-манипулятора и монтажной платформы представлена на рисунке.
Характер и содержание взаимодействия между оператором и монтажной машиной определяются особенностями выполняемых операций [7-12]. Подавляющая доля информации поступает к оператору через зрительный аппарат. Принципиальное значение при создании нового поколения строительной техники приобретает разработка информационно-измерительной системы, особенно системы, обеспечивающей организацию визуальной обстановки в кабине оператора. На пульт управления выводится информация оценки текущей ситуации, необходимая оператору для принятия решения о дальнейшем ходе технологического процесса. При возникновении нештатных ситуаций оператор осуществляет переход на ручное управление.
Система обеспечивает управление периферийным оборудованием, а также блоками информационно-измерительной системы. Информационно-измерительная система определяет параметры, характеризующие технологический процесс.
Управление технологическим оборудованием может осуществляться в различных спектральных диапазонах.
^^^^^^^^^^^^^ И1'2016
Научно-технический и производственный журнал
-------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
Organization of construction works
Структурная схема взаимодействия крана-манипулятора и монтажной платформы для монтажа модулей здания
Информационно-измерительные системы обладают довольно высокой степенью взаимозаменяемости, но каждая из них имеет предпочтительную область применения, где ее использование оказывается экономически обоснованным. Перспективными в комплексах управления, технологическими процессами являются устройства, работающие в оптическом диапазоне. Их преимущества: возможность работы в оперативном и автономном режимах, устойчивость к электронным помехам. Оптические блоки достаточно легко интегрируются с электрическими, механическими или электронными системами. Измерительные устройства оптического диапазона обладают следующими достоинствами:
1) высокая информационная емкость оптического канала, так как частоты оптических колебаний в 35 раз выше, чем в диапазоне радиоволн. Малая длина волны обеспечивает высокую плотность записи информации в оптических запоминающих устройствах;
2) оптический сигнал характеризуется частотой, фазой, поляризацией и амплитудой, поэтому имеется возможность временной и пространственной модуляции, а следовательно, возможность работы с целыми изобра-
11'2016 ^^^^^^^^^^^^^
жениями или с изменением оптических сигналов в пространстве;
3) благодаря малой длине волны оптического излучения возможна дальнейшая микроминиатюризация функциональных компонентов.
Применение электромагнитного излучения в качестве источника информации о протекающих процессах позволяет получить их объективные характеристики и параметры. Оптическое излучение обладает высочайшей емкостью и пропускной способностью. Полезная информация может содержаться в амплитуде, частоте, фазе, в положении плоскости поляризации, в пространственной и временной структуре поля излучения, что способствует созданию многопараметрических и многоканальных систем передачи информации, а также управления технологическими процессами. Использование первичных измерительных преобразователей, работающих в оптическом диапазоне, позволяет значительно повысить точность прибора, при снижении его массо-габаритных показателей. Учитывая специфику строительного производства, следует признать более высокую эффективность систем активного типа. Они
- 49
Организация
строительного производства
------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
Научно-технический и производственный журнал
включают в свой состав передающие устройства, излучающие сигнал, и приемные устройства, регистрирующие сигнал от передатчика. Сенсоры пассивного типа имеют только приемное устройство, которое регистрирует излучение внешней среды.
Для создания контрольно-измерительной системы, работающей в автоматизированном режиме, необходимо: получить высокое значение полезного сигнала (соотношения сигнал/фон); обеспечить спектральный диапазон работы, удобный для принятия решения человеком-оператором.
При разработке аппаратуры, работающей в активном режиме, важное значение имеет выбор как длины волны передающего устройства, так и тип источника излучения. Различают источники некогерентного и когерентного излучения. К искусственным некогерентным излучателям относят лампы накаливания, люминесцентные и газоразрядные источники света, светодиоды и некоторые другие.
Применение некогерентных источников излучения ограничено в точной измерительной технике из-за ряда существенных свойств подобных элементов.
В качестве излучателей оптических передатчиков предпочтительно применение лазеров, которые обладают свойствами высокой монохроматичности, когерентности, направленности и интенсивности. Они могут работать в непрерывном и импульсном режимах, обладают высокими эксплуатационными свойствами. Излучение квантового генератора монохроматично. Ширина спектра полупроводникового лазера 10 нм, а ширина спектра излучения лампы накаливания больше на несколько порядков, составляя по меньшей мере 10 нм. Благодаря этому соотношение сигнал/ фон (сигнал/помеха) квазимонохроматических систем значительно выше, а следовательно, устройства эффективнее по помехозащищенности, способности принятия решения и т. д. Кроме того, применение лазеров значительно повышает информационную емкость сигнала (для одинаковых длин волн оптических передатчиков).
При работе по удаленным объектам снижение угла расходимости на выходе передатчика необходимо для получения высокого углового разрешения, максимальной плотности энергии на приемной апертуре. Точность определения координат объекта, обеспечение большей дальности действия оптико-электронного прибора (ОЭП) прямо связаны с расходимостью пучка. Поэтому в строительных системах предпочтение следует отдавать направленным источникам излучения - лазерам. Благодаря малой расходимости лазер является высокоинтенсивным излучателем даже в случае малой мощности. Интенсивность позволяет повысить контрастность изображения, а значит, повысить точность изображения.
Анализ пооперационной схемы монтажа показывает, что необходимо иметь несколько передающих систем. Передатчики устанавливаются на монтажную платформу, при этом обеспечивается наведение манипулятора крана с грузом в захватный механизм монтажной платформы. Пространственная ориентация монтажной платформы, а также размещенной в ней монтируемой сборной строительной конструкции осуществляется с помощью системы передатчиков, установленных непосредственно на строящемся объекте. Оптические первичные измерительные преобразователи размещают на манипуляторе крана и монтажной платформе. Они обладают высокой точностью, компактны, устойчивы в различных режимах работы, нечувствительны
5о| -
к электронным помехам, могут быть установлены в недоступных зонах или в агрессивных средах. Лучи от лазерных передающих устройств попадают на приемники, размещенные на платформе. Исполнительные устройства отрабатывают команды с блока управления. Платформа будет перемещаться в пространстве до тех пор, пока не займет положение, соответствующее проектному. Применение лазерной техники позволяет увеличить дальность действия системы и повысить ее точность (до 1 мм на 100 м дистанции и менее).
С пульта управления рабочего места оператора производится выбор монтируемой конструкции, при этом определяется вариант технологического процесса. Команды, формируемые в блоке управления, поступают на вход технологического оборудования. Платформа с размещенной на ней сборной строительной конструкцией под действием исполнительных устройств будет изменять свое положение в пространстве, до тех пор пока устанавливаемый элемент не займет проектное положение, определяемое маяками-передатчиками. В процессе монтажа непрерывно контролируются координаты конструкции в пространстве.
Текущие данные с первичных измерительных преобразователей поступают в блок управления, где осуществляется анализ обстановки. Данные о текущем положении элемента в пространстве, окончании монтажа, об аварийных условиях монтажа отображаются устройствами индикации рабочего места оператора. Выводы.
1. При контроле качества и точности технологического процесса монтажа сборных модульных конструкций следует отдавать предпочтение системам активного типа. В качестве источников излучения необходимо использовать лазеры. Выбор длины волны источника излучения осуществляется исходя из энергетических, массогаба-ритных, точностных и иных требований к аппаратуре.
2. Системы, встраиваемые в блоки непосредственного взаимодействия с оператором, должны содержать лазеры с длиной волны излучения в видимом диапазоне. При этом обеспечиваются оптимальные условия для анализа текущего состояния монтажа, осуществляется минимизация номенклатуры задействованной аппаратуры информационно-измерительной системы. Во всех иных случаях задача носит поливариантный характер.
Список литературы
1. Асаул А.Н., Казаков Ю.Н., Быков В.Л, Князь И.П., Ерофеев П.Ю. Теория и практика использования быстро-возводимых зданий. СПб.: Гуманистика, 2004. 463 с.
2. Афанасьев А.А. Технология возведения полносборных зданий. М.: АСВ, 2000. 287 с.
3. Сычев С.А. Системный анализ технологий высокоскоростного строительства в России и за рубежом // Перспективы науки. 2015. № 9 (72). С. 45-53.
4. Афанасьев А.В., Афанасьев В.А. Организация строительства быстровозводимых зданий и сооружений. Быстровозводимые и мобильные здания и сооружения: перспективы использования в современных условиях. СПб.: Стройиздат, 1998. С. 226-230.
5. Верстов В.В., Бадьин Г.М. Особенности проектирования и строительства зданий и сооружений в Санкт-
^^^^^^^^^^^^^ |l1'2016
Научно-технический и производственный журнал
Organization of construction works
Петербурге // Вестник гражданских инженеров. 2010. № 1 (22). С. 96-105.
6. Николаев С.В. СПКД - система строительства жилья для будущих поколений // Жилищное строительство. 2013. № 1. С. 7-15.
7. Сычев С.А. Моделирование технологических процессов ускоренного монтажа зданий из модульных систем // Монтажные и специальные работы в строительстве. 2015. № 11. С. 18-25.
8. Day A. When modern buildings are built offsite. Building engineer. 2010. № 86 (6), pp. 18-19.
9. Allen E., lano J. Fundamentals of building construction: Materials and methods. J. Wiley & Sons. 2004, 28 p.
10. Fudge J., Brown S. Prefabricated modular concrete construction. Building engineer. 2011. № 86 (6), pp. 20-21.
11. Staib G., Dörrhöfer A., Rosenthal M. Components and systems: Modular construction: Design, structure, new technologies. Institut für internationale ArchitekturDokumentation, München, 2008. 34 p.
12. Knaack U., Chung-Klatte Sh., Hasselbach R. Prefabricated systems: Principles of construction. De Gruyter. 2012. 67 p.
References
1. Asaul A.N., Kazakov Ju.N., Bykov B.L., Knjaz' I.P., Ero-feev P.Ju. Teorija i praktika ispol'zovanija bystrovozvo-dimyh zdanij [The theory and practice of use of the fast-built buildings]. Saint-Petersburg: Gumanistika, 2004. 463 р. (In Russian).
2. Afanas'ev A.A. Tehnologija vozvedenija polnosbornyh zdanij [Technology of construction of prefabrication buildings]. Moskva: ASV, 2000. 287 р. (In Russian).
3. Sychev S.A. System analysis technology of high-speed construction in Russia and abroad. Perspektivy nauki. 2015. No. 9, pp. 45-53. (In Russian).
4. Afanas'ev A.V., Afanas'ev V.A. Organizacija stroitel'stva bystrovozvodimyh zdanij i sooruzhenij. Bystrovozvodimye i mobil'nye zdanija i sooruzhenija: perspektivy ispol'zovanija v sovremennyh uslovijah [The organization of construction of the fast-built buildings and constructions. The fast-built and mobile buildings and constructions: prospects of use in modern conditions]. Saint-Petersburg: Strojizdat, 1998, pp. 226-230. (In Russian).
5. Verstov V.V., Badyin G.M. Features of design and construction of buildings and constructions in St. Petersburg. Vestnik gragdanskih ingenerov. 2010. No. 1, pp. 96-105. (In Russian).
6. Nikolaev S.V. SPKD - system of construction of housing for future generations. Zhilishchnoe Stroitelstvo [Housing construction]. 2013. No. 1, pp. 7-15. (In Russian).
7. Sychev S.A. Modelirovanie tekhnologicheskikh protsessov uskorennogo montazha zdanii iz modul'nykh sistem. Montazhnye i special'nye raboty vstroitel'stve. 2015. No. 11, pp. 18-25. (In Russian).
8. Day A. When modern buildings are built offsite. Building engineer. 2010. No. 86 (6), pp. 18-19.
9. Allen E., Iano J. Fundamentals of building construction: Materials and methods. J. Wiley & Sons. 2004, 28 p.
10. Fudge J., Brown S. Prefabricated modular concrete construction. Building engineer. 2011. No. 86 (6), pp. 20-21.
11. Staib G., Dörrhöfer A., Rosenthal M. Components and systems: Modular construction: Design, structure, new technologies. Institut für internationale Architektur-Dokumentation, München, 2008. 34 p.
12. Knaack U., Chung-Klatte Sh., Hasselbach R. Prefabricated systems: Principles of construction. De Gruyter. 2012. 67 p.
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫМ УНИВЕРСИТЕТ РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ АРХИТЕКТУРЫ И СТРОИТЕЛЬНЫХ НАУК РОССИЙСКОЕ ОБЩЕСТВО ПО МЕХАНИКЕ ГРУНТОВ, ГЕОТЕХНИКЕ И ФУНДАМЕНТОСТРОЕНИЮ
Санкт-Петербург, СПбГАСУ 1-3 февраля 2017 г.
Анализ причин развития аварийных ситуаций при проектировании и строительстве фундаментов зданий и сооруженийкая научно-техническая конференция по геотехнике с зарубежным участием
ИНЖЕНЕРНО-ГЕОТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ, ПРОЕКТИРОВАНИЕ И СТРОИТЕЛЬСТВО ОСНОВАНИЙ,
ФУНДАМЕНТОВ И ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ
ОСНОВНЫЕ ТЕМАТИЧЕСКИЕ НАПРАВЛЕНИЯ КОНФЕРЕНЦИИ:
• Специальные полевые и лабораторные методы исследования физико-механических характеристик грунтов;
• Численное моделирование системы: «основание-фундамент-здание» в программных комплексах;
• Новые перспективные конструктивно-технологические решения при строительстве оснований, фундаментов, подземных сооружений и высотных зданий;
• Новое строительство и реконструкция зданий и сооружений в плотной городской застройке и в условиях структурно-неустойчивых грунтов;
• Геотехническое обоснование и научно-техническое сопровождение инженерных изысканий, проектирования, строительства и эксплуатации оснований фундаментов, подземных и земляных сооружений;
• Геотехнический мониторинг при строительстве и эксплуатации зданий и сооружений;
• Анализ причин развития аварийных ситуаций при проектировании и строительстве фундаментов зданий и сооружений.
Контактные данные:
Дьяконов Иван Павлович, зам. ответственного секретаря конференции, тел.: 8 (921) 348-98-29. Чистякова Людмила Петровна, зав. лабораторией кафедры Геотехники. Адрес секретариата: 190005, Санкт-Петербург, 3-я Красноармейская ул., д. 7, СПбГАСУ, кафедра Геотехники
11'2016
51
