CC BY
76
УДК 528.551
ДЕФОРМАЦИОННЫЙ МОНИТОРИНГ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ
Александр Сергеевич Голубкин
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, магистр, кафедра физической геодезии и дистанционного зондирования, тел. (927)084-16-80, е-mail: [email protected]
Валерий Степанович Хорошилов
Сибирский государственный университет геосистем и технологий, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, доктор технических наук, профессор кафедры физической геодезии и дистанционного зондирования, тел. (383)343-29-11, e-mail: [email protected]
В статье рассмотрены вопросы деформационного мониторинга высотных зданий при изучении качественных изменений наблюдаемых деформационных процессов контролируемых объектов, и возможности создания на данной основе геоинформационных систем деформационного мониторинга.
Ключевые слова: деформационный мониторинг, геоинформационные системы.
DEFORMATION MONITORING OF HIGH-RISE BUILDINGS
Alexander S. Golubkin
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., master, Department of Physical Geodesy and Remote Sensing, tel. (927)084-16-80, e-mail: [email protected]
Valery S. Khoroshilov
Siberian State University of Geosystems and Technologies, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Ph. D., Prof. of Department of Physical Geodesy and Remote Sensing, tel. (383)343-29-11, e-mail: [email protected]
The paper deals with the deformation monitoring of high-rise buildings in the study of qualitative changes observed deformation processes controlled objects, and the possibility of creating on the basis of this geo-information systems of deformation monitoring.
Key words: deformation monitoring, geographic information systems.
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 геодезиче-
ской 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, интерпретаций результатов наблюдений и вытекающей из этого оценкой состояния контролируемого объекта. При этом прогнозирование возможных изменений признаков и параметров нарушений состояния контролируемого объекта (как одна 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 регист-
рации 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 разработана «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).
База данных ГИС представляет собой окно, разделенное на две половины: в левой половине окна отображается информация о уже созданных разделах и подразделах базы, а в правой части после выбора раздела будут видны все добавленные элементы контента (текстовые и файловые данные). Так же существует возможность добавлять новые разделы и данные, либо удалять существующие.
Работа с базой данных в ГИС представлена на примере создания раздела «Современные методы и технологий по учету деформаций высотных зданий и сооружений».
Рис. 3. База данных ГИС
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) или б) подраздела - при выборе кнопки «ОК» (рис. 4, б). Таким способом был создан раздел «Современные методы и технологий по учету деформаций высотных зданий и сооружений» и подраздел «Геодезический мониторинг зданий с использованием электронных тахеометров».
а) б)
Рис. 4. Формы создания: а) нового раздела; б) нового подраздела
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 резуль-
тате чего появится заставка «TextBox» (текстбокс), в которую можно вносить те или иные изменения (рис. 5).
Геодезический мониторинг
:•••• Понятие геодезического мониторинга и Й - Основные этапы при проведение геодес Разработка и согласование техниче-Обследование технического состоя-Разрабожа программы проведения Выполнение наблюдений. Обработке Геодезическое прогнозирование [- Организация и технология геодезическс Общие требования организации и пр Исходная высотная и плановая оснс Общие требования к расположению Ё Современные методы и технологий по у Мониторинг каменных, бетонных и N
Е
Применение лазерного сканера при Геодезический мониторинг высотнь Метод фотофиксации дефектов Видеогидростатический мониторинг Использование специализированно! Инструментальные наблюдения изм Нивелирование Методы определения плановых сме1
Вставка элементов
Текст
Ссылка
Картинка
Удалить
Q И
Текущая страница
Геодезический мониторинг зданий с использованием электронных тахеометров
Использование электронных тахеометров при производстве топографогеодезических работ поистине всеобъемлюще. Массовое распространение в настоящее время получили роботизированные тахеометры с сервоприводами, обеспечивающими автоматическое вращение вокруг оси инструмента и вращение зрительной трубы. В таких приборах реализована возможность бесперебойного слежения за отражателями на огромных расстояниях. Данный метод наблюдения за деформациями любых объектов:
позволяет оперативно получать результаты деформационных наблюдений на данный момент времени в любое время суток; дает возможность отследить и проанализировать влияние тех или иных Факторов природного или технологического характера на деформационный процесс наблюдаемого объекта; требует минимум обслуживающего персонала для обеспечения процесса после монтажа и запуска наблюдательной станции; - дает одновременное получение плановых и высотных деформаций наблюдаемого объекта.
Роботизированный тахеометр обычно устанавливается в месте, не подверженном деформациям, с которого обеспечен хороший обзор наблюдаемого объекта. При невозможности обеспечить стабильность места установки тахеометра, допускается в стабильных зонах расположить несколько опорных отражателей, а тахеометр будет периодически определять своё положение методом обратной засечки по этим отражателям. В места контрольных точек устанавливаются высокоточные отражатели, которые надёжно закрепляются на объекте. Смещение контрольной точки приводит к смещению отражателя. Тахеометр последовательно, при помощи управляющего программного обеспечения, определяет местоположение отражателей в локальной системе координат.
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 панеле. 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.
Так же 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».
Рис. 7. Открытие файла из ссылки «Современные методы наблюдений за деформациями»
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.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Михаленко Е. Б. Инженерная геодезия. Наблюдения за техническим состоянием и деформациями при строительстве и эксплуатации сооружений: учеб. пособие / Е. Б. Ми-хайленко, Н. Д. Беляев, Н. Н. Загрядская ; под научю ред. Е. Б. Михайленко. - СПб. : Изд-во Политехи. ун-та, 2014. - 80 с.
2. Цветков В. Я. Современный геоинформационный мониторинг [Текст] / В. Я. Цветков, М. В. Максимова // Геодезия и картография. - 2013. - № 8. - С. 57-59
3. Хорошилова Ж. Н., Хорошилов В. С. Деформационный мониторинг инженерных объектов как составная часть геодезического мониторинга // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2012. VIII Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия» : сб. материалов в 3 т. (Новосибирск, 10-20 апреля 2012 г.). - Новосибирск : СГГА, 2012. Т. 1. - С. 77-80.
4. ГОСТ Р 22.1.01-95. Мониторинг и прогнозирование. Основные положения. - М.: Изд. стандартов, 1997. - 5 с.
5. ГОСТ 24846-2012. Грунты. Методы измерения деформаций оснований зданий и сооружений [Текст] / введ. 2013-07-01. - М.: Межгос. Совет по стандартизации, метрологии и сертификации; М.: Стандартинформ, 2014. -18 с.
6. Азаров Б. Ф. Современные методы геодезических наблюдений за деформациями инженерных сооружений / Б. Ф. Азаров // Ползуновский вестник. - Барнаул, 2011. -№ 1. -С. 19-29.
7. Сущев С.П. Мониторинг технического состояния несущих конструкций зданий и сооружений [Текст] / С. П. Сущев [и др.] // Мониторинг. Наука и безопасность. - 2011. -№ 1. - С. 24-32.
8. Шеховцов Г. А. Современные геодезические методы определения деформаций инженерных сооружений: монография / Г. А. Шеховцов, Р. П. Шеховцова // Нижний Новгород: ННГАСУ. - 2009. - 156 с.
© А. С. Голубкин, В. С. Хорошилов, 2016
