ОСНОВНЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДАТЧИКОВ ДЛЯ МОНИТОРИНГА ТЕМПЕРАТУРЫ И ВЛАЖНОСТИ ПОВЕРХНОСТЕЙ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Низин Дмитрий Рудольфович; Низина Татьяна Анатольевна; Спирин Илья Петрович; Паршина Светлана Васильевна

УПРАВЛЕНИЕ СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКИМ РАЗВИТИЕМ ОБЩЕСТВА

Научная статья УДК 338.4:624.07:69.058

ГРНТИ: 06.75: Экономические проблемы организации и управления хозяйством страны;

67: Строительство. архитектура

doi:10.51608/23058641_2022_3_32

ОСНОВНЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДАТЧИКОВ ДЛЯ МОНИТОРИНГА ТЕМПЕРАТУРЫ И ВЛАЖНОСТИ ПОВЕРХНОСТЕЙ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

SPIN: 9332-6318 кандидат технических наук, инженер

AuthorID: 717473 Национальный исследовательский

ORCID: 0000-0001-8762-5369 Мордовский государственный университет имени Н.П. Огарёва

ScopusID: 57190172059 (Россия, Саранск, e-mail: nizindi@yandex.ru) ResearcherID: P-2639-2017

НИЗИНА Татьяна Анатольевна

доктор технических наук, профессор Национальный исследовательский

Мордовский государственный университет имени Н.П. Огарёва (Россия, Саранск, e-mail: nizinata@yandex.ru)

СПИРИН Илья Петрович

магистрант, архитектурно-строительный факультет, направление подготовки 08.04.01 «Строительство», профиль «Информационное проектирование и моделирование зданий и сооружений» Национальный исследовательский

Мордовский государственный университет имени Н.П. Огарёва (Россия, Саранск, e-mail: spirinil2000@yandex.ru)

ПАРШИНА Светлана Васильевна

магистрант, архитектурно-строительный факультет, направление подготовки 08.04.01 «Строительство», профиль «Информационное проектирование и моделирование зданий и сооружений» Национальный исследовательский

Мордовский государственный университет имени Н.П. Огарёва (Россия, Саранск, e-mail: Parshina1997@bk.ru)

Аннотация. Развитие направления информационного моделирования при проектировании зданий и сооружений с каждым годом становится все более актуальным. При этом все чаще возникает необходимость фиксации разнообразных показателей поведения строительных конструкций, а также воздействующих на них факторов, в том числе на этапе эксплуатации. На сегодняшний день существует множество технологий, с помощью которых можно отслеживать изменение различных показателей (освещенность, температура, влажность, степень нагрузки на конструкцию, степень повреждения различных частей здания и т.д.), варьирующихся в зависимости условий эксплуатации. Наиболее перспективным представляется совместное использование IoT («интернет вещей») в связке с информационными моделями. Именно благодаря данным технологиям мониторинга можно обеспечить наилучшее обслуживание строительных объектов.

Ключевые слова: информационное моделирование, BIM-модель, цифровой двойник, технология IoT, датчики, строительство, цифровизация

SPIN: 7494-0840 AuthorID: 131099 ORCID: 0000-0002-2328-6238 ScopusID: 57190161363 ResearcherID: B-1228-2017

Основы экономики, управления и права 2022

Economy, Governance and Law Basis

№ 3 (34)

Благодарности: исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект №22-7900206), https:// rscf.ru/project/22-79-00206/.

Для цитирования: Основные преимущества использования датчиков для мониторинга температуры и влажности поверхностей строительных конструкций / Д.Р. Низин, Т.А. Низина, И.П. Спирин, С.В. Паршина // Основы экономики, управления и права. 2022. № 3 (34). С. 32-36. doi:10.51608/23058641_2022_3_32.

Original article

THE MAIN ADVANTAGES OF USING SENSORS TO CONTROL THE TEMPERATURE AND HUMIDITY OF THE SURFACES OF BUILDING STRUCTURES

Candidate of Technical Sciences, Engineer

National Research Mordovian State University named after N.P. Ogarev (Russia, Saransk, e-mail: nizindi@yandex.ru)

NIZINA Tatiana Anatolyevna

Doctor of Technical Sciences, Professor

National Research Mordovian State University named after N.P. Ogarev (Russia, Saransk, e-mail: nizinata@yandex.ru)

SPIRIN Ilya Petrovich

master's student

National Research Mordovian State University named after N.P. Ogarev (Russia, Saransk, e-mail: spirinil2000@yandex.ru)

PARSHINA Svetlana Vasilyevna

master's student

National Research Mordovian State University named after N.P. Ogarev (Russia, Saransk, e-mail: Parshina1997@bk.ru)

Annotation. The development of information modeling in the design of buildings and structures is becoming more and more relevant every year. At the same time, it is increasingly necessary to fix various indicators of the behavior of building structures, as well as factors affecting them, including at the operational stage. To date, there are many technologies that can be used to track changes in various indicators (illumination, temperature, humidity, the degree of load on the structure, the degree of damage to various parts of the building, etc.)., varying depending on the operating conditions. The most promising is the joint use of IoT ("Internet of things") in conjunction with information models. It is thanks to these monitoring technologies that it is possible to provide the best service for construction projects.

Acknowledgments: the study was supported by a grant from the Russian Science Foundation (project no. 22-7900206), https://rscf.ru/project/22-79-00206.

Keywords: Information modeling, BIM model, digital twin, IoT technology, sensors, construction, digitalisation

For citation: The main advantages of using sensors to control the temperature and humidity of the surfaces of building structures / D.R. Nizin, T.A. Nizina, I.P. Spirin, S.V. Parshina // Economy, Governance and Law Basis. 2022. № 3 (34). С. 32-36. doi:10.51608/23058641_2022_3_32.

Строительство является одной из сфер самым делая труд строителя более эффектив-

человеческой жизнедеятельности, где новые ным. Появление BIM-технологий радикально

технологии и новые строительные материалы поменяло проектно-конструкторское представ-

особенно быстро находят свое применение, тем ление объекта строительства: изменился фор-

мат и метод создания проекта; повысилась полнота представления объекта за счет визуальной информации; стало возможным получать параметрически связанную информационную модель здания [1-2]. На сегодняшний день данные технологии успешно используют в США, Великобритании, Сингапуре, Финляндии, Норвегии, Китае и ряде других стран. В России в последние годы также уделяется большое влияние по активизации работ по внедрению технологий информационного моделирования в строительной отрасли: принимаются необходимые нормативно-правовые акты, разрабатываются и внедряются программные продукты, анализируется опыт зарубежных стран.

BIM-технологии, позволяющие интегрировать данные об объекте на различных стадиях жизненного цикла в единой комплексной системе, являются перспективным направлением в развитии цифрового строительства. К одному из эффективных инструментов на пути к оптимизации процессов строительства в достижении нового уровня цифровизации можно отнести разработку цифрового двойника, являющегося виртуальным прототипом реального городского объекта или процесса, суть которого заключается в непрерывном сборе данных, их визуализации и комплексном анализе

[3].

Цифровые двойники можно рассматривать с двух позиций: как экспериментальная площадка или как инструмент управления и анализа производства, что позволяет снизить риски возникновения аварийных ситуаций. Впервые этот термин определил доктор Майкл Гривс из Мичиганского университета еще в 2002 году. Однако вто время эту технологию было слишком затруднительно и дорого реализовать для широкого использования. Пик развития цифровых двойников начался примерно в 2015 году с помощью технологий «больших данных» и «интернета вещей» (IoT - Internet of Things) [4]. IoT является активно развивающимся направлением, которое способно сократить не только сроки, но и стоимость работ, поскольку данная технология позволяет: осуществлять контроль оборудования и текущего состояния объектов капитального строительства; управлять инженерными системами зданий; снижать энергозатраты на строительной площадке; отслеживать перемещения строителей, техники и др. Применение IoT в строительной отрасли на практике варьируется от умной вещи до умного дома. Внедрение IoT в строи-

тельстве усложняется необходимостью учета воздействия на окружающую среду, тесной связью с ЖКХ, энергетикой и потребительской электроникой [1].

По мнению участников строительного рынка, в связке с BIM-моделью IoT способно выступить заменой традиционных SCADA-си-стем (Supervisory Control And Data Acquisition -диспетчерское управление и сбор данных), либо дополнением к ним. BIM-модель с подключенным к ней модулем IoT может выполнять две основные функции: контроль и управление. При выполнении функции контроля в BIM-модели должны отображаться данные, собранные с помощью датчиков интернета вещей, благодаря чему пользователь может видеть всю картину целиком, а при выполнении функции управления команда идет от BIM-мо-дели к датчикам. Развитие методов отслеживания состояния конструкций привело к идее создания улучшенных датчиков, которые могли бы обеспечить точные и непрерывные измерения [5].

В данном случае под датчиком подразумевается устройство, которое содержит чувствительные части, реагирующие на определенные факторы с целью управления, контроля и мониторинга работы каких-либо приборов. Основной задачей данного устройства является передача параметров исследуемых факторов на приемник для последующей обработки. Данные системы наблюдения необходимы для производства экологической и технической экспертиз, позволяющих оценить состояние строительных конструкций, что оказывает влияние на определение стоимости объектов строительства и выбора стратегии управления ими [6].

Одной из современных систем является беспроводной датчик влажности SmartRock 2, который способен достаточно точно прогнозировать прочность бетона, находясь на глубине 5 см в бетонной опалубке. В 2014 году были разработаны и смоделированы температурные поверхностные датчики, основным плюсом которых является способность прогнозировать температуру на поверхности здания. Одной из недавних разработок являются датчики BLE с новой топологией сети, способные предоставить необходимую информацию с достаточно высокой скоростью и на неограниченное количество серверов [1].

Авторский коллектив также обладает опытом достаточно длительного использования датчиков для мониторинга изменения тем-

Основы экономики, управления и права 2022

Economy, Governance and Law Basis

№ 3 (34)

Таблица 1. Технические характеристики регистраторов DS1923-F5 (TR-2V)

Нормируемый параметр Минимум Максимум

Диапазон измерений температуры, °С -20 +85

Разрешающая способность преобразователя, °С 0,0625 (1/16) 0,5 (1/2)

Пределы допускаемой абсолютной погрешности при измерении температуры, °С: в диапазоне (-20 ... -10) в диапазоне (-10 ... +65) в диапазоне (+65 ... +85) ± 0,6 ± 0,5 ± 0,8

Диапазон измерений относительной влажности, % 5 95

Разрешающая способность преобразователя, % 0,04 0,64

Пределы допускаемой абсолютной погрешности при измерении относительной влажности, % ± 5,0

Задаваемый интервал между измерениями 1 мин 273 часа

Возможность задержки старта от 1 минуты до 8 лет (настройка по календарю)

Объем памяти, количество измерений до 8192

Ресурс (средний): до 8 лет или до 500 тыс. измерений(при частоте измерений - не чаще 1 измерения в 10 мин и при температуре эксплуатации не выше 40°С)

Габаритные размеры регистратора, мм диаметр - 17,3; толщина - не более 6

пературы и влажности поверхностей строительных объектов под действием факторов окружающей среды, в том числе при проведении исследований влияния цвета защитных покрытий [7-8]. Для контроля температуры и влажности поверхности исследуемых композитов использовалась система мониторинга на основе датчиков DS1923-F5 (TR-2V), основные характеристики которой приведены в таблице 1. Логгер температуры и влажности DS 1923^5 представляет собой таблетку в дисковом корпусе из нержавеющей стали, внутрь которой встроены высокоэкономичный микроконтроллер с полупроводниковым датчиком температуры и влажности, литиевая батарея и память на 8192 измерений. Частота фиксации показаний может быть задана с различным шагом.

Опыт использования системы мониторинга на основе датчиков DS 1923^5 показал, что автономность и значительная продолжительность работы от встроенного элемента питания позволяет активно использовать данную и подобные системы мониторинга для оценки температуры и относительной влажности воздуха как внутри помещений строительных объ-

ектов, так и при проведении исследований влияния факторов окружающей среды.

С помощью датчиков, даже после завершения строительства, информационная модель может продолжить собирать необходимые данные о здании. Используя BIM-модель можно вести учет оборудования, расход ресурсов и даже контролировать гарантийные обязательства [8]. Благодаря датчикам и системам контроля минимизируется человеческий фактор и быстрее решаются возникающие дефекты, ведь данные технологии сами фиксируют те или иные проблемы и сообщают о них через систему.

Достижения в области цифровизации и внедрения BIM-технологий в строительной отрасли способны повлиять на возможность обеспечения наилучшего обслуживания сооружений, что является актуальной темой на сегодняшний день. Технологии информационного моделирования позволяют в режиме реального времени обнаруживать нарушения в эксплуатации и устранять вредные для конструкции воздействия. Необходимые человеческие ресурсы для контроля этого процесса в совокупности с данной технологией будет в несколько раз эко-

номически выгоднее, чем обслуживание здания без использования современных методов [10]. Также следует отметить, что применение автоматизированных систем мониторинга позволяет не только своевременно получать и анализировать актуальные данные о состоянии возводимого или эксплуатируемого сооружения, но и эффективно использовать их при проведении испытаний оснований, конструкций зданий и сооружений.

Библиографический список

1. Гусева, Г. В. Интеграция технологий информационного моделирования и Интернета вещей в строительстве / Г. В. Гусева, С. А. Астафьев // Baikal Research Journal. - 2020. - Т. 11. - № 3. - С. 9. - DOI 10.17150/2411-6262.2020.11(3).9. - EDN EROFWC.

2. Брюхачев, В. А. Роль системного подхода в изучении технологии цифровизации / В. А. Брюха-чев, О. Е. Сергеева // Основы экономики, управления и права. - 2022. - № 2(33). - С. 16-20. - DOI 10.51608/23058641_2022_2_16. - EDN ZDMXNT.

3. Захарова, Г. Б. Как BIM перерастает в CIM и в цифровой двойник города / Г. Б. Захарова // BIM-моделирование в задачах строительства и архитектуры : Материалы IV Международной научно-практической конференции, Санкт-Петербург, 21-23 апреля 2021 года / Под общей редакцией А.А. Семенова. - Санкт-Петербург: Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, 2021. - С. 27-36. - DOI 10.23968/BIMAC.2021.003. - EDN SBXCVG.

4. Фролова, А. В. Цифровые двойники в высокотехнологичном производстве: новые инструменты цифровой экономики / А. В. Фролова, Л. Е. Копылова // Успехи в химии и химической технологии. - 2020. - Т. 34. - № 1(224). - С. 32-33. - EDN EGTHBP.

5. Кондраков С. Интеграция BIM и IoT: практика и перспективы. URL: https://www. radidomapro. ru/ryedktzij/stroytelstvo/kapitalnoye/integ ratziia-bim-i-iot--praktika-i-perspektivy-68191 .php (дата обращения 30.08.2022).

6. Детистов В.А. Применение микроконтроллеров и цифровых датчиков при контроле состояния объектов строительства // Строительство и архитектура. 2015. 2015. С.60-62. URL: https:// www.elibrary.ru/item.asp?id=24981314 (дата обращения: 30.08.2022).

7. Исследование влияние цвета покрытия и интенсивности актинометрических параметров на температуру перегрева поверхности полимерных покрытий на основе эпоксидных связующих / Д. Р. Низин, А. Н. Чернов, Т. А. Низина, А. И. Горенкова // Долговечность строительных материалов, изделий и конструкций : Материалы Всероссийской научно-технической конференции, посвященной 75-летию заслуженного деятеля науки Российской Федерации, академика РААСН, доктора технических наук, профессора В.П. Селяева, Саранск, 03-05 декабря 2019 года / Ответственный редактор А.Л. Лазарев. - Саранск: Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва, 2019. - С. 216-225. - EDN DNDMVZ.

8. Низина, Т. А. Климатическая стойкость эпоксидных полимеров в умеренно континентальном климате / Т. А. Низина, В. П. Селяев, Д. Р. Низин. - Саранск : Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва, 2020. - 188 с. - ISBN 978-5-7103-4081-3. - EDN EEGAGA.

9. BIM-технологии в строительстве 2020. URL: https://www.planradar.com/ru/bim-tekhnologii-v-stroitelstve-2020/ (дата обращения: 30.08.2022).

10. Сивак, Т. А. Интеграция технологии датчиков отслеживания в информационное моделирование зданий и сооружений / Т. А. Сивак, П. Ю. Кваша // Строительство: наука и образование. - 2019. - Т. 9. - № 4. -С. 1-42. - DOI 10.22227/2305-5502.2019.4.1. - EDN ATGZGV.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Вклад авторов: все авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Статья поступила в редакцию 01.09.2022; одобрена после рецензирования 30.09.2022; принята к публикации 30.09.2022.

The authors declare no conflicts of interests.

Authors' contribution: All authors have made an equivalent contribution to the preparation of the publication. The article was submitted 01.09.2022; approved after reviewing 30.09.2022; accepted for publication 30.09.2022.

HE MAIN ADVANTAGES OF USING SENSORS TO CONTROL THE TEMPERATURE AND HUMIDITY OF THE SURFACES OF BUILDING STRUCTURES

Текст научной работы на тему «ОСНОВНЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДАТЧИКОВ ДЛЯ МОНИТОРИНГА ТЕМПЕРАТУРЫ И ВЛАЖНОСТИ ПОВЕРХНОСТЕЙ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ»