CC BY
36
УДК 004.9
А.А. Волков, И.В. Рубцов
ФГБОУ ВПО «МГСУ»
ПОСТРОЕНИЕ КОМПЛЕКСНЫХ СИСТЕМ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ И МОНИТОРИНГА ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ В ЗДАНИЯХ, СООРУЖЕНИЯХ И ИХ КОМПЛЕКСАХ
Приведены принципы, лежащие в основе построения комплексных систем прогнозирования и мониторинга чрезвычайных ситуаций в зданиях и сооружениях различного типа.
Ключевые слова: прогнозирование, технический мониторинг, строительство, комплексные системы.
Увеличение технической сложности возводимых строительных объектов, использование нетрадиционных материалов и конструкторских решений, увеличение высотности, длины пролета и объема сооружения, внедрение в пространство сложнейших технологических процессов, особенно на потенциально опасных объектах, предъявляющих к зданиям и сооружениям требования обеспечения высочайшей надежности их эксплуатации, приводят к необходимости внедрения в практику строительства и эксплуатации комплексных систем прогнозирования зарождения и мониторинга развития чрезвычайной ситуации с целью предотвращения экономического и социального ущерба [1].
Модель комплексной системы прогнозирования и мониторинга чрезвычайной ситуации в этих условиях должна содержать: объект наблюдения, включающий строительные конструкции и инженерные коммуникации; систему внешних воздействий, определяемую инженерно-геологическими и климатическими условиями площадки размещения объекта, а также проектными и внепроектными воздействиями, вызванными развитием чрезвычайных ситуаций; субъект локализации жизненного цикла чрезвычайной ситуации в виде системы сбора и обработки информации [2, 3]. При этом под объектом наблюдения подразумеваются: фундаменты, несущие и ограждающие конструкции, грунтовые основания фундаментов, инженерно-технологическое оборудование, сети инженерно-технического обеспечения. Элементы объекта наблюдения обладают свойствами сопротивления природным и техногенным воздействиям. Сенсорная система включает: чувствительные элементы, определяющие величины факторов воздействия на объект наблюдения и величины факторов сопротивления этому воздействию, систему сбора и первичной обработки информации.
После первичной обработки информация поступает в блок принятия управленческого решения. В этом блоке происходит окончательная обработка информации на основе использования адаптивной математической модели объекта. Адаптивная модель отвечает всем изменениям, которые были преднамеренно внесены в конструкцию объекта за период его эксплуатации, а также всем изменениям факторов воздействия и факторов сопротивления этому
208
© Волков А.А., Рубцов И.В., 2012
Информационные системы и логистика в строительстве
VESTNIK
MGSU
воздействию, обнаруженным сенсорной системой. Результатом обработки информации является принятие управленческого решения, заключающегося в определении возможности дальнейшей эксплуатации объекта и условий его эксплуатации, а также о порядке проведения работ в условиях чрезвычайной ситуации.
Представленная выше модель позволяет получить данные о состоянии любого из наблюдаемых объектов: конструкции, основании и фундаменте, технологических процессах; данные о параметрах воздействия и сопротивления этому воздействию. Но эти данные становятся ничтожными при отсутствии методики мониторинга и прогнозирования чрезвычайной ситуации.
Суть методики прогнозирования чрезвычайных ситуаций заключается:
в классификации зданий, сооружений, а также их комплексов с позиций возможного развития чрезвычайных ситуаций;
анализе причин и последствий произошедших в мировой практике аварий на объектах данного класса;
детальном анализе проектно-конструкторской документации по объекту наблюдения; результатах его технического обследования; изучении эксплуатационной документации в части замеченных дефектов, повреждений, сбоев в работе сооружения или сбоев в технологических процессах;
рассмотрении возможных сценариев возникновения и развития деструктивных процессов, определении технико-экономических и социальных последствий их реализации, выявлении сценариев, приводящих к чрезвычайной ситуации;
определении значимых элементов, разрушение и/или сбой в работе которых обусловливает развитие чрезвычайной ситуации по выявленным сценариям;
анализе информации, полученной от систем наблюдения (чувствительные элементы, сенсоры) за значимыми элементами.
Возможность получения достоверной и исчерпывающей информации о зарождении, развитии и протекании чрезвычайной ситуации определяется наличием соответствующих систем мониторинга и адекватной методики проведения наблюдений.
Сформулируем требования к таким системам:
1) это безусловное определение наличия деструктивных процессов в значимых элементах вне зависимости от места зарождения этих процессов;
2) локализация зон их проявления;
3) достаточная чувствительность сенсорных элементов, обеспечивающая обнаружение зарождения деструктивных процессов на ранней стадии их развития, т.е. когда вызванные ими повреждения не влияют на работоспособность элемента;
4) высокая достоверность получаемых данных (отсутствие помех, шумов, внепроектного появления сигнала, без объективных причин его возникновения, обусловленного техническими сбоями в работе системы), адекватность сигнала происходящим изменениям. Обеспечение этого требования может быть осуществлено путем установки сенсорных элементов, действие которых основано на различных физических принципах;
5) однозначность соответствия комплекса полученных сигналов процессам, происходящим в наблюдаемом элементе или объекте в целом;
6) система мониторинга — это система периодических наблюдений. При этом вероятность зарождения и развития чрезвычайной ситуации в межцикловой промежуток времени должна быть менее заданных проектных величин;
7) обеспечение работы системы в условиях чрезвычайной ситуации: при внепроектных механических, температурных или иных воздействиях;
8) обеспечение работы системы при выходе из строя отдельных чувствительных элементов или повреждении коммуникационных связей в процессе развития чрезвычайной ситуации;
9) автоматическое изменение периода наблюдений при нарастании скорости деструктивных процессов;
10) возможность внесения конструктивных изменений в систему на любом этапе ее эксплуатации: увеличение количества сенсорных элементов, изменение их типажа и связанных с этим характеристик, включение в работу системы принципиально новых элементов;
11) обеспечение возможности выработки адекватного управленческого решения, способствующего локализации жизненного цикла чрезвычайной ситуации и последствий ее проявления.
Собственно методика проведения мониторинга, отвечающая указанным выше требованиям, заключается в разработке схем расположения сенсорных элементов и схем коммуникационных связей, способствующих адекватному выявлению развития спрогнозированных чрезвычайных ситуаций. На основе отработанных схем разрабатывается проект мониторинга, по которому происходит установка систем мониторинга на объекте. Проводятся пусконаладочные работы, тестирования установленных систем и их метрологическая проверка. Тестирование и проверка могут быть проведены только при условии воздействия искусственно созданных тарированных механических, температурных или иных полей. Тестирование системы является регламентной процедурой, осуществляемой в соответствии с программой проведения мониторинга на данном объекте.
Предельные значения контролируемых параметров устанавливаются на основе расчетов по адаптивной математической модели, построенной с учетом не только проектной, но и исполнительной документации по возведению объекта или с учетом проведенного детального обследования эксплуатируемого объекта. При выходе величин конструируемых параметров за предельные значения системой вырабатывается адекватное управленческое решение, заключающееся в прекращении эксплуатации объекта или его отдельных частей, прекращении или снижении интенсивности технологических процессов, ограничении доступа на объект или в его локальные зоны [4].
На основе проведенных расчетов устанавливаются промежуточные значения контролируемых параметров. При достижении этих значений вырабатывается управленческое решение о включении резервной системы наблюдений, изменении периода наблюдений, необходимости проведения внеочередного тестирования.
210
КБИ 1997-0935. Vestnik МвЭи. 2013. № 1
Информационные системы и логистика в строительстве
VESTNIK
MGSU
При допустимых колебаниях значений контролируемых параметров система осуществляет их хранение с периодической передачей данных в центр аналитической обработки, где и формируется отчет о проведении наблюдений. Периодичность формирования такого отчета определяется программой мониторинга.
Библиографический список
1. Волков А.А. Элементы комплексного мониторинга как средство безопасной эксплуатации строительных объектов // Большой Российский каталог. Строительство. М. : Каталоги и справочники, 2000. С. 1327—1328.
2. Волков А.А. Безопасность строительных объектов в чрезвычайной ситуации // Сельское строительство. 2000. № 3. С. 42—43.
3. Волков А.А. Активная безопасность строительных объектов // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений : межвуз. сб. науч. тр. Вып. 9. М. : Изд-во АСВ, 2000. С. 147—150.
4. Шапошников А.С. Анализ эффективности систем мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера на примере Москвы // Технологии гражданской безопасности. 2009. Т. 6. № 3—4. С. 210—215.
Поступила в редакцию в январе 2013 г.
Об авторах: Волков Андрей Анатольевич — доктор технических наук, профессор, проректор по ИИТ, заведующий кафедрой информационных систем, технологий и автоматизации в строительстве, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, it@mgsu.ru;
Рубцов Игорь Владимирович — кандидат технических наук, профессор, заведующий кафедрой инженерной геодезии, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, it@mgsu.ru.
Для цитирования: Волков А.А., Рубцов И.В. Построение комплексных систем прогнозирования и мониторинга чрезвычайных ситуаций в зданиях, сооружениях и их комплексах // Вестник МГСУ 2013. № 1. С. 208—212.
A.A. Volkov, I.V. Rubtsov
DESIGN OF INTEGRATED SYSTEMS DESIGNATED FOR THE FORECASTING AND MONITORING OF EMERGENCIES IN BUILDINGS, STRUCTURES AND THEIR CLUSTERS
The authors propose their original method of design of systems designated for the forecasting and monitoring of emergencies in different types of buildings. The new method represents an integrated set of versatile activities and systems, including a layout of sensor elements and communication channels, installation of the monitoring system in a building, a structure, or a set (a cluster) of buildings and structures, pilot system operation, and metrological system testing.
Critical values of controlled parameters are pre-set in accordance with an adaptive mathematical model developed on the basis of the design documentation and the data generated in the course of inspection of buildings and/or structures. If the parameters of a structure exceed critical values pre-set by the system, automated decision-making procedure is actuated. It may cause the operation of the building to stop or, alternatively, it may restrict or even prevent access to some areas inside
the building. In some cases, one should analyze the time periods between regular inspections to determine whether additional tests are needed, or to run an additional monitoring system.
Key words: construction, emergency, monitoring system, design, forecasting, decision-making.
References
1. Volkov A.A. Elementy kompleksnogo monitoringa kak sredstvo bezopasnoy eksplua-tatsii stroitel'nykh ob"ektov [Elements of Integrated Monitoring Activities as the Instrument of Safe Operation of Construction Facilities]. Bol'shoy Rossiyskiy katalog. Stroitel'stvo. [Big Russian Catalogue. Construction.] Moscow, Katalogi i spravochniki publ., 2000, pp. 1327—1328.
2. Volkov A.A. Bezopasnost' stroitel'nykh ob"ektov v chrezvychaynoy situatsii [Safety of Construction Facilities in Emergencies]. Sel'skoe stroitel'stvo [Rural Construction]. 2000, no. 3, pp. 42—43.
3. Volkov A.A. Aktivnaya bezopasnost' stroitel'nykh ob"ektov [Active Safety of Construction Facilities]. Stroitel'naya mekhanika inzhenernykh konstruktsiy i sooruzheniy [Structural Mechanics of Construction Facilities], an interuniversity collection of research papers. Moscow, ASV Publ., 2000, no. 9, pp. 147—150.
4. Shaposhnikov A.S. Analiz effektivnosti sistem monitoringa i prognozirovaniya chrez-vychaynykh situatsiy prirodnogo i tekhnogennogo kharaktera na primere Moskvy [Analysis of Efficiency of Systems of Monitoring and Forecasting of Natural and Anthropogenic Emergencies Exemplified by Moscow]. Tekhnologii grazhdanskoy bezopasnosti [Civil Safety Technologies]. 2009, vol. 6, no. 3-4, pp. 210—215.
About the authors: Volkov Andrey Anatol'evich — Doctor of Technical Sciences, Professor, Vice Rector for Information and Information Technologies, Chair, Department of Information Systems, Technology and Automation in Civil Engineering, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; it@mgsu.ru;
Rubtsov Igor' Vladimirovich — Candidate of Technical Sciences, Professor, Chair, Department of Engineering Geodesy, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; it@mgsu.ru.
For citation: Volkov A.A., Rubtsov I.V. Postroenie kompleksnykh sistem prognozirovaniya i monitoringa chrezvychaynykh situatsiy v zdaniyakh, sooruzheni-yakh i ikh kompleksakh [Design of Integrated Systems Designated for the Forecasting and Monitoring of Emergencies in Buildings, Structures and Their Clusters]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2013, no. 1, pp. 208—2012.
212
ISSN 1997-0935. Vestnik MGSU. 2013. № 1
