Сучасні засоби та проблематика впровадження систем оцінювання стану мостів України

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Сучасні засоби та проблематика впровадження систем оцінювання стану мостів України

Шевченко Анна Олександрівна кандидат технічних наук, доцент, Український державний університет залізничного транспорту

Муригіна Надія Олександрівна асистент, Український

державний університет залізничного транспорту

Шевченко Олександр Сергійович головний фахівець з впровадження технологій ВІМ, ООО«ХПКІ ТЕП-СОЮЗ», м. Харків

Анотація

У зв'язку із значним зносом штучних споруд (більшість штучних споруд в Україні була побудована ще в далеких 40-60 роках минулого ХХ століття) виникає нагальна потреба у обстеженні, реконструкції, оновленні та поточному утриманні інфраструктури мостів, промисловості та з'єднувальних шляхів сполучення підприємств та виробництв. У статті наведені статистичні дані щодо кількості мостів України (як державного, так і місцевого значення), їх технічного стану виходячи з даних, які було отримано у польових умовах та звірено з документацією щодо кожної споруди. Подано інформацію щодо проведення обстежень та складання графіків моніторингу штучних споруд виходячи із паспортної документації та діючих нормативних документів. Викладено основний досвід західних країн, причому реформи мостового господарства почали саме з впровадження системи комплексного, багаторівневого моніторингу мостових споруд у онлайн - режимі. Йдеться про високотехнологічний моніторинг міцності та стану базових конструкцій - на основі технологій штучного інтелекту, великих та масивних даних, доповненої реальності, супутникового спостереження, аналізу впливу навантажень та навколишнього середовища [2]. Це дозволяє розробляти та аналізувати прогнозні моделі довговічності та міцності мостів з урахуванням всіх факторів зовнішнього впливу на мостові конструкції, а також альтернативні стратегії приведення споруди до належного якісного стану (ремонт, укріплення, реконструкція, повна заміна тощо). В таких країнах, як Великобританія, Німеччина, США, Англія та інші роботи з управління станом мостових споруд - повністю автоматизовані. І на останок запропоновано заходи щодо покращення якісних показників обстеження, моніторингу, утримання та ремонту мостів із застосуванням розроблених та впроваджених систем моніторингу мостів Державної дорожньої служби України.

Ключові слова: штучні споруди, обстеження, нагляд, комплексне моделювання, поточне утримання, моніторинг у онлайн-режимі, програмні комплекси, лазерне сканування.

Shevchenko Anna Oleksandrivna Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Ukrainian State University of Railway Transport, Kharkiv,

Murygina Nadiya Oleksandrivna Assistant, Ukrainian State University of Railway Transport, Kharkiv

Shevchenko Oleksandr Serhiiovych Chief Specialist for Implementation of BIM Technologies, LIMITED LIABILITY COMPANY "KHARKIV DESIGN DEVELOPMENT INSTITUTE "TEPLOELEKTROPROEKT-SOYUZ" (KHDDI "TEP-SOYUZ", LLC), Kharkiv

MODERN MEANS AND PROBLEMS OF IMPLEMENTATION OF BRIDGE ASSESSMENT SYSTEMS OF UKRAINE

Abstract

In connection with the significant wear and tear of man-made structures (the majority of man-made structures in our country were built back in the 40-60s of the last century), there is an urgent need for surveying, reconstruction, renewal and current maintenance of the infrastructure of bridges, industry and connecting routes of communication of enterprises and productions. The article provides statistical data on the number of bridges in Ukraine (of both state and local importance), their technical condition, based on data obtained in the field and verified with documentation for each structure. Information is provided on conducting surveys and drawing up monitoring schedules of man-made structures based on passport documentation and current regulatory documents. The main experience of Western countries is outlined, and the reforms of bridge management began precisely with the introduction of a system of complex, multilevel monitoring of bridge structures in the online mode. It is about high-tech monitoring of the strength and condition of basic structures - based on artificial intelligence technologies, big and massive data, augmented reality, satellite surveillance, analysis of the impact of loads and the environment [2]. This makes it possible to develop and analyze predictive models of durability and strength of bridges, taking into account all factors of external influence on bridge structures, as well as alternative strategies for bringing the structure to the proper quality state (repair, strengthening, reconstruction, complete replacement, etc.). In such countries as Great Britain, Germany, the USA, England and other works on the management of the condition of bridge structures are fully automated. Finally, measures are proposed to improve the quality indicators of inspection, monitoring, maintenance and repair of bridges using the developed and implemented bridge monitoring systems of the State Road Service of Ukraine.

Keywords: artificial structures, survey, supervision, complex modeling, current maintenance, online monitoring, software complexes, laser scanning.

Вступ

Постановка проблеми. Впродовж останніх 20 років в Україні збільшилися проблеми утримання та капітального ремонту мостового полотна та господарства, що пов'язані із збільшенням поточного і загального навантаження, конструкцією, терміном експлуатації та недостатнім поточним утриманням елементів і конструкції у цілому. Виходячи з цього виникає необхідність у більш детальному вивченні, аналізу та всебічному обґрунтуванні кожної штучної споруди шляхів сполучення, етапів та можливості підсилення несучої здатності елементів.

Голова Укравтодору Олександр Кубраков повідомив, що в Україні налічується 16 155 мостів, у тому числі на дорогах державного значення - 5845 споруд, на місцевих - 10 310 споруд. До цієї кількості не входять комунальні об'єкти. Із цієї кількості станом на вересень 2021 р досліджено 75% [1], тобто 1969 штучних споруд, з цих 75%, знаходяться в 5-му експлуатаційному стані (35 %), тобто їх треба капітально ремонтувати або виконувати реконструкцію з дотриманням сучасних норм проектування. Загалом на дорогах державного значення було досліджено стан 73% мостів, а на дорогах місцевого значення - 15% мостів [2].

Аналіз останніх досліджень і публікацій. Важливі аспекти формування та розвитку цієї теми опубліковано багато наукових статей українськими ученими як Бондар Л. П., Костюк Т. А., Плугін А. А., Арутюнов В. А., Партала Н. М., Суханова Ю. А. та ще багато дослідників.

Мета статті - сучасні засоби дослідження можливості моніторингу та дослідження стану мостів України.

Виклад основного матеріалу

За останніми дослідженнями, проведеними Л.П. Бондар, завідувачем відділу управління станом мостів [3] на 1-му експлуатаційному стані зареєстровано 95 мостів (що складає 2 %); на 2-му експлуатаційному стані зареєстровано 60 мостів (що складає 1 %); на 3-му експлуатаційному стані зареєстровано 794 мостів (що складає 14 %); на 4-му експлуатаційному стані зареєстровано 2703 мостів (що складає 48 %). З чого можна зробити висновок, що більше половини штучних споруд по всій території України ведуться обстеження та нагляд за конструкціями з обмеженнями руху транспорту за вагою, швидкістю та габаритними параметрами, а за необхідності проводяться заходи по запобіганню руйнування елементів конструкцій та прольотів.

Роботи з обстеження і випробування штучних споруд згідно із ДБН В.2.3-6-2009 «Споруди транспорту. Мости та труби. Обстеження та випробування» повинні виконувати тільки спеціалізовані організації міністерств і відомств, при наявності у них оформлених належним чином, дозволу і сертифікату на проведення робіт по обстеженню, випробуванню та встановленню умов подальшої експлуатації залізобетонних залізничних мостів. При обстеженні на кожній штучній споруді повинні бути виконані наступні види робіт [4]:

- звірка з натурою всіх креслень, а при їх відсутності - складання схем і ескізів елементів споруди із заміром всіх розмірів;

- виявлення, занотовування і фотографування дефектів і пошкоджень споруди, їх характер, розміри, розташування;

- оцінка впливу дефектів на фізичний стан елементів споруди (плити баластового корита, головних балок, опор) і споруди в цілому;

- перевірка наявності та визначення зміщення осі напрямку руху відносно осі прогонової споруди;

- визначення фактичної міцності бетону елементів штучної споруди одним із неруйнівних методів.

При обстеженні мостів за допомогою геодезичних інструментів встановлюють: повздовжній профіль рейкової колії або автодороги; план рейкової колії з прив'язкою його до осі мосту або до осей прогонових будов; план головних балок прогонових будов; план розташування опорних площадок; вертикальність опор.

Геодезичні зйомки проводяться по надійно зафіксованим точкам і при сприятливих погодних умовах.

При виявленні деформацій опор, зміщення прогонових споруд або розвитку тріщин, організації, які експлуатують споруду, за рекомендаціями мостовипробувальних станцій встановлюють спеціальні марки і репери для ведення довготривалих наглядів за деформаціями.

Виходячи із опису та інструкції виконання робіт з обстеження штучних споруд, можна зробити висновок, що роботи по обстеженню ведуться згідно затвердженого графіка та не можуть охопити необхідну кількість мостів. Якщо ж розглянути досвід західних країн, то ще у кінці минулого століття почали впроваджувати реформи мостового господарства. І цей етап розпочався саме з впровадження системи багаторівневого, комплексного моніторингу мостових елементів та споруд у постійному цілодобовому режимі.

Йдеться про високотехнологічний комплекс моніторингу міцності і стану базових конструкцій, що ґрунтуються на основі технології штучного інтелекту (обробки великих масивів даних із зазначенням граничних показників відхилень, температури та інше), доповненої реальності (прогнозування показників), супутникового спостереження (фактичні дані), аналізу впливу навантажень (як тимчасових, так і постійних) та навколишнього середовища (температура, опади) [2].

Це дозволяє розробляти та аналізувати прогнозні моделі довговічності та міцності конструкції мостів з урахуванням всіх факторів зовнішнього впливу на мостові конструкції, а також альтернативні стратегії приведення споруди до належного якісного стану (ремонт, укріплення, реконструкція, повна заміна тощо). В таких країнах, як Великобританія, Німеччина, США, Англія та ін. роботи з управління станом мостових споруд - повністю автоматизовані [2].

Наприклад у Великобританії налагоджена та узгоджено працює система постійного моніторингу стану мостів та штучних споруд, за допомогою спеціальних датчиків, камер і маркерів отримують інформацію в режимі постійного моніторингу про найменші відхилення, зсуви, викривлення та деформації мостових конструкцій [2].

За допомогою обрахунку стану мостової конструкції штучним інтелектом приймається рішення про формат, обсяг та терміни ремонтних робіт, які виконуються невідкладно. Завдяки даним системам моніторингу та штучному інтелекту, кількість аварійних мостів у Великобританії сьогодні мінімальна [2].

Також, у Німеччині на мостах використовуються спеціальне високотехнологічне оглядове обладнання та устаткування, (італійської фірми "Barin", або німецька "Moog MBI 80"), що постійно та безпечно контролює стан прольотних споруд і опор мостового полотна. За допомогою цього обладнання можливо здійснити огляд підмостового простору на 8 метрів по горизонталі і 7 м по вертикалі, вони мають високу точність, якість вимірювань та маневреність, а також займають лише одну смугу руху та усі операції виконуються за досить короткий проміжок часу [2].

І на останок у США насьогодні кожен міст перетворено на об'єкт з високотехнологічною інтелектуальною системою моніторингу, що дає можливість за допомогою сенсорів відстежувати експлуатаційні навантаження на конструкції та елементи споруди, температуру і рух всіх елементів (як конструкції у цілому, так і кожного елемента окремо), а також

- ступінь відхилення показників від заданих параметрів, що задані на початковому етапі. Усі дані передаються у постійному режимі онлайн до моніторингових центрів Системи управління мостами, а фахівці оперативно та обґрунтовано приймають рішення щодо започаткування ремонту, реконструкції, підсилення мостів тощо. Також у процесі аналізу вирішуються питання і розвитку та оновлення конструкцій на перспективу з подальшим обґрунтуванням прийнятих рішень [2].

Тому, приймаючи до уваги досвіт західних країн та можливості України на початковому етапі запровадити системи моніторингу на основних «артеріях» країни. Що надасть можливість налагодити систему моніторингу за станом споруд у реальному часі, вчасно запроваджувати обмеження по швидкості і вантажопідйомності та також виконувати ремонтні роботи.

Для цього на початковому етапі дослідження необхідно оцінити реальний стан мостів та конструкцій, із створенням електронних системи моніторингу.

За допомогою лазерного 3D - сканування буде можливість розглянути модель на місці обстеження і внести необхідні зміни. Також можуть використовуватися дрони, вони будуть збирати інформацію з об'єктів в режимі реального часу і передавати в комп'ютер для перевірки і обробки. Це дасть можливість чітко контролювати технічний стан цілої конструкції у цілому, а також її елементів, а в подальшому при виконанні ремонтних робіт моніторити будівельний процес (рисунок 1).

моніторинг стан міст

Рис. 1. Сканування мосту за допомогою лазерного сканеру фірми Leica

Після створення бази даних сучасного технічного стану мостів та конструкцій необхідно проаналізувати та визначити плани, які саме мости потребують негайного ремонту. А системи моніторингу за основними мостами країни у реальному часі допоможуть визначитися з темпами погіршення технічного стану та своєчасно завадити обмеження. Також необхідно відзначити, що після отримання повної інформації по конструкціях мосту, це надасть можливість моделювання сумісної роботи різних елементів та покращити експлуатаційні характеристики конструкції у цілому, що дасть змогу збільшити пропускну спроможність потоку напрямку.

Хочу також зауважити, що система обліку мостів в Україні є Аналітична експертна система управління мостами (АЕСУМ), що була створена та впроваджена у державний апарат регулювання штучними спорудами за завданням Державної дорожньої служби України, що працює, доповнюється та оновлюється з 2006 року.

Далі представляю короткий опис даного інструменту «АЕСУМ має сучасну базу даних, яка складається з великої кількості графічної, текстової, чисельної інформації таких типів: - технічні дані про споруди і їх елементи, розрахунки, креслення; - дані випробовувань, обстежень, опис дефектів, креслення конструкцій, фото, дані обчислень надійності, прогнозу довговічності; - схеми дорожньої мережі, розташування споруд, технічні характеристики доріг; - дані пошуку оптимальної стратегії експлуатації; - нормативні вимоги з експлуатації, обстежень і випробовувань; - дані ціноутворення; - довідково-аналітична система розрахунку потреби ресурсів; - дані про інвесторів, наукові, юридичні особи, проектантів, будівельників та субпідрядників галузі» [6].

Висновки

Ситуація зі станом мостів ще погіршилася у зв'язку з бойовими діями, що проходять по усій території України. І з кожним днем все більше мостів пошкоджується або руйнується. На територіях с активними бойовими діями взагалі немає можливості дослідити реальний стан мостів та можливості їх відновлення.

На основі досвіду роботи Державної дорожньої служби України з АЕСУМ доопрацювати існуючі положення та розробити державне урегулювання роботи національного стандарту та надати законної сили системі комплексного онлайн-моніторингу стану мостів та штучних споруд в Україні з використанням передових цифрових технологій, опрацювавши необхідні елементи систем моніторингу західного досвіду та дотримання вимог законодавства.

І на останок, після відновлення та запровадження сумісної роботи усіх систем дуже пильно слідкувати за показниками моніторингу так і ретельний контроль вагового режиму для пропуску фур.

Література