Диагностика и мониторинг технического состояния

Необходимость диагностики

Современные города стремительно меняют свой облик. Буквально на глазах вырастают небоскребы, реконструируются исторические здания, меняется инфраструктура. В рамках такого масштабного строительства особо актуальным становится вопрос о безопасности, поскольку здания становятся все выше, сроки исполнения все короче, материалы все дешевле, а насыщенность технологическим оборудованием и загруженность зданий — все больше. Таким образом, в настоящее время возрастают требования и к методам диагностики состояния объектов — они должны давать возможность быстро и в полной мере оценить действительные характеристики конструкций зданий, а также быть просты и мобильны, чтобы использоваться на любом этапе создания и эксплуатации здания или сооружения.

Жизненный цикл любого здания состоит из нескольких этапов:

1. Проектирование.
2. Строительство.
3. Эксплуатация.
4. Ремонт и реконструкция.
5. Прекращение эксплуатации и снос.

При проектировании зданий определяется множество параметров: запас прочности, статические и динамические параметры сооружений и т.д. При этом должны использоваться передовые методы расчёта, учитываться множество факторов, таких как характеристики материалов и грунтового основания, характер внешних воздействия на конструкции, а также браться во внимание последние исследования в области строительства, геодезии, сейсмологии, и других прямых и смежных наук, и использоваться данные анализа дефектов существующих конструкций.

В процессе строительства должен регулярно проводиться анализ на соответствие проектной документации: используемых материалов, характеристик местности, параметров строящейся конструкции. При обнаружении несоответствий должны приниматься меры по изменению проекта или материалов или методов строительства. В процессе эксплуатации должен проводиться регулярный анализ текущего состояния с целью определения действительных значений параметров конструкции. По данным обследования должен делаться вывод о пригодности здания для дальнейшей эксплуатации или необходимости проведения работ по усилению или ремонта здания.

При ремонте должны проводиться меры по приведению объекта в работоспособное состояние с удовлетворительными техническими характеристиками, исключающими возможность обрушения или потери устойчивости конструкции.

Не смотря на все это, истории известны случаи аварий и обрушений во время строительства и эксплуатации зданий, порой с человеческими жертвами. Причинами трагедий чаще всего становятся ошибки, допущенные при оценке запаса прочности конструкции, неудовлетворительная диагностика, не принятие своевременных мер по усилению и ремонту.

Избежать подобных событий в будущем позволят более ответственное отношение к эксплуатации зданий, совершенствование методов расчётов, используемых при проектировании, а, самое главное — полноценная и своевременная диагностика, которая позволит не только предупредить аварийные ситуации и определить меры, необходимые для предотвращения, но и выявить причины обрушений и избежать допущенных ошибок или просчетов в будущем.

Данные диагностики используются:

• в процессе эксплуатации — для определения необходимых мер, по усилению и ремонту здания,
• на этапе проектирования — для повышения качества разрабатываемых проектов,
• в процессе строительства и ремонта — для совершенствования технологии изготовления конструкций и методов монтажа.

Одно из направлений обследования конструкций — диагностика трещин, которые становятся причинами повреждения изгибаемых элементов. Основные применяемые методы направлены на определение характеристик процесса образования трещин: формы и скорости образования.

Диагностика технического состояния особенно необходима при изменении назначения здания и определении его пригодности для выполнения новых функций или необходимости усиления конструкции или проведения других мероприятий по доработке сооружения.

Диагностика играет неоценимую роль в определении пригодности для эксплуатации зданий после пожара. Длительное воздействие температуры пожара с последующим воздействием струи воды в процессе его тушения крайне негативно сказывается на бетоне: снижаются его прочностные, деформативные и защитные свойства, ухудшаются и характеристики используемой арматуры: модуль упругости и предел текучести.

Виды диагностики

Первое обследование технического состояния зданий и сооружений проводится не позднее чем через два года после их ввода в эксплуатацию. В дальнейшем обследование технического состояния зданий и сооружений проводится не реже одного раза в 10 лет и не реже одного раза в пять лет для зданий и сооружений или их отдельных элементов, работающих в неблагоприятных условиях (агрессивные среды, вибрации, повышенная влажность, сейсмичность района 7 баллов и более и др.). Для уникальных зданий и сооружений устанавливается постоянный режим мониторинга.

Обследование и мониторинг технического состояния зданий и сооружений проводят также:

• по истечении нормативных сроков эксплуатации зданий и сооружений;
• при обнаружении значительных дефектов, повреждений и деформаций в процессе технического обслуживания, осуществляемого собственником здания (сооружения);
• по результатам последствий пожаров, стихийных бедствий, аварий, связанных с разрушением здания (сооружения);
• по инициативе собственника объекта;
• при изменении технологического назначения здания (сооружения);
• по предписанию органов, уполномоченных на ведение государственного строительного надзора.

При обследовании технического состояния зданий и сооружений проводят:

• обследование технического состояния оснований и фундаментов,
• обследование технического состояния конструкций зданий,
• обследование технического состояния инженерного оборудования,
• обследование технического состояния электрических сетей и средств связи,
• обследование звукоизоляции ограждающих конструкций, шума инженерного оборудования, вибраций и внешнего шума,
• определение теплотехнических показателей наружных ограждающих конструкций.

В мониторинге технического состояния зданий и сооружений различают:

• Общий мониторинг технического состояния зданий и сооружений.
• Мониторинг технического состояния зданий и сооружений, находящихся в ограниченно работоспособном или аварийном состоянии.
• Мониторинг технического состояния зданий и сооружений, попадающих в зону влияния нового строительства, реконструкции или природно-техногенных воздействий, например, находящихся в зоне повышенной сейсмической активности.
• Мониторинг технического состояния уникальных зданий и сооружений.

Общий мониторинг технического состояния зданий и сооружений проводится для выявления значительных изменений напряженно-деформированного состояния несущих конструкций или крена, что означает необходимость обследования технического состояния объекта. Изменения напряженно-деформированного состояния характеризуются изменением имеющихся и возникновением новых деформаций или определяются путем инструментальных измерений.

Мониторинг технического состояния зданий и сооружений, попадающих в зону влияния строек и природно-техногенных воздействий проводят для контроля их технического состояния и своевременного принятия мер по устранению возникающих негативных факторов, ведущих к ухудшению этого состояния

Мониторинг технического состояния зданий и сооружений, находящихся в ограниченно работоспособном или аварийном состоянии проводят для отслеживания степени и скорости изменения технического состояния объекта и принятия, в случае необходимости, экстренных мер по предотвращению его обрушения или опрокидывания. Данная система наблюдения и контроля действует до момента приведения объекта в работоспособное техническое состояние.

Мониторинг технического состояния уникальных зданий и сооружений проводится для обеспечения безопасного функционирования зданий и сооружений за счет своевременного обнаружения на ранней стадии негативного изменения напряженно-деформированного состояния конструкций и грунтов оснований или крена, которые могут повлечь за собой переход объектов в ограниченно работоспособное или в аварийное состояние.

Системы диагностики

Общая диагностика, позволяющая в полной мере оценить состояние объекта, включает в себя различные этапы и методы (см. выше) и может проводиться несколькими системами:

• система мониторинга технического состояния несущих конструкций — совокупность технических и программных средств, позволяющая осуществлять сбор и обработку информации о различных параметрах строительных конструкций (геодезические, динамические, деформационные и др.) с целью оценки технического состояния зданий и сооружений;
• система мониторинга инженерно-технического обеспечения — совокупность технических и программных средств, позволяющая осуществлять сбор и обработку информации о различных параметрах работы системы инженерно-технического обеспечения здания (сооружения) с целью контроля возникновения в ней дестабилизирующих факторов и передачи сообщений о возникновении или прогнозе аварийных ситуаций в единую систему оперативно-диспетчерского управления города;
• и т.д.

Эти системы могут быть самостоятельными или объединяться в общую систему, имеющую единый пункт управления и отображения результатов. Применяемое оборудование может быть универсальным и использоваться для определения различных параметров, или быть специализированным. В первом случае от инспектора, проводящего обследования, потребуется перенастройка оборудования, во втором — использование большего числа приборов. В зависимости от масштабов и состояния здания может потребоваться от портативного многофункционального прибора до измерительной системы под ключ. Например, для определения уровней шума и и вибрации может применяться на этапах строительства и эксплуатации шумомер-виброметр ZET 110. А для мониторинга состояния здания, находящегося в зоне повышенной сейсмической активности, потребоваться система диагностики и мониторинга состояния строительных конструкций на базе сейсмостанции ZET 048 со специализированным программным обеспечением, ведущим контроль параметров в режиме реального времени. Для мониторинга состояния уникального здания может строиться система контроля и управления различными параметрами на базе интеллектуальных датчиков и управляющих устройств.