Наблюдая и контролируя
Геотехнический мониторинг имеет свою региональную специфику и все активнее проводится с использованием новых методов, технологий и оборудования. Они помогают повысить эффективность наблюдений и исследований.
Геотехнический мониторинг — комплекс работ, связанный с контролем и наблюдением за строящимися и существующими зданиями и сооружениями на предмет их безопасной эксплуатации. Он имеет свои особенности не только в зависимости от наблюдаемого объекта, но и его локации и географии региона. Современные методы и технологии позволяют проводить геотехнический мониторинг более точно и эффективно.
Все работы по устройству фундаментов и подземному строительству, возведению зданий в условиях городской застройки, поясняет д. т. н., профессор кафедры геотехники СПбГАСУ Рашид Мангушев, предполагают проведение геотехнического мониторинга с определением деформаций зданий и сооружений, попадающих в зону влияния, и регулируются нормативными документами в виде СП 22.13330, СП 305.1325800 и др. Это связано с тем, что при любых геотехнических работах возникают деформации, вызванные технологическими строительными воздействиями, например, при экскавации котлована под подземное сооружение, или от вибрационного воздействия строительной техники при устройстве их ограждений и обеспечении их устойчивости (такие деформации тоже относятся к технологическим). «Требования по проведению геотехнического мониторинга на территории Российской Федерации определяются строительным сводом правил, по своей сути являются едиными, но существуют региональные особенности, которые диктуются грунтовыми условиями и наличием геологических процессов», — добавляет эксперт.
По словам главного инженера ООО «Технотест» Александра Харитонова, в общем случае геотехнический мониторинг должен включать в себя систему наблюдений за объектом нового строительства, за окружающей застройкой и надземными конструкциями существующих инженерных коммуникаций, попадающих в зону влияния строительства, ограждающими конструкциями строительного котлована, а также за массивом грунта, прилегающим к подземной части объекта.
«Так как наша компания занимается усилением фундаментов, — рассказывает генеральный директор ООО "Оптимум Прайс" Данил Кругов, — то геомониторинг мы используем практически постоянно. Чаще самостоятельно в рамках проведения локальных работ. Применяем лазерные нивелиры и систему связи по рации, когда один или два сотрудника контролируют реперные точки снаружи здания, а прочие заняты внутри процессом нагнетания составов под основания здания. Добавлю, что нам в этом плане легче, чем коллегам, закачивающим полиуретаны. Составы для усиления грунтов марки "ФОРС", которые мы используем, не обладают способностью бесконтрольного расширения, и сотрудник, занятый процессом геомониторинга, может очень быстро остановить процесс подъема основания, скомандовав отпустить гашетку насоса.
Такую простую, но эффективную систему геомониторинга мы применяли при работах как по усилению бомбоубежища Петропавловской крепости, так и при усилении частного жилого дома в Волгограде».
Своя специфика
Со значимостью особенностей географической и региональной специфики согласны и отраслевые специалисты. Как отмечает руководитель геодезической службы ООО «ГЕОИЗОЛ» Денис Новиков, «Санкт-Петербург и Москва — это, в первую очередь, освоение подземного пространства и котлованы. Здесь необходимы инструментальные наблюдения за соседними домами, в которых живут люди. В гористой и холмистой местности, например, в Сочи, где сильно влияние склоновых процессов, необходимы маршрутные наблюдения и оконтуривание оползней. В условиях Крайнего Севера и вечной мерзлоты — это наблюдения за температурными характеристиками грунта. Геотехнический мониторинг выполняется на основании сводов правил и ГОСТов. Но ГОСТы разрабатываются в основном специалистами из Москвы. При этом грунтовые условия в Санкт-Петербурге очень сильно отличаются от условий столицы, яркий тому пример — заглубление станций метрополитена. Специалистами определено, что историческая часть нашего города имеет осадку даже без какого-либо воздействия. А свод правил или нормативная литература дают возможность оказывать влияние на окружающую застройку не более 5 мм за весь период строительства. То есть строить или реконструировать в условиях Санкт-Петербурга, вблизи памятников архитектуры практически нереально. Таким образом, необходимо корректировать нормы с учетом условий каждого региона нашей огромной страны», — считает он.
«Основной особенностью геотехнического мониторинга в Москве, — продолжает тему Александр Харитонов, — является наличие высотных строительных объектов с необходимостью устройства глубоких котлованов в условиях плотной городской застройки. Данный фактор, в свою очередь, добавляет в список работ, необходимых для проведения в рамках геотехмониторинга, такие как: измерения усилий в ограждающих конструкциях котлованов и системе их крепления (тензометры, динамометры), измерение усилий в сваях и давления под подошвой фундаментной плиты подземного сооружения (мессдозы, тензометры) и др. Добавлю, что наша компания в основном занимается геотехническим мониторингом зданий и сооружений категории КС-3, что само по себе предполагает интересную и сложную работу. В частности, на данный момент мы ведем геотехнический мониторинг таких высотных комплексов, как ЖК "Сити Бэй", ЖК "Вестердам" и ЖК iLove в Москве», — рассказывает главный инженер компании «Технотест».
Больше автоматизма
В настоящее время, отмечает Рашид Мангушев, рынок оборудования и программного обеспечения в геомониторинге главным образом сосредоточен вокруг двух важных методов: лазерное сканирование и ортофотосъемка. Во-первых, они позволяют получить пространственную картину накопившихся деформаций здания или сооружения, во-вторых, полученные материалы мы интегрируем в проектные решения с усилением фундаментов зданий или конструкций, а в-третьих, такой подход дает все основания выявлять характер неравномерных деформаций и управлять строительными процессом, снижая степень такого влияния. Интересным и перспективным также является осуществление так называемого on-line-мониторинга, при котором замеры выполняются автоматизированно, с определенным интервалом, а данные в последующем анализируются и служат для определения уровня безопасности проводимых работ.
«Наша мониторинговая группа под руководством к. т. н., доцента Ивана Дьяконова использует в своем арсенале не только ультрасовременный подход к выполнению геотехнического мониторинга, но и все традиционные способы контроля деформаций. Поскольку на кафедру геотехники в основном обращаются со сложными случаями геотехнического строительства, все объекты, за которыми мы ведем мониторинг, представляют собой значимые и уникальные сооружения. Так, в настоящее время, —добавляет Рашид Мангушев, — одним из наиболее значимых для нас является строительство здания Санкт-Петербургского спортивно-концертного комплекса — СКК, где мы выполняем работы по комплексному геотехническому мониторингу».
По мнению Дениса Новикова, самый инновационный и современный метод — это автоматизированный мониторинг. Уже достаточно давно существуют высокоточные автоматические тахеометры и сканеры для определения осадок, смещений и кренов зданий, автоматические инклинометрические системы как зарубежного, так и российского производства для определения смещения грунтового массива и/или ограждения котлована, автоматические датчики вибрации, уровня грунтовых вод и порового давления. Весь геотехнический мониторинг можно свести в единую наблюдательную станцию, и один оператор за монитором сможет выдавать рекомендации и отчеты в любое время. «В целом, самым интересным с инженерной точки зрения объектом для меня является "Орловский тоннель" в Санкт-Петербурге. Несмотря на то, что тоннель так и не был построен, но даже в рамках проектной документации это был очень сложный объект. Программа мониторинга учитывала автоматические метеостанции, которые вносили поправки в сеть автоматизированных тахеометров для выполнения высокоточных съемок деформаций зданий и массива грунта», — резюмирует представитель компании «ГЕОИЗОЛ».
Мнение:
Данил Кругов, генеральный директор ООО «Оптимум Прайс»:
— В состав проведения обследования и проектирования, когда требуется серьезный отчет, масштабные исследования по геомониторингу, с использованием спутниковых систем, мы привлекаем специализированные организации на субподряд. Например, так было на объекте в Калининграде, где три строения, соседствующие с резиденцией президента, сползали с холма. Казус с самостоятельным геомониторингом случился с нами лишь однажды. Дело было на Трехгорной мануфактуре в Москве. Там мы контролировали подъем до проектной отметки старинной стены в метр кладки толщиной. Десятиметровая конструкция вековой давности встала на свое место, что приятно поразило и обрадовало заказчика. Как же мы удивились через месяц, когда тот же заказчик отказался оплачивать финальную часть по контракту. Оказалось, что пол, который мы вместе с технадзором считали значащимся под демонтаж, за которым мониторинг не проводился, бесконтрольно поднялся в одном месте, и за него нам выкатили счет. Бывает и так.
Рынок бетона по стандартам
О проблемах стандартизации производства бетона, нехватки кадров и несогласованности действий участников рынка состоялся разговор на семинаре «Технологии производства бетонов – вопросы и ответы». Это первое мероприятие после снятия пандемийных ограничений, которое провела компания «Полипласт Северо-запад».
С приветственным словом выступил Сергей Соболев, первый заместитель главы администрации Кингисеппского района Ленобласти. Он подчеркнул важную роль компании «Полиспласт» в жизни района и пожелал успеха мероприятию.
И оно, действительно, прошло успешно.
Нормотворчество
Вряд ли найдется много отраслей, в которых производство настолько зарегулировано. Как рассказал Дмитрий Кузеванов, директор НИИЖБ им. Гвоздева, посвятивший свое выступление ГОСТам, сейчас действуют 366 СП, в том числе 27 – по бетону, плюс 160 документов по железобетону. Хотя объявлена кампания «регуляторной гильотины», в 2019 году обновлено около 40 ГОСТов, в 2020-м – 45 документов. «Информация доступна, но не все успевают отслеживать», - прокомментировал Кузеванов.
Документация и методы испытаний нуждаются в обновлении – сегодня, по словам Кузеванова, появились новые вызовы – высотные здания, агрессивная среда.
Его поддержал Дмитрий Пожаров, директор ассоциации «Союз производителей бетона» (Москва), который подчеркнул: любые изменения означают дополнительные затраты. Он привел в пример одного из крупных производителей, который сделал соответствующие расчеты. Как выяснилось, перемены обойдутся в 100 млн рублей в год.
Меньше воды – крепче бетон
Все доклады вызвали живой интерес участников семинара, выступавшим пришлось отвечать на множество вопросов – не только в ходе выступлений, но и в кулуарах.
Ольга Рудавская, руководитель испытательной лаборатории ООО «КВС-Юг», говорила о проблемах застройщиков при входном контроле бетонной смеси на стройплощадку, в том числе о недовозах, в результате которых строители вынуждены делать холодные швы, а бригады – периодически простаивать.
Алексей Лейкин, к.т.н., руководитель испытательного центра «Прочность», привел множество характерных и не очень причин, по которым в монолитных и железобетонных конструкциях возникают трещины. Далеко не всегда виноваты производители бетона, зачастую вина лежит на строителях.
Анна Миронова, член экспертного совета «Союз производителей бетона», ознакомила участников с методикой подбора состава минеральных добавок, сообразуясь с ГОСТами.
Сергей Неродный, коммерческий директор «ЛСР. Базовые материалы — Северо-Запад», рассказал о ситуации на рынке песка и щебня. В том числе о перспективах рынка: «Рынок песка в дальнейшем ждет ужесточение требований по арендной плате, по налогам. Минерально-сырьевая база в Петербурге и окрестностях сокращается. Это означает, что логистика, которая уже обходится дороже добычи, будет расти».
За кадры все решено
По поводу нехватки кадров специалисты много говорили, но ничего не делали, заявил в докладе, посвященном ситуации на рынке бетона, Левон Давидянц, президент ассоциации «Бетон и железобетон Северо-Запад». В СПбГАСУ закрыта кафедра по производству железобетона. Новых специалистов нет. Почти никто не занимается подготовкой рабочих, среднего персонала.
Кузеванов согласен: «Кадровая проблема актуальная. Технологи нужны очень грамотные, иначе скоро мы столкнемся с проблемами при приемке продукции».
Выступавших поддержала Лидия Татчина, преподаватель Академии управления городской средой, градостроительства и печати. По ее словам, профильные вузы Москвы и Петербурга уже закрыли отделения, которые готовили технологов производств, теперь два года как нет набора на основную специальность и в академии. Т.е., технологов больше нигде не готовят.
Продвижение «Полипласт»
Тем временем работающие на рынке бетона компании не теряют бодрости. Как рассказал Игорь Коваль, зам. директора по науке компании «Полипласт Северо-запад», компания поставляет большую долю продукции на экспорт – до 85%. По его словам, сейчас «Полипласт» занимает до 10% мирового рынка, по отдельным продуктам – до 20%. У предприятия есть партнеры примерно в семи десятках стран, и она продолжает продвигать продуктовую линейку и на мировом рынке, и внутри страны. В том числе организуя семинары для партнеров.
Светлана Турутова, директор по сбыту и маркетингу ООО «Полипласт Северо-запад», подытожила: «Очень рада, что после почти годичного перерыва удалось, наконец, собраться всем вместе. Приятно, что у наших партнеров такой большой интерес к мероприятию, что присутствуют наши партнеры из Москвы, из петербургской ассоциации «Бетон и железобетон Северо-Запад». Надеемся, что всем у нас понравилось».
Это было полезно, было интересно. Рассчитываем на продолжение – традиция не должна остановиться, мы останемся площадкой для сотрудничества.
Задачи управления промышленными объектами через создание цифрового двойника предприятия
Модернизация производства — это комплексное, частичное или полное обновление систем или оснащения на предприятии. Данный процесс влечет за собой целый ряд мероприятий, среди которых большую часть занимает тщательный анализ и сбор информации.
В данной статье предлагается затронуть тему цифровых двойников[1] предприятий и их реализацию в виде набора цифровых информационных моделей.
В последние годы эта тема становится все более востребованной и острой. Среди причин такого повышенного интереса можно отметить:
- объявление национальной программы «Цифровая экономика Российской Федерации»;
- выполнение задач цифровизации строительной отрасли (раздел «Цифровизация строительной отрасли» в проекте «Стратегии развития строительной отрасли до 2030 года»[2]);
- рост применения технологий информационного моделирования;
- появление на рынке труда молодых специалистов, владеющих инструментом.
Все чаще владельцы предприятий и представители государственных структур обращают внимание на новые технологии применительно к своим задачам, в том числе и при решении вопросов модернизации. Ни для кого не секрет, что основная масса предприятий построена в прошлом веке и не соответствует современным требованиям. И, следовательно, чтобы вывести оных в список лидеров мирового технологического процесса и наилучших доступных технологий, необходима их модернизация. Это задача стратегического уровня. Политическая и экономическая обстановка, связанная с санкциями, пандемией и рядом других причин, только обострила эту необходимость.
Что же может позволить решить задачу цифровизации строительной отрасли в промышленном кластере? И почему именно о нем стоит говорить?
В России, на первый взгляд, есть все предпосылки для резкого роста и развития новых подходов к управлению через создание цифровых двойников: на правительственном уровне приняты или принимаются необходимые решения, говорящие об особом статусе задач цифровизации в строительной отрасли; в проектных организациях строительной отрасли полным ходом идет освоение технологий информационного моделирования; высшие учебные заведения меняют свои программы с учетом государственного заказа и общемировыми тенденциями; инвесторы и заказчики наконец-то научились не только выговаривать, но и понимать основной смысл и назначение технологий информационного моделирования (BIM-технологий). И надо отметить, что Россия быстро наверстывает разрыв в этом направлении.
Основные усилия по внедрению технологий информационного моделирования сейчас направлены на рынок жилищного строительства и госзаказ объектов социальной направленности. Однако даже рынок жилищного строительства не выдает ожидаемых результатов, если говорить о полном жизненном цикле объектов капитального строительства. И связано это в первую очередь с разрывом интересов игроков — инвестор (заказчик), как правило, не участвует в дальнейшей эксплуатации произведенной продукции, будь то жилые дома, школы, поликлиники или административные здания. И, как следствие, управляющие компании или комитеты городских структур, которым в дальнейшем предстоит эксплуатация этих объектов, имеют или мизерное представление о BIM и собственной вовлеченности в процесс цифровизации, или не имеют его вовсе.
И все-таки нельзя утверждать, что цифровые двойники в жилищном комплексе на территории России отсутствуют. Такие примеры есть, и связаны они только с крупными частными застройщиками, осваивающими территорию Москвы. Например, PSN Group (ТОП-5 девелопер Москвы по результатам 2016 года) была внедрена Единая система мониторинга, управления и аналитики для сети жилых комплексов (используются модели зданий), которая находится в промышленной эксплуатации, но по-прежнему постоянно развивается: происходит подключение новых жилых комплексов, разрабатываются новые модули, связанные с предикативным анализом работы оборудования, формируются планы развития[3]. Это скорее исключительный случай.
Другое дело — промышленные объекты. Любое предприятие проходит полный жизненный цикл от появления идеи до демонтажа, сохраняя интерес своего заказчика — управленца. И вот тут-то можно и должно в полной мере почувствовать преимущества применения технологий информационного моделирования в качестве создания цифрового двойника промышленного объекта.
Современный мир предлагает для решения таких задач множество технологий, концепций и инструментов: PLM/PDM, BigData (Большие данные), IIoT[4] (Промышленный интернет вещей), Cloud Computing (Облачные вычисления), GIS (Геоинформационные системы), BIM/openBIM и другие. Все это может быть востребовано при решении множества задач управления объектами предприятия, одной из которых является модернизация. Например, создание цифрового двойника путем формирования цифровых информационных моделей производственных цехов поможет собрать данные о состоянии оборудования, об основных и оборотных средствах, а также о производственных процессах и проанализировать их с помощью специализированных систем.
Модернизация предприятия без снижения объемов производства и, тем более, без его остановки — это задача, которая под силу современным технологиям. Кто-то может возразить, что такие задачи решались и прежде. Решались, но сейчас главный фактор — это время.
Несколько лет назад шли постоянные обсуждения отсутствия стандартов по технологиям информационного моделирования, а сейчас уже речь идет о более глубокой их проработке и применимости к особенностям российского рынка.
Если еще десять лет назад разворачивались целые баталии на тему отсутствия интеграции при применении программного обеспечения разных вендоров, то сейчас и этот вопрос начинает уходить в прошлое. Разработчики программного обеспечения становятся более открытыми друг другу, понимая, что не могут покрыть весь спектр решаемых в строительной отрасли задач. В качестве стандарта обмена и управления данными об объектах строительства в Российской Федерации принят формат IFC (Industry Foundation Classes — формат данных с открытой спецификацией)[5].
Так что же препятствует появлению цифрового двойника предприятия и его участия в вопросах модернизации и, возможно, в дальнейшем в задачах управления активами?
Ответ простой — желание заказчика, его умение идти к поставленной цели и добиваться ее, так как этот процесс невозможно решить в укороченные сроки.
В 2019 году Роснефть запустила в опытно-промышленную эксплуатацию цифровой двойник своего месторождения в Башкирии — проект «Цифровое месторождение»[6], выстраивая тем самым интегральную цепочку нового типа, включающую в себя «цифровое месторождение», «цифровой завод» и «цифровую АЗС». Разработка и запуск проекта «Цифровое месторождение» осуществляется в рамках стратегии «Роснефть-2022», предусматривающей переход на качественно новый уровень управления бизнес-процессами, повышение надежности и экономичности производства, сокращение потерь. Хоть в приведенном примере есть упоминание о «цифровом заводе», но все же выполненная работа относится к управлению производственными процессами, а не промышленными объектами недвижимости.
А вот другой пример. Как сообщается на сайте компании «Газпром нефть»[7] от 27 октября 2020 года, «Газпром нефть» получила патент на собственную цифровую разработку — Систему управления инженерными данными (СУПРИД). Система формирует электронные модели производственных установок — цифровые двойники, включающие в себя инженерно-техническую документацию и 3D-модель объектов. Сейчас СУПРИД охватывает Московский и Омский НПЗ «Газпром нефти», позволяя на 20% сократить временные затраты на выполнение регламентных мероприятий по эксплуатации, ремонту и обслуживанию. Экономический эффект от внедрения системы на нефтеперерабатывающих заводах компании оценивается более чем в 700 млн рублей в год.
Итак, видно, что процесс создания цифровых двойников предприятий уже начал свое движение по территории России, и хочется верить в появление новой технологии, которая с каждым годом будет все более востребованной и совершенной. Однако, прикоснувшись к цифровым двойникам в жизни, понимаем, что пока это или попытка перевести привычный процесс проектирования на новый уровень, или подтягивание моделей зданий без информационной части к своим системам автоматизации, или же моделирование без учета всех последующих задач использования цифровых информационных моделей: эксплуатация, модернизация, управление активами и так далее.
В массе случаев появляющихся на свет цифровых двойников видно, что отсутствует главное — требования заказчика, которые зафиксированы в виде документов и будут неукоснительно выполняться исполнителями; что зачастую исполнители живут интересами, очерченными рамками своих договоров и получением вознаграждения за свой труд, без желания понять, что за каждым этапом жизненного цикла объекта до момента его ликвидации идет следующий этап со своими задачами, использующими результаты предыдущего этапа, и что несогласованный переход от одного этапа к другому может привести к большим финансовым издержкам. А ведь технологии информационного моделирования предназначены для наименее рискового прохождения объекта капитального строительства по всему жизненному циклу. Но для этого надо просто правильно организовать работу. Это значит, что впереди предстоит много интересной работы.
Компания ООО «Бюро ЕСГ» — это системный интегратор, который принимает активное участие в проработке правильного подхода к созданию цифровых двойников промышленных объектов. Нашими клиентами являются крупные промышленные компании в нефтегазовой, сталелитейной, судостроительной и других отраслях. «Бюро ЕСГ» имеет многолетний опыт по внедрению технологий информационного моделирования, применению технологий лазерного сканирования, созданию систем управления инженерными/проектными данными, использованию геоинформационных систем и их интеграции с цифровыми информационными моделями. Наша компания предоставляет полный комплекс услуг по разработке технологии создания цифрового двойника предприятия с учетом его последующего использования.
За последние годы специалистами ООО «Бюро ЕСГ»[8] выполнены и продолжают выполняться работы по созданию цифровых двойников как на основе лазерного сканирования, так и с использованием проектной, рабочей и исполнительной документации. ООО «Бюро ЕСГ» принимает активное участие при разработке требований заказчиков к цифровым информационным моделям в различных отраслях промышленности[9], в том числе для ПАО «Газпром нефть», а также в разработке методик создания цифровых информационных моделей с применением программного обеспечения разных разработчиков.
ООО «Бюро ЕСГ» принимает участие в пилотных проектах по разработке импортозамещающих систем управления инженерными данными и их интеграции с цифровым двойником предприятия. Группой специалистов ООО «Бюро ЕСГ» по геоинформационным системам реализован ряд проектов по созданию электронного генплана, а также интеграции BIM и 3D-ГИС.
[1] Цифровой двойник (англ. Digital Twin) — цифровая копия физического объекта или процесса, помогающая оптимизировать эффективность бизнеса. Концепция «цифрового двойника» является частью четвертой промышленной революции и призвана помочь предприятиям быстрее обнаруживать физические проблемы, точнее предсказывать их результаты и производить более качественные продукты. Википедия.
[2] https://nopriz.ru/upload/iblock/892/TSifrovizatsiya-stroitelnoy-otrasli-dlya-Strategii.pdf
[3] Информация получена с интернет-ресурса https://hmps-business.ru/portfolio/sistema-monitoringa-upravleniya-i-analitiki-dlya-psn-group.html
[4] Промы́шленный интерне́т веще́й (англ. Industrial Internet of Things, IIoT) — это система объединенных компьютерных сетей и подключенных к ним промышленных (производственных) объектов со встроенными датчиками и программным обеспечением для сбора и обмена данными с возможностью удаленного контроля и управления в автоматизированном режиме, без участия человека. Применение Интернета вещей в промышленности создает новые возможности для развития производства и решает ряд важнейших задач: повышение производительности оборудования, снижение материальных и энергетических затрат, повышение качества, оптимизация и улучшение условий труда сотрудников компании, рост рентабельности производства и конкурентоспособности на мировом рынке. Википедия.
[5] ГОСТ Р 10.0.02-2019/ИСО 16739-1:2018 Система стандартов информационного моделирования зданий и сооружений. Отраслевые базовые классы (IFC) для обмена и управления данными об объектах строительства.
[6] Более полную информацию можно получить на сайте Роснефть (https://www.rosneft.ru/press/news/item/195043/).
[7] «Газпром нефть» защитила патентом собственную систему управления инженерными данными
[8] Более подробно об опыте компании ООО «Бюро ЕСГ» и предоставляемых услугах можно узнать на сайте http://esg.spb.ru
[9] Автор статьи в период работы в СПб ГАУ ЦГЭ (Центр государственной экспертизы Санкт-Петербурга) сформулировала требования к цифровым информационным моделям, представляемым для проведения экспертизы в Санкт-Петербурге (https://www.spbexp.ru/docs/podgotovka-informatsionnykh-modeley-bim/), которые уже успешно применяются и продолжают развиваться.