Изыскания: необходимость и этапы
Любая изыскательная деятельность связана с получением требуемых сведений о техногенных и природных характеристиках территории перед возведением объекта. Целью таких исследований является получение всей информации о степени влияния среды на построенное здание или другое сооружение. Это может быть спортивный комплекс с бассейном, мост через реку или дорога. Работы включают в себя геологические, геофизические, гидрологические и экологические исследования. Они состоят в проведении полевых работ с целью получения исходных данных для составления будущего проекта.
Необходимость проведения изысканий
Стройка любого объекта, такого как детский сад или поликлиника, требует исследования территории с целью изучения прочности грунта и величины его способности выдерживать нагрузку. Связано это с тем, что почвы носят неоднородный характер. Они бывают песчаные, глинистые, а также с присутствием вечной мерзлоты. Для ведения строительных работ такая информация имеет основополагающее значение.
Любые исследования начинаются с технического задания, оформленного со стороны заказчика. Этот документ выглядит в виде акта, где описывается порядок проведения работы. В нем присутствуют следующие пункты:
- название объекта, территорию которого планируется исследовать:
- порядок выполнения всех работ;
- оговоренные сроки;
- задачи, стоящие перед исследователями;
- нормативы, на основании которых будут проведены изыскания;
- составление отчета о проделанной работе.
Вся изыскательная деятельность проводится специалистами своего дела. В их состав входят инженеры, технологи и геодезисты. Основу их деятельности составляет Градостроительный кодекс.
Уточнение поставленных задач
Любая изыскательская деятельность требует комплексного подхода для решения поставленной задачи, поэтому на первом этапе вся проблема охватывается в целом. Для этого изучаются следующие данные:
- просматриваются сведения о будущем объекте, и уточняется, насколько он доступен к изучению;
- прикидывается весь масштаб работы;
- определяются цели возводимого сооружения;
- разрабатывается по пунктам весь порядок работы.
После проведения изысканий получается информация, которая излагается на бумаге. Все зафиксированные сведения носят юридическую силу. При этом происходит решение следующих задач:
- изучаются особенности рельефа территории участка;
- составляются прогнозы возможного влияния окружающей среды на построенное будущее сооружение;
- изучается степень целесообразности постройки объекта на данном участке местности;
- составляется четкий план будущих мероприятий;
- прогнозируются возможности влияния процессов, происходящих в слоях почвы, на процесс ведения строительства.
После окончания проведения изысканий получаются ответы на принципиальные вопросы:
- рациональность постройки сооружения на данном участке местности и возможность введения его в эксплуатацию;
- разобраться в типе фундамента, который должен быть заложен с учетом характеры слоев почвы;
- понять степень подвижности грунта и разработать мероприятия с целью устранения рисков возможного разрушения здания.
В результате проведенных исследований появляется возможность показать заказчику все полученные сведения о возможности строительства объекта с учетом присутствующих подземных вод и характера грунта. В качестве подтверждающих доказательств предоставляются результаты лабораторных исследований и образцы почвы.
Виды изысканий при строительстве объекта
Проведение изысканий преследует цель сбора всей необходимой информации для строительства будущего объекта. Они разделяются на 3 вида:
- Геологические. Изучается почва и слои грунта.
- Геофизические. Исследуется рельеф местности.
- Гидрологические. Изучается наличие и глубина протекания подземных вод.
- Экологические. Ведется работа по изучению климата местности.
Порядок приведения всех видов изысканий включает в себя 3 общих этапа:
- Подготовительный. Просматривается вся имеющаяся документация по будущему объекту и проводится ее детальный анализ. Кроме того, берется разрешение в надзорных органах для проведения съемки местности с целью уточнение характера грунта.
- Полевой. Работы ведутся непосредственно на территории. Здесь проводится топографическая съемка местности, изучается наличие и расположение подземных вод, составляется схема низин и возвышенностей местности.
- Камеральный. После проведения полевых исследований все полученные результаты систематизируются, а затем вносятся в документацию. Также на данном этапе изучаются подземные коммуникации, и при необходимости изменяется их расположение, что требует внесения поправок в топографический план. Последняя работа требует обязательного согласования с надзорными органами.
Результаты изысканий и все проведенные расчеты получает заказчик. При этом копии документов отсылаются в контролирующие организации.
Геологические исследования
При геологических изысканиях проводится изучение грунта путем проникновения в его внутренние слои. После взятия проб появляется возможность понять, насколько выбранная территория подходит для сооружения объекта. Такая информация является исходной для составления проекта будущих строительных работ на основании учета индивидуальности участка.
Во время проведения геологических исследований рассматриваемая площадь значительно превосходит отведенные границы участка, что является характерной особенностью такого вида изысканий. Связано это с тем, что подземные слои имеют большие параметры и происходящие в них процессы распространяются на обширную территорию. Иногда случается так, что источник разрушений находится на очень большом расстоянии и этот фактор необходимо обязательно учитывать.
Основным предметом изучения геологических изысканий является почва, а именно степень ее плотности. Это необходимо для того, чтобы понять, какой требуется закладывать фундамент. Если такие работы будут проведены некачественно, то это может сопровождаться следующими последствиями:
- места, где почва будет носить неустойчивый характер, начнется приседание дома, что будет сопровождаться его разрушением;
- если осадка начнется только одной части дома, то в потолке и стенах возникнут трещины;
- проседание дома может привести к затоплению подвала и образованию внутри помещения сырости.
Перед геологическими исследованиями ведется сбор информации о постройке. Особенно необходимость проведения такого этапа существует при планировании возведения крупных объектов, к которым относятся мосты или аэропорты. Полученные сведения дают возможность выбрать правильный вид фундамента, исключить риск разрушения помещения из-за усадки грунта, а также обойти присутствующие подземные коммуникации, проложенные на этой территории. На основание проведения предварительного этапа появляется представление об объеме работ и их стоимости.
На следующем этапе, который называется полевым, ведется съемка местности, детально изучается ее рельеф, и проводятся буровые работы. Задачи данного этапа состоят в отборе проб грунта. Это осуществляется в следующем порядке:
- Образцы берутся на глубине до 20 см. Они необходимы для исследования на присутствие в них металлов: медь, свинец, цинк, ртуть.
- Пробы берутся на глубине от 0,2 м до 2 м и с ними проводятся такие же исследования.
- Бурится скважина на глубину свыше 20 см, и подбираются образцы с целью изучения наличия в них различных инфузорий, водорослей и бактерий.
Полученные пробы передаются в лабораторию, где они исследуются с помощью приборов на следующие характеристики:
- Прочность. Это предельные нагрузки, при которых грунт не разрушается.
- Пластичность. Максимальное давление, при котором в образце начинаются деформационные изменения.
В результате таких проверок появляется возможность спрогнозировать будущее смещение слоев грунта и предотвратить разрушение построенного сооружения.
Также в лабораторных условиях пробы проверяются на следующее параметры:
- Физические. Это влажность и плотность почвы.
- Механические. Предельная твердость грунта.
- Химические. Проверяется, как будет себя вести почва после контакта ее с фундаментом, где присутствуют бетон и арматура.
На основании проведенных лабораторных исследований составляется технический отчет.
Геофизические изыскания
С помощью геодезических изысканий собирается вся информация о рельефе территории, где будет вестись постройка, а также изучается расположение проходящих коммуникаций. После исследования состава грунта появляется возможность сделать правильный выбор фундамента с учетом особенностей почвы. На основе полученных данных составляется масштабный план, который помогает инженерам определить возможности возведения будущего объекта.
С помощью геофизических исследований получается следующая информация:
- наличие на участке территории пород, в которых присутствуют пустоты;
- получить представление об уровне влажности почвы на всей местности, где будет вестись постройка;
- разобраться в риске возможных оползневых процессов;
- уточнить наличие и геометрию расположения проложенных коммуникаций.
Все работы по геофизическому исследованию грунта проводятся с помощью специального оборудования. Для этого существуют следующие методы:
- Сейсмическая разведка. Используемая технология дает возможность выявить структуру и состав присутствующих горных пород. Достигается это с помощью формирования искусственных волн, которые распространяются под землей и отражаются от разных глубинных точек. Затем ведется их регистрация и снятие данных на основе преломления.
- Электромагнитное исследование. Здесь искусственным путем создаются электромагнитные поля, которые также перемещаются в подземном пространстве и на основе их исследования получается вся необходимая информация.
- Каротаж. Принцип исследования заключается в формировании с помощью специального оборудования индукционного тока, который пропускается через пласты грунта. Это приводит к возникновению магнитного поля, что позволяет получить необходимые данные о физико-механических параметрах почвы.
С помощью геофизических исследований изучение грунта существенно облегчается, что ускоряет ведение инженерных изысканий.
Преимуществом геофизических исследований является высокая технологичность проводимых работ. Этому способствует использование сложного оборудования, позволяющее вести возбуждение магнитных полей. Это устраняет необходимость ведения трудоемких земляных работ. При этом геофизические изыскания обеспечивают гарантированный надежный результат со стопроцентной достоверностью его правильности. В результате полученная информация становится базой для будущего строительства.
Вместе с геологией геодезия имеет примерно общий порядок ведения исследований. Однако в этих двух видах изысканий присутствуют существенные различия. Состоят они в следующем:
- Геодезия занимается изучением исключительно рельефа местности, но не уточняет подробности строения грунта.
- Во время геодезических исследований работы проводятся только на территории, где планируется возведение объекта. Геология охватывает более широкое пространство, поскольку часто очаги опасности находятся на далеком расстоянии.
- До тех пор, пока стройка не закончится, геодезические исследования не прекращаются. Геологические изыскания проводятся только до начала строительных работ.
При этом обе дисциплины тесно связаны между собой из-за того, что характеристика грунта и рельеф территории являются неразрывными понятиями.
Гидрологические изучения
Присутствующие подземные воды вызывают наибольшую опасность во время проведения строительных работ. Связано это с тем, что грунт напитывается влагой, что приводит к проседанию и разрушению конструкции. Гидрологические изыскания позволяют определить уровни залегания водоносных слоев, а также получить информацию о химическом составе воды. Также на основе полученных данных делаются прогнозы об изменении направления движения подземных водных течений.
В первую очередь актуальность гидрологических изысканий проявляется в тех местах, где имеются точные сведения о расположении грунтовых вод близко к поверхности земли, поскольку это представляет наибольшую опасность для стройки. Если произойдет неожиданный их прорыв, то последствия будут носить катастрофический характер. Кроме того, повышенная влажность почвы негативно сказывается на фундаменте, которой постепенно разрушается.
Проведение гидрологических изысканий позволяет устранить возможность возникновения следующих неприятностей:
- подтопления всего здания или отдельных его частей;
- увлажнение грунта и потеря им прочности;
- появление эффекта пучения почвы из-за регулярных циклов замерзания и оттаивания грунта;
- возможное формирование оползней в результате постепенного размывания почвы.
Во время проведения гидрологических исследований решается ряд задач, которые выражаются в следующем:
- Определить глубину протекания подземных вод и пределы ее границ.
- Принять правильное решение относительно выбора типа фундамента для конкретной территории.
- Оценить найденный подземный водоем. Протекающие воды могут быть напорного и безнапорного типа.
- Спрогнозировать будущие изменения состояния подземных вод и возможные последствия.
- Сделать лабораторный анализ взятых проб грунтовых вод.
- Провести расчеты относительно глубины бурения скважин, которые потребуются для организации водоснабжения.
Начинаются гидрологические исследования после получение технического задания. Исходя из его пунктов, составляется программа действий. Сначала ведется обследование участка с целью изучения размеров водоносных горизонтов. Для этого используются снимки аэрофотосъемки.
Затем проводятся полевые работы. На этом этапе осматриваются контрольные скважины и берутся пробы с целью анализа их состава. В лабораторных условиях они исследуются для получения следующей информации:
- Наличие в жидкости железа, солей или других примесей.
- Присутствие в воде опасных составляющих, к которым относятся ртуть, свинец или цинк. Если такие элементы будут найдены, то вода для питья считается непригодной.
- Проверка состояния жидкости на вхождение в нее агрессивных веществ, вызывающих разрушения труб. Если такие компоненты присутствуют, то постройка объекта на данной территории становится невозможной.
После окончания проведения гидрологических исследований составляется документация, в состав которой входят таблицы, графики, разбивка маршрутов.
Актуальность экологических исследований
Экологическое исследование местности при строительстве объекта необходимо для изучения воздействия на него окружающей среды. Кроме того, составляется прогноз изменения экологии на территории в результате деятельности человека. Исследование ведется в следующих направлениях:
- состояние почвы;
- атмосферы;
- питьевых источников воды;
- радиационного фона;
- имеющихся электромагнитных волн;
- шумов и вибраций;
- защищенность среды в последующий период времени после окончания возведения объекта;
- возможные риски на экосистему;
Также разрабатывается документация, в которой присутствуют рекомендации о необходимых действиях в случае резкого ухудшения экологической обстановки для устранения возможных негативных последствий.
Экологические изыскания включают в себя следующие виды деятельности:
- на территории строительных работ проводится сбор информации о климате;
- расшифровываются спутниковые съемки;
- определяется степень загрязнения территории с помощью визуального наблюдения;
- обследуются растущие вокруг культуры и проживающие в районе животные;
- территория исследуется на предмет расположения здесь культурных или исторических ценностей.
Экологическими исследованиями заниматься могут государственные организации или частные фермы, имеющими на такую работу выданную лицензию.
Завершающий этап изысканий
После окончания изыскательских работ ведется составление технического отчета. В нем излагается анализ всей проведенной деятельности на данной территории. Документ содержит в себе сведения, которые были получены на основании снятия проб и проведения с ними анализа в лабораторных условиях.
Все изыскания проводятся с учетом выпущенных законодательных стандартов, поэтому в отчете должна содержаться информация с указанием наличия у организации лицензии, дающей ей право на такой вид работы.
Изыскания относятся к неотъемлемой части проектной деятельности с целью обеспечения всестороннего изучения условий местности, на которой планируется возведение объекта. Это позволяет получить необходимую информацию о возможных рисках и разработать мероприятия по их предотвращению.
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.
Приборы отопления
Россия - страна, раскинувшаяся от субтропических широт до вечной мерзлоты заполярья. Основная часть территории лежит в природных зонах, где требуется постоянное или периодическое отопление. Отопление - это принудительный обогрев здания, с целью поддержания комфортной температуры и компенсации теплопотерь, которые неизбежно присутствуют в любом гражданском строении.
Отопление помещений осуществляется в результате теплообмена. В свою очередь, теплообмен в помещении между внутренней средой и теплоносителем возможен двумя путями:
- Конвекцией – перенос тепла в результате циркуляции неравномерно нагретых жидкости или газа.
- Лучистой энергией. Нагревание тел волнами электромагнитной энергии в инфракрасном диапазоне.
Обособленно друг от друга типы теплопередачи сложно встретить. Они всегда комбинируются между собой. Но по преобладающему принципу отопительные приборы принято называть конвекторами и излучателями или радиаторами.
Классификация отопительных приборов
В отечественной практике сформировалась следующая классификация отопителей:
- По принципу теплоотдачи. В зависимости от физического принципа теплоотдачи отопительные приборы делятся на две большие группы:
- Радиаторы.
- Конвекторы.
- По конструктиву исполнения.
Радиаторы выпускают секционные, трубчатые, панельные и блочные.
Конвекторы- с предусмотренным кожухом и без кожуха.
- По размеру.
Высота. Низкие. Имеют размер от 200 до 400мм.; средние- 400-650; высокие- от 650 до 900мм.; плинтусные- существуют размером 200мм и меньше.
Глубина или ширина. Малая до 120мм; Средняя от 120мм до 200мм; Большая- 200мм и более.
- По материалу изготовления. Радиаторы производят из:
- чугуна
- алюминия
- стали
- комбинированные- биметаллические
Конвекторы делают из:
- стали
- алюминия
- меди
Значительно реже отопительные приборы изготавливаются из органических материалов, имеющих высокую теплопроводность и коэффициент теплоотдачи.
- По способу изготовления. Изготавливают приборы отопления литым, штампованным, сварным, комбинированным способом.
- По вариантам монтажа. Выделяют напольные, настенные приборы, и монтируемые в интерьерные конструкции.
Все конвекторы и радиаторы выпускаются со встроенной регулировкой теплового потока или без таковой.
Различия между конвектором и радиатором
Несмотря на общие задачи, конвекторы и радиаторы имеют существенные отличия.
Способ теплоотдачи принципиально разный. Рабочий конвектор разогревает воздух, который находится в непосредственной близости. Нагретые слои воздуха увеличиваются в объеме и теряют плотность, поэтому становятся легче более холодных слоев. Теплый воздух стремиться к потолку. Внизу, у конвектора образуется зона разрежения, куда засасывается холодный воздух, который снова разогревается и устремляется к потолку. И так постоянно, до выравнивания температуры конвектора и температуры в помещении в любой точке. Ускорить и усилить конвективные потоки помогает кожух, который выполняет роль вытяжного канала.
Радиатор - это отопительный прибор, который осуществляет перенос тепла помимо конвекции, излучением тепловых волн. Как это происходит? Теплоноситель, благодаря процессу теплопередачи, разогревает поверхность радиатора, а точнее передает энергию частицам вещества радиатора. Молекулы в разогретом материале радиатора начинают колебаться интенсивнее и высвобождать энергию в невидимом длинноволновом диапазоне. Распространяясь в помещении, электромагнитные волны поглощаются окружающими предметами с последующим выделением теплоты. Таким предметы, находящиеся вокруг сами становятся излучателями тепла.
Другое отличие - это конструкция. Конвектор выглядит, как труба, на которую насажены многочисленные тонкие пластины. Конвектор должен иметь максимально возможную площадь соприкосновения с воздухом. Радиатор, при равных габаритах, имеет меньшую площадь. Устройство конвектора отличается от радиатора присутствием кожуха. В радиаторе кожух не предусмотрен, так как это значительно снизит степень эффективности прогрева помещения.
Радиаторы более термоинертны. То есть тепловому прибору требуется больше времени для разогрева, так как он обладает повышенной теплоемкостью по сравнению с конвектором. Но и остывать радиатор будет дольше. В определенных ситуациях это может быть как плюсом, так и минусом.
Конвекторы окрашивают в разные цвета. Радиаторы традиционно встречаются в белом исполнении, что может потребовать коррекции в дизайнерском интерьере. Белый цвет применим по соображениям его респектабельности и универсальности, но, по законам физики, наибольшей теплоотдачей будет обладать поверхность черного цвета.
Преимущества и недостатки отопительных приборов
Радиатор отличает в лучшую сторону надежность, долговечность, невысокая цена. Термоинерция играет в плюс, когда происходят перебои с отоплением. Но когда нужно отрегулировать температуру на комфортный уровень этот показатель доставляет неудобства.
Очевидным минусом радиаторов служит высокая температура разогрева поверхности. Она приближена к температуре теплоносителя в системе. В системе центрального теплоснабжения температура может достигать 800C и более. Есть угроза получения ожогов. Избежать этого можно, установив защитный корпус или защитный экран. Но в этом случае падает мощность отопителя.
К достоинствам конвекторов можно отнести небольшую массу, возможность скрытой установки и монтажа в сложных местах, например, под панорамными окнами. Невысокую температуру поверхности конвекторных пластин, в районе 500С, что не приведет к ожогам. Конвекторы быстрее и полнее прогревают помещение.
Существенным минусом конвекторов выступает то, что в результате циркуляции конвекционных потоков в окружающий воздух поднимается пыль.
Нецелесообразно применять конвекторы в помещениях с высокими потолками.
Требования безопасности к отопительным приборам
Поверхность конвекторов и радиаторов не должна иметь острых краев и быть травмобезопасной.
В случае, если технологически предусмотрено нагревание поверхности отопительного прибора до температуры превышающей 750С, то должны устанавливаться защитные экраны
Для окраски приборов отопления необходимо применять порошковые, лакокрасочные материалы, которые не выделяют в процессе эксплуатации вредных и токсичных веществ.
Использование батарей централизованного отопления для организации заземления или токопроводящих работ запрещено.
Не допускается производить выпуск воздушной смеси из алюминиевого прибора в процессе эксплуатации при наличии поблизости открытого огня.
От чего зависит выбор отопительных приборов
Приборы отопления должны соответствовать конкретным проектным требованиям эксплуатации. Запрещено применять отопительные приборы, у которых показатели по температуре теплоносителя и давлению ниже, чем требуемых условий по эксплуатации сети.
Утилизацию радиаторов и конвекторов требуется осуществлять в соответствии с нормативной документацией завода- изготовителя.
Для правильного выбора приборов для отопления жилища или производственного помещения стоит опираться на ряд критериев, которые помогут сориентироваться в многообразии.
- Экономические. Любая система отопительных приборов в помещении должна выдерживать соотношение цены и эффективности эксплуатации, минимизировать траты на монтаж и обслуживание.
- Санитарно-гигиенические. Отопительные приборы должны соответствовать санитарно-гигиеническим нормам, поддерживать температуру и влажность воздуха, установленную в СанПиН в зависимости от назначения помещения. Не должны препятствовать проведению обеспыливания и служить источником загрязнения окружающего пространства.
- Стилистико-архитектурные. Большое внимание уделяется стилистической направленности изделий. Отопители должны гармонично вписываться в пространство и не занимать много места.
- Монтажные. Установка отопительных приборов не должна вызывать трудностей и привлекать сложного инструмента и высокооплачиваемого персонала. Приборы отопления должны быть универсальны по крепежу, иметь прочные и надежные способы крепления.
- Эксплуатационные. Современная теплотехническая продукция должна соответствовать параметрам теплоснабжающей сети. Иметь регулировку теплоотдачи для поддержания комфортных условий в помещении.
- Теплотехнические. Отопительные приборы должны обладать максимальным коэффициентом полезного действия для максимального использования энергии теплоносителя.
Как выбрать отопительный прибор
В первую очередь, это зависит от системы отопления. Они бывают централизованные и автономные. В централизованных системах давление теплоносителя выше, чем в автономных и составляет 9-10 бар, а при опрессовке системы давление поднимают до 12. Существует вероятность гидроудара из-за неравномерной работы гидро насосов на станции теплоснабжения . Вода в системе централизованного отопления имеет повышенную химическую активность в виде растворимых и нерастворимых солей. Автономные системы отличаются пониженным давлением и меньшей жесткостью воды, по сравнению с централизованными. В автономных системах в качестве теплоносителя может применяться антифриз. Эти моменты стоит учитывать при выборе продукции для отопления квартиры, офиса или производства.
Удачно вписываются в указанные требования для систем централизованного отопления чугунные секционные батареи и биметаллические секционные приборы. Секционные приборы имеют возможность дооснащаться необходимым количеством элементов, что делает их универсальными.
Чугунные секционные батареи. Самые недорогие на сегодняшний день отопительные приборы. Имеют отличный запас прочности и долговечности. Радиаторы из чугуна служат до 50 лет. Продукция из чугуна стойка к гидроударам и коррозийным процессам. На рынке отопительной продукции можно встретить чугунные батареи художественного литья, тем самым можно подчеркнуть дизайнерский стиль интерьера. Однозначно не позволяет сделать выбор в пользу чугунины то, что материал тяжелый и имеет непрезентабельный вид. Если не брать во внимание художественное литье. У чугуна высокая теплоемкость, поэтому требуется время, чтобы его разогреть, но в то же время батарея долго остывает. Это минус, когда требуется оперативно отрегулировать температурный режим.
Биметаллические секционные приборы. Приборы из биметалла лишены недостатков чугуна, и имеют свои преимущества: рассчитаны на высокое давление в сети; имеют современный внешний вид. Но дороже чугуна по стоимости. Биметаллические изделия представляют собой стальной сердечник в виде труб, облитый алюминием по форме готовой батареи. Такая конструкция создавалась для того, чтобы исключить контакт алюминия с теплоносителем, так как вода в системе теплоснабжения довольно реактивна по отношению к алюминию.
Алюминиевые изделия. Отопительные батареи из алюминия обладают отличным коэффициентом теплоотдачи, имеют высокий КПД. Из недостатков можно выделить высокую стоимость и данный тип приборов не предназначен для сетей с высоким давлением теплового агента. Вдобавок алюминий не стоек к воздействию агрессивных сред. Поэтому алюминиевые тепловые приборы целесообразно использовать в частном теплоснабжении, где рабочее давление не превышает 8 атмосфер и теплоагент в составе несет минимум солей.
У секционных приборов, независимо от материала изготовления, есть общий недостаток. Они не предназначены для работы с антифризом. Со временем антифриз уменьшает уплотнительную способность межсекционной прокладки и появляется течь.
Панельные отопители. Делаются из стали. Штампуются два листа, симметричных между собой относительно продольной плоскости и свариваются. Таким образом получается плоский отопительный элемент, внутри которого есть каналы для циркуляции теплоагента. Далее отдельные элементы связываются между собой трубами в единую батарею. Полученная прямоугольная панель закрывается декоративным кожухом, но может обходиться без него. Без защитного экрана эффективность прибора выше, но страдает привлекательность. Стальные отопительные панельные приборы имеют хорошую теплоотдачу, современный вид. Можно устанавливать и в частном домостроении и интегрировать в централизованную магистраль.
Трубчатые отопительные приборы. Похожи на секционные отопители по форме. Выглядят как радиаторы из изогнутых вертикальных трубок, соединенных сверху и снизу трубчатым коллектором. Очень вариативны по размерам: от 0,3 метра до 3 метров. Устанавливаются в жилых и производственных помещениях, независимо от системы теплоснабжения.
Конвекторы. Производят из стали, меди и алюминия. Наиболее физически эффективны медные конвекторы. Изготавливаются конвекторы из центральной трубы диаметром до 3см, с нанизанными на нее пластинами. Между пластинами происходит прогрев воздуха. Конвекторы бывают настенной и скрытой установки. На настенные конвекторы одевается специальный кожух, который обеспечивает эффект тяги воздушным массам. Конвекторы скрытой установки могут монтироваться в пол и располагаться под панорамными окнами. Тепловые приборы на основе конвекции существуют естественной и принудительной циркуляции. Искусственная циркуляция достигается применением вентилятора в системе. Конвекторы имеют хороший коэффициент полезного действия, но имеют трудности в очистке от пыли.
Сколько тепловых приборов нужно в помещении
В помещении, согласно технологии установки тепловых приборов, требуется монтаж отопителя под каждым окном. Так как основная цель отопительных приборов компенсировать теплопотери, то и мощность приборов основывается на суммировании коэффициентов тепловых потерь. По усредненным теплотехническим расчетам, при высоте потолка в 2,7 м. 1м3 жилища в панельном доме требует 40Вт тепловой энергии, а кирпичный 35 Вт. Исходя из этого можно посчитать общую мощность обогревателей. На конечный результат будут играть факторы: отношение площади остекленной поверхности к площади стен; площадь наружных стен в помещении и степень утепленности, теплопотери потолка и пола, тип стеклопакета, амплитуда колебаний температур. В частном доме учитываются коэффициенты теплопотерь крыши и фундамента. Каждому фактору присвоен коэффициент, который можно найти в таблицах по теплотехническим расчетам.
Итог тепловой системы приборов
В результате подбора приборов по личным и техническим критериям должна получится система, которая отвечает эксплуатационным пунктам:
Отопительная система должна быть надежной и безопасной, не сильно затратной, простой в обслуживании.
Управление температурным режимом продублировано: автоматика- ручное.
Последовательность действий по управлению приборами должно быть простым и логичным.
Должна быть исключена вероятность нанесения ущерба системе по незнанию пользователя.
В частном жилье меры по предотвращению разморозки отопительной системы обязательны.
Отопительная система должна быть собрана из качественных материалов, согласно теплотехническому расчету, законов физики и здравого смысла.