Неоднородный ТИМ
По мнению экспертов, готовность к внедрению ТИМ в повседневную практику среди российских строительных компаний очень неоднородна. Одна из причин этого – отсутствие единой методологии и ИТ-стандартов и нежелание некоторых игроков рынка переходить на новые стандарты работы.
1 сентября 2023 года вступило в силу Постановление Правительства РФ № 331 в новой редакции, согласно которому до 1 июля 2024 года каждый застройщик, ведущий работы на объектах капстроительства (ОКС) по 214-ФЗ, должен использовать при застройке технологии информационного моделирования (ТИМ), они же BIM. Таким образом, день X для отраслевых компаний, который несколько раз переносился, все же должен настать.
Между тем к обязательным новшествам пока готовы не все. По мнению экспертов ДОМ. РФ, в настоящее время только порядка 18% застройщиков применяют технологии информационного моделирования. Это 30–40 компаний из топ-100 игроков рынка.
Неполная готовность
Схожие выводы делают и специалисты ИТ-сферы, проектировщики, сами застройщики, представители смежных отраслей. По словам руководителя департамента внедрения и технического сопровождения программного обеспечения АО «СиСофт Девелопмет» (CSoft Development) Степана Воробьева, готовность к внедрению ТИМ в повседневную практику среди строительных компаний по России очень неоднородна. Такие лидеры рынка, как ПИК, Самолет и другие, активно используют ТИМ в своих проектах, их также задействуют при строительстве новых объектов промышленные гиганты и технологические драйверы. Москва, Московская область, Санкт-Петербург – драйверы информационного моделирования. «Во многих других регионах и компаниях, имеющих меньшие масштабы деятельности, информационная модель зачастую или не используется, или используется как инструмент самопроверки. Широкому внедрению ТИМ препятствуют такие факторы, как отсутствие у строительных компаний целостного представления о том, как информационная модель может изменить, улучшить и сделать процесс более эффективным ресурсоемкость внедрения ТИМ, отсутствие единой системы взаимодействия между представителями строительной отрасли, где ТИМ выступали бы ключевым элементом. Соответственно ускорению процесса поспособствует широкая популяризация ТИМ, в чем «СиСофт Девелопмент» принимает активное участие в разных форматах. Субсидирование внедрения в самых разных вариантах, за которое мы также выступаем вместе с коллегами из ТИМ-сообщества, и постепенное создание некой экосистемы, где все CAD, PLM, САПР могут бесшовно взаимодействовать друг с другом», – отмечает он.
Рынок не готов к работе по новым правилам, считает генеральный директор Rocket Group Борис Латкин. Использование BIM все еще тяжело вписывается в процессы застройщиков, предпочитающих классические технологии 2D-проектирования и последовательную работу. Распространена практика, когда сначала используют привычное программное обеспечение, а уже потом переводят результат в BIM-формат. Таким образом, новый закон и необходимость перехода на сложное ПО замедлили процесс разработки. «Однако уверены, что в перспективе использование BIM упростит и ускорит работу бюро, специализирующихся на проектах комплексного развития территорий. Сейчас с ИИ-платформой территориального моделирования rTIM интегрируются и классические чертежи, и BIM-модели. Тем не менее мы планируем, что в будущем разработка масштабных проектов застройки в симбиозе BIM и ТIМ-технологий будет быстрее и нагляднее для проектировщиков», – полагает представитель ИТ-рынка.
На наш взгляд, продолжает тему заместитель генерального директора компании «Метрополис» Олег Баранов, большинство застройщиков и 100% основных крупных застройщиков уже используют ТИМ, при этом у них имеются свои внутренние стандарты для информационной модели на разных стадиях проектирования и этапах строительства объекта: «По моему мнению, в Москве, Санкт-Петербурге количество застройщиков, использующих информационное моделирование, может достигать 80%. В целом по России, я думаю, это около 20%. Использование ТИМ также напрямую зависит от конкретного заказчика, от его требований по организации проектирования и строительства. Несмотря на то что ситуация меняется к лучшему, внедрение информационного моделирования на объектах строительства тормозит недостаточное количество квалифицированных BIM-менеджеров, способных интегрировать ее в реальные процессы строительства. Отсутствует понятная всем методология, недостаточные возможности отечественного ПО для реализации необходимых требований, предъявляемых к современной ТИМ-модели. Ускорение процесса внедрения возможно при разработке грамотного, тщательно спланированного последовательного плана, который будет корректироваться практическим опытом, выделения достаточного финансирования на разработку отечественного ПО и обучение специалистов».
Если рассматривать крупных застройщиков из центральных городов РФ, практически все они используют информационную модель в том или ином виде в своей работе, рассказывает директор департамента информационных технологий Группы ЦДС Михаил Орлов. «Про региональных или небольших застройщиков сказать сложно. Скорее всего, данные ДОМ.рф близки к истине. Но в рамках данного ПП можно еще задаться вопросом, готова ли негосударственная экспертиза принимать проекты с информационной моделью и предъявить требования к ним. В Группе ЦДС использование информационной модели на этапах проектирования и подготовки к строительству уже стало обычным процессом и со второй половины 2023 года мы начали подключать к этому коллег со строительных площадок. Для внедрения BIM у застройщиков основным тормозом, возможно, является низкая цифровизация отрасли: получив проект с ИМ застройщик не всегда знает, в каких процессах можно ее использовать, и из-за этого не может сформулировать требования к проектировщикам», – считает девелопер.
По мнению руководителя инженерной группы ANTARUS компании «Элита» Евгения Волчкова, информацию с сайта ДОМ.РФ о том, что только 18% застройщиков использует BIM-технологии, не стоит воспринимать как сигнал «все пропало». Если воспользоваться законом Парето, отмечает эксперт, то 80% текущего объема жилого строительства обеспечивает 20% застройщиков. Это примерно около 500 компаний (исходя из анализа данных сайта ЕРЗ.РФ). Среди этих топ-500 доля компаний, которые применяют BIM, в разы выше. А из 20 крупнейших застройщиков РФ как минимум две трети внедрили эту технологию не вчера, а 3–5 лет назад. Постановление Правительства РФ № 331 является просто необходимым для развития строительной отрасли.
«Наша компания уже 6-й год использует BIM-системы, и полученный опыт показывает, что их внедрение не только ускоряет все процессы реализации проекта – от проектирования до ввода в эксплуатацию, но и существенно повышает качество выполняемых работ. Сопротивление рынка естественно и свойственно любым инновациям. Например, между появлением первого автомобиля и началом его массового использования прошло более 20 лет. Единственным фактором, который мог бы затормозить процесс внедрения BIM-проектирования, является массовый уход иностранных производителей из России. А у большинства компаний, которые пришли на их место, до сих пор нет информационных моделей собственных продуктов. Например, на рынке насосного оборудования буквально единицы производителей могут предложить BIM-модели для проектов, в том числе наша компания «Элита». Мы разрабатываем BIM-семейства на все свои продукты ANTARUS и выкладываем их в свободный доступ», – сообщил Евгений Волчков.
Формообразующий фактор
Другие опрошенные эксперты отмечают саму неоднородность подходов к использованию технологий информационного моделирования. По словам генерального директора ООО «ИСП «Геореконструкция» Алексея Шашкина, сведения об использовании ТИМ спекулятивны, поскольку не определен сам термин. Я вкладываю в него прежде всего все, что способствует главному в любом сооружении – обеспечению механической безопасности. В этом смысле сегодня технологиями информационного моделирования охвачены 100% объектов строительства, поскольку для каждого из них выполняются расчеты, строится численная расчетная модель сооружения.
«Внедрению BIM, он же ТИМ, мешает прежде всего отсутствие связи между расчетной моделью объекта и всем прочим, что принято подразумевать под ним. Декларируется, что в модель достаточно внести некоторое изменение – и модель автоматически перестроится. Это ложь. Дело в том, что при этом не перестроится расчетная модель, а следовательно, конструктив сооружения. Поясню: при пролете между стенами 8 метров перекрытие может быть в виде плиты, а при 12 уже понадобятся балки солидного сечения. Ничего этого в существующем ПО не заложено. Поэтому BIM – это не более чем веселые картинки, которые оказались востребованными только потому, что топ-менеджеры разучились читать чертежи. Для того чтобы они хоть что-то поняли, приходится доводить чертежи до уровня комиксов», – считает руководитель проектной компании.
«Главная проблема – это отсутствие единой методологии и стандартов по BIM. В России есть несколько ГОСТов и других документов по BIM, но они не согласованы и не учитывают специфики разных работ и объектов. Также многие застройщики и проектировщики не имеют опыта и компетенций в BIM и необходимого софта и оборудования. Для ускорения внедрения BIM нужно разработать и утвердить комплекс стандартов по BIM, создать центры компетенций по BIM в регионах, стимулировать развитие отечественного ПО для BIM и обеспечить совместимость разных программных продуктов. Также важно учитывать специфику объекта и вида работ при выборе софта для работы с информационной моделью», – отмечает исполнительный директор BIMDATA Виктория Школина.
По словам директора департамента управления, продуктом компании «Нанософт» Сергея Сыча, переход на ТИМ – это далеко не только переход на новый вид программного обеспечения, это изменение методологии и самих работ, и взаимодействия с коллегами. По разным причинам к таким изменениям готовы далеко не все организации. Любая технология должна быть целесообразной: «От информационной модели проекта прежде всего требуется быть актуальной и достоверной, доступной всем заинтересованным сторонам, а также обладать интероперабельностью, обеспечивающей обмен необходимыми данными и их извлечение, для чего эта модель и создается. Правильный подход определяет получение желаемого результата – с повышением общего качества проекта и его совокупной экономией. ПО здесь является одним из формообразующих факторов: его выбор, стандартизация, внедрение – очень важный элемент итогового результата».
По мнению главы комитета по информационному моделированию градостроительной деятельности АРПП «Отечественный софт» Михаила Бочарова, информационная модель должна быть такой, как написано в Градостроительном кодексе РФ: «Но, к сожалению, с целью снижения требований цифровой экономики делаются попытки пересмотра положений ГрК в угоду более простой схеме данных, в основном используемой за рубежом. Многие могут сказать: мы еще более простые варианты не освоили, а надо уже переходить на более сложные. Да, это именно так, но нужно понимать, что цифровая вертикаль должна учитывать амбициозные планы управления данными, и такие сейчас заложены в ГрК. С другой стороны, нужно максимально упростить формирование и ведение самой ИМ, убрать излишние требования и условности».
Переход к российскому
Информационная модель должна быть разумной и достаточной для решения тех задач и целей, которые застройщик ставит перед собой, используя ее, считает заместитель генерального директора компании Renga Software Максим Нечипоренко. Например, для решения практических задач по управлению строительным проектом. Самое главное – это задать вопрос: зачем нужна информационная модель? Только после этого можно понять, какая она должна быть. Еще можно обратиться к нормативно-техническим документам и искать описание информационной модели там. Можно сказать еще, что для застройщика информационная модель должна быть неким инструментом, который позволит, с одной стороны, сформировать чертежи на основе трехмерной модели, а с другой – сформировать набор IFС-файлов для экспертизы.
«На самом деле, – добавляет Максим Нечипоренко, – если грамотно и правильно внедрять и применять информационное моделирование, то процесс строительства (по 214-ФЗ) оно делает менее затратным, позволяет использовать более достоверные данные для оценки затрат, стоимости и сроков – это все положительно влияет на общий ход строительного процесса. О том, какой использовать софт для информационного моделирования, здесь каждый решает сам в зависимости от своих знаний, технических и финансовых возможностей, наличия квалифицированных кадров. В реалиях сегодняшнего дня этот софт должен быть еще доступным для установки и последующего официального обслуживания, сопровождения и возможности обновления, то есть отечественным», – констатирует эксперт.
Информационная модель должна быть полной и интраоперабельной, отмечает Степан Воробьев. Затраты будут заключаться в приобретении техническим заказчиком ПО и обучении специалистов, задействованных на всех этапах строительства, регламентам использования модели. «Наша позиция состоит в том, что ТИМ на российской стройке должны быть созданы на российском ПО. Мы также выступаем за то, чтобы базовые задачи ТИМ решались на единой платформе, открытой при этом для подключения либо для загрузки данных от другого российского софта, решающего специализированные задачи, связанные с профилем, технологией строительства объекта и другими его особенностями», – добавляет представитель компании «СиСофт Девелопмет».
С помощью виртуальной модели возможно контролировать сроки выполнения работ, оперативно вносить необходимые корректировки и в дальнейшем использовать ИМ на этапе эксплуатации, напоминает Олег Баранов. При этом затраты на строительство сокращаются в среднем на 10–15%. Самое распространенное ПО при создании модели проекта – это Revit, Archicad, Rengа, Model Studio и другие. Отечественное ПО на данном этапе уступает западному софту, поэтому большинство девелоперов работает с использованием Revit, на внедрение которого затрачены значительные средства, настроены необходимые технологические инструменты, и переход на альтернативный софт довольно сложная задача. Тем не менее, подчеркивает представитель компании «Метрополис», для обеспечения экспертной проверки результат всей разносторонней работы в различных моделях, выполненных в соответствии с требуемым информационным наполнением, должен иметь возможность выгружаться в унифицированный IFC-формат.
Финансовый вопрос
Переход от традиционного проектирования к информационному моделированию требует ощутимых инвестиций со стороны строительной компании, считает руководитель IT-проектов ООО «3В Сервис» Артем Солдатов. Застройщику необходимо найти деньги и время, чтобы сформировать новые команды, наладить процессы, выбрать и закупить программное обеспечение: «Несмотря на то что со временем данные вложения окупятся и начнут приносить прибыль, в моменте не все застройщики готовы к подобным издержкам. Еще одна проблема заключается в том, что не все застройщики осознают пользу от внедрения BIM-технологий. Так происходит по причине того, что компании концентрируются только на создании информационной модели объекта строительства, а не на ее использовании. Если подойти к данному вопросу более комплексно и проработать использование модели на всех этапах жизненного цикла сооружения, то преимущества работы с BIM-моделью станут очевидны».
Уже очень много говорилось о том, что переход на BIM действительно окупается, когда модель используется на этапе строительства, а не только проектирования, сейчас же видно, что даже у многих крупных застройщиков модель на стройку пока не выходит, делится своими выводами генеральный директор компании IYNO Анастасия Морозова. Максимум, где она используется, это первоначальный подсчет ведомостей и смет. Ценность для бизнеса от такого перехода на BIM не так очевидна, а значит, и платить за BIM-проектирование на стадии П и РД застройщик не готов. В результате он получает плохую BIM-модель, которая делалась скорее для галочки, и ее сложно использовать в процессе строительства. «Мы видим разброс в ценах на BIM-проектирование в 5 (!) раз. Причем те, кто платит по самому высокому тарифу, очень хорошо понимают, зачем они это делают и как они будут работать с BIM-моделью на этапе строительства. Для них это инвестиции. Те же, кто экономит на качестве, фактически выбрасывают BIM модель сразу после оплаты. Учитывая очень разное качество BIM-моделей, особенно если проектировщика выбрали по минимальной цене, одной из причин, по которой BIM-модель застревает на этапе проектирования и не используется на стройке, не приносит отдачи, является высокая трудоемкость при обработке и «очистке» данных из BIM-модели. Если делать это без средств автоматизации, помогающих избежать рутинной ручной работы, то значительные трудозатраты убивают энтузиазм и желание использовать BIM-модель в процессе строительства», – считает представитель IYNO.
Внедрение BIM, полагает руководитель отдела информационного моделирования ВИ-ОН Екатерина Одинцова, повлечет за собой затраты на обучение персонала, приобретение программного обеспечения и оборудования, но в долгосрочной перспективе BIM может сэкономить средства и упростить процесс строительства и управления проектами: «Благодаря более точному моделированию и анализу можно уменьшить количество ошибок и дорогостоящих изменений на поздних стадиях строительства. Софт должен соответствовать потребностям конкретного проекта и организации, а также должен быть доступен в тот момент, когда внедряется BIM. Унификация и разнообразие в использовании софта зависят от целей и требований конкретного строительного проекта и предпочтений застройщика».
По словам генерального директора компании-проектировщика BIMPRO Анны Николаевой, несмотря на то, что потенциально внедрение BIM выгодно для застройщика, оптимизирует его бюджет, исключает возможность серьезных ошибок на стройке и упрощает контроль, пока еще каждый BIM-проект является уникальным. «У нашей компании накопилась статистика работы с государственными и частными объектами, которая позволяет оценить эффективность и стоимость внедрения BIM. На данном этапе застройщику не нужна сложная BIM-модель. Оптимальным, на наш взгляд, является щадящее внедрение BIM, то есть оцифровка существующего 2D-проекта – это снижает расходы застройщика и позволяет выполнить требования регуляторов к BIM-проектированию и, несмотря на щадящее внедрение, несет существенную экономию», – резюмирует эксперт.
ZinCo: создай жизнь на крыше
Немецкая компания ZinCo является мировым лидером кровельного озеленения. За более чем полувековой период деятельности она разработала ряд уникальных технологий, позволяющих создавать на крыше зданий естественную зеленую среду с различными видами озеленения, от самых простых до самых настоящих садов на крыше. В настоящее время филиалы компании работают в 45 странах мира. Официальным представителем ZinCo в России и странах СНГ является компания «ЦинКо РУС», которая за годы своей работы уже реализовала множество интересных проектов.
Стоит отметить, что зеленые кровли, в том числе благодаря ZinCo, стали обычным явлением во многих странах уже несколько десятков лет назад. В России у кровельного озеленения история скромнее, но сейчас данный сегмент становится все более востребованным.
Руководитель Санкт-Петербургского офиса OOO "ЦинКо РУС" Сергей Яшенков вспоминает, что идея создать проект природной кровли, к которым также относятся «зеленые крыши», возникла еще в 2001 году. Оказалось, что это довольно сложный продукт, потребовавший глубокого предварительного ознакомления. «Начиная с 2003 года, мы стали изучать мировую практику по производству зеленых кровель. В России тогда этой темой практически никто не занимался, лишь изредка возникали подобные проекты у частных архитекторов и проектировщиков. Но в промышленных масштабах этого не было. Наибольший интерес у нас вызвала продукция лидера кровельного озеленения – компании ZinCo в Германии. В течение пяти лет мы изучали этот вопрос научными и практическими методами, исследовали возможность применения зеленых кровель в российском климате. В 2007 году, после того как наш опыт был признан успешным, в России открылся филиал немецкого концерна ZinCo, сотрудником которого я и являюсь»,- добавил Сергей Яшенков.
В настоящее время в активе «ЦинКо РУС» более 500 реализованных проектов. Среди них: озелененные кровли здания Союза Московских Архитекторов, архитектурного объекта «Городская Площадь» в Москва-Сити, павильона станции столичного метро «ЦСКА»; в Санкт-Петербурге эксплуатируемая кровля была создана на новом корпусе клиники ВМА МО и т.д. «ЦинКо РУС» очень плотно работает и с жилыми объектами. Многие ЖК в Москве, Санкт-Петербурге и других городах были возведены с озелененными крышами и стилобатами. Применяются системы ZinCo и в проектах индивидуального малоэтажного строительства.
«ЦинКо РУС» предлагает различные виды озеленения кровли. Компания работает как с плоскими, так и со скатными кровлями, в том числе, решая сложные задачи эксплуатации кровли (пешеходные зоны, проезжие части для тяжелого транспорта, спортивные и детские площадки и т.д.).
Качество на долгие годы
В чем же привлекательность озелененной кровли от ZinCo? Как отмечают в компании «ЦинКо РУС», в уникальности самих технологий и продуктов немецкого концерна. Используются они на практике достаточно давно, но постоянно дорабатываются и адаптируются, в том числе, под определенные географические особенности и отвечают всем современным требованиям. В частности, гарантия на решения ZinCo до 35 лет.
Кроме того, «ЦинКо РУС» контролирует весь комплекс строительно-монтажных работ по устройству крыш. Таким образом, обеспечивается качество исполнения проектного решения. За счет высокого качества технических решений и использования оригинальных материалов ZinCo, высокого профессионализма сотрудников «ЦинКо РУС» заказчик зеленой крыши может на длительные годы существенно сократить расходы на ее эксплуатацию.
По словам Сергея Яшенкова, в работе используются только оригинальные материалы ZinCo. Поставляются они из Германии. Также с 2015 года по программе импортозамещения некоторые материалы ZinCo начали производиться и в России. В целом, практически все продукты ZinCo обладают уникальными техническими характеристиками. «Приведу пример, у нас есть высокопрочная профилированная мембрана для эксплуатируемых кровель - Стабилодрейн SD30. Этот материал позволяет сократить сроки производства работ на две недели и организовать производство работ на кровле без отливки распределительной железобетонной плиты»,- добавляет он.
Знание-сила
Специалисты «ЦинКо РУС» не только занимаются озеленением кровель на множестве отечественных объектов, но и проводят большую просветительскую работу. Компания регулярно проводит семинары, на которых рассказывает о современных технологиях, материалах и трендах в сегменте озеленения и строительства эксплуатируемых крыш. Также представители «ЦинКо РУС» принимают участие в симпозиумах, международных и региональных конференциях. Таким образом, компания стоит в авангарде развития и популяризации зеленых технологий в строительстве в России.
Стоит добавить, что «ЦинКо РУС» является одним из разработчиков национального стандарта по озеленению крыш (ГОСТ Р 58875-2020). С 1 июня 2020 года он вступил в силу и должен способствовать реализации новых качественных проектов в данной сфере.
«Перед собой мы ставим множество планов и задач. Конечно же, их реализация будет во многом зависеть от того, как будет двигаться стройка в России. Хочу отметить, что я и мои коллеги, готовы делиться своим опытом и наработками, принимая участие в проектах с эксплуатируемыми кровлями различного назначения»,- подчеркнул Сергей Яшенков.
МАТЕРИАЛЫ ПО ТЕМЕ:
Здесь будет сад. Зеленые кровли становятся архитектурным трендом
«Зеленые стандарты» необязательного характера следовать или нет ?
Опыт одновременного строительства подземной и надземной частей здания методом up-doun
В условиях плотной городской застройки, а также дефицита свободных участков подземное строительство приобретает особую актуальность, однако местная специфика и гидрогеологические условия делают задачу возведения подземных объектов очень непростой. Это стимулирует инженеров использовать новые методы, которые обеспечивают безопасную эксплуатацию окружающей застройки, позволяют проводить подземные работы практически на любой глубине даже в самых сложных инженерных и геологических условиях. Одним из таких является метод up-down, или «вверх-вниз». Такой способ позволяет на нулевой отметке выполнить перекрытие и продолжить строительство одновременно как вверх, так и вниз. Данная технология является актуальной в современных условиях строительства, так как позволяет возводить здания с меньшим задействованием близлежащих территорий. В статье описан принцип технологии up-down, представлен порядок производства работ, рассмотрены основные преимущества и недостатки данного метода, приведены результаты геотехнического мониторинга окружающей застройки.
Основной областью применения метода up-down является устройство глубоких котлованов в пределах плотной городской застройки. Обычно этот метод используется при невозможности выполнения грунтовых анкеров вследствие стесненных условий и существующей развитой подземной части на соседних участках [1–7]. Кроме того, этот метод используется при малых допустимых деформациях окружающих зданий и сооружений. Явным преимуществом метода up-down является высокий темп строительства при устройстве высотной части (рис. 1).
Рис. 1. Схема производства работ по методу up-down
При многих преимуществах этого метода строительства он в большинстве случаев ведет к удорожанию строительного производства по сравнению со строительством в открытом котловане. Особую сложность представляет собой организация снабжения и логистики при подобном виде работ [8]. Следует отметить, что устройство подземной части по методу «вверх-вниз» требует высокой квалификации подрядчика и детальной проектной проработки [9].
Для производства работ по устройству подземной части при данном методе строительства используется технологии «стена в грунте» и струйная цементация грунта (Jet-grouting). Проектирование конфигурации стены выполняется с учетом особенностей технологического оборудования (гидрофрезы). В ходе подготовительных работ по контуру будущей ограждающей конструкции выполняется форшахта шириной 60…80 см и глубиной до 3,0 м. Стенки форшахты раскрепляются железобетонными монолитными конструкциями.
Разработка грунта в траншее и бетонирование выполняются под защитой глиняного тиксотропного раствора, приготовляемого из бентонитовой глины, что обеспечивает устойчивость стенок траншеи от обрушения. Параметры раствора корректируются при производстве работ на опытном участке.
Укладка бетонной смеси панелей ограждающей конструкции производится методом вертикального подъема трубы. Бетонирование стен под защитой глиняного раствора должно выполняться не позднее чем через 8 часов после образования траншеи в захватке. Бетонирование одной захватки проводится непрерывно на всю высоту. Между захватками выполняется холодный рабочий шов, а армирование захватки — сборными пространственными арматурными каркасами. Глубина ограждающей конструкции по данной технологии может достигать 25…30 м.
По грунтовым условиям «стена в грунте» может применяться в любых дисперсных грунтах.
При устройстве больших котлованов, внутри которых возводится здание или сооружение, ограждающие конструкции, выполненные методом «стена в грунте», используют как внешние стены подземной части. В этом случае нагрузка от здания передается на фундаменты, не связанные с ограждающими стенами.
При необходимости ограждающие конструкции, устраиваемые методом «стена в грунте», могут выполнять двойную функцию: являются и ограждением котлована, и конструктивным элементом.
Современные технологии позволяют устраивать конструкции подземных сооружений разных форм, но традиционные и наиболее часто встречающиеся — конструкции из прямолинейных стенок.
При наличии грунтов, содержащих твердые включения природного или техногенного происхождения (крупные валуны, обломки бетонных конструкций, каменной кладки и др.), при проходке траншеи используется техника, оснащенная фрезерным оборудованием, например, фирм «Бауэр», «Касагранде».
Использование грейферного оборудования, которым крупные включения извлекаются, может привести к деформированию стенки траншеи, падению уровня тиксотропного раствора и деформациям окружающего массива и близ расположенных зданий.
Для надежного уплотнения проблемных стыков между панелями траншейных стен, как показал опыт строительства, успешно может быть применена технология струйной цементации jet-grouting. Она заключается в разрушении и перемешивании грунта мощнонапорной струей цементного раствора, исходящего под высоким давлением из монитора, расположенного на нижнем конце буровой колонны. В результате в грунтовом массиве формируются сваи диаметром 0,6–1,5 м из нового материала — грунтобетона с достаточно высокими несущими и противофильтрационными характеристиками. При этом цементационные работы могут выполняться как снаружи ограждающих котлован стен, так и изнутри котлована до его разработки. С этой целью в зависимости от прогнозируемой величины раскрытия стыков с глубиной могут быть применены неармируемые или армируемые металлическими трубами грунтоцементные колонны диаметром 60 или 80 см.
Для разработки грунтового ядра внутри подземного сооружения, возводимого способом «стена в грунте», рекомендуется применять технологию, которая предусматривает разработку вначале центральной части грунтового массива на глубину одного яруса с сохранением по периферии нетронутых участков. Такой прием облегчает работу ограждающей конструкции. Затем монтируются распорные конструкции, и разрабатывается оставшаяся часть грунта. Одним из существенных преимуществ данных технологий является возможность устройства как отдельных, так и протяженных подземных конструкций с поверхности земли без экскавации котлована [10].
Производство работ по методу up-down считается одним из самых сложных видов строительного производства с геотехнической точки зрения и предусматривает комплексную программу мониторинга в период строительства здания [11].
- Характеристика объекта строительства
Рассматриваемая площадка строительства обладает практически всеми перечисленными осложняющими факторами:
Инженерно-геологические и гидрогеологические условия.
В геологическом строении площадки принимают участие следующие элементы (рис. 2): ИГЭ-1. Современные техногенные отложения, песчано-суглинистые грунты со щебнем кирпича. ИГЭ-2. Глина мягкопластичной консистенции. ИГЭ-3. Суглинки мягкопластичной и тугопластичной консистенции. ИГЭ-4. Супеси пластичные. ИГЭ-5. Пески пылеватые, средней плотности, водонасыщенные. ИГЭ-6. Пески мелкие, средней плотности, водонасыщенные. ИГЭ-7. Пески средней крупности, средней плотности, водонасыщенные. ИГЭ-8.1. Глина полутвердая. ИГЭ-8. Мергель малопрочный. ИГЭ-9.1. Известняк, разрушенный до щебня и дресвы. ИГЭ-9. Известняк малопрочный. ИГЭ-10. Глина полутвердая.
Подземная вода встречена на глубине 3,7…4,0 м от поверхности.
В представленных инженерно-геологических условиях, при наличии в основании значительной толщи слабых грунтов и высоком уровне грунтовых вод, основным требованием к ограждающей конструкции котлована является обеспечение минимального поступления воды в котлован и ограничение дополнительных вертикальных перемещений окружающей застройки. Для определения зданий и сооружений, на которые возможно влияние от строительства проектируемого, предварительно назначается 30-метровая зона, которая впоследствии уточняется расчетами. Выполняется обследование зданий, определяется история их строительства, техническое состояние основных конструктивных элементов. Величина допустимого влияния определяется исходя из условия обеспечения надежности здания и зависит от его технического состояния и конструктивной схемы.
Рис. 2. Инженерно-геологический разрез площадки строительства
Градостроительная и геотехническая ситуация.
Строящееся здание возводится в существующем квартале исторической застройки на месте демонтированного здания. При этом по градостроительным условиям было необходимо сохранить исторический фасад здания, выходящий на улицу. В зону влияния строительства попадают 15 зданий, техническое состояние зданий по результатам обследования оценено как удовлетворительное, предельные дополнительные осадки этих зданий ограничены диапазоном 10…30 мм. Для обеспечения сохранности и механической безопасности зданий при производстве работ по строительству здания и в ходе его эксплуатации необходимо было выполнить комплекс работ по улучшению механических свойств грунтовых оснований (метод компенсационного нагнетания цементного раствора) и усилению конструкции фундаментов. На всех этапах производства работ был организован мониторинг за развитием вертикальных перемещений и техническим состоянием основных конструкций зданий. Схема расположения наблюдательных марок приведена на рис. 3.
Рис. 3. Схема размещения наблюдательных марок (вертикальные перемещения)
Характеристика строящегося здания.
Здание монолитное, железобетонное, с максимальной отметкой верха 34,10 м, прямоугольной формы в плане, состоящее из 6-этажной надземной части и 3-этажной подземной части (гаража). Несущие конструкции — продольные и поперечные монолитные железобетонные стены и колонны. Максимальная глубина котлована 12,60 м. Способ разработки котлована up-down: заглубление под защитой дисков плит перекрытий с возможностью одновременного строительства вверх. Конструкция ограждения котлована: траншейная стена толщиной 640 мм, выполняемая гидрофрезерным оборудованием (базовая машина BAUER BG-28 с гидрофрезой BC-32). Фундамент — свайное поле со сваями-бареттами, опирающимися на однородный скальный грунт (известняки). Вся эксплуатационная нагрузка передается на сваи, железобетонная плита подстилающего слоя толщиной 250 мм не связывается со сваями.
2. Последовательность выполнения работ
Производство работ по устройству подземной части здания выполнялось в следующей последовательности:
Этап 1. Выполнение компенсационного нагнетания цементного раствора в грунтовое основание фундаментов зданий окружающей застройки. Усиление конструкции фундаментов зданий окружающей застройки. Устройство буроинъекционых свай в основании фундаментов сохраняемой части фасада (рис. 4).
Рис. 4. Схема выполнения работ по усилению грунтового основания фундаментов существующих зданий
Усиленный таким образом грунтовый массив является новым техногенным образованием, обладающим высокой степенью жесткости. Методика уплотнения позволяет уплотнять не только дисперсные связанные грунты (глины, суглинки, супеси), но и несвязанные дисперсные грунты (пески, насыпные техногенные грунты). Расширение возможностей применения технологии на широком спектре грунтов происходит за счет подбора качественной характеристики раствора, обеспечивающей ее высокую проникающую способность. Наличие грунтовых вод не является противопоказанием к применению высоконапорной инъекции.
Этап 2 (рис. 5). Выполнение форшахт для устройства ограждения по периметру подземной части здания и для выполнения свай-баретт. Производство работ по устройству монолитной железобетонной плиты рабочего уровня с направляющими гильзами для устройства скважин цементации. Бурение скважин и цементация скального грунта. После цементации вдоль периметра ограждения котлована образуется слой скального грунта с достаточными противофильтрационными свойствами для разработки вертикальных траншей
Рис. 5. Этапы устройства форшахт ограждения по периметру и баретт, цементации основания и бетонирования плиты рабочего уровня
Рис. 6. Этапы устройства ограждающей конструкции, свай-баретт и экскавации котлована
под защитой бентонитового раствора. Водопроницаемость зацементированных грунтов контролируется по величине удельного водопоглощения, установленного при гидравлическом опробовании контрольных скважин. В основании баретт формируется непрерывный пласт сплошного зацементированного скального массива с нормативным пределом прочности на одноосное сжатие — R_с≥11,0 МПа. Для контроля прочности выполняется отбор образцов и их лабораторные испытания.
Этап 3 (рис. 6). Устройство траншейной стены ограждения подземной части методом «стена в грунте» гидрофрезерным оборудованием (единичная заходка — 2800 х 640 мм) в две очереди по захваткам с заведением в водоупор (ИГЭ-10) не менее чем на один метр. Устройство замыкающих грунтобетонных элементов, выполняемых по технологии струйной цементации грунта (Jet-1), между криволинейными захватками с заведением до отметки кровли скального грунта (ИГЭ-8).
Этап 4. Устройство баретт (2800 х 640 мм) с «сердечниками» под временные и постоянные железобетонные и стальные колонны и баретт под башенный кран по технологии «стена в грунте».
Этап 5. Демонтаж форшахт и железобетонной плиты рабочего уровня. Устройство фундамента башенного крана. Срубка шламового бетона верхней части ограждения котлована на высоту 500 мм. Устройство обвязочной балки и периферийной части плиты перекрытия на отметке (-0.100) по инвентарной опалубке.
Этап 6. Поэтапная экскавация котлована до отметки -4,550 м. Демонтаж временных колонн.
Этап 7. Устройство монолитной железобетонной плиты перекрытия на отметке (-4.550) по бетонной подготовке. Устройство вертикальных несущих конструкций минус первого этажа.
Этап 8. Устройство центральной части плиты перекрытия с технологическими проемами на отметке (-0.100). Эта конструкция позволяет вести работы по устройству надземной части здания, поскольку опирается на ранее выполненные сваи баретты и не требует устройства фундаментной плиты на минус третьем уровне. Начало строительства надземной части здания без ограничения скорости производства работ и этажности.
Этап 9. Разработка грунта котлована малогабаритной техникой до отметки -8.500. Устройство монолитной железобетонной плиты перекрытия минус второго этажа на отметке -8.200.
Этап 10. Разработка грунта котлована малогабаритной техникой до отметки -12,600 м. Срубка и оформление оголовков баретт. Устройство дренажной системы по дну котлована. Устройство монолитной железобетонной плиты пола минус третьего этажа.
Этап 11. Устройство вертикальных несущих конструкций минус третьего этажа.
Этап 12. Завершение работ по устройству монолитной железобетонной плиты минус второго этажа. Устройство пандусов и лестничных маршей. Устройство внутренней вертикальной гидроизоляции и прижимной монолитной железобетонной стенки на минус третьем этаже. Для устройства монолитной прижимной стенки в перекрытиях были предусмотрены технологические гильзы-направляющие.
Этап 13. Устройство вертикальных несущих конструкций минус второго этажа. Устройство внутренней вертикальной гидроизоляции и прижимной монолитной железобетонной стенки на минус втором этаже.
Этап 14. Ликвидация временного технологического проема в железобетонной плите на отметке -0.100. Демонтаж временных колонн.
Этап 15. Демонтаж башенного крана. Демонтаж ростверка и баретт башенного крана. Устройство внутренней вертикальной гидроизоляции и прижимной монолитной железобетонной стенки на минус первом этаже. Устройство наружной вертикальной гидроизоляции стилобатной части здания и благоустройство территории.
3. Геотехнический мониторинг
В ходе геотехнического мониторинга выполнялись высокоточные геодезические измерения отметок установленных деформационных марок, оценивалась динамика развития вертикальных перемещений зданий и проводилась визуальная оценка их технического состояния. Динамика развития наиболее интенсивных вертикальных перемещений показана на рис. 7. Вертикальные перемещения остальных марок имеют меньшие значения. Относительная разница дополнительных осадок фундаментов существующих зданий также не превысила предельно допустимого уровня.
Рис. 7. Динамика развития вертикальных перемещений деформационных марок
О стабилизации осадок зданий окружающей застройки можно судить по изменению скорости их развития, а она имеет явную тенденцию к снижению. Это можно хорошо проследить на графике построенных по данным наблюдений. Если в начальный период наблюдения она составляла 0,1…0,15 мм/сут, то через 90 суток она составила 0,03…0,45 мм/сут, следовательно, снизилась в 2,5 …3,0 раза. Такое снижение скорости развития абсолютной величины вертикальных перемещений свидетельствует о процессе их стабилизации.
Заключение
Выбор метода производства работ up-down по устройству здания в стесненных городских условиях оказался полностью оправданным. Использованные при реализации этого метода технологии позволили выполнить работы в установленные сроки, с качеством обеспечивающим механическую безопасность как строящегося объекта, так и окружающей застройки. Производство работ хотя и является технически сложным, но при надлежащем уровне мониторинга позволяет оптимизировать сроки проведения работ. Полученный в ходе строительства опыт может быть в дальнейшем использован при проектировании и строительстве объектов такого уровня сложности.
Литература
1. Абелев М. Ю. Особенности технологии проведения работ по устройству фундаментов: Учеб. пособие / М. Ю. Абелев, Б. М. Красновский. М.: Б. и., 1980. — 45 с.
2. Абелев М. Ю. Деформации сооружений в сложных инженерно-геологических условиях. М.: ЦМИПКС при МИСИ им. В. В. Куйбышева, 1982. — 290 c.
3. Строительство зданий и сооружений в сложных грунтовых условиях / [М. Ю. Абелев, В. А. Ильичев, С. Б. Ухов и др.]; под ред. М. Ю. Абелева. М.: Стройиздат, 1986. — 104 с.
4. Абелев М. Ю., Чунюк Д. Ю, Бровко Е. И. Выправление кренов высотных промышленных и гражданских зданий // Промышленное и гражданское строительство. 2016. — № 11. — С. 54–59.
5. Катценбах Р., Шмитт А., Рамм Х. Основные принципы проектирования и мониторинга высотных зданий Франкфурта-на-Майне. Случаи из практики // Реконструкция городов и геотехническое строительство. 2005. № 9. C. 80–99.
6. Конюхов Д. С. Строительство городских подземных сооружений мелкого заложения. М.: Архитектура, 2005. — 298 с.
7. Chang-Yu Ou. Deep Excavations. Theory and Practice. London: Taylor & Francis, 2006. — 532 p.
8. Щерба В. Г., Абелев К. М., Храмов Д. В., Сагалаков Г. В., Бахронов Р. Р. Особенности обеспечения объектов строительства монолитных многоэтажных зданий в стесненных городских условиях. //Вестник МГСУ. — 2008. — № 3. С. 146–149.
9. Юркевич П. Б. Возведение монолитных железобетонных перекрытий при полузакрытом способе строительства подземных сооружений //Подземное пространство мира. — 2002. — № 1. — С. 13–22.
10. Makovetskiy O., Zuev S. Practice device artificial improvement basis of soil technologies jet grouting. Procedia Engineering. — 2016. — Vol. 165: 15th Intern. sci. conf. Underground Urbanisation as a Prerequisite for Sustainable Development 12–15 Sept. 2016, St. Petersburg, Russia. — P. 504–509.
11. Маковецкий О. А. Зуев С. С. Опыт проведения испытаний баретты большой длины в условиях плотной городской застройки // Жилищное строительство. 2018. — № 9 —С. 13–18.
Авторы статьи:
М. Ю. АБЕЛЕВ, С. С. ЗУЕВ , Р. Р. АХМЕТШИН
Центр инновационных технологий в строительстве Института ДПО ГАСИС НИУ ВЩЭ
АО «Нью Граунд»