Эволюция изысканий: от тяжелого бурения — к цифровым двойникам
Рынок инженерных изысканий сегодня — это поле битвы между сжатыми сроками строительства и фундаментальной геологической достоверностью. О том, как не наступить на грабли техногенных грунтов и почему лазерное сканирование может спасти проект от переделок, — в нашем обзоре.
Инвестиционные проекты все чаще реализуются в стесненных условиях исторической застройки или на слабых грунтах, где ошибка изыскателя может стоить миллиарды. В ответ на эти вызовы компании переходят от «бумажной» геологии к цифровым двойникам. В новых подходах они видят не просто ресурс для ускорения, но в первую очередь гарантии обеспечения безопасности здания на десятилетия вперед.
О ресурсной базе и технологиях
Оснащение в изысканиях — это вопрос профессиональной честности. Николай Олейник, генеральный директор ЗАО «ЛенТИСИЗ», подчеркивает: заказчик платит не за метры бурения, а за достоверный прогноз. Компания исторически вкладывается в перевооружение: ее парк включает тяжелые установки УРБ для глубокого бурения (до 165 метров) и малогабаритные итальянские буровые Beretta, которые проходят в арки исторических зданий. Для полевых исследований грунтов применяется полный спектр оборудования — от статического зондирования (CPT) до дилатометра Марчетти, который позволяет получать данные о грунте in situ — на месте — с высокой точностью, не нарушая его структуру.
— Что касается программного обеспечения и цифровизации, здесь мы идем в ногу со временем: используем современные геодезические приборы, тахеометры, GNSS-приемники, — отмечает Николай Олейник.
Ключевой тренд последних лет — лазерное сканирование. Это не просто «фотография» местности, а готовый переход к цифровым двойникам, но с одной оговоркой: она должна применяться умно.
— Наземное сканирование дает миллионы точек, идеальную детализацию для сложных фасадов или промышленных объектов, — поясняет генеральный директор ЗАО «ЛенТИСИЗ». — Мобильное сканирование незаменимо для линейных объектов — дорог, трасс, где раньше приходилось ходить с вешкой неделями, а теперь мы получаем «облако точек» за пару проездов. А технология SLAM — это вообще прорыв для подземных сооружений и зданий, где нет спутникового сигнала.
Как отмечает генеральный директор ООО «РУСЭКО-СТРОЙПРОЕКТ» Александр Лапыгин, его компания также сфокусирована на цифровой точности, используя в работе технологию наземного лазерного сканирования с 2016 года. Это единственный метод, результаты которого можно хоть как-то проверить без сопоставимых с их получением трудозатрат.
— То есть, грубо говоря, «облако точек» можно сравнить с обмерным чертежом и найти в нем ошибки, а когда обмеры выполнены простой лазерной рулеткой и их результат зафиксирован карандашом на бумажке — сравнить обмерный чертеж просто не с чем, только заново перемерять, — подчеркивает он.
Руководители компаний отмечают экономический эффект от внедрения высоких технологий. Для «ЛенТИСИЗ» лазерное сканирование (наземное, мобильное, SLAM для подземных сооружений) — это способ ускорить и удешевить процесс для заказчика.
— Проектировщик получает не просто топоплан, а готовую трехмерную основу. Это исключает ошибки привязки и необходимость повторных выездов геодезистов, — говорит Николай Олейник.
Александр Лапыгин предупреждает, что сама по себе технология не удешевляет работу:
— Это не ускоряет и не удешевляет процесс ни для нас, ни для заказчика, но кардинально снижает риск ошибки при обмерах (для обмеров вручную этот риск составляет практически 100%) и, конечно, экономит время и трудозатраты на корректировку проектных решений в момент выхода подрядчика на стройплощадку.
Оценка рисков и работа в стесненных условиях
Такая компетенция, как опыт работы в экстремальных геологических и стесненных условиях, для «ЛенТИСИЗ» является «профессиональным ДНК». Вспоминая сложнейшие объекты, Николай Олейник приводит пример из собственной практики времен начала карьеры — гольф-клуб в Сестрорецке. — Там — торфы, слабые грунты, пылеватые пески. Заказчик не хотел тратиться на подъездные пути, а нам нужно было получить качественные образцы. Пришлось применять нестандартное оборудование, буквально вытаскивать керн из болота, не нарушая его структуру, — рассказывает он. — Такая «полевая закалка» потом очень помогает в управлении — сразу видишь, где технология дает сбой, а где объективные геологические сложности.
Сегодня же ключевой вызов — стесненные условия исторических дворов-колодцев в центре города. Выходом становится использование малогабаритной техники и накопленный кадровый потенциал.
— Минимизация рисков для нас — это комплексный подход. Мы сами себе обеспечиваем контроль: от геодезической разбивки до лабораторных испытаний и итогового отчета, — отмечает спикер.
Также Николай Олейник подчеркивает важность преемственности поколений, когда молодые инженеры перенимают опыт у ветеранов, работавших на ликвидации последствий Ташкентского землетрясения и аварии на Чернобыльской АЭС.
Контроль качества и взаимодействие с заказчиком
В «ЛенТИСИЗ» выстроена система трехуровневого контроля: полевой, лабораторный (на площади более 500 кв. м) и камеральная проверка. Здесь гордятся культурой взаимодействия, привитой еще в 1990-е годы при работе с иностранными партнерами.
— Мы стараемся не просто отдать отчет, а сопровождать проект, консультировать всех участников проекта на его последующих этапах, — поясняет Николай Олейник. — Если строители начинают работы раньше выдачи финального документа (а сейчас это частая практика из-за сжатых сроков), мы выезжаем на площадку, уточняем данные по факту, чтобы стройка шла без простоев. Главное, чтобы заказчик понимал: мы с ним в одной лодке, и наша репутация зависит от того, как поведет себя здание через 5, 10, 50 лет.
«РУСЭКО-СТРОЙПРОЕКТ» сделал ставку на формализацию процессов. Александр Лапыгин отмечает, что важнейший элемент контроля — построение системы управления проектом.
— Не зря придумали шаблоны, чек-листы и обязательный контроль в несколько этапов. Конечно, самые развитые системы такого контроля — в авиации, откуда они и распространились, — говорит он.
Компания опубликовала в открытом доступе совокупность чек-листов и описаний бизнес-процессов. Взаимодействие с заказчиками переведено в электронный вид (ЭДО, среда общих данных). Однако Александр Лапыгин признает, что рынок требует гибкости:
— По некоторым важным решениям по проекту мы готовы руководствоваться указанием представителя заказчика, данным устно или в мессенджере. При этом в обязательном порядке дублируем запросы по формальной процедуре, чтобы спустя месяц, но все же получить и формальный ответ, снижающий юридические риски.
Мегаполисы вводят требования к городской подсветке
Власти стали внимательнее подходить к вопросам устройства архитектурной подсветки фасадов и ландшафтных зон. Москва и Санкт-Петербург уже ввели обязательные согласования проектов, чтобы объекты не создавали световой шум, а рождали ощущение безопасности и красоты.
С появлением электричества в начале ХХ века города получили иллюминацию. И сейчас виды светящихся вечерних фасадов жилых комплексов и бизнес-центров, общественных пространств, парков и скверов все чаще превращаются в отдельный вид искусства. По сути, становятся новой достопримечательностью того или иного района. Казалось бы, технологии продлили активный день горожан на период и после захода солнца, позволили ориентироваться в темное время суток, обеспечили безопасность и эстетику. Но в обществе все больше растет запрос на этичность ночного освещения.
До недавнего времени в России не было единых правил в части подсветки городского пространства. Каждый собственник имел право оформить фасад по-своему, без учета общего облика населенного пункта. В результате города зачастую становились объектами светового загрязнения, когда чрезмерное количество света не достигает своего целевого назначения. Для оценки такого показателя ученые используют либо данные измерительных приборов, установленных на земле, либо информацию от спутников. Последние позволили создать мировую карту светового загрязнения, на которой можно посмотреть показатели прироста яркости каждого мегаполиса с динамикой по годам и общий фон распространения света.
Впечатляющее сияние
Для разрешения возникшего вопроса Москва и Санкт-Петербург первыми в России ввели обязательное согласование проектов вечерней иллюминации на уровне города. «Архитектурная подсветка — это важная часть любого проекта на сегодняшний день. Такое требование у нас есть в АГР (архитектурно-градостроительном решении. — Примеч. ред.), и мы всегда смотрим за этим разделом», — подчеркивает главный архитектор Москвы Сергей Кузнецов.
Сегодня в столице реализуются совершенно различные сюжеты вечернего освещения. Уникальная концепция архитектурно-художественной фасадной подсветки, отсылающая к историческому прошлому местности, разработана для жилого комплекса в Басманном районе на Большой Почтовой ул., вл. 18. Систему освещения продумали с учетом удобства для жителей: исключена засветка в окна соседних домов, а теплый спектр гарантирует уютную атмосферу. Антибликовое покрытие и автоматическая регулировка интенсивности обеспечат визуальный комфорт в любое время суток. Все 502 светильника интегрируют в геометрически сбалансированные фасады. Авторы проекта бережно сохранили память о промышленном бэкграунде в бетонных фасадах с фрагментами из стекла и металла.
Клубный дом «Чистые Пруды» в центре столицы по завершении реконструкции получит более 630 элементов освещения, которые подчеркнут строгую красоту фасадов здания постройки 1915 года авторства Отто фон Дессина.
Также недавно Москомархитектура согласовала фасадную подсветку многофункционального комплекса LAKES, интегрированную в общий архитектурный контур района. Положительные оценки получил проект элегантной и довольно активной архитектурной подсветки на Садовнической набережной, а также янтарная иллюминация жилого комплекса на Лужнецкой набережной, которая подобно теплому солнечному свету наполнит пространство первой береговой линии и станет, по замыслу авторов, объединяющим кодом визуальной составляющей.
Не оставляет без внимания вопросы подсветки городских пространств и Северная столица. Отсутствие согласования может грозить штрафом, требованием демонтировать или перенести оборудование, особенно если соседи, ТСЖ или управляющая компания направят жалобу о дискомфорте в ночное время суток. Под пристальным вниманием — памятники архитектуры, фасады зданий в центральной части города и иллюминация, просматриваемая с улиц и проспектов.
Тренд только мегаполисов?
Представитель девелоперской компании FORMA Антон Валявин уверен, что контроль за проектами ночного освещения со стороны властей положительно сказывается на качестве организации подсветки. «Это шаг в правильном направлении, но эффект станет заметен через 10–15 лет, когда выйдут новые поколения проектов», — говорит эксперт.
Впрочем, общероссийский уровень качества архитектурной подсветки и систем уличного освещения пока остается невысоким. В регионах ситуация особенно неоднородная: чем дальше от Москвы, тем чаще подсветка реализуется без системного подхода.
«Качество архитектурного освещения в системах уличного освещения в России значительно варьируется в зависимости от региона и подходов к планированию, — соглашается светодизайнер QPRO, к. т. н., исследователь Светлана Колгушкина. — Поскольку Москва задает тон в этой сфере, остальные города зачастую перенимают тренд на увеличение числа освещенных фасадов зданий. Однако это может привести к дисбалансу: при наличии запроса на архитектурную подсветку центральных районов спальные кварталы могут оставаться без достаточного функционального освещения, особенно в условиях ограниченного городского бюджета. Приоритет должен отдаваться интересам жителей. Важно в первую очередь обеспечить комфортный и безопасный базовый уровень освещения, необходимый для перемещения по городу. А уже затем "по слоям" на эту основу накладывать другие типы освещения — архитектурное, декоративное, ландшафтное, — количество и характер должны определяться на основе анализа городской структуры и сложившегося визуального облика в темное время суток».
Одним из успешных региональных проектов комплексного и многослойного проекта можно назвать новый Театр им. Г. Камала в Казани. Команда светодизайнеров QPRO разработала световые решения для фасада, интерьеров и экстерьера, при этом особое внимание уделялось взаимосвязи внутреннего и внешнего освещений. Световой сценарий для театра и его территории — это единая система, где каждое решение влияет на общее восприятие объекта в городской среде. Ключевым принципом работы стало движение от архитектурных особенностей здания — они диктовали характер и логику освещения. Специалисты стремились подчеркнуть масштаб, ритм фасада, структуру, отделку и их восприятие при разном типе освещения. При этом было важно не просто осветить здание, а раскрыть его культурный код, усилить идентичность и сделать свет неотъемлемой частью языка архитектуры.
На всем жизненном цикле
Однако одно дело — создать, и совсем другое — поддерживать качество освещения в предстоящие периоды таким образом, чтобы оно и работало максимально эффективно, и гармонично вписывалось в городскую среду. И главной проблемой в этой части является замена оборудования. «После ухода европейских производителей многие светильники невозможно восстановить: аналоги не совпадают по характеристикам, а их установка требует пересмотра проекта. Управляющие компании не всегда располагают такими бюджетами. Поэтому отрасли необходима унификация: светильники и комплектующие должны быть взаимозаменяемыми. Только так можно сохранить архитектурную выразительность объектов и обеспечить долгосрочную устойчивость систем подсветки», — обращает внимание Антон Валявин.
Высокое качество подсветки и систем уличного освещения требует вложений. Не всегда у муниципальных учреждений есть возможность использовать собственные ресурсы на приобретение современной энергосберегающей продукции. Для привлечения средств в энергосберегающие проекты федеральным законом № 261 «Об энергосбережении и повышении энергоэффективности» предусмотрена возможность заключения энергосервисных контрактов, что позволяет бюджетным организациям осуществлять модернизацию систем освещения, не вкладывая собственных денежных средств. Инвестиции, необходимые для осуществления проекта, привлекаются энергосервисной компанией.
«Производители светотехники для архитектурной подсветки и систем уличного освещения понимают эту потребность и готовы предложить комплексное решение: оборудование, программное обеспечение для расчета проектов иэнергосервисные контракты. В частности, такой подход реализует IEK GROUP, — рассказывает генеральный директор IEK GROUP Андрей Забелин. — Энергосервисный контракт — это инструмент реализации энергоэффективных мероприятий, позволяющий проводить их за счет энергосервисной компании и сохранить средства заказчика. Инвестор получает возмещение своих затрат за счет достигнутой экономии средств, получаемой после внедрения энергосберегающих технологий».
Компания LEDEL, входящая в IEK GROUP, имеет большой опыт работы по системе энергосервисных контрактов. Среди реализованных проектов можно назвать обновление системы освещения в Нижнекамске — здесь установили 6879 светильников Street X1, а также освещение целого города Нязепетровска в Челябинской области — здесь установлены 897 светильников L-street 24. В Кингисеппе Ленинградской области в 2014 году по энергосервисному контракту была проведена модернизация уличного освещения и установлены 1825 светильников Super Street 150. В Стерлитамаке заменили устаревшие лампы 15 769 энергоэффективными светильниками Street X1 LEDEL.
Также энергосервисный контракт позволил заменить 7000 светильников вдоль дорог в Московской области. В Алапаевске Свердловской области замена 3000 светильников позволила с 2021 года сэкономить городу 75% электроэнергии. А в Дзержинске Нижегородской области модернизация наружного освещения и применение системы дистанционного управления «Умный город» обеспечили 77% экономии электроэнергии (5577 светильников в городе заменили светодиодными, на улицах стали светлее — освещенность выросла на 50%).
Отметим, что сегодня поставщики предлагают современное светодиодное оборудование для интеграции в систему «Умный город». В настоящее время для уличного освещения используются экономически неэффективные и устаревшие, но используемые в настоящее время светильники с лампами ДРЛ и ДНаТ. Однако они крайне неудачны для уличного освещения, поскольку неудовлетворительно запускаются при низких температурах от -15 ºС.
Избежать сбоев, опасности перегрузки городских и муниципальных электросетей при включении освещения, а также существенно сэкономить финансовые средства муниципалитетам позволяет эксплуатация светодиодных офисных светильников и светодиодного уличного освещения. Такие светильники обеспечивают мгновенное зажигание при подаче питающего напряжения и стабильную работоспособность при любой температуре на всей территории Российской Федерации (в том числе в условиях Крайнего Севера). Также отсутствует опасность перегрузки городских и муниципальных электросетей в момент включения светодиодных светильников, что легко увидеть из их технических характеристик, где потребляемый ток равен 0,1÷0,9 А, в отличие от традиционных светильников с газоразрядной лампой, где потребляемый ток 2,2 А, а пусковой ток — 4,5 А. Эксперты подчеркивают: у светодиодных светильников очень много преимуществ — в три раза ниже электропотребление по сравнению с люминесцентными и газоразрядными лампами, в 12 раз ниже ламп накаливания, а ресурс их работы составляет 100 000 часов, или 25 лет. При сроке окупаемости от восьми месяцев до трех лет они дают естественное свечение, близкое к солнечному (5000 К) без вредного эффекта низкочастотных пульсаций. При этом светильники отличаются высокой механической прочностью, надежностью и вандалоустойчивостью.
Виды опорных конструкций и их применение в строительстве мостов
Опорные конструкции играют ключевую роль в возведении мостов различного назначения. Их назначение заключается в поддержании несущих частей моста, обеспечении устойчивости и равномерного распределения нагрузок. Современное строительство предъявляет высокие требования к качеству и надежности опорных конструкций, ведь именно от них зависят безопасность и эксплуатационная способность всей конструкции.
Типы опорных конструкций
Существует несколько классификаций опорных конструкций, используемых в мостостроении. Наиболее распространёнными являются:
- Столбы и колонны;
- Ростверки и опоры-стенки;
- Ферменные и рамные конструкции;
- Башенные конструкции;
- Монолитные плиты и блоки.
Рассмотрим подробнее каждую категорию и особенности их применения.
Столбы и колонны
Это вертикальные конструктивные элементы, принимающие нагрузку непосредственно от пролетных строений. Обычно изготавливаются из железобетона или металла. Широко применяются в автодорожных и железнодорожных мостах малой и средней протяженности.
Преимущества столбов и колонн заключаются в их относительной простоте исполнения и экономичности. Недостатком является ограниченная высота и необходимость организации надежной анкеровки основания.
Ростверки и опоры-стенки
Используются преимущественно в условиях сложного рельефа местности или слабых грунтовых основ. Представляют собой горизонтальные площадки, объединяющие ряд отдельных опорных элементов.
Ростверк обладает хорошей сопротивляемостью динамическим воздействиям и распределением нагрузки равномерно по поверхности грунта. Чаще всего применяется в эстакадных сооружениях, переходах через овраги и железнодорожные пути.
Ферменные и рамные конструкции
Представляют собой пространственно-взаимосвязанные стержневые системы, выполняемые из стали или алюминиевых сплавов. Характеризуются повышенной жесткостью и прочностью при относительно малом весе. Используется в больших пролетах и специфических условиях эксплуатации.
Ферменные конструкции имеют преимущество в грузоподъемности и устойчивости против ветровых нагрузок. Недостатком является сложность расчета и изготовление узлов соединений.
Башенные конструкции
Особенностью башенных опор является наличие большой высоты и сложной конфигурации. Подобные конструкции используются при возведении висячих и арочных мостов, где требуется большая высота опорных точек.
Преимуществом башенных опор является обеспечение надежного крепления подвесных канатов и поддержания общей стабильности конструкции. Основной недостаток — высокая стоимость строительства и значительные временные затраты.
Монолитные плиты и блоки
Монолитные конструкции представляют собой сплошные массивные формы, выполненные непосредственно на месте строительства. Имеют высокую степень устойчивости и долговременную эксплуатацию.
При изготовлении монолитных плит возникает необходимость привлечения тяжелой техники и большого количества рабочих рук. Несмотря на трудоемкость, монолитные конструкции широко распространены в капитальном мостостроении.
Факторы, определяющие выбор опорных конструкций
При выборе типа опорных конструкций учитываются следующие факторы:
- Геологические условия участка строительства;
- Назначение и интенсивность эксплуатации моста;
- Размеры пролета и нагрузка на конструкцию;
- Климатические условия региона;
- Экономические соображения и сроки строительства.
Анализ перечисленных факторов позволяет инженерам принять оптимальное решение, которое гарантирует надежную эксплуатацию сооружения на долгие годы вперед.
Заключение
Строительство мостов — сложный технологический процесс, требующий грамотного подхода к выбору опорных конструкций. Грамотное проектирование и реализация конструкций позволяет достичь оптимального баланса между стоимостью и качеством строительства.