Бесплатный фрагмент - ArchiSense и СФИУЗ: новые подходы к техническому обследованию зданий

ArchiSense и СФИУЗ: новые подходы к техническому обследованию зданий

Введение

Каждое здание со временем стареет и изнашивается. Незаметные глазу трещины могут постепенно расширяться, фундамент давать просадку, стальные балки корродировать. Регулярное техническое обследование зданий жизненно важно, чтобы предотвратить аварии и продлить срок безопасной эксплуатации сооружений. Традиционно инженеры периодически осматривали постройки, опираясь на свой опыт и простые инструменты. Однако в современных условиях этого уже недостаточно. ArchiSense и СФИУЗ — две новаторские технологии в области диагностики строений, призваны совершить революцию в мониторинге и оценке технического состояния зданий.

В этой книге мы подробно рассмотрим эволюцию подходов к обследованию зданий: от истоков инженерных осмотров до внедрения цифровых систем мониторинга. Мы сравним традиционные методы оценки состояния конструкций с современными практиками, опирающимися на датчики и искусственный интеллект. Особое внимание уделено системе ArchiSense — инновационной платформе непрерывного мониторинга зданий на базе IoT-датчиков и ИИ, а также методике СФИУЗ (структурно-функциональный индекс устойчивости зданий) — оригинальной системе балльной оценки технического состояния объекта. Эти решения помогают инженерам получать объективные количественные показатели надежности сооружений и заблаговременно обнаруживать проблемы.

Книга рассчитана на студентов строительных специальностей и инженеров-практиков. Материал изложен в популярно-научном стиле: мы будем опираться на современные ГОСТы, официальные нормы и научные исследования, но постараемся объяснять их простым языком. Читателя ждут исторические примеры, описания реальных дефектов, таблицы с обобщенными данными и взгляды на будущее «умных» зданий. Прочитав книгу, вы узнаете, как выполнялись обследования зданий раньше, как это делается сейчас по новейшим стандартам, и какие перспективы открывают такие технологии, как ArchiSense и СФИУЗ.

Глава 1. Исторические методы оценки состояния зданий

Люди начали следить за состоянием своих построек с момента появления первых домов. В древности и средние века ответственность за прочность сооружения целиком лежала на зодчем: считалось, что если здание простоит долго, значит мастер все сделал правильно. Специальных инструментов диагностики практически не существовало, а выявление проблем сводилось к простому визуальному осмотру. Например, появление трещин или наклон башни сразу сигнализировало о неблагополучии, достаточно вспомнить Пизанскую башню, крен которой заметили еще в процессе строительства. В таких случаях решения принимались на основе опыта и интуиции: усилить опору, добавить контрфорсы или разобрать опасный участок.

Со временем, особенно с развитием инженерного дела в XIX–XX веках, накопились знания о типичных признаках износа конструкций. Инженеры начали планово обследовать ответственные объекты: мосты, фабричные здания, многоквартирные дома. В Российской Империи и затем в СССР появились первые нормативы безопасной эксплуатации. Однако вплоть до середины XX века обследование оставалось в основном реактивным: поводом для проверки служили либо явные дефекты (например, обрушение штукатурки, трещина в стене), либо приближение капитального ремонта. Регулярного мониторинга по заранее расписанному графику еще не было, за исключением разве что стратегически важных объектов (плотины, шахты), где государство устраивало инспекции.

В советский период сформировалась система БТИ (Бюро технической инвентаризации), ответственного за учет зданий и их физического износа. Для каждого дома оценивался процент физического износа, процент утраты первоначальных технических свойств из-за старения. По укрупненной шкале считалось, что при износе до 20% состояние хорошее, 21–40% — удовлетворительное (требуется плановый ремонт), 41–60% — неудовлетворительное (эксплуатация возможна только после серьезного ремонта), а 60% и выше — дом относится к ветхому или аварийному жилью. Такой количественный показатель позволял городским службам решать, какие здания первоочередно нуждаются в ремонте или расселении. Однако сама методика определения износа часто основывалась на экспертной оценке: инженеры осматривали конструкции и выставляли проценты на основе опыта и ведомственных инструкций. В результате сравнение состояния разных зданий оставалось во многом субъективным.

Инструментарий прошлого ограничивался простейшими приборами. Например, для контроля отклонений стен применяли отвес и уровень, для измерения осадки геодезические съемки (нивелирование). Прочность материалов проверяли косвенно: стук молотком по бетону или деревянным элементам мог указать на пустоты или сгнивание. В 1950–60-х годах появились первые неразрушающие методы испытаний, такие как склерометрия (динамический отскоковой молоток для оценки прочности бетона) и ультразвуковая дефектоскопия металла. Эти новшества значительно улучшили диагностику: инженеры получили возможность заглянуть внутрь материала без разрушения конструкции. Тем не менее широкого распространения такие приборы долго не получали, и основой обследований вплоть до конца XX века оставались визуальный осмотр и опыт специалиста.

Документирование состояния здания в прошлом велось в бумажных журналах. Составлялись дефектные ведомости с описанием трещин, осадок, деформаций. Если требовался ремонт, проектировались усиления, например, стяжки для расколотых стен, рубашки из бетона на поврежденных колоннах, металлические пластины на прогнувшихся балках. Критерии, по которым решалось, аварийное здание или нет, были более расплывчатыми до появления четких стандартов. Часто многое зависело от мнения главного инженера: один мог признать дом аварийным уже при первых признаках снижения прочности, другой разрешал эксплуатировать, пока здание буквально не даст крен. Такой субъективизм нередко приводил к трагедиям. История знает случаи обрушений, которых можно было избежать при более тщательном наблюдении. В то же время были примеры, когда жилой дом, формально признанный ветхим, стоял еще десятилетия без серьезных аварий. Все это показывало необходимость унифицированных стандартов оценки состояния.

К концу XX века в России и мире стало ясно: нужен системный подход к обследованию. Появились специализированные научно-исследовательские организации (НИИ строительства), разрабатывавшие методики диагностики. В 1990-х началось внедрение понятий мониторинга сооружений, т.е. непрерывного наблюдения за критическими параметрами (особенно в сейсмических регионах и на уникальных объектах). Но широкому применению мониторинга тогда мешали технологические ограничения: датчики были громоздкими, данные сложно передавать и анализировать в реальном времени. Поэтому, вплоть до 2000-х годов, периодическое обследование с интервалом в несколько лет оставалось основным способом контроля состояния строений.

Глава 2. Нормативная база технического обследования зданий

Сегодня в России порядок и периодичность обследования зданий регламентируются государственными стандартами и правилами. Базовым документом является ГОСТ 31937—2024 «Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния». Этот новый стандарт введен с 1 мая 2024 года, заменив версию 2011 года. В ГОСТ подробно описано, когда и как должны проводиться обследования, какие параметры проверять и как классифицировать техническое состояние объекта.

Согласно ГОСТ 31937—2024, первое обследование рекомендуется проводить не позднее чем через 2 года после ввода здания в эксплуатацию. Это новшество, раньше первые комплексные проверки зачастую откладывались на более долгий срок, что приводило к накоплению скрытых дефектов. Далее обследования следует проводить не реже 1 раза в 10 лет для обычных условий. Если же здание эксплуатируется в агрессивных или сложных условиях, например, воздействие агрессивной среды, вибрация, повышенная влажность или высокая сейсмичность района (7 баллов и более) периодичность увеличивается до 1 раза в 5 лет. Таким образом, норматив требует чаще проверять те строения, которые быстрее стареют или подвергаются усиленным нагрузкам. Кроме плановых обследований, стандарт оговаривает случаи внеочередных обследований: после стихийных бедствий (землетрясения, наводнения), пожаров, аварий, а также при обнаружении подозрительных изменений (например, внезапно появившихся трещин) или при подготовке к реконструкции и капремонту.

ГОСТ также ввел понятие технического мониторинга состояния постоянного наблюдения с помощью систем измерений. Для уникальных зданий и сооружений (например, небоскребов, стадионов, мостов) стандарт прямо предусматривает режим постоянного мониторинга в дополнение к периодическим инспекциям. Это важное отличие от прежней версии 2011 года, где слово «мониторинг» почти не фигурировало. Таким образом, нормативная база сама отражает технологический прогресс: признается, что для сложных объектов лучшей практикой становится сочетание плановых обследований и круглосуточного контроля посредством датчиков.

Результатом каждого технического обследования по ГОСТу должен быть технический отчет. В отчете приводятся подробные сведения: описание обнаруженных дефектов (с фотографиями), результаты измерений и испытаний, выполненные расчеты прочности при необходимости, и главное, заключение о категории технического состояния здания. В приложениях к ГОСТ 31937 даны формы таких заключений. Инженеры присваивают строению одну из категорий: от исправного (нормативного) состояния до аварийного. В российской практике используется следующая градация:

— Нормативное состояние: все основные параметры соответствуют проектным нормативам, здание исправно;

— Работоспособное (удовлетворительное): есть незначительные дефекты или износ, которые не снижают существенно несущую способность; требуется плановый ремонт, но здание безопасно в эксплуатации;

— Ограниченно работоспособное (неудовлетворительное): существенные повреждения и износ, несущая способность заметно снижена; эксплуатация возможна только при условии скорого проведения ремонта, могут вводиться ограничения (уменьшение нагрузок, временное выселение людей из опасных зон);

— Аварийное: несущие конструкции в предельном состоянии, есть риск обрушения; требуется немедленное усиление конструкций либо вывод здания из эксплуатации.

Эти категории были введены еще в ГОСТ 31937—2011 и актуальны поныне. Они позволяют стандартизировать оценку, например, два разных эксперта, обследуя два разных здания, подведут итог в схожих терминах «работоспособное» или «аварийное», что облегчает понимание ситуаций. Однако, как увидим далее, одних категорий бывает недостаточно для тонкого анализа, здесь на помощь приходит методика балльной оценки (СФИУЗ).

Важно отметить, что наряду с ГОСТ действуют и другие нормативы. Например, ранее действовал СП 13-102-2003 — свод правил по обследованию, устанавливавший подобные этапы и требования. Также существуют специализированные документы для отдельных типов конструкций и материалов (например, нормы по испытанию бетона, металлоконструкций и т.д.). Но тенденция последних лет унификация требований. Межгосударственный ГОСТ 31937 2024 принят не только в России, но и рекомендован к применению в ряде стран СНГ, что говорит о важности проблемы технического состояния зданий на постсоветском пространстве. Державные органы также инициируют программы по цифровизации данных о зданиях. Появляется понятие цифрового паспорта здания, где хранятся все сведения о конструкции, материалах, проведенных ремонтах и результатах обследований. Например, методика СФИУЗ предлагается как инструмент для наполнения таких цифровых паспортов количественной информацией. В итоге нормативная база сейчас не стоит на месте, она развивается, чтобы стимулировать внедрение новых технологий обследования и обеспечить безопасность жилищного фонда.

Глава 3. Этапы технического обследования зданий (традиционный подход)

Проведение обследования технического состояния здания — это целый комплекс мероприятий, которые выполняются в определенной последовательности. Классически процесс делят на несколько этапов, каждый из которых решает свои задачи. Рассмотрим эти этапы применительно к обычному (плановому или предремонтному) обследованию здания:

— Подготовительный этап (изучение документов). Обследование начинается еще до выезда на объект. Инженеры собирают и анализируют всю доступную техническую документацию по зданию. В частности:

— Проектные чертежи и расчеты, чтобы знать из каких материалов и с каким запасом прочности спроектированы конструкции;

— Планы этажей, схемы коммуникаций, дают представление о конфигурации здания, расположении несущих стен, колонн, балок, а также труб, кабелей;

— Данные геологических изысканий (если проводились), важны для понимания грунтов основания, уровня грунтовых вод;

— Отчеты о ранее проведенных обследованиях или ремонтах, позволяют увидеть «историю болезни» здания: какие дефекты находили раньше, что усиливали или заменяли;

— Информация об условиях эксплуатации, агрессивные среды, вибрация от проходящего рядом транспорта, повышенные влажность/температура и др.

Изучение документов помогает составить предварительное представление о состоянии объекта. Например, зная, что дому уже 50 лет и капитального ремонта не было, инженер ожидает обнаружить значительный износ. Если же по данным проекта видно, что заложена высокая прочность конструкций, это внушает оптимизм относительно ресурса. На основе этой информации формируется план обследования: какие узлы проверить особенно тщательно, какие приборы понадобятся, нужны ли дополнительные исследования грунта и т.д..

— Предварительное (визуальное) обследование. Следующий шаг выезд специалистов на объект для визуального осмотра всех элементов здания. Комиссия (обычно 2–5 инженеров) обходит здание снаружи и изнутри, при необходимости используя стремянки, бинокли, дроны для труднодоступных мест. Применяются простые измерительные средства: рулетка для фиксации размеров трещин и прогибов, уровень для проверки вертикальности, штангенциркуль или щупы для ширины раскрытия трещин.

Основная цель — зафиксировать видимые дефекты:

— Трещины в стенах, перекрытиях (размеры, ориентация, есть ли свежие следы раскрытия);

— Коррозия металлических элементов (балки, арматура, трубы);

— Деформации, прогибы балок, перекосы дверных проемов, просадки фундаментов (по косвенным признакам типа трещин в цоколе);

— Повреждения отделки, протечки воды, плесень — это тоже важно, так как свидетельствует о проблемах с гидроизоляцией, вентиляцией.

Все обнаруженные проблемы тщательно документируются: делаются фотографии, заводится дефектная ведомость с описанием каждого дефекта (местоположение, размеры, характер). Например, запись может быть такой: «Трещина ступенчатая в кирпичной кладке внешней стены на уровне 3-го этажа, длина ~2 м, ширина раскрытия до 5 мм, проходит через 3 ряда кладки». По итогам визуального осмотра эксперты могут уже составить предварительную оценку состояния. Если дефекты незначительные, предварительно состояние близко к работоспособному. Если обнаружены серьезные повреждения, предварительно ограниченно работоспособное или даже аварийное. Однако окончательные выводы делать рано, впереди детальные измерения.