Введение к работе
Актуальность темы. Системотехнические взаимосвязи проблем экологии и экономики на фоне постоянного усложнения инженерно-строительных объектов, сооружений и производственных технологий, а также необходимость их устойчивой эксплуатации требуют формирования нового взгляда на понятие мониторинга. Отработанные принципы организации и методы наблюдений, используемые в экологическом мониторинге, должны быть применены к строительным сооружениям как к объектам наблюдения, поскольку техногенные воздействия оказывают разрушающее влияние не только на природную среду, но и на инженерные объекты Таким образом, возникает потребность в новом виде деятельности, который можно определить как инженерный мониторинг.
Разработка и организация систем инженерного мониторинга в строительстве актуальна, в первую очередь, для сложных строительных сооружений. Практика показывает, что устойчивое функционирование сооружений с большим числом индивидуальных и уникальных характеристик во многом определяется текущим наблюдением и контролем их параметров на стадии эксплуатации. Проведение инженерного мониторинга состояния сложных объектов позволит избежать многих неблагоприятных воздействий на них и непредсказуемых, часто аварийных, последствий.
Стохастический характер и неопределенность стадий жизненного цикла, свойственные сложным системам, какими являются строительные сооружения, в наибольшей степени проявляются на стадии их эксплуатации. При этом в течение цикла эксплуатации сооружения подвергаются усиливающимся воздействиям внешней среды, также имеющим вероятностный характер. Типичными представителями сложных строительных сооружений являются уникальные мостовые сооружения -внеклассные железобетонные автодорожные мосты Соблюдение имеющихся норм при эксплуатации таких мостов не является гарантией устойчивой реализации расчетного эксплуатационного цикла моста. В сложной системе внеклассного железобетонного автодорожного мостового
сооружения невозможно предусмотреть и регламентировать все эксплуатационные параметры, нагрузки и ситуации. Кроме того, в течение длительного периода эксплуатации мостов изменяются нормы и методы оценки их состояния.
Обеспечение устойчивой эксплуатации сложных строительных сооружений, таких как железобетонные автодорожные мосты, требует постоянного наблюдения за проявлением дефектов и деформаций элементов моста, а также прогнозирования последствий подобных изменений. Инструментом текущего наблюдения и контроля отклонений эксплуатационных параметров может стать инженерный мониторинг. Разработка системы инженерного мониторинга объекта требует обоснования методического, технического и программного обеспечения, что наиболее эффективно может быть выполнено в среде САПР. Поэтому актуальность выбора темы диссертации и направления исследования продиктованы практической необходимостью своевременного решения имеющихся проблем в области эксплуатации сложных строительных сооружений, что может быть сделано на примере железобетонных автодорожных мостовых сооружений.
Цель исследования: создание в интегрированной информационной среде САПР инженерного мониторинга как инструмента обеспечения устойчивой эксплуатации сложных строительных сооружений.
Достижение цели предопределило постановку и решение следующих задач:
Анализ практического опыта текущих наблюдений и контроля над эксплуатационным циклом сложных строительных сооружений;
Теоретическое обоснование научной базы исследования;
Разработка общей методологической схемы исследования;
Формулировка концепции высокотехнологичного инженерного мониторинга эксплуатационных параметров сложных строительных сооружений;
Разработка структуры САПР инженерного мониторинга, выбор инструментальных средств, математических методов и программного
обеспечения, адекватно отражающих специфику сложных строительных сооружений;
Оптимизация разработанной системы при эксплуатации автодорожных мостов через реку Волга у г. Казани и реку Вятка на автодороге Казань -Набережные Челны;
Обоснование эффективности применения мониторинга эксплуатационного цикла автодорожных мостовых сооружений
Объект исследования: внеклассные железобетонные автодорожные мостовые сооружения, при эксплуатации которых в наибольшей степени проявляются специфические особенности и характерные проблемы сложных строительных сооружений.
Предмет исследования1 инженерный мониторинг эксплуатационного цикла сложных строительных сооружений как процесса взаимодействия подсистем объекта между собой и агрессивно-динамического воздействия внешней среды на сооружение.
Теоретическая и методологическая база исследования: системный подход, системотехника строительства, теория устойчивости систем, теория информации, вероятностно-статистический подход, моделирование, целевое программирование, методы решения многокритериальных задач, экспертные методы анализа информации и принятия решений, имитационно-интерактивные модели, инструментально-из мерительные методы космической геодезии. В расчетах широко применялась компьютерная техника.
Научная новизна исследования:
Выявлена необходимость нового подхода к понятию «мониторинг», сформулирована концепция инженерного мониторинга сложных строительных сооружений;
предложено использование системного подхода к анализу эксплуатационного цикла сложного строительного сооружения как процесса динамического взаимодействия технического объекта и природной среды;
разработана открытая модель системы инженерного мониторинга, основанная на модульном принципе взаимодействия подсистем в интегрированной информационной среде САПР;
предложен алгоритм многокритериальной оценки устойчивости эксплуатационного состояния сложного строительного сооружения;
адаптирован новый метод инструментальных наблюдений за эксплуатационным состоянием внеклассных железобетонных автодорожных мостов с применением в среде САПР космической геодезии.
На защиту выносятся:
концепция инженерного мониторинга сложных строительных сооружений как инструмента обеспечения устойчивости эксплуатационного цикла сложного строительного сооружения в процессе динамического взаимодействия технического объекта и природной среды;
открытая модель автоматизированного проектирования инженерного мониторинга, основанная на модульном принципе взаимодействия подсистем в интегрированной информационной среде САПР;
алгоритм многокритериальной оценки устойчивости эксплуатационного состояния сложного строительного сооружения;
новый метод инструментальных наблюдений за эксплуатационным состоянием внеклассных железобетонных автодорожных мостов с применением космической геодезии.
Практическая значимость результатов исследования состоит в использовании их при эксплуатации железобетонных автодорожных мостовых сооружений. Методический подход, разработанный в диссертации, может быть использован при автоматизированном проектировании систем инженерного мониторинга сложных строительных сооружений и систем комплексного мониторинга территории или региона.
Апробация результатов исследования. Основные положения диссертационной работы докладывались на секции "Строительство" Российской Инженерной Академии, на научно-практических конференциях Казанской государственной архитектурно-строительной академии, на
совещаниях в Государственной дорожной службе республики Татарстан и в Научно-производственном центре "Мосты и водоотводы''.
Публикации по теме диссертации: опубликовано 12 печатных работ, в том числе получены 1 патент и 3 авторских свидетельства.
Структура н объем работы. Диссертация состоит из четырех глав, выводов и предложений, списка библиографии. включающей 125 наименований.
