Абдулин С.Ф. Системы автоматики предприятий стройиндустрии

Подождите немного. Документ загружается.

Организация системы мониторинга на базе

пьезокерамических датчиков

Комплекс пьезокерамических

датчиков представляет собой

семейство «кустов» акустических

излучателей и приёмников,

помещаемых в фундаментную

плиту при её заливке. Каждый

элемент куста снабжен электропи-

танием через электропровод,

выведенный во внешнюю зону к

оператору. Акустический сигнал

возбуждается в излучателе и

распространяется во всей среде

фундаментной плиты.

Физическая схема действия комплекса пьезокерамических датчиков

состоит в следующем. Зондирующее излучение источника

распространяется непосредственно в контролируемой фундаментной

плите (рис. 4.38) и позволяет получать информацию о распределении

упругих характеристик бетона, ударной вязкости, внутренних на-

пряжениях, гранулометрическом составе и изменении характеристик

бетона.

К таким изменениям следует отнести:

· коррозию арматуры;

· набор прочности бетоном;

· глобальную деструкцию фундаментной плиты;

· образование локальных полостей;

· зарождение микротрещин;

· развитие магистральных трещин.

Электронный блок обработки сигналов имеет критерий на основе от-

калиброванных значений, согласно которому интегральный коэффициент

анализа акустического сигнала не должен выходить за табулированные

пределы. В случае достижения заданных пределов комплекс пьезокерами-

ческих датчиков сигнализирует оператору об аварийной ситуации.

Мониторинг состояния фасадных систем на базе амплитудных

волоконно-оптических датчиков

Для создания систем мониторинга фасадных конструкций возможна

разработка волоконно-оптических сенсорных систем, конкретно ориенти-

рованных на задачи, поставленные инженерами-строителями. В этом слу-

чае разумно пользоваться специально созданной системой мониторинга на

базе амплитудных волоконно-оптических датчиков, а не применять при-

боры широкого спектра возможностей. В результате пользователи системы

Рис. 4.38. Мониторинг фундаментной

плиты с помощью пьезокерамических

датчиков

мониторинга фасадных конструкций будут иметь инструмент, контроли-

рующий только заданные параметры с необходимой точностью, обладаю-

щий разумной ценой.

В качестве варианта рассмотрим фасад, облицованный плиткой (рис.

4.39). Установка волоконно-оптического датчика перемещений и дефор-

маций возможна как при монтаже фасада, так и на эксплуатируемую кон-

струкцию. Поскольку фасад состоит

из определенного количества пли-

ток, то в качестве базового объекта

контроля уместно выбрать одну из

них. Плитка может иметь два вари-

анта аварийного события: смещение

вследствие ослабления кронштейна

или деформация самой плитки и,

как результат, зарождение или раз-

витие трещины по её поверхности.

Естественно, возможен вариант со-

четания этих ситуаций (наложение или суперпозиция аварийных событий).

Для отслеживания этих ситуаций достаточно иметь датчик в виде

многоканального оптического тестера, световоды которого приклеены к

поверхности контролируемой плитки. Выбрав топологию размещения

световода на плитке, мы получим датчик деформаций (рис. 4.40). Для

определения относительного смещения нужно приклеить два световода

(один в горизонтальном, а другой в вертикальном направлении) так, чтобы

помимо контрольной плитки световод был приклеен к ближайшим

соседним (рис. 4.41).

Принцип действия

датчиков деформаций и

перемещений основан

на контроле оптической

мощности светового из-

лучения, посылаемого

источником и пропус-

каемого через световод.

Измеритель оптической мощности позволяет фиксировать выходное

напряжение преобразованного оптического сигнала в зависимости от

степени деформации или смещения контролируемой плитки.

В итоге датчик при наличии недопустимого отклонения от проектного

положения сигнализирует об аварийном событии, поскольку имеет место

уменьшение выходного напряжения ниже пределов, соответствующих

безопасным условиям эксплуатации.

Это относится как к датчику перемещений, так и к датчику дефор-

Рис. 4.39. Схема фасада, облицованного

плиткой

Рис. 4.40. Схема волоконно-оптического датчика

деформаций фасадной плитки

маций, которые могут контролировать любые элементы системы.

Простота и легкость организации системы мониторинга деформаций

и перемещений элемен-

тов фасада сочетаются с

точностью фиксации на-

чала аварийного собы-

тия. Учитывая тот факт,

что оптический световод

обладает высокими

прочностными качест-

вами и повышенной чув-

ствительностью к изме-

нению своих геометри-

ческих размеров и форм

(в случае растяжения

или сжатия, появления

микроизгибов, микротре-

щин и разрывов),

предложенный датчик на

базе оптического тестера

дает недорогой и качест-

венный инструмент

мониторинга.

В случае необходи-

мости система контроля

может быть модифицирована на любые другие фасады. При этом оптичес-

кое волокно может быть приклеено по всей поверхности фасада с макси-

мальным охватом зоны контроля (рис. 4.42). Подобная методика позволит

применять более сложные, но существенно более чувствительные ин-

терферометрические схемы. В этом случае диагностика состояния воло-

конного световода осуществляется, как правило, с помощью различных

типов рефлектометров, позволяющих анализировать разновидности обрат-

норассеянного в световоде излучения: релеевского, рамановского и

бриллюэновского.

Экспериментальные исследования

В НИиППЛ МГСУ намечена и последовательно проводится про-

грамма экспериментальных исследований, ориентированная на исследова-

ния волоконно-оптических и пьезокерамических датчиков в качестве эле-

ментов системы мониторинга строительных конструкций.

В рамках этого этапа цементно-песчаные призмы с заложенными от-

резками световодов различных конфигураций и топологии закладки под-

вергались нагрузкам в прессе. Контроль оптической мощности светового

Рис. 4.41. Схема волоконно-оптического датчика

перемещений фасадной плитки

Рис. 4.42. Интерферометрическая схема

мониторинга фасада

излучения, пропускаемого через световод, позволял фиксировать выходное

напряжение преобразованного оптического сигнала в зависимости от сте-

пени нагрузки на испытуемый образец. Проведенные испытания одно-

значно свидетельствуют о необходимости и возможности построения эф-

фективных систем строительного мониторинга на базе этих измеритель-

ных систем. В частности, при исследовании волоконно-оптических датчи-

ков основные вопросы первого цикла испытаний базовой программы были

сформулированы следующим образом.

1. Определение оптимальных физических и структурных параметров

световода как измерительного элемента.

2. Определение топологии и способа закладки световода для достиже-

ния максимальной чувствительности к нагрузкам.

3. Влияние защитной оболочки световода на его чувствительность к на-

грузкам.

4. Влияние микроизгибов световода на его чувствительность к нагруз-

кам.

5. Измерение пропускательной способности световода, расположен-

ного в основном в срединной части призмы, с целью устранения влияния

неравномерного профиля нагрузки вблизи поверхности образца (иллюст-

рация принципа Сен-Венана).

6. Определение различий в измерении нагрузок на призму при горизон-

тальном и вертикальном положении образцов в рабочей части пресса.

7. Определение нагрузки, соответствующей началу изменения мощно-

сти излучения, в процентах по отношению к максимальной нагрузке.

Анализ полученных результатов очевидным образом свидетельствует

о перспективности выбранного направления и дает богатый материал для

разработки волоконно-оптической системы мониторинга состояния желе-

зобетонных конструкций в строительстве. Дальнейшее направление иссле-

дований целесообразно сконцентрировать в следующих областях:

· использование различных конфигураций закладки световодов;

· испытания реальных образцов ЖБИ;

· испытания других материалов, входящих в состав строительных эле-

ментов: металла, кирпича, пластика; контроль напряженно-

деформированного состояния при внешнем закреплении световодов

на поверхности образцов;

· испытания различных типов световодов для достижения наилучшего

сочетания следующих свойств:

¨ чувствительности к малым нагрузкам;

¨ прочности при линейном растяжении/сжатии;

· применение рефлектометрии;

· использование регистрирующей аппаратуры, фиксирующей, кроме

нагрузки, температуру, линейный ход пластины пресса и т.д.;

· использование в проведении экспериментов других датчиков наряду

с волоконно-оптическим световодом;

· испытания образцов не только на сжатие, но и на растяжение.

Актуальность создания систем строительного мониторинга диктуется

самой жизнью, если учесть соотношение темпов роста, увеличения нестан-

дартных проектных решений и количества аварий в строительстве. Разви-

вать строительную индустрию без инструментов качественного и опера-

тивного контроля сегодня становится невозможным. Задача любого разра-

ботчика строительного мониторинга будет включать в себя следующие во-

просы:

§ теоретические и нормативные обоснования механизма строитель-

ного мониторинга;

§ построение оптимальной технико-экономической модели строитель-

ного мониторинга;

§ разработка эффективных контрольно-измерительных систем;

§ технологическое обеспечение внедрения строительного монито-

ринга в практику.

Для ответа на эти и другие вопросы касательно строительного мони-

торинга в НИиППЛ «ПиК» МГСУ ведутся постоянные исследования, не-

которые материалы которых представлены выше. Перспективы этих ис-

следований включают в себя дальнейшее изучение теоретических и прак-

тических аспектов строительного мониторинга.

4.5. Архитектура и безопасность среды обитания человека

Сегодня рост преступности в стране заставляет очень многих, осо-

бенно это касается собственников крупного недвижимого имущества, бо-

лее внимательно относиться к обеспечению дополнительной безопасности

(как личной, так и безопасности бизнеса, офисов, квартир, автомобилей,

загородных владений и т. д.) [81].

Помимо завоевавших заслуженное признание телохранителей, брони-

ровки автомобилей, возведения защитных физических преград, сигнализа-

ций и т.д., существуют другие малоизвестные на сегодня в России методы

уменьшения рисков подвергнуться криминальным действиям и снизить

проявление их последствий. Один из этих методов и, вероятно, основной –

это предотвращение преступления.

Практическая реализация предотвращения преступления имеет охва-

тывающую почти все сферы деятельности комплексную форму воплоще-

ния, в которой необходимо учитывать все – от мотивационно-поведенче-

ских аспектов до взрывоустойчивых экранов и перегородок.

Очевидно, что наряду с колористическим решением, решением ланд-

шафтного проектирования и геосоциальных аспектов размещения объекта,

то, как он спроектирован, как в здании реализована организация жизнедея-

тельности человека, существенно влияет на поведение самого человека.

Можно с определенной степенью уверенности сказать, что в ряде случаев

именно пространственная организация или визуальная форма здания и его

деталей наталкивает потенциальных преступников на совершение проти-

воправных действий. Не менее важны форма, цветовая гамма и другие ха-

рактеристики открытых или полузакрытых пространств вокруг здании или,

иначе говоря, искусственного или природного ландшафта.

Среда обитания человека решающим образом влияет на его поступки.

Сравнительно недавно проектировщики и архитекторы стали серьезно за-

думываться о том, какая конкретно среда и каким образом влияет на пове-

денческую линию человека, и как, изменяя ее, можно воздействовать на

мышление и последующие действия.

Известно, что иные пространства являются наиболее притягательными

для подростковых компаний, в том числе связанных с противоправными

действиями. Некоторые стены особенно сильно привлекают любителей

«граффити» или иных форм настенной живописи, а отдельные категории

поверхностей вызывают немотивированную агрессивность.

Если влияние колористики среды обитания как-то изучено психоло-

гами, правда, в основном на уровне реакции человека на элементарные

цвета и их образования, то другие визуальные характеристики среды, осо-

бенно сложные формы, являются практически неизученными.

Существует целый ряд вопросов, на которые многие специалисты се-

годня затруднились бы ответить: почему именно эта (некоторая) часть

пространства становится стихийной свалкой отбросов, отхожим местом?

Почему в какой-то определенной части города совершается больше, чем в

ином месте, конкретного класса правонарушений? Почему некоторые со-

оружения в большей степени подвержены вандализму, чем другие? По-

чему частые происшествия происходят, как правило, на одном и том же

месте?

Объяснение поставленных проблем и ответ на все эти вопросы один:

это результат некачественного проектирования среды обитания человека.

Это значит, что подход к проектированию был недостаточно компетентен,

бессистемен и многие факторы не учитывал.

Создание заведомо агрессивной визуальной среды, некомфортных и

немасштабных пространств, неосвещенных и не просматриваемых закоул-

ков, тупиков, неиспользуемых чердаков и подвалов и многих других не-

продуманных поверхностей и объемов, как это еще практикуется сегодня

при массовом строительстве типового жилья на окраинах городов, приво-

дит к стремительному повышению криминогенной среды и, с другой сто-

роны, к усилению чувства страха, подавленности, немотивированной аг-

рессии, вплоть до моральной деградации, простых жителей таких ново-

строек.

Подобного рода недостатки градостроительных, инженерных, архи-

тектурных, художественных решений важно предупреждать на этапе про-

ектирования. Тщательное и всестороннее исследование исходных данных

проекта, прогнозирование возможных последствий, детальное рассмотре-

ние вопросов обеспечения безопасности в самом начале работы над

конкретным объектом как проектом изменения среды обитания человека

является если не залогом, то, как минимум, подспорьем для успешного

решения всех проблем безопасности в дальнейшем.

Путем разработки грамотных и системно увязанных проектов зданий

и сооружений, благоустройства и качественного решения ландшафтной

архитектуры и озеленения прилегающих и близлежащих территорий, худо-

жественного оформления, а также надлежащего дизайна объектов можно

значительно уменьшить возможности для совершения преступлений, ми-

нимизировать провокационные аспекты архитектурных форм проекта для

социально-негативного поведения людей.

Степень безопасности пространства напрямую зависит от социальной

отнесенности к зонам влияния на него человека или группы людей, оттого,

насколько велико это влияние. Условно различают четыре основных типа

защищаемого пространства:

1) приватное – пространство, находящееся под полным и непосредст-

венным контролем обитателя, недоступное для физического и визуального

проникновения посторонних, например внутренние помещения дома или

офиса;

2) полуприватное – пространство, находящееся под контролем обита-

теля, но визуально или физически доступное для постороннего проник-

новения, например сад при доме;

3) полуобщественное – пространство, контролируемое различными

конкретными группами обитателей, например коридоры и вестибюли

многоквартирных домов;

4) общественное – пространство, доступ к которому имеют все, напри-

мер дороги, парки и т.п.

Несколько слов о видеоэкологии или создании благоприятной визу-

альной среды обитания человека. Глаз по своему физиологическому строе-

нию «не любит» протяженных прямых линий, причем независимо от того,

горизонтально или вертикально эти линии ориентированы. Прямые линии

не комфортны для глаз потому, что в течение двух секунд (этим временем

приблизительно измеряется привычное автоматическое движение глаза) не

находится доминанта – точка, на которой мог бы остановиться взгляд.

Прямые углы составляют схожую проблему: физически акцентировать

внимание на прямом угле сложнее, чем на остром или тупом. Особенно эти

правила касаются верхней части постройки, опять-таки из-за физиологи-

ческих особенностей зрения человека.

Есть у данной проблемы и психологическая сторона: прямые углы и

протяженные линии не создают «непредсказуемости поведения» архитек-

туры; полная ясность формы не может выступать доминантой, тем более

заинтересовать или вызвать «рассмотрение» – внимание к себе. Поэтому

так негативно и воспринимаются всеми нами многоэтажные типовые зда-

ния – прямоугольный короб, прямоугольные окна, сплошные прямые ли-

нии, однотипные архитектурные формы. На большой плоскости все это

создает типичное агрессивное поле, где глаз не может найти точки для

фиксации.

Наличие больших плоскостей фасадов или торцов зданий также соз-

дает негативную среду для восприятия. Это объясняется тем, что у обыч-

ных людей левый и правый глаза нередко различаются по остроте зрения.

На большой однотипной плоскости проявляются дефекты собственного

зрения и затруднена работа бинокулярного аппарата.

Агрессивным становится любое поле, состоящее из большого числа

равномерно рассредоточенных по нему одинаковых элементов, причем

степень агрессивности зависит от плотности их расположения, поскольку

затрудняет автоматическую фиксацию взгляда. Такое поле возникает, на-

пример, на стенах зданий, на которых рассредоточено большое количество

одинаковых окон или мощение больших пространств геометрически пра-

вильными идентичными асфальтовыми или иными плитами. Когда человек

попадает в такую среду, он невольно стремится скорее ее миновать. Этим

объясняется тот факт, что у подобных зданий практически всегда мало-

людно. И, наоборот, в кварталах, где много старинных разнообразных по-

строек с видимыми элементами декора, создается благоприятная визуаль-

ная среда.

По мнению специалистов, в архитектурном проектировании зданий и

сооружений с учетом требований обеспечения безопасности или в безо-

пасном проектировании нет единой базовой линии и не существует едино-

образного, учитывающего все подхода. Оценка того, какие риски должны

приниматься во внимание, является исходным пунктом проектирования.

Необходимо учитывать особые индивидуальные требования пользователя

и установить предмет защиты и ее степень.

В ряде случаев нападения на здания являются следствием специаль-

ного социального назначения сооружения, например, в качестве «возмез-

дия» за действия различного ряда ограничительных органов. Иногда образ

жизни и криминогенность среды вокруг зданий предопределяют его статус

как объекта агрессии.

В 1997 г. в статье «Проектировать с мыслью о безопасности» Е.М.

Морено, проводя анализ степеней агрессивности зданий и сооружений,

упоминал в качестве потенциальной мишени для террористических или

вандальных актов Центр мировой торговли в Нью-Йорке, за 5 лет предска-

зав известные события. Этот факт подтверждает серьезную необходимость

акцентировать особое внимание архитекторов и проектировщиков на безо-

пасном проектировании.

Множество зданий являются потенциальными адресатами для крими-

нальных проявлений только из-за своих больших размеров, неудачной ар-

хитектуры или принадлежности многонациональным компаниям.

Проектирование среды обитания – очень трудоемкий процесс с высо-

кими требованиями к учету множества факторов: от видоэкологии до

оценки степени агрессивности архитектуры будущего объекта, но оно яв-

ляется жизненно необходимой частью общего проектирования зданий и

сооружений, без него просто невозможен дальнейший рост и архитектуры

как уникального симбиоза науки и искусства, и культуры города и его оби-

тателей в целом.

4.6. Нейроинформационные технологии на службе

безопасности населения [91]

В последние годы одной из наиболее серьезных угроз для населения,

объектов и территорий практически во всех регионах России стал

терроризм. Не стала исключением и Москва: взрывы домов в Печатниках,

на Каширском шоссе, в подземном переходе под Пушкинской площадью,

захват заложников в Доме культуры на Дубровке – яркое тому

свидетельство. Столичные власти проводят постоянную работу в целях

профилактики возникновения подобных угроз, а также для общего сни-

жения количества противоправных действий в Москве. В настоящее время

в столице широко используются различные формы и технологии защиты

объектов городского хозяйства (особенно объектов ЖКХ) от преступных

посягательств. В числе таких мер можно выделить следующие:

· установку на подъездах жилых домов запирающих устройств разных

типов;

· организацию дежурства в подъездах;

· установку на объектах различных датчиков с выводом сигналов в

оперативные диспетчерские службы (ОДС) и др.

Задачи по охране жилищного фонда и оборудования, входящего в со-

став ЖКХ, решаются в рамках программы «Мой двор, мой подъезд» в со-

ответствии с постановлениями Правительства Москвы № 191 от

14.03.2000 г., № 902 от 21.11.2000 г., № 238-ПП от 13.03.2001 г., № 31-

ПП от 15.01.2002 г., где предписаны: замена кодовых и кодово-механиче-

ских замков на домофоны, оборудование подъездов помещениями для

консьержек и другие мероприятия.

В течение 2002 г. в районе Тверской (ЦАО) в подъездах жилых домов

и на прилегающей к ним территории были установлены камеры

видеонаблюдения, а 22 октября

2002 г. было принято постановле-

ние Правительства Москвы №

867-пп «Об обеспечении охраны

подъездов и территорий до-

мовладений с использованием

средств видеонаблюдения».

Эксперименты по созданию

локальных систем проводились в

разных административных окру-

гах г. Москвы. К сожалению, для

многих разрабатываемых систем

характерен бессистемный узкове-

домственный и разнородный под-

ход к развитию технических

средств и технологий, а также

применение разнородных каналов

и видов связи, что не позволяет

организовать интеграцию сил в случае необходимости. Эти недостатки

оказывают существенное влияние на эффективность решаемых городом

задач по нормальному и безопасному функционированию объектов и

обеспечению безопасности граждан.

В январе 2003 г. Правительством Москвы рассмотрена «Комплексная

целевая программа борьбы с преступностью на 2003 – 2005 годы». Одной

из составляющих частей программы является подпрограмма обеспечения

безопасности москвичей.

Для решения повседневных задач безопасности, по мнению ведущих

отечественных и зарубежных специалистов, нужна единая многофункцио-

нальная комплексная система, созданная с применением самых современ-

ных информационных технологий. Эксперимент по созданию такой мно-

гофункциональной городской системы безопасности и контроля «СОТА»

(далее МГСБ «СОТА») ведется в Северо-Западном административном

округе города (район «Северное Тушино») с 2000 г.

Эта система создавалась в целях выполнения распоряжения премьера

Правительства Москвы № 719-РП от 19.07.2000 г. «О проведении

эксперимента по привлечению негосударственных организаций безопасно-

сти к оказанию помощи органам внутренних дел по охране жилого сектора

Северо-Западного административного округа г. Москвы». Работа проводи-

Рис. 4.43. Оборудование для охраны

объектов ЖКХ