ФГБНУ ВНИИ «Радуга»
Белгородская область, Россия
В работе рассматривается применение технологий информационного моделирования при визуальном и инструментальном обследовании гидротехнических сооружений. Предполагается, что такой подход позволит усовершенствовать процесс разработки проектов по капитальному (текущему) ремонту или реконструкции гидротехнических сооружений. Определено, что применение специализированных систем проектирования и расчетов, а также систем управления объектами гидротехнических сооружений, позволит создать более детализированную цифровую модель объекта. В статье анализируется, как особенности местности, так и самого объекта; учитывается влияние информации, полученной при цифровом сканировании объекта и местности, а также конструктивных особенностей сооружения, которые зависят от деформаций грунта и самого объекта. Исследование возможностей BIM-технологий в контексте обследования гидротехнических сооружений демонстрирует, что данный концептуальный подход способствует решению разнообразных задач по обеспечению эффективной эксплуатации и безопасности объектов гидротехнического назначения на всех этапах их жизненного цикла
гидротехническое сооружение, информационное моделирование, цифровой двойник, жизненный цикл объекта, мелиоративная система, концепция
Текст (PDF): Читать Скачать
Текст (PDF): Читать Скачать
Рекомендательное письмо (PDF): Читать Скачать
Введение. В настоящее время информационное моделирование является неотъемлемой частью строительных проектов. Концепция информационного моделирование для объектов гидротехнического строительства реализует различные возможности: проектирование ГТС, анализ процесса эксплуатации ГТС, архитектурно-строительные решения по реконструкции ГТС или разработка мероприятий по его ликвидации [1, 6, 8]. Важно, чтобы эксплуатационное характеристики ГТС соответствовали современным требованиям нормативной документации, установленной различными уровнями в нашей стране [7]. Для ГТС мелиоративныз систем важно своевременное проведение реконструкции и капитального ремонта, что возможно с помощью современных информационных технологий в строительстве [3].
Важной задачей при использовании информационного моделирования ГТС является создание точного цифрового двойника объекта гидротехнического назначения, которое в дальнейшем будет активно использоваться при разработке проекта реконструкции или капитального ремонта. Такой цифровой двойник содержит параметрические данные о размерах существующего объекта капитального строительства, а также несет в себе информацию о материалах, используемых в проекте, технологическом оборудовании и автоматизированных системах управления оборудованием, рельефе местности, конструктивном устройстве самого ГТС и прочее. [8]. Цифровой двойник объекта гидротехнического назначения структурировано организует и хранит данные на протяжении всего жизненного цикла объекта. Цифровой двойник ГТС является хранилищем информации, которую будут использовать в своей работе специалисты по их эксплуатации и текущему ремонту [7].
Сегодня цифровизация технологии строительства и эксплуатации объектов гидротехнического назначения упрощает работу с большими массивами данных, в том числе с объектами, имеющими сложное строение и специальное назначение. Актуальность темы исследования связана с расширенными возможностями информационного моделирования, которое может быть использовано для проведения визуального или инструментального обследовании объектов гидротехнического назначения, которым требуются мероприятия для поддержания уровня их надежности и безопасности [6].
Целью настоящего исследования является описание преимуществ и эффекта от использования технологий информационного моделирования и создания объектов гидротехнического назначения для их визуального или инструментального обследования в период из жизненного цикла (реконструкции).
Методы исследования. Для обоснования необходимости использования технологий информационного моделирования при обследовании ГТС пользуемся аналитическим методом исследования существующих достоинств и недостатков технологий и систем автоматизированного проектирования и расчетов.
На сегодняшний день первичную информацию о ГТС и месте его расположения получают с помощью трехмерного сканирования. Сканирование объекта исследования производится в реальном времени с получением модели в виде облака точек, которое представляет собой цифровую модель рельефа или местности, на которой установлен объект исследования - ГТС [4]. Помимо лазерного сканирования объектов и местности используется метод фотограмметрии [1, 8].
Цифровая модель объекта обследования (реконструкции) – ГТС – в объеме различных файлов и подпрограмм содержит в себе информацию о материалах, используемых при ее возведении и капитальном ремонте, физико-механические характеристики грунтов и основания объекта обследования, особенностях конструкции и инженерно-техническом обеспечении эксплуатации объекта на протяжении его жизненного цикла [4].
Чтобы информационная модель обследуемого объекта гидротехнического назначения была полной и информативной, используется визуальное и инструментальное обследование. С помощью визуального обследования обнаруживаются поверхностные и иногда скрытые дефекты [2]. При этом существующий объект обследования и его цифровая модель отражает его текущее состояние. Такие результаты, полученные при визуальном обследовании ГТС, облегчают освидетельствование видимых дефектов и повреждений конструкций объекта гидротехничекого назначения.
Благодаря информационному моделированию и возможностям, которое оно в себе заключает, при обследовании ГТС мелиоративных систем анализируется состояние напряженно-деформированного состояния конструкций объекта во взаимосвязи с выявленными в процессе обследования различного рода дефектами. Для такого подхода в обследовании ГТС возможно имитационное воздействие различных нагрузок с целью получения информации по их конструкцтивному изменению и лисовершенствоанию при разработке проектов по реконструкции ГТС. [5]
Информационное моделирования для объектов гидротехнического назначения опирается на возможности работы прежде всего со специализированными проектирующими и вычислительными средствами, Такой подход позволяет напрямую или косвенно свидетельствовать о нарушениях геометрии объекта, изменении рельефа местности, прочими факторами, связанными с безопасностью объектов мелиоративных систем.
Результаты исследования. Преимущества при использовании информационных технологий при обследовании гидротехнических сооружений мелиоративного комплекса можно сформулировать следующими постулатами:
1. Полный перечень работ, связанный с инженерными изысканиями и проектированием объектов ГТС, разработкой цифровой модели объекта обследования и получение любой другой информации, дополняющей цифровой двойник ГТС, позволяет формировать данные об объекте и прогнозировать его жизненный цикл.
2. Использование систем автоматизированного проектирования и расчетов объектов гидротехнического назначения, а также обработки данных позволяет значительно снизить себестоимость проектов по реконструкции ГТС и упростить работы коллективу специалистов с уменьшением сроков работы над проектом производства работ (только при проведении капитального ремонта, а также комплексной реконструкции ГТС).
3. Данные полученные при визуальном и инструментальном обследовании объектов гидротехнического назначения позволяют судить о возможных прогрессирующих обрушениях конструкций объекта, его эксплуатационной надежности и безопасности на протяжении всего жизненного цикла.
4. Современные возможности систем автоматизации проектирования и расчетов строительных объектов позволяют работать с анализом информации, полученной на различных стадиях проектных и инженерных изысканий, а также обследовании ГТС.
Помимо всего прочего, цифровой двойник ГТС с системой управления объектом обладает особыми преимуществами:
Во-первых, имеется возможность одновремненой работы с одной цифровой моделью объекта (с одним цифровым двойником) специалистов различного профиля (строители, гидравлики, теплотехники, технологи, архитекторы и др.).
Во-вторых, надежность и эффективная эксплуатация ГТС, а также систем, обеспечивающих его функционирование, определяется только современными методами обследования объектов подобного рода в течение всего жизненного цикла объекта.
В-третьих, анализ данных, содержащихся в сформированном специалистами различного профиля цифровом двойнике ГТС, позволяет гарантировать безопасность объекта на протяжении длительного временного промежутка.
В-четвертых, комплексная система, связанная с концепцией информационного моделирования ГТС и систем управления им, помимо всего вышеперечисленного положительно сказывается на экономической целесообразности использования в мелиоративном комплексе объектов гидротехнического назначения.
На основании вышеизложенного можем заключить, что при использовании в обследовании ГТС информационных технологий развитие данного направления будет идти по следующим трекам:
1. Направленное развитие методов обработки данных за счет более высокого уровня автоматизации различных процессов: от стадии проектирования ГТС до его сноса.
2. Использование систем дополненной реальности при информационном моделировании ГТС (при разработке цифрового двойника ГТС).
3. Использование интегрированных систем с искусственным интеллектом.
4. Развитие облачных сервисов.
Выводы. Применение и анализ результатов технологий информационного моделирования при работах, проводимых в составе мероприятий по обследованию ГТС, позволяет преобразовать собранные сведения для разработки проектов по их капитальному ремонту или возможной реконструкции. Использование разнообразных программных средств и систем автоматизированного проектирования и анализа технического состояния гидротехнических сооружений делает процесс создания их цифрового аналога – двойника – более простым и в то же время комплексным. Здесь анализируются характеристики местности и объекта обследования, как по отдельности, так и во взаимосвязи; полученные в результате трехмерного сканирования данные в виде облака точек преобразуются в геометрическую модель ГТС на виртуальном ландшафте местности; конструктивные особенности гидротехнического объекта позволяют с использованием специализированного программного обеспечения оценивать его надежность и разрабатывать мероприятия по его поддержанию на безопасном уровне.
Практическая ценность исследования заключается в том, что обоснована необходимость использования информационного моделирования и технологий в процессе обследования ГТС. При этом всю информацию, получаемую об объекте в процессе инженерных изысканий и обследования, с помощью BIM-технологий можно верифицировать (смоделировать) и использовать в жизненном цикле объекта во избежание аварийных ситуаций и техногенных катастроф.
1. Брыль С. В. К вопросу о создании цифровой информационной модели отдельно расположенных объектов гидромелиоративных систем // Наука. Исследования. Практика: Сб. избр. статей по материалам международной научной конференции. Санкт-Петербург: Частное научно-образовательное учреждение дополнительного профессионального образования Гуманитарный национальный исследовательский институт «НАЦРАЗВИТИЕ», 2022. С. 54-57. – DOIhttps://doi.org/10.37539/SRP303.2022.81.62.012.
2. Брыль С. В. К вопросу о цифровом моделировании мелиоративных объектов // International Agricultural Journal, 2021. Т. 64, № 6. – DOIhttps://doi.org/10.24412/2588-0209-2021-10440.
3. Качаев А. Е., Турапин С. С. Анализ этапов BIM-моделирования при проектировании и реконструкции гидротехнических сооружений // Наука и мир, 2025. № 1. С. 16-20. – DOIhttps://doi.org/10.26526/2307-9401-2025-1-16-20.
4. Качаев А. Е., Турапин С. С. Обоснование необходимости разработки комплексных расчетных моделей грунтовых плотин мелиоративных систем // Наука и мир, 2024. № 3. С. 1-5. – DOIhttps://doi.org/10.26526/2307-9401-2024-3-1-5.2 (7).
5. Качаев А. Е., Турапин С. С. Особенности реконструкции земляных плотин мелиоративных систем // Наука и мир, 2024. № 3. С. 6-10. – DOIhttps://doi.org/10.26526/2307-9401-2024-3-6-103
6. Талапов В.В. Основы BIM: введение в информационное моделирование зданий. - Москва: ДМК Пресс, 2011. 392 с.
7. Турапин С. С., Ольгаренко Г. В. Методические рекомендации по правилам эксплуатации мелиоративных систем и отдельно расположенных гидротехнических сооружений. Коломна: ИП Воробьев О.М., 2015. 68 с.
8. Сидоренко Д. А., Качаев А. Е. BIM-технологии в строительстве: что будет дальше? / Новые технологии в учебном процессе и производстве. Под редакцией А.Н. Паршина. – Рязань: Рязанский институт (филиал) "Московского политехнического университета", 2023. С. 490-492.
