Мониторинг технического состояния зданийи сооружений

Мониторинг технического состояния зданий и сооружений проводят для:

• контроля технического состояния зданий и сооружений и своевременного принятия мер по устранению возникающих негативных факторов, ведущих к ухудшению этого состояния;
• выявления объектов, на которых произошли изменения напряжённо-деформированного состояния несущих конструкций и для которых необходимо обследование их технического состояния;
• обеспечения безопасного функционирования зданий и сооружений за счёт своевременного обнаружения на ранней стадии негативного изменения напряжённо-деформированного состояния конструкций и грунтов оснований, которые могут повлечь переход объектов в ограниченно работоспособное или в аварийное состояние;
• отслеживания степени и скорости изменения технического состояния объекта и принятия в случае необходимости экстренных мер по предотвращению его обрушения.

При выборе системы наблюдений необходимо учитывать цель проведения мониторинга, а также скорости протекания процессов и их изменение во времени, продолжительность измерений, ошибки измерений, в том числе за счёт изменения состояния окружающей среды, а также влияния помех и аномалий природно-техногенного характера.

При возведении зданий и сооружений вблизи или вплотную к уже существующим возникают дополнительные деформации ранее построенных зданий и сооружений.

Опыт показывает, пренебрежение особыми условиями такого строительства может приводить к появлению в стенах ранее построенных зданий трещин, перекосов проёмов и лестничных маршей, к сдвигу плит перекрытий, разрушению строительных конструкций, т.е. к нарушению нормальной эксплуатации зданий, а иногда даже к авариям.

При намечаемом новом строительстве на застроенной территории заказчиком и генеральным проектировщиком, с привлечением заинтересованных организаций, эксплуатирующих окружающие здания, должен быть решён вопрос об обследовании этих зданий в зоне влияния нового строительства.

Рядом расположенным зданием считается существующее здание, находящееся в зоне влияния осадок фундаментов нового здания или в зоне влияния производства работ по строительству нового здания на деформации основания и конструкций существующего. Зона влияния определяется в процессе проектирования.

В случае получения на каком-либо этапе мониторинга данных, указывающих на ухудшение технического состояния всей конструкции или её элементов, которое может привести к обрушению здания или сооружения, организация, проводящая мониторинг, должна немедленно проинформировать об этом, в том числе в письменном виде, собственника объекта, эксплуатирующую организацию, местные органы исполнительной власти, территориальные органы Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий, а на объектах, поднадзорных Ростехнадзору, — также территориальные органы Ростехнадзора.

Применяют для уникальных, высотных и технически сложных зданий.

Финансирование работ по проектированию и выполнению мероприятий в существующих зданиях решается по согласованию между заказчиком и генеральным проектировщиком нового строительства и заинтересованными организациями, эксплуатирующими здания.

Наряду с отмеченными выше проблемами обеспечения сохранности и эксплуатационной надёжности: как существующее, так и новой застройки, актуальной является проблема экологического и геологического риска, что делает обязательным при проектировании и строительстве проведение мероприятий по снижению интенсивности опасных процессов и повышению стабильности окружающей, и в том числе геологической среды.

Разработка таких мероприятий должна производиться в составе проекта нового строительства и основываться на результатах комплексного мониторинга состояния окружающей среды на стадиях инженерногеологических и экологических изысканий, строительства и эксплуатации зданий и сооружений.

Мониторинг, осуществленный на стадии изысканий, должен дополняться мониторингом на стадии строительства. Последний, обеспечивает получение данных о ходе выполнения проекта и изменениях в окружающей среде, а для ответственных сооружений является источником информации для принятия решений в ходе научного сопровождения строительства.

1. Натурные наблюдения (мониторинг). Мониторинг технического состояния зданий и сооружений

В соответствии с рекомендациями нормативно-технических документов в области обследования технического состояния зданий и сооружений составление технического заключения об их состоянии должно предшествовать разработке проектно-сметной документации на их реконструкцию, переоборудование, капитальный ремонт и т.п. или же осуществляться с какой-то периодичностью.

Вместе с тем, в последние десятилетия на территории России осуществляется строительство уникальных зданий и сооружений, отличающихся нестандартными конструктивными решениями, новыми конструкционными материалами, новыми технологиями возведения и, нередко, недостаточно высокой квалификацией как проектировщиков, так и исполнителей строительно-монтажных работ и т.д. К числу этих сооружений относятся высотные жилые дома и административные здания, памятники архитектуры, мосты, туннели и т.д. Опыт эксплуатации этих сложных и дорогостоящих объектов показывает, что уже после первых нескольких лет после сдачи в эксплуатацию имеют место серьёзные недостатки, влияющие и на длительность и даже вообще на возможность их безопасной эксплуатации. Эти примеры обусловливают необходимость проведения не периодического после длительной эксплуатации, а практически непрерывного наблюдения за техническим состоянием конструкций таких объектов, т.е. мониторинга их технического состояния.

В отличие от оценки технического состояния конструкций после аварий, пожара, взрыва, диагностики эксплуатационных повреждений, оценки физического износа и качества капитального ремонта, которые применяются в конкретных условиях одного отдельного здания, мониторинг технического состояния охватывает весь массив жилищного фонда, строящихся или реконструируемых сооружений и их оснований от проектных данных, разработка мероприятий по предупреждению и устранению возможных негативных последствий, обеспечение сохранности.

Мониторинг технического состояния зданий и сооружений проводят для:

• контроля технического состояния зданий и сооружений и своевременного принятия мер по устранению возникающих негативных факторов, ведущих к ухудшению этого состояния;
• выявления объектов, на которых произошли изменения напряжённо-деформированного состояния несущих конструкций и для которых необходимо обследование их технического состояния;
• обеспечения безопасного функционирования зданий и сооружений за счёт своевременного обнаружения на ранней стадии негативного изменения напряжённо-деформированного состояния конструкций и грунтов оснований, которые могут повлечь переход объектов в ограниченно работоспособное или в аварийное состояние;
• отслеживания степени и скорости изменения технического состояния объекта и принятия в случае необходимости экстренных мер по предотвращению его обрушения.

Одним из основных элементов предлагаемого подхода по повышению безопасности объектов является контроль и мониторинг.

Термины и определения (рис. 1):

• мониторинг окружающей среды — система наблюдений и контроля, производимых регулярно, по определённой программе для оценки состояния окружающей среды, анализа происходящих в ней процессов и своевременного выявления тенденций её изменения;
• наблюдение за окружающей средой — система мероприятий, обеспечивающих определение параметров, характеризующих состояние окружающей среды, отдельных её элементов, видов техногенного воздействия, а также за происходящими в окружающей среде природными, физическими, химическими, биологическими процессами;
• контроль за окружающей средой — сопоставление полученных данных о состоянии окружающей среды с установленными критериями и нормами техногенного воздействия или фоновыми параметрами с целью оценки их соответствия.

Рис. 1. Система мониторинга

Недостатки сложившейся системы по обеспечению безопасной эксплуатации зданий и сооружений заключаются в следующем:

• выборочная экспертиза отдельных объектов при отсутствии постоянного контроля и мониторинга;
• отсутствие критериев и методик, позволяющих оценить безопасность объектов в любой заданный момент времени;
• полное непонимание необходимости создания новой альтернативной системы или отсутствие финансирования на создание современных методов контроля безопасности.

Одним из перспективных направлений повышения защиты зданий и сооружений от аварий является обеспечения постоянного мониторинга технического состояния и внедрение перспективных методов оценки технического состояния объектов.

2. Цели и задачи мониторинга технического состояния зданий

При выборе системы наблюдений необходимо учитывать цель проведения мониторинга, а также скорости протекания процессов и их изменение во времени, продолжительность измерений, ошибки измерений, в том числе за счёт изменения состояния окружающей среды, а также влияния помех и аномалий природно-техногенного характера. Программу проведения мониторинга согласовывают с заказчиком.

В ней, наряду с перечислением видов работ, устанавливают периодичность наблюдений с учётом технического состояния объекта и общую продолжительность мониторинга.

Цель мониторинга.

Проведение наблюдений и своевременное выявление недопустимых отклонений в поведении вновь существующих объектов, находящихся в зоне влияния нового строительства, а также сохранение окружающей природной среды.

Мониторинг технического состояния включает в себя сплошное обследование жилищного фонда один раз в пять лет для планирования капитального ремонта.

На рисунке 3 показаны примеры инструментального оснащения схем мониторинга для плитного фундамента, а также и для плитносвайного. Инструментальное оснащение мониторинга может варьироваться, но основными элементами являются:

• скважинные измерения осадок в грунтах, при малом числе скважин — дополняются измерениями наклонов;
• измерения порового давления и вариации уровня грунтовых вод;
• определения нагрузок на грунт и напряжений в фундаментной плите и сваях;
• измерение напряжений в конструкциях: стенах, пилонах и колонах;
• наблюдение колебаний здания.

Рис. 3. Примеры инструментального оснащения схем мониторинга для плитного фундамента А, а также и для плитно-свайного В

Задачи мониторинга.

Обеспечение безопасной эксплуатации зданий и сооружений промышленных предприятий является актуальной задачей, которая решается комплексом мер на стадиях от проектирования до ликвидации объекта. Обеспечение промышленной безопасности зданий и сооружений осуществляется на основе действующих нормативно-правовых документов, которые устанавливают требования непосредственно к конструкциям зданий и сооружений, по надзору за их техническим состоянием, к технологическим процессам, размещаемым в зданиях и сооружениях, к работающему и обслуживающему персоналу предприятий. В зависимости от поставленных задач натурные обследования зданий и сооружений охватывают следующие этапы:

• предварительное обследование;
• детальное инструментальное обследование;
• определение физико-технических характеристик материалов обследуемых конструкций в лабораторных условиях;
• обобщение результатов обследований.

Предварительное обследование зданий и сооружений: определение общего состояния строительных конструкций, определение состава исследований, сбор первичной информации по объекту.

Детальное инструментальное обследование направлено на выявление: факторов, формирующих производственную среду и сравнение с нормативными требованиями; технического состояния несущих и ограждающих конструкций.

На практике постоянный мониторинг по экономическим соображениям предпринимается достаточно редко и только по отношению к отдельным сооружениям, причём по большей части с конкретными задачами. С общеметодической точки зрения такой мониторинг правильнее было бы назвать «длительным специальным обследованием» или «подконтрольной эксплуатацией» инженерного сооружения.

Для подобной практики имеются, как минимум, три основания:

• дороговизна оборудования;
• сложность обработки больших массивов постоянно поступающей информации и неотработанность механизмов оперативного принятия решения на её основе;
• ограниченность номенклатуры доступных к универсальному использованию приборных систем, предназначенных для этой цели.

Управление риском в настоящее время является наиболее перспективным направлением, которое может включать в себя компоненты ранее разработанных методов оценки безопасности объектов. При этом реализация методов управления рисками необходимо осуществлять с внедрением систем мониторинга объекта. На рисунке 4 представлен подход по реализации методов оценки и управления рисками, контроля и мониторинга объектов с применением существующей системы по проведению экспертизы зданий и сооружений.

Повторное обследование зданий и их элементов, находящихся в аварийном состоянии — раз в шесть месяцев, находящихся в ветхом состоянии — раз в год, в неудовлетворительном состоянии — раз в два года, а также выборочное обследование отдельных конструкций и систем по запросам владельцев при выходе их из строя, повреждениях, нарушениях режимов с ежегодным анализом всех заявок, поступивших в объединённые диспетчерские системы, для планирования текущего ремонта и технического обслуживания.

Рис. 4. Повышение безопасности зданий и сооружений с применением методов управления рисками и мониторинга

Обследование и мониторинг технического состояния зданий и сооружений проводят:

• не позднее чем через два года после их ввода в эксплуатацию. В дальнейшем — не реже одного раза в 10 лет и не реже одного раза в пять лет для зданий и сооружений или их отдельных элементов, работающих в неблагоприятных условиях (агрессивные среды, вибрации, повышенная влажность, сейсмичность района 7 баллов и более и др.). Для уникальных зданий и сооружений устанавливается постоянный режим мониторинга;
• по истечении нормативных сроков эксплуатации зданий и сооружений;
• при обнаружении значительных дефектов, повреждений и деформаций в процессе технического обслуживания, осуществляемого собственником здания (сооружения);
• по результатам последствий пожаров, стихийных бедствий, аварий, связанных с разрушением здания (сооружения);
• по инициативе собственника объекта;
• при изменении технологического назначения здания (сооружения);
• по предписанию органов, уполномоченных на ведение государственного строительного надзора.

3. Проведение мониторинга

До начала обследования собираются и анализируются архивный материал, содержащий информацию о техническом состоянии зданий района, выполненных ремонтных работах, акты и предписания специализированных эксплуатационных организаций о состоянии инженерного оборудования (лифты, противопожарная автоматика и дымоудаление, электроснабжение, вентиляция).

На основании этих данных выдаётся задание на обследование каждого дома с учётом особенностей зданий и наиболее слабых элементов.

Осматривают все подвалы, чердаки, лестничные клетки, общие холлы и т.д. Выборочно проверяют квартиры, обязательно на первых и последних этажах, в торцовых секциях. Минимальный осмотр составляет 25% от общего количества квартир в доме. В каждом помещении обследуются все конструкции и инженерное оборудование. Описание дефектов заносится в рабочий журнал. При невозможности определить причины деформаций и повреждений визуальным способом проводится дополнительное инструментальное обследование.

Особо выделяются аварийные участки и узлы, которые их подробно описывают.

Полностью осматривают кровли и фасады. Для различных типов зданий установлен объём репрезентативной выборки количества обследования квартир. При обследовании инженерных систем выделяются их части в подвалах, квартирах, на чердаках.

Непосредственно в ходе обследования выдаются рекомендации и предписания на необходимые срочные ремонтно-восстановительные или охранные работы.

После проверки всех помещений полученная информация с учётом данных архива и ОДС классифицируется по видам конструкций и систем. В бланк, заполняемый на каждое строение, заносят паспортные данные и сведения о капитальных ремонтах, приведённых в здании.

В разделе «Результаты обследования» отмечается техническое состояние 23 элементов здания (по схеме: конструкция, перечень дефектов и повреждений, объём повреждений в процентах от общего объёма элемента, общая характеристика технического состояния элемента.

Описание дефектов и повреждений даётся по методике определеия физического износа жилых зданий (ВСН-53-86 (р)), которая разработана в помощь специалистам, выполняющим обследование; в ней дано подробное описание возможных дефектов и повреждений конструкций и систем различной модификации элементов с указанием минимального объёма контроля.

Техническое состояние каждого элемента оценивается как аварийное, когда требуется срочный ремонт или замена (А), неудовлетворительное (Н) или удовлетворительное (У).

По совокупности состояния элементов техническое состояние здания оценивается как аварийное, когда конструкции грозят обрушением; неудовлетворительное, если эти характеристики преобладают в большинстве элементов; частично неудовлетворительное, если в неудовлетворительном состоянии находятся только несколько элементов, и удовлетворительное.

Если по результатам приблизительной оценки категория технического состояния здания или сооружения соответствует нормативному или работоспособному техническому состоянию, то повторные измерения динамических параметров проводят через два года.

Если по результатам повторных измерений динамических параметров их изменения не превышают 10%, то следующие измерения проводят ещё через два года.

Если по результатам приблизительной оценки категория технического состояния здания или сооружения соответствует ограниченно работоспособному или аварийному состоянию или если при повторном измерении динамических параметров здания или сооружения результаты измерений различаются более чем на 10%, то техническое состояние такого здания или сооружения подлежит обязательному внеплановому обследованию.

Обследование выполняется высококвалифицированными специалистами, прошедшими специальный курс обучения. Достоверность данных обследования выборочно проверяет руководитель бригады в каждом административном округе города, техническое состояние оценивается в присутствии представителей владельца здания и подрядной организации, отвечающей за его эксплуатацию.

В выходном документе (заключении о техническом состоянии жилого строения) отражаются: паспортные данные, включая серию здания, год постройки, физический износ по данным БТИ, а также информация о наличии технической документации на здание (технические заключения, проекты ремонта и т.п.) и результаты предыдущего обследования технического состояния.

Приводится информация о выполнении рекомендаций предыдущего обследования по капитальному ремонту элементов здания (включая объём ремонта); затем результаты обследования технического состояния конструкции и систем здания с указанием объёма повреждений по состоянию на день обследования; далее данные специализированных эксплуатационных организаций о техническом состоянии систем вентиляции, газоходов, лифтов, электроснабжения, газоснабжения, противопожарной автоматики и дымоудаления и дополнительные данные, освещающие индивидуальные особенности зданий и состояние их конструкций. В итоге делаются выводы по результатам обследования по зданию в целом и рекомендации по ремонтно-восстановительным работам на ближайшие пять лет.

Результаты обследований используются при выявлении приоритетов в обеспечении безаварийного содержания жилых домов, предупреждении появлений аварий и отказов основных строительных конструкций, формировании титульных списков на капитальный ремонт зданий и отдельных конструкций и их систем, контроле над эффективным использованием бюджетных и привлеченных средств, выделяемых на содержание жилищного фонда.

Накопленная и формализованная информация даст возможность решать оперативные и стратегические задачи по организации технического обслуживания и ремонта жилищного фонда.

4. Общие требования к проектированию и разработке автоматизированных стационарных систем мониторинга технического состояния зданий (сооружений)

Разработка автоматизированных стационарных систем мониторинга технического состояния оснований и строительных конструкций включает в себя следующие этапы:

1. на основе анализа возможных природно-техногенных воздействий, возможных неквалифицированных действий или отсутствия необходимых действий обслуживающего персонала, конструктивных особенностей объекта разрабатываются модели опасности для объекта;
2. на основе моделей опасности, знаний в области строительной механики (в том числе математического и физического моделирования) и работы строительных конструкций проводят анализ поведения конструкций объекта при реализации таких опасностей и составляют методику проведения мониторинга, а также перечень частей и элементов конструкций объекта, которые необходимо контролировать. Для каждой части и каждого элемента конструкций составляют перечень контролируемых параметров;
3. на основе известных или специально разрабатываемых способов и методов контроля параметров конструкций, аппаратуры и оборудования для контроля составляют технологию проведения мониторинга технического состояния упомянутых выше частей и элементов конструкций объекта;
4. на основе опыта обследования и анализа поведения строительных конструкций, учёта скоростей развития негативных процессов в конструкциях и степени возможного допущения изменения их напряжённодеформированного состояния разрабатывают регламент проведения мониторинга.

На основе вышеописанных этапов разрабатывают проект автоматизированной стационарной системы мониторинга технического состояния оснований и строительных конструкций, в котором отражают следующие разделы:

• общие данные;
• основные сведения о конструктивных особенностях объекта;
• методика проведения мониторинга;
• технология проведения мониторинга;
• регламент проведения мониторинга;
• состав и технические характеристики комплекса мониторинга;
• формы заключений по этапу мониторинга;
• схемы размещения аппаратуры, оборудования, каналов связи системы мониторинга объекта;
• перечень автоматизированных или выполняемых автоматически процедур мониторинга;
• спецификация приборов и оборудования системы мониторинга.

В рамках проектирования системы мониторинга системы инженернотехнического обеспечения должны быть определены:

• перечень контролируемых параметров работы системы инженерно-технического обеспечения объекта;
• расчётные (проектные) значения контролируемых параметров работы системы инженерно-технического обеспечения объекта;
• состав и технические характеристики аппаратного и программного обеспечения системы мониторинга;
• месторасположение программно-аппаратного обеспечения системы мониторинга;
• алгоритм и критерии принятия управленческих решений по оценке работоспособности системы инженерно-технического обеспечения объекта, угрозы нарушения нормальной эксплуатации и передаче сообщений в единую систему оперативно-диспетчерского управления конкретного города;
• технические решения по взаимодействию системы мониторинга с системой инженерно-технического обеспечения объекта.

В настоящее время происходит возведение высотных зданий в условиях, как правило, тесной городской застройки с устройством глубоких подземных частей. При этом отметка дна котлована во многих случаях находится ниже уровня подземных вод. Строительство подземных частей выполняется в открытом котловане закрытым или комбинированным способом.

В проекте мониторинга предусматриваются мероприятия по определению величины давления на основание, по контролю усилий в фундаментных конструкциях и контролю за осадками и кренами строящегося здания или сооружения.