СПОСОБ МОНИТОРИНГА БЕЗОПАСНОСТИ НЕСУЩИХ КОНСТРУКЦИЙ, КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2011 года по МПК G01M7/00 

Изобретение относится к области автоматизированных систем мониторинга безопасности несущих конструкций, конструктивных элементов зданий и сооружений, а также зон вероятных природных чрезвычайных ситуаций. Изобретение может быть преимущественно использовано при создании, эксплуатации автоматизированных систем мониторинга особо опасных, технически сложных и уникальных объектов, а также зданий и сооружений, находящихся в зонах вероятной природной чрезвычайной ситуации, с целью определения безопасного состояния несущих конструкций, конструктивных элементов зданий и сооружений, оперативного оповещения об изменении их состояния и предупреждения возникновения чрезвычайных ситуаций.

Известен способ определения устойчивости зданий и сооружений (патент РФ на изобретение №2245531), включающий возбуждение колебаний испытуемого объекта на собственных частотах воздействием на него последовательности ударных импульсов малой амплитуды, измерение колебаний с помощью установленных на объекте датчиков, определение динамических характеристик объекта, экспериментальное определение значений поверхностной прочности, и/или объемной прочности, и/или параметров армирования элементов конструкции объекта, и/или осадки, и/или сдвига, и/или крена объекта, и/или глубины залегания фундамента, и/или его поверхностной прочности, и/или его объемной прочности, и/или период собственных колебаний грунта под объектом, и/или вокруг него, измеренный, по меньшей мере, по первому тону колебаний, и/или логарифмический декремент их затухания, и/или уровень грунтовых вод, сравнение полученных экспериментальных значений с данными теоретических моделей, рассчитанных для данной конструкции объекта и материалов изготовления, и определение устойчивости зданий и сооружений методом экспертных оценок.

Возможности способа ограничиваются контролем параметров, позволяющих оценивать изменение прочности несущих конструкций, а также необходимостью привлечения экспертов для оценки. Способ не обеспечивает связь оценок изменения прочности с опасностью аварий и ЧС в режиме реального времени и не может быть использован в системе предупреждения аварий и ЧС.

Также известен способ дистанционного контроля и диагностики состояния конструкций и инженерных сооружений (патент РФ на изобретение №2247958), характеризующийся использованием ЭВМ в качестве пункта контроля и обработки информации. Согласно способу производят программный опрос датчиков (измерительных преобразователей), установленных в местах диагностирования конструкции, полученную информацию преобразуют, оцифровывают и передают на пункт контроля, где сигналы регистрируют и сравнивают их с заранее зафиксированными значениями, в качестве которых используют данные метрологической аттестации, проведенной перед началом эксплуатации, а по отклонению поступивших сигналов судят о наличии изменений контролируемых параметров. Способ позволяет осуществлять постоянный контроль за состоянием конструкции и в любой момент времени получать информацию о ее состоянии.

Оценка по данным метрологической аттестации не позволяет судить о степени опасности изменений контролируемых параметров. Возможности способа ограничиваются контролем параметров, позволяющих судить об изменении надежности несущих конструкций. Способ не обеспечивает возможности использования в системе предупреждения аварий и ЧС в режиме реального времени. К недостаткам данного способа следует отнести необходимость осуществления запроса информации с целью ее вывода на носитель.

Известен также способ контроля состояния элементов строительных конструкций (патент РФ №2327105), принятый за прототип, основанный на осуществлении опроса датчиков, установленных в местах диагностирования конструкции, преобразовании полученной с датчиков информации и ее передаче на пункт контроля, который выполнен в виде компьютера с программным обеспечением, где осуществляют регистрацию и сравнение полученной информации с заранее введенными в память компьютера фиксированными величинами, формировании условного изображения контролируемого объекта, повторяющего его конструкцию. При этом на условном изображении объекта в местах, соответствующих реальному расположению датчиков, размещают цветные метки-индикаторы, выводят упомянутое изображение с метками-индикаторами на экран компьютера, обеспечивая постоянную связь упомянутых меток-индикаторов с датчиками, а в качестве фиксированной величины для каждого датчика используют полученное путем предварительных расчетов предельное допустимое значение измеряемого параметра. Результаты опроса датчиков и результаты сравнения последней принятой с них информации отражают в реальном времени через цвет меток-индикаторов и его смену на условном изображении объекта. По цвету индикаторов судят об исправности датчиков и состоянии конструкции.

Недостатком данного способа является низкая вероятность выявления предаварийных и аварийных ситуаций из-за отсутствия возможности пересчета предельно допустимых значений измеряемых параметров, обусловленной старением конструкций и воздействием внешних физических факторов.

Возможности способа ограничиваются контролем величин, позволяющих оценивать изменение состояния элементов строительных конструкций. Способ не обеспечивает оценку степени опасности изменения значений измеряемых параметров с опасностью аварий и ЧС в режиме реального времени и не может быть использован в системе предупреждения аварий, ЧС.

Известно устройство контроля состояния конструкции здания или инженерно-строительного сооружения (патент РФ №2327105), содержащее пункт контроля, характеризующийся использованием компьютера, измерительные преобразователи, размещенные в местах диагностирования конструкции, связанный с ними блок предварительной обработки сигналов, включающий плату аналого-цифрового преобразователя, и средства связи блока предварительной обработки сигналов с упомянутым компьютером, выполненным с возможностью опроса измерительных преобразователей, приема и регистрации сигналов, содержащих измерительную информацию, и с возможностью сравнения упомянутой информации с заранее внесенными в его память фиксированными величинами, снабженное средствами наглядного представления информации, включающими выведенное на экран компьютера условное изображение контролируемой конструкции и цветные метки-индикаторы, размещенные на упомянутом изображении в соответствии с размещением измерительных преобразователей и выполненные с возможностью отражения в реальном времени посредством своего цвета и его изменения исправности соответствующего измерительного преобразователя и результатов сравнения последней принятой с него информации, при этом компьютер выполнен с возможностью одновременного со сменой цвета метки-индикатора вывода на экран дополнительных сведений о типе и исполнении элемента конструкции, на котором размещен соответствующий упомянутой метке-индикатору измерительный преобразователь.

Также известна, принятая за прототип, система мониторинга технического состояния зданий и сооружений (патент РФ на полезную модель №66525), содержащая блок ударного устройства, блок вибродатчиков, блок обработки и выходной информации, блок измерения ускорений колебаний объекта, и/или блок измерения скоростей колебаний объекта, и/или блок измерения амплитуд колебаний объекта, и/или блок измерения наклонов, и/или блок измерения прогибов, и/или блок измерения напряжений, и/или блок измерения нагрузок, и/или блок измерения абсолютной и неравномерной осадки, и/или блок контроля трещин, стыков и швов, и/или блок измерения геодезических параметров, и блок градации выходной информации.

Недостатком этой системы является отсутствие возможности непрерывного функционирования, отсутствие возможности прямого измерения собственных частот колебаний несущих конструкций, конструктивных элементов зданий и сооружений, отсутствие возможности учета важных климатических факторов, влияющих на состояние безопасности несущих конструкций, конструктивных элементов зданий и сооружений - температуры, влажности, уровня грунтовых вод, отсутствие возможности мониторинга и отображения данных об изменении состояния несущих конструкций, конструктивных элементов зданий и сооружений в режиме реального времени, отсутствие блока передачи информации внешним потребителям через информационные сети и/или каналы связи, осуществление посредством блока ударного устройства только импульсного (ударного) динамического воздействия на конструктивные элементы.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в достоверном предупреждении органов управления о возможности наступления аварийных, чрезвычайных ситуаций и их предотвращении за счет своевременного выявления, оповещения и реагирования.

В процессе эксплуатации здания и сооружения подвергаются воздействию различных факторов, под воздействием которых они изнашиваются, а несущие элементы теряют свою несущую способность. К таким факторам относятся сейсмические воздействия и вибрационные нагрузки, воздействия промышленных установок, наземного и подземного транспорта, периодические изменения температуры и влажности окружающей среды и самих несущих конструкций, движение атмосферного воздуха и подземных вод. От постоянного или периодического воздействия таких нагрузок в зданиях (сооружениях) накапливаются и напряжения и деформации, которые могут в некоторый момент времени привести к локальному разрушению конструктивных элементов или прогрессирующему разрушению несущих конструкций здания. Эксплуатация зданий с поврежденными конструктивными элементами может привести к катастрофическим обрушениям зданий (сооружений), в том числе и с большими человеческими жертвами.

Каждому зданию или сооружению присущ набор интегральных характеристик состояния несущих конструкций, таких как:

- частоты и формы собственных колебаний;

- величины амплитуд смещений, скоростей смещений и ускорений в точках измерения;

- параметры затухания колебаний конструкций;

- передаточные функции грунт - фундамент, фундамент - этажи;

- компоненты динамических деформаций, напряжений и др.

Эти интегральные характеристики отражают индивидуальные особенности здания, как следствие свойств подстилающего грунта и фундамента объекта, наличия грунтовых вод, вида и качества соединений отдельных блоков, частей и элементов объекта, их физико-механических параметров.

Для выбранного набора интегральных характеристик состояния несущих конструкций с использованием моделирования строится матрица граничных значений интегральных характеристик, служащая для установления условий нарушения нормальной эксплуатации и предаварийного изменения состояния несущих конструкций.

Старение здания или сооружения сопровождается снижением прочностных свойств несущих элементов и конструкции в целом, что отражается в виде изменения параметров их интегральных характеристик, и, как следствие, приводит к временному изменению матрицы граничных значений интегральных характеристик состояния несущих элементов.

Суть предлагаемого способа состоит в следующем.

Строится компьютерная модель объекта, позволяющая моделировать конструкцию здания или сооружения, реальное физическое состояние здания или сооружения, включая подстилающий грунт и подземные воды, а также изменение этого состояния во времени в процессе эксплуатации и формирующая условное изображение контролируемого объекта, повторяющее его конструкцию.

Строится компьютерная модель физических факторов, воздействующих на здание или сооружение.

Проводится математическое моделирование воздействия физических факторов на здание/сооружение и определяются расчетные значения интегральных характеристик несущих конструкций. Определяются точки несущих конструкций, критически важные для безопасности здания/сооружения и являющиеся в том числе и точками диагностирования конструкций. Строится матрица граничных значений интегральных характеристик состояния здания/сооружения для критически важных точек для нормальной эксплуатации и предаварийного изменения состояния несущих конструкций.

С помощью датчиков, устанавливаемых в точках диагностирования конструкций, проводят измерения параметров конструкций и их материалов, параметров грунта, здания, окружающей среды, а именно значения поверхностной прочности, объемной прочности, параметры армирования элементов конструкции объекта, осадки, сдвиги, крены объекта, глубина залегания фундамента, его поверхностная прочность, его объемная прочность, период собственных колебаний грунта под объектом и вокруг него, логарифмический декремент их затухания, уровень грунтовых вод, влажность, температура, частоты и формы собственных колебаний объекта в целом, его блоков и отдельных элементов конструкции, величины смещений, скоростей смещений и ускорений в каждой точке измерений на объекте, логарифмические декременты затухания (поглощения), передаточные функции грунт - фундамент объекта, фундамент объекта - этажи и части объекта по высоте, компоненты динамических деформаций и напряжений, возникающих в объекте, и др.

Полученные параметры отображают фактическое физическое состояние эксплуатируемого объекта в целом, его блоков и отдельных элементов конструкции и используются для оценки степени опасности изменения интегральных характеристик состояния конструкций.

Полученные данные интегральных характеристик сравниваются с данными матрицы граничных значений интегральных характеристик, что позволяет оценить степень опасности изменения состояния здания или сооружения и принять при необходимости меры по оповещению и эвакуации людей, по углубленному обследованию здания/сооружения.

Полученные данные интегральных характеристик обеспечивают возможность установления связи с изменениями свойств подстилающего грунта и дефектов в конструкции объекта, возникающих в процессе эксплуатации, а также обеспечивают данными экспертов для оценки безопасности дальнейшей эксплуатации здания/сооружения, выработки рекомендаций по усилению конструкций, ремонту, реконструкции или обоснованию необходимости его сноса.

По величине отклонения полученных при обследовании объекта значений интегральных характеристик от их граничных значений определяют категорию состояния здания/сооружения, отображают эту информацию различными средствами отображения и доводят ее до пользователей информации.

Для корректировки значений элементов матрицы граничных значений интегральных характеристик объекта, изменение которых обусловлено старением здания, воздействием внешних физических факторов как сезонного характера, так и стихийного характера, в способе предусмотрено применение специального воздействия на элементы конструкций с помощью устройств нагружения непрерывного действия, вырабатывающих сигнал нагружения произвольно заданной формы и/или частоты. По результатам обработки зарегистрированных датчиками откликов конструктивных элементов и здания на это воздействие, вносятся изменения в матрицу граничных значений интегральных характеристик объекта.

Таким образом, реализация предлагаемого способа позволяет:

- оперативно доводить информацию о безопасности здания/сооружения до пользователей;

- обеспечивать данными для оценки безопасности дальнейшей эксплуатации, целесообразности ремонта, необходимости реконструкции или сноса здания или сооружения, для выработки предложений по усилению конструкций;

- использовать полученную информацию для формирования статистики о работоспособности зданий и сооружений, эксплуатирующихся в различных условиях, для корректировки технических норм проектирования, эксплуатации, ремонта и реконструкции зданий и сооружений.

Это достигается тем, что в систему мониторинга технического состояния зданий и сооружений, содержащую блок обработки выходной информации, блок измерения ускорений колебаний объекта, блок измерения скоростей колебаний объекта и/или блок измерения амплитуд колебаний объекта, и/или блок измерения наклонов, и/или блок измерения прогибов, и/или блок измерения напряжений, и/или блок измерения нагрузок, и/или блок измерения абсолютной и неравномерной осадки, и/или блок измерения геодезических параметров, и блок градации выходной информации, дополнительно включены не менее одного блока нагружения непрерывного действия, вырабатывающего сигнал нагружения произвольно заданной формы и/или частоты, блок управления блоком нагружения, блок определения собственных частот колебаний конструкций, блок измерения уровня грунтовых вод, блок измерения температуры, блок измерения влажности, блок передачи информации потребителям, блок влагомеров, предназначенный для измерения содержания влаги в конструктивных элементах и конструкциях, блок встроенного контроля работоспособности системы и ее элементов и не менее одного источника бесперебойного питания. При этом все блоки подключены к шинам управления, передачи данных и питания.

Система мониторинга в режиме реального времени осуществляет мониторинг интегральных характеристик напряженно-деформированного состояния несущих конструкций здания/сооружения и выдачу сообщений об изменении напряженно-деформированного состояния конструктивных элементов, несущих конструкций объекта и условий их функционирования.

В системе мониторинга обеспечивается мониторинг гидрометеорологических и грунтовых нагрузок, включая вибрацию, сбор от измерительных блоков данных, требуемых для оценки состояния зданий/сооружений и их конструктивных элементов. В системе автоматически осуществляется оценка состояния безопасности несущих конструкций здания/сооружения и условий их функционирования по градации посредством блока обработки выходной информации. Система автоматически в режиме реального времени осуществляет контроль над процессами, протекающими в конструкциях объектов, в окружающей среде и в грунте для своевременного обнаружения на ранней стадии негативного изменения напряженно -деформированного состояния конструкций. Кроме того, для контроля напряженно - деформированного состояния объекта контролируются геометрические и динамические параметры объекта.

Система определяет изменение величин крена фундаментных плит, конструкций, кровли с помощью измерительных блоков наклона.

Система осуществляет измерение геодезических параметров - отклонение от вертикали высоты конструкций.

Блок обработки и выходной информации собирает данные, поступающие с измерительных блоков, анализирует их и передает их блок градации выходной информации, который осуществляет категорирование изменения технического состояния зданий/сооружений, при этом градация осуществляется, как минимум, по трем категориям безопасности здания/сооружения в текстовом и цветовом отображении на экранах дисплеев, и в звуковом виде.

Колебания конструктивных элементов здания/сооружения, обусловленные движением грунта, воздействием ветра и других внешних факторов, а также воздействие блока(ов) нагружения непрерывного действия, в режиме реального времени фиксируются блоками измерений ускорений колебаний объекта и/или блок измерений скоростей колебаний объекта, и/или блок измерения амплитуд колебаний объекта. А блок определения собственных частот колебаний выделяет собственные частоты колебаний конструктивных элементов здания/сооружения.

Информация с этих блоков в оцифрованном виде поступает в блок обработки и выходной информации.

В этот же блок обработки и выходной информации в режиме реального времени в оцифрованном виде поступают сигналы от блока измерения скоростей колебаний, блока измерения амплитуд колебаний, блока измерения наклонов, блока измерения прогибов, блока измерения напряжений, блока измерения абсолютной и неравномерной осадки, блока измерения абсолютных и/или относительных геодезических параметров элементов объекта, от блока измерения температуры, блока измерения влажности, блока измерения уровня грунтовых вод, блока влагомеров.

В блоке обработки и выходной информации содержатся:

- данные о конструкции объекта/сооружения, его геометрические и динамические параметры - модель здания/сооружения;

- прочностные характеристики конструктивных элементов;

- данные об окружающей среде;

- координатные данные о расположении датчиков измерительных блоков;

- данные о граничных значениях интегральных характеристик соответствующих нарушению нормальной эксплуатации и предаварийному изменению состояния несущих конструкций здания, сооружения для каждого из определенных воздействий и/или нагрузок на строительные конструкции (матрица граничных значений интегральных характеристик);

- информация об измеренных ранее собственных частотах конструктивных элементов и самого здания/сооружения, информация о параметрах воздействия при определении собственных частот;

- данные о динамике изменения собственных частот и других интегральных характеристик;

- расчетная модель здания/сооружения и их конструктивных элементов;

- модель воздействий и нагрузок для данного здания/сооружения;

- тестовые программы для опроса датчиков, необходимые для проверки работоспособности блоков и системы.

Все данные с измерительных блоков проходят цифровую обработку в блоке обработки и выходной информации. Выходная информация блока обработки и выходной информации поступает в блок градации выходной информации и в блок передачи информации потребителям. По результатам обработки данных измерений в блоке обработки и выходной информации могут также определяться (и отображаться) конструктивные элементы здания/сооружения, в которых выявлены критические дефекты.

В зависимости от результата сравнения текущих значений интегральных характеристик здания/сооружения и/или их конструктивных элементов, окружающей среды с заданными граничными значениями блок градации выходной информации градирует ее, как минимум, по трем категориям безопасности; она может быть представлена в текстовом, цветовом и/или звуковом виде.

С блока обработки и выходной информации информация об уровне безопасности здания/сооружения и их конструктивных элементов поступает потребителям.

Источник(и) бесперебойного питания соединен(ены) со всеми блоками системы. Источник(и) бесперебойного питания обеспечивают непрерывность мониторинга системой в случае отключения/нарушения энергоснабжения здания/сооружения.

По меньшей мере, один блок нагружения непрерывного действия вырабатывает сигнал нагружения произвольно заданной формы и/или частоты. Это осуществляется под управлением блока управления, который задает алгоритм работы блока(ов) нагружения. Результаты обработки данных, зафиксированных системой, служат для определения частот собственных колебаний здания/сооружения и их конструктивных элементов, калибровки датчиков, уточнения интегральных показателей, характеризующих надежность конструкций, и определения динамики их изменения, корректировки матрицы граничных значений интегральных характеристик.

Блок встроенного контроля работоспособности системы периодически «опрашивает» датчики, входящие в состав блоков системы мониторинга, посредством формирования и выдачи на них тестовых сигналов, осуществляет сравнение полученных откликов с нормативными значениями и выдает информацию о работоспособности датчиков/блоков/системы.

Система иллюстрируется чертежом, на котором изображена блок-схема системы мониторинга безопасности зданий, сооружений и их конструктивных частей в режиме реального времени.

Система состоит из блока(ов) нагружения непрерывного действия 1, блока определения собственных частот колебаний конструкций 2, блока измерения ускорений колебаний объекта 3, блока измерения скоростей колебаний 4, блока измерения амплитуд колебаний 5, блока измерения наклонов; блока измерения прогибов 7; блока измерения напряжений 8; блоки измерения нагрузок 9; блока измерения абсолютной и неравномерной осадки 10; блока измерения геодезических параметров 11; блока обработки и выходной информации 12, блока градации выходной информации 13; блока передачи информации потребителям 14; блоки измерения температуры 15; блоки измерения влажности 16; блока измерения уровня грунтовых вод 17; блока влагомеров 18; блока встроенного контроля работоспособности системы и ее элементов 19, источника(ов) бесперебойного питания 20; блока управления блоком нагружения 21. Все перечисленные блоки подключены к шинам передачи данных 22, шинам управления 23 и шинам питания 24.

Все составляющие блоки системы могут быть реализованы на базе известных выпускаемых элементов и микросхем, предназначенных дл выполнения указанных функций.

Блоком нагружения непрерывного действия могут являться линейные двигатели.

Блоком измерения ускорений колебания объекта могут являться известные технические устройства для измерения ускорений колебаний, например акселерометры.

Блоком измерения скоростей колебания объекта могут являться известные технические устройства для измерения скорости колебания, например, велосиметры.

Блоком измерения смещений могут являться известные технические устройства для измерения амплитуд колебания объекта, например сейсмометры.

Блоком измерения наклонов могут являться известные технические устройства для измерения наклонов, например наклономеры, инклинометры, клинометры.

Блоком измерения прогибов могут являться известные технические устройства для измерения прогибов, например прогибомеры.

Блоком измерения напряжений могут являться известные технические устройства для измерения напряжений, например тензометры.

Блоком измерения нагрузок могут являться известные технические устройства для измерения давления (нагрузок), например датчики давления (нагрузок).

Блоком измерения абсолютной и неравномерной осадок могут являться известные технические устройства для измерения осадок, например датчики измерения абсолютной и неравномерной осадки.

Блоком измерения геодезических параметров могут являться известные технические устройства для измерения абсолютных и/или относительных геодезических параметров объекта, например тахеометры и вспомогательное оборудование.

Блоком измерения уровня грунтовых вод могут являться уровнемеры и сигнализаторы уровня.

Блоком измерения температуры могут являться технические устройства, использующие датчики температуры (например, термометры сопротивления, термоэлектрические термометры и т.п.), и выдающие информацию в аналоговом и/или цифровом виде.

Блоком измерения влажности могут являться лазерные, кондукционные, кондуктометрические, нейтронные и радиометрические приборы, предназначенные для измерения влажности, технические устройства, использующие датчики влажности (например, психрометры, гигрометры).

Блоком влагомеров могут являться технические устройства, использующие встроенные во внутрь конструктивных элементов датчики влажности (например, психрометры, гигрометры), кондукционные и кондуктометрические приборы, предназначенные для измерения влажности. Могут использоваться как контактные, так и бесконтактные датчики.

Блоком обработки и выходной информации может являться компьютер с инсталлированным на нем специализированным программным обеспечением.

Блоком градации выходной информации может являться компьютер с подключенным монитором и звуковыми колонками.

Блоком передачи информации может являться типовое оборудование для передачи информации и/или информационного сопряжения.

Блок встроенного контроля работоспособности системы может содержать как самостоятельный программный модуль, так и входящий в состав специализированного программного обеспечения блока обработки и выходной информации, необходимый для формирования и выдачи тестовых сигналов на датчики системы, при проверке их работоспособности и обработки результатов отклика.

Блок управления блоком нагружения может содержать как самостоятельный программный модуль, так и входящий в состав специализированного программного обеспечения блока обработки и выходной информации, необходимый для формирования сигналов управления на блок(и) нагружения.

Заявляемый способ мониторинга осуществляется посредством заявляемой системы следующим образом.

На основе материалов проектирования и проектно-изыскательных работ в блоке обработки и выходной информации 12 формируют компьютерную модель здания/сооружении. Также в блоке обработки и выходной информации 12 формируют компьютерную модель нагрузок и воздействий на здание/сооружение и рассчитывают интегральные характеристики несущих конструкций. В блоке обработки и выходной информации 12 формируют матрицу граничных значений интегральных характеристик состояния здания/сооружения и определяют категории состояния здания и показателей изменения состояния несущих конструкций. В блоке обработки и выходной информации 12 определяют точки несущих конструкций, критически важные для безопасности здания/сооружения. С помощью датчиков измерительных блоков 2-11 и 15-18, установленных в критически важных точках, осуществляют измерение параметров.

Данные с датчиков блоков 2-11 и 15-18 по шинам передачи данных поступают в блок обработки и выходной информации 12. В блоке обработки и выходной информации 12 осуществляют автоматический сбор и обработку данных, поступающих от датчиков 2-11 и 15-18, определяют интегральные характеристики и сравнивают измеренные интегральные характеристики с элементами матрицы граничных значений интегральных характеристик состояния здания/сооружения.

В блоке градации выходной информации 13 осуществляют категорирование состояния здания/сооружения и отображают средствами отображения информацию о текущей категории состояния здания/сооружения.

В зависимости от результата сравнения текущих значений интегральных характеристик здания/сооружения и/или их конструктивных элементов, окружающей среды с заданными граничными значениями блок градации выходной информации 13 градирует ее, как минимум, по трем категориям безопасности и отображает ее в текстовом, цветовом и/или звуковом виде.

В случае наступления критически важных ухудшений состояния несущих конструкций здания/сооружения, осуществляют передачу информации потребителям по каналам связи с помощь блока передачи информации 14.

С помощью, как минимум, одного блока нагружения непрерывного действия 1, размещенного(ых) в критически важной точке(ах), автоматически проводят периодическую проверку и настройку системы. Под управлением блока обработки и выходной информации 2 блок нагружения непрерывного действия 1 вырабатывает сигнал нагружения произвольно заданной формы и/или частоты. Блок обработки и выходной информации 2 проводит опрос измерительных датчиков блоков 2-11 и 5-18, которые измеряют отклик несущих конструкций на динамическое воздействие. В блоке обработки и выходной информации 2 проводят обработку полученной информации и при изменении значений интегральных характеристик несущих конструкций проводят корректировку матрицы граничных значений интегральных характеристик состояния здания/сооружения.

Система находится в постоянном режиме самодиагностики, осуществляемом посредством блока встроенного контроля работоспособности системы и ее элементов 19.

Система мониторинга строится на использовании известных технических устройств в новом функциональном сочетании.

Система мониторинга позволяет круглосуточно автоматически отслеживать состояние здания/сооружения, выводить наглядную информацию и передавать информацию потребителям.

Заявляемое изобретение промышленно применимо и имеет изобретательский уровень, а заявленная совокупность отличительных признаков обладает новой устойчивой взаимосвязью, что позволяет решить заявленную техническую задачу с заявленным техническим результатом.

Основные идеи предлагаемого способа мониторинга реализованы на основе программно-аппаратного комплекса в «Profile Duilding S» (включающего ПЭВМ с инсталлированным специализированным программным обеспечением, датчики наклона (инклинометры) и акселерометры) в проекте системы мониторинга несущих конструкций Ледового дворца на Ходынском поле в г.Москве и проекте системы мониторинга несущих конструкций многофункционального комплекса с «Московским дворцом бракосочетания» и подземной автостоянкой на участках ММДЦ «Москва-Сити», и подтвердили свою работоспособность.

Изобретения относятся к области автоматизированных систем мониторинга технического состояния зданий и сооружений и могут быть использованы при проектировании и эксплуатации зданий и сооружений. Способ заключается в создании компьютерных моделей сооружения, моделей нагрузок и воздействий на него, расчете характеристик несущих конструкций с формированием матрицы граничных значений этих характеристик и определении категорий состояния здания и показателей изменения состояния несущих конструкций и точек несущих конструкций, критически важных для безопасности сооружения. При этом производят измерения с помощью датчиков, установленных в критически важных точках, интегральных характеристик несущих конструкций, производят сбор и обработку данных с датчиков и сравнивают измеренные интегральные характеристики с элементами матрицы граничных значений этих характеристик. По результатам сравнения осуществляют категорирование состояния сооружения и отображают средствами отображения информацию о текущей категории состояния сооружения, в случае наступления критически важных ухудшений состояния безопасности несущих конструкций сооружения осуществляют передачу информации потребителям по каналам связи. При этом проводят периодическую проверку и настройку системы с помощью блока нагружения непрерывного действия, размещенного в критически важной точке и вырабатывающего сигнал нагружения и опроса датчиков системы, и проводят обработку полученной информации. При изменении значений интегральных характеристик несущих конструкций проводят корректировку матрицы граничных значений интегральных характеристик состояния здания/сооружения. Система содержит не менее одного блока нагружения непрерывного действия, вырабатывающего сигнал нагружения произвольно заданной формы и/или частоты, блок определения собственных частот колебаний, блок измерения ускорений колебаний, блок измерения амплитуд колебаний, блок измерения скоростей колебаний, блок измерения наклонов, блок измерения прогибов, блок измерения напряжений, блок измерения нагрузок, блок измерения абсолютной и неравномерной осадки, блок измерения геодезических параметров, блок обработки и выходной информации, блок градации выходной информации, предназначенный для категорирования уровня безопасности здания/сооружения, блок измерения уровня грунтовых вод, блок измерения влажности, блок влагомеров, блок измерения температуры, блок передачи информации потребителям, не менее одного источника бесперебойного питания и блок встроенного контроля работоспособности системы и ее элементов, причем все упомянутые блоки подключены к шинам передачи данных, шинам управления и шинам питания. Технический результат заключается в повышении достоверности предупреждений населения о возможности наступления аварийных, чрезвычайных ситуаций в зданиях/сооружениях и их предотвращении за счет своевременного выявления, оповещения и реагирования. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ мониторинга безопасности несущих конструкций, конструктивных элементов зданий и сооружений, заключающийся в том, что в блоке обработки и выходной информации формируют компьютерную модель здания/сооружения, формируют компьютерную модель нагрузок и воздействий на здание/сооружение, определяют расчетные значения интегральных характеристик несущих конструкций, расчетным путем формируют матрицу граничных значений интегральных характеристик состояния здания/сооружения, расчетным путем определяют категории состояния здания и показателей изменения состояния несущих конструкций, расчетным путем определяют точки несущих конструкций, критически важные для безопасности здания/сооружения, измеряют с помощью датчиков, установленных в критически важных точках, интегральные характеристики несущих конструкций, осуществляют в блоке обработки и выходной информации автоматический сбор и обработку данных, поступающих от датчиков, сравнивают измеренные интегральные характеристики с элементами матрицы граничных значений интегральных характеристик состояния здания/сооружения, осуществляют в блоке градации выходной информации категорирование состояния безопасности здания/сооружения, отображают средствами отображения информацию о текущей категории состояния безопасности здания/сооружения, осуществляют, в случае наступления критически важных ухудшений состояния несущих конструкций здания/сооружения, передачу информации потребителям по каналам связи; автоматически проводят периодическую проверку и настройку системы с помощью как минимум одного блока нагружения непрерывного действия, размещенного в критически важной точке и вырабатывающего сигнал нагружения произвольно заданной формы и/или частоты, проводят опрос датчиков системы и измеряют отклик несущих конструкций на динамическое воздействие, проводят обработку полученной информации; при изменении значений интегральных характеристик несущих конструкций проводят корректировку матрицы граничных значений интегральных характеристик состояния здания/сооружения.

2. Система мониторинга безопасности несущих конструкций, конструктивных элементов зданий и сооружений, содержащая не менее одного блока нагружения непрерывного действия, вырабатывающего сигнал нагружения произвольно заданной формы и/или частоты, блок определения собственных частот колебаний, блок измерения ускорений колебаний, блок измерения амплитуд колебаний, блок измерения скоростей колебаний, блок измерения наклонов, блок измерения прогибов, блок измерения напряжений, блок измерения нагрузок, блок измерения абсолютной и неравномерной осадки, блок измерения геодезических параметров, блок обработки и выходной информации, блок градации выходной информации, предназначенный для категорирования уровня безопасности здания/сооружения, блок измерения уровня грунтовых вод, блок измерения влажности, блок влагомеров, блок измерения температуры, блок передачи информации потребителям, не менее одного источника бесперебойного питания и блок встроенного контроля работоспособности системы и ее элементов, причем все упомянутые блоки подключены к шинам передачи данных, шинам управления и шинам питания.