Футбольный стадион «Екатеринбург Арена» — один из крупнейших спортивных объектов, ставший местом проведения чемпионата мира по футболу в России. На объекте используется система мониторинга деформационного состояния, установленная специалистами «СОДИС Лаб». Рассказываем, как она работает и какие задачи позволяет решать.
Спортивный объект был построен в середине 50-х, за последние 15 лет он пережил две реконструкции. Это позволило привести «Арену» в соответствии со стандартами FIFA и получить одобрение на проведение чемпионата мира. На сегодняшний день стадион вмещает до 35 тыс. человек и является крупнейшим сооружением на Урале.
Для обеспечения безопасности эксплуатации арена была оборудована стационарной автоматизированной системой мониторинга напряжённо-деформированного состояния основных несущих конструкций (СМДС), которую разработали и установили специалисты «СОДИС Лаб». Работа велась в несколько этапов в период с 2014 по 2018 гг.
Необходимость мониторинга несущих конструкций «Арены» появилась в ходе проведения второй реконструкции. Наиболее сложная конструктивная часть нового сооружения — уникальное большепролётное покрытие трибун, спроектированное специалистами компании «СтальПроект» в виде перевёрнутого усечённого конуса диаметром 178,5 м и высотой около 8 м.
Рис. 1. Екатеринбург Арена: а — общий вид несущего каркаса (фрагмент BIM-модели); b — конструктивная схема большепролётного покрытия (размеры указаны в метрах)
При создании архитектуры СМДС «Арены» учитывался опыт проектирования систем мониторинга для спортивных объектов Олимпийского парка Сочи. Также были использованы технологии, успешно внедрённые в систему мониторинга многофункционального комплекса «Лахта Центр».
Система мониторинга, установленная на объекте, включает в себя комплекс программно-аппаратных средств для обработки информации и сеть наклономеров, тензометров, акселерометров, роботизированного тахеометра и метеостанции. Программное обеспечение SODIS Building M создаёт из разрозненных технических средств единую информационную среду для обеспечения преемственности, непрерывности и целостности измерений в течение всего жизненного цикла здания. Все датчики опрашиваются автоматически с помощью специализированных систем сбора данных, которые передают результаты измерений и диагностическую информацию на сервер. Данные мониторинга доступны оператору в режиме онлайн с помощью автоматизированного рабочего места.
В состав системы мониторинга спортивного сооружения включены системы мониторинга угловых перемещений (кренов), деформаций и контроля колебаний (динамического мониторинга), система геодезического мониторинга (контроля перемещений) и система погодного мониторинга.
Рис. 2. Структурная схема СМДС «Екатеринбург Арены»
В качестве конечных элементов «Арены» были выбраны кольцевые балки и трубобетонные пилоны. Для удобства локализации аварий (и визуализации нештатных ситуаций) оба кольца в базе данных системы мониторинга разделены на 16 частей (в местах расположения датчиков деформации).
Большинство физических величин, измеряемых датчиками, характеризуется не только значением, но и направлением, поэтому для однозначной интерпретации получаемых сведений приходится использовать различные системы координат и правила знаков, задаваемые для каждой измерительной системы индивидуально.
Получаемые данные используются для расчёта таких показателей, как крены контролируемых пилонов, внутренние усилия и нормальные напряжения в сечениях кольцевых балок, частоты собственных колебаний конструкций каркаса здания и планово-высотные перемещения металлоконструкций покрытия.
На основании полученных данных система мониторинга в автоматическом режиме определяет техническое состояние объекта и уведомляет диспетчера о нештатных ситуациях.
Система настроена таким образом, что переход контролируемых элементов кольцевых балок покрытия в предаварийное или аварийное состояние происходит при достижении напряжений в любой точке контролируемых сечений величины.
ПО позволяет в любой момент получить доступ к текущим и историческим значениям напряжений, внутренних усилий, приращениям деформаций в точках установки датчиков. Также система сохраняет «сырые» (необработанные) данные о частотах колебаний струн тензометров и их температуры, это необходимо для диагностики нештатных ситуаций в работе автоматизированной системы.
Рис. 3. Пользовательский интерфейс SODIS Building M 4.0, сконфигурированный для управления системой мониторинга «Екатеринбург Арены»
В результате проведения мониторинга кольцевых балок на объекте в период с 2018 по 2021 гг. показали, что напряжения в наиболее опасных точках сечений находятся глубоко в «зелёной» зоне.
Если оценивать в целом, то внедрение системы мониторинга на объекте позволило создать единую информационную среду, которая на этапе эксплуатации помогает автоматизировать процесс выявления и локализации дефектов строительных конструкций, совершенствовать методы расчёта и проектирования, планирования предупредительных ремонтов, инструментальных обследований, а также для решения других наукоёмких задач.
Более подробную информацию можно найти в статье «Автоматизированный мониторинг деформации несущих конструкций „Екатеринбург Арены“», опубликованную в журнале «Вестник МГСУ».