История появления технологий мониторинга гидротехнических сооружений насчитывает много лет и связана с развитием инженерных наук и строительством гидротехнических объектов. В 19-м веке наблюдения в основном сводились к визуальным осмотрам, а также измерению уровней воды, температуры и атмосферного давления.
В 20-м веке технологии мониторинга существенно продвинулись благодаря научному прогрессу. Были разработаны новые методы измерения уровня грунтовых вод, пространственных перемещений и динамического мониторинга. Во второй половине 20 века значительно увеличилось число гидротехнических сооружений, строящихся для различных целей, в том числе для генерации электроэнергии, орошения, регулирования уровня воды в водохранилищах и других целей. Это привело к появлению более точных методов мониторинга и созданию системы дистанционного опроса, которые позволяют инженерам получать информацию о работе гидротехнических сооружений в режиме реального времени и принимать решения об их эксплуатации и ремонте. О том, как этот процесс шёл в нашей стране можно прочитать в интервью руководителя отдела проектирования систем мониторинга конструкций ГК «СОДИС Лаб» Владислава Ускова.
Для чего нужен мониторинг
Сегодня использование мониторинга гидротехнических сооружений — это обязательный компонент для обеспечения безопасной и эффективной эксплуатации. Существуют различные системы мониторинга, предполагающие использование оптоволоконных датчиков, датчиков для наблюдения за состоянием подводных частей гидротехнических сооружений и спутниковых систем. Оценка состояния сооружений производится на основе методов математического моделирования, такой метод позволяет применять сложные модели поведения строительных материалов и грунтов основания, с учётом ветра, приливных сил и других факторов.
На основе данной информации экспертные организации определяют текущее состояние и делают прогноз с учётом механических повреждений, коррозии и старения материалов, выявленных ошибок в проектировании и строительстве, а также воздействий окружающей среды — землетрясений, наводнений и ураганов.
Таким образом, мониторинг состояния гидротехнических сооружений имеет довольно длинную историю, а его методы и инструменты продолжают совершенствоваться по сей день.
Россия является одной из крупнейших стран мира по количеству водных ресурсов, а также имеет значительное количество водных объектов, которыми необходимо управлять и контролировать. Согласно данным Ростехнадзора, сегодня в России общее количество гидротехнических сооружений около 30 тысяч, в том числе почти девятьсот комплексов жидких промышленных отходов и без малого шестьсот комплексов, относящихся к топливно-энергетическим объектам (ГЭС, ГРЭС, ТЭЦ, ГАЭС и атомные станции). На внутренних водных путях РФ расположено 723 судоходных ГТС, в том числе 11 гидроэлектростанций.
Обеспечение безопасности гидротехнических регулируется Федеральным законом ФЗ-117 «О безопасности гидротехнических сооружений» и целым рядом других подзаконных актов. Подробнее данный вопрос рассмотрен в статье «Гидротехнические сооружения: нормативные документы по автоматизированному мониторингу».
Появление большого количества гидротехнических сооружений и прогресс в измерительных методах требует современного программного обеспечения для мониторинга по нескольким причинам.
Объём данных. Современные гидротехнические сооружения оснащены большим количеством датчиков и измерительных приборов, которые непрерывно собирают данные о работе сооружений. Обработка и анализ такого объема данных без специализированного программного обеспечения может быть чрезвычайно трудоёмкой и непрактичной.
Точность измерений. Современные измерительные приборы обладают высокой точностью и чувствительностью, что позволяет более точно определять параметры, связанные с работой гидротехнических сооружений. Специализированное программное обеспечение может эффективно обрабатывать большой массив данных и обнаруживать проблемы на ранних стадиях.
Надежность и безопасность. Гидротехнические сооружения играют критическую роль в обеспечении безопасности и стабильности водных систем и любые проблемы с их работой могут иметь серьёзные последствия. Современное программное обеспечение для диагностики гидротехнических сооружений может обнаруживать потенциальные проблемы до их возникновения и предупреждать об оперативных мерах, которые необходимо принять.
Управление ресурсами. Программное обеспечение для мониторинга гидротехнических сооружений используется для автоматизации управления обслуживанием и ремонтом. Это повышает эффективность управления ресурсами и снижает затраты.
Реализация современного подхода к мониторингу гидротехнических сооружений на примере хвостохранилищ описана в данной статье.
Одним из ключевых аспектов для успешного внедрении автоматизированного мониторинга является увязка современных методов, рассчитанных на последующую многолетнюю эксплуатацию, с одновременным учётом существующей программы наблюдений и сложившихся на конкретном объекте практик по мониторингу.
Мониторинг Павловского судоходного шлюза
В качестве примера можно привести проект реконструкции Павловского судоходного шлюза, в котором «СОДИС Лаб» принимает участие с 2019 года.
Данный шлюз был построен на реке Уфе в 1961 году. Строительство велось почти десятилетие и сопровождалось многочисленными нарушениями технологии строительства. Впоследствии это привело к необходимости устройства дополнительных усиливающих элементов (распорок и контрфорсов). Программа наблюдений за шлюзом включала в себя наблюдения за фильтрационным режимом с помощью пьезометров, за раскрытием межсекционных швов камеры шлюза, а также створные наблюдения за плановыми перемещениями стенок камеры шлюза методом малых углов. Помимо этого, группа наблюдений фиксировала уровень воды у верхней и нижней головы шлюза, а также режим заполнения шлюзовой камеры.
В ходе начавшейся в 2019 году реконструкции была значительно модернизирована контрольно-измерительная аппаратура: установлены современные датчики уровня грунтовых вод, метеостанция, датчики деформации и автоматические щелемеры, которые подключены к серверу мониторинга современными средствами коммуникации. Однако не всё оборудование было автоматизировано: часть щелемеров заменили на современную модель, предназначенную исключительно для ручных наблюдений. Также поступили и со створными знаками — установили новую модель, аналогичную прежней конструкции. Это позволило обеспечить преемственность наблюдений, так как группа наблюдений шлюза имеет многолетний опыт работы и огромный массив накопленных данных, полученных по прежней методике. Чтобы обеспечить возможность ретроспективного анализа все доступные архивные данные были загружены в программный комплекс мониторинга.
Установленный в процессе реконструкции КИА специализированный программный комплекс SODIS Building M предоставил новые возможности для специалистов, обслуживающих шлюз:
- Современный интерфейс позволяет легко переключаться между различными информационными панелями и быстро находить требуемую информацию.
- Цветовая индикация проблемных зон на трёхмерной модели даёт наглядное представление об общем состоянии сооружения и текущем статусе работы системы мониторинга.
- Встроенные алгоритмы обработки измерительной информации позволяют быстро и безошибочно вычислять результаты наблюдений и сравнивать их с критериями безопасности.
- Специалисты бассейного управления в Уфе получили возможность мгновенного доступа к результатам наблюдений непосредственно со своего рабочего.
- Интеграционные модули позволили объединить данные от проводной и беспроводной системы сбора данных, а также загружать данные ручных наблюдений.
- Архитектура платформы SODIS Building M позволяет подключать к системе любые дополнительные датчики. То есть при последующих модернизациях контрольно-измерительной аппаратуры не нужно переходить на другую платформу мониторинга. Персонал ГЭС будет работать в знакомом программном интерфейсе и пользоваться привычными аналитическими инструментами.
Помимо установки базовой версии программы наша компания индивидуально доработала конфигурацию SODIS Building M, чтобы облегчить переход к современным информационным технологиям для имеющихся на шлюзе специалистов. Так, были разработаны дополнительные инструменты для интеграции с Excel и доработан веб-интерфейс для работы с платформой.
В итоге, получилась комплексная модернизированная система мониторинга, которая, с одной стороны, включает современные решения, а с другой стороны создана с учётом многолетнего опыта.
Описанный пример наглядно показывает, что внедрение современных инструментов мониторинга на гидротехнических сооружениях требует гибкого подхода и масштабируемых программных решений. С учётом этих потребностей и был создан программный комплекс SODIS Building M.
