2598

в каком-либо месте конструкции, комплекс волоконно-оптических датчиков сигнализирует оператору через электронный блок обработки сигналов об аварийной ситуации.

При этом даже при наличии разрыва неповрежденные отдельные отрезки световода полноценно работают как датчики при использовании рефлектометров – приборов, анализирующих различные виды обратнорассеянного излучения. Потенциально комплекс волоконно-оптических датчиков может выполнять более масштабную задачу, чем просто сигнал об аварийной ситуации в фундаментной плите как интегральный показатель ухудшения качества контролируемого объекта.

Рассмотрим топологию укладки световода, представленную на рис. 4.36. Здесь предложен вариант комплекса волоконно-оптических датчиков с двумя источниками света и двумя измерителями оптической мощности. Каждая пара опорных отрезков световодов соединена оптическим разъемом, который вынесен на поверхность фундаментной плиты.

При поступлении аварийного сигнала, означающего падение оптической мощности в волоконно-оптической сети до критического уровня, оператор приступает к определению места аварийного события. Для этого он снимает оптические разъемы и последовательно пропускает световой сигнал через каждый опорный световод продольной и поперечной сетей с соответствующим измерением оптической мощности. После завершения тестирования всех опорных отрезков световодов определяются световоды продольной и поперечной сетей, в зонах влияния которых произошло аварийное событие. Пересечение найденных зон (полос) фиксирует место аварийного события (рис. 4.37).

Рис. 4.37. Методика определения места деструктивного события с помощью комплекса волоконно-оптических датчиков

1040

Организация системы мониторинга на базе пьезокерамических датчиков

Комплекс пьезокерамических датчиков представляет собой семейство «кустов» акустических излучателей и приёмников, помещаемых в фундаментную плиту при её заливке. Каждый элемент куста снабжен электропитанием через электропровод, выведенный во внешнюю зону к оператору. Акустический сигнал возбуждается в излучателе и распространяется во всей среде фундаментной плиты.

Физическая схема действия комплекса пьезокерамических датчиков состоит в следующем. Зондирующее излучение источника распространяется непосредственно в контролируемой фундаментной плите (рис. 4.38) и позволяет получать информацию о распределении упругих характеристик бетона, ударной вязкости, внутренних напряжениях, гранулометрическом составе и изменении характеристик бетона.

К таким изменениям следует отнести:

коррозию арматуры;

набор прочности бетоном;

глобальную деструкцию фундаментной плиты;

образование локальных полостей;

зарождение микротрещин;

развитие магистральных трещин.

Электронный блок обработки сигналов имеет критерий на основе откалиброванных значений, согласно которому интегральный коэффициент анализа акустического сигнала не должен выходить за табулированные пределы. В случае достижения заданных пределов комплекс пьезокерамических датчиков сигнализирует оператору об аварийной ситуации.

Мониторинг состояния фасадных систем на базе амплитудных волоконно-оптических датчиков

Для создания систем мониторинга фасадных конструкций возможна разработка волоконно-оптических сенсорных систем, конкретно ориентированных на задачи, поставленные инженерами-строителями. В этом случае разумно пользоваться специально созданной системой мониторинга на базе амплитудных волоконно-оптических датчиков, а не применять приборы широкого спектра возможностей. В результате пользователи системы

1041

мониторинга фасадных конструкций будут иметь инструмент, контролирующий только заданные параметры с необходимой точностью, обладающий разумной ценой.

В качестве варианта рассмотрим фасад, облицованный плиткой (рис. 4.39). Установка волоконно-оптического датчика перемещений и деформаций возможна как при монтаже фасада, так и на эксплуатируемую конструкцию. Поскольку фасад состоит из определенного количества плиток, то в качестве базового объекта контроля уместно выбрать одну из них. Плитка может иметь два варианта аварийного события: смещение вследствие ослабления кронштейна или деформация самой плитки и,

как результат, зарождение или раз-

Рис. 4.39. Схема фасада, облицованного витие трещины по её поверхности.

четания этих ситуаций (наложение или суперпозиция аварийных событий). Для отслеживания этих ситуаций достаточно иметь датчик в виде многоканального оптического тестера, световоды которого приклеены к поверхности контролируемой плитки. Выбрав топологию размещения световода на плитке, мы получим датчик деформаций (рис. 4.40). Для определения относительного смещения нужно приклеить два световода (один в горизонтальном, а другой в вертикальном направлении) так, чтобы

Измеритель оптической мощности позволяет фиксировать выходное напряжение преобразованного оптического сигнала в зависимости от степени деформации или смещения контролируемой плитки.

В итоге датчик при наличии недопустимого отклонения от проектного положения сигнализирует об аварийном событии, поскольку имеет место уменьшение выходного напряжения ниже пределов, соответствующих безопасным условиям эксплуатации.

Это относится как к датчику перемещений, так и к датчику дефор-

1042

маций, которые могут контролировать любые элементы системы.

может быть модифицирована на любые другие фасады. При этом оптическое волокно может быть приклеено по всей поверхности фасада с максимальным охватом зоны контроля (рис. 4.42). Подобная методика позволит применять более сложные, но существенно более чувствительные интерферометрические схемы. В этом случае диагностика состояния волоконного световода осуществляется, как правило, с помощью различных типов рефлектометров, позволяющих анализировать разновидности обратнорассеянного в световоде излучения: релеевского, рамановского и бриллюэновского.

Экспериментальные исследования

ВНИиППЛ МГСУ намечена и последовательно проводится программа экспериментальных исследований, ориентированная на исследования волоконно-оптических и пьезокерамических датчиков в качестве элементов системы мониторинга строительных конструкций.

Врамках этого этапа цементно-песчаные призмы с заложенными отрезками световодов различных конфигураций и топологии закладки подвергались нагрузкам в прессе. Контроль оптической мощности светового

1043

излучения, пропускаемого через световод, позволял фиксировать выходное напряжение преобразованного оптического сигнала в зависимости от степени нагрузки на испытуемый образец. Проведенные испытания однозначно свидетельствуют о необходимости и возможности построения эффективных систем строительного мониторинга на базе этих измерительных систем. В частности, при исследовании волоконно-оптических датчиков основные вопросы первого цикла испытаний базовой программы были сформулированы следующим образом.

1.Определение оптимальных физических и структурных параметров световода как измерительного элемента.

2.Определение топологии и способа закладки световода для достижения максимальной чувствительности к нагрузкам.

3.Влияние защитной оболочки световода на его чувствительность к нагрузкам.

4.Влияние микроизгибов световода на его чувствительность к нагруз-

кам.

5.Измерение пропускательной способности световода, расположенного в основном в срединной части призмы, с целью устранения влияния неравномерного профиля нагрузки вблизи поверхности образца (иллюстрация принципа Сен-Венана).

6.Определение различий в измерении нагрузок на призму при горизонтальном и вертикальном положении образцов в рабочей части пресса.

7.Определение нагрузки, соответствующей началу изменения мощности излучения, в процентах по отношению к максимальной нагрузке.

Анализ полученных результатов очевидным образом свидетельствует

оперспективности выбранного направления и дает богатый материал для разработки волоконно-оптической системы мониторинга состояния железобетонных конструкций в строительстве. Дальнейшее направление исследований целесообразно сконцентрировать в следующих областях:

использование различных конфигураций закладки световодов;

испытания реальных образцов ЖБИ;

испытания других материалов, входящих в состав строительных элементов: металла, кирпича, пластика; контроль напряженнодеформированного состояния при внешнем закреплении световодов на поверхности образцов;

испытания различных типов световодов для достижения наилучшего сочетания следующих свойств:

чувствительности к малым нагрузкам;

прочности при линейном растяжении/сжатии;

применение рефлектометрии;

использование регистрирующей аппаратуры, фиксирующей, кроме нагрузки, температуру, линейный ход пластины пресса и т.д.;

1044

использование в проведении экспериментов других датчиков наряду

сволоконно-оптическим световодом;

испытания образцов не только на сжатие, но и на растяжение. Актуальность создания систем строительного мониторинга диктуется

самой жизнью, если учесть соотношение темпов роста, увеличения нестандартных проектных решений и количества аварий в строительстве. Развивать строительную индустрию без инструментов качественного и оперативного контроля сегодня становится невозможным. Задача любого разработчика строительного мониторинга будет включать в себя следующие вопросы:

теоретические и нормативные обоснования механизма строительного мониторинга;

построение оптимальной технико-экономической модели строительного мониторинга;

разработка эффективных контрольно-измерительных систем;

технологическое обеспечение внедрения строительного мониторинга в практику.

Для ответа на эти и другие вопросы касательно строительного мониторинга в НИиППЛ «ПиК» МГСУ ведутся постоянные исследования, некоторые материалы которых представлены выше. Перспективы этих исследований включают в себя дальнейшее изучение теоретических и практических аспектов строительного мониторинга.

4.5. Архитектура и безопасность среды обитания человека

Сегодня рост преступности в стране заставляет очень многих, особенно это касается собственников крупного недвижимого имущества, более внимательно относиться к обеспечению дополнительной безопасности (как личной, так и безопасности бизнеса, офисов, квартир, автомобилей, загородных владений и т. д.) [81].

Помимо завоевавших заслуженное признание телохранителей, бронировки автомобилей, возведения защитных физических преград, сигнализаций и т.д., существуют другие малоизвестные на сегодня в России методы уменьшения рисков подвергнуться криминальным действиям и снизить проявление их последствий. Один из этих методов и, вероятно, основной – это предотвращение преступления.

Практическая реализация предотвращения преступления имеет охватывающую почти все сферы деятельности комплексную форму воплощения, в которой необходимо учитывать все – от мотивационно-поведенче- ских аспектов до взрывоустойчивых экранов и перегородок.

Очевидно, что наряду с колористическим решением, решением ланд-

1045

шафтного проектирования и геосоциальных аспектов размещения объекта, то, как он спроектирован, как в здании реализована организация жизнедеятельности человека, существенно влияет на поведение самого человека. Можно с определенной степенью уверенности сказать, что в ряде случаев именно пространственная организация или визуальная форма здания и его деталей наталкивает потенциальных преступников на совершение противоправных действий. Не менее важны форма, цветовая гамма и другие характеристики открытых или полузакрытых пространств вокруг здании или, иначе говоря, искусственного или природного ландшафта.

Среда обитания человека решающим образом влияет на его поступки. Сравнительно недавно проектировщики и архитекторы стали серьезно задумываться о том, какая конкретно среда и каким образом влияет на поведенческую линию человека, и как, изменяя ее, можно воздействовать на мышление и последующие действия.

Известно, что иные пространства являются наиболее притягательными для подростковых компаний, в том числе связанных с противоправными действиями. Некоторые стены особенно сильно привлекают любителей «граффити» или иных форм настенной живописи, а отдельные категории поверхностей вызывают немотивированную агрессивность.

Если влияние колористики среды обитания как-то изучено психологами, правда, в основном на уровне реакции человека на элементарные цвета и их образования, то другие визуальные характеристики среды, особенно сложные формы, являются практически неизученными.

Существует целый ряд вопросов, на которые многие специалисты сегодня затруднились бы ответить: почему именно эта (некоторая) часть пространства становится стихийной свалкой отбросов, отхожим местом? Почему в какой-то определенной части города совершается больше, чем в ином месте, конкретного класса правонарушений? Почему некоторые сооружения в большей степени подвержены вандализму, чем другие? Почему частые происшествия происходят, как правило, на одном и том же месте?

Объяснение поставленных проблем и ответ на все эти вопросы один: это результат некачественного проектирования среды обитания человека. Это значит, что подход к проектированию был недостаточно компетентен, бессистемен и многие факторы не учитывал.

Создание заведомо агрессивной визуальной среды, некомфортных и немасштабных пространств, неосвещенных и не просматриваемых закоулков, тупиков, неиспользуемых чердаков и подвалов и многих других непродуманных поверхностей и объемов, как это еще практикуется сегодня при массовом строительстве типового жилья на окраинах городов, приводит к стремительному повышению криминогенной среды и, с другой стороны, к усилению чувства страха, подавленности, немотивированной аг-

1046

рессии, вплоть до моральной деградации, простых жителей таких новостроек.

Подобного рода недостатки градостроительных, инженерных, архитектурных, художественных решений важно предупреждать на этапе проектирования. Тщательное и всестороннее исследование исходных данных проекта, прогнозирование возможных последствий, детальное рассмотрение вопросов обеспечения безопасности в самом начале работы над конкретным объектом как проектом изменения среды обитания человека является если не залогом, то, как минимум, подспорьем для успешного решения всех проблем безопасности в дальнейшем.

Путем разработки грамотных и системно увязанных проектов зданий и сооружений, благоустройства и качественного решения ландшафтной архитектуры и озеленения прилегающих и близлежащих территорий, художественного оформления, а также надлежащего дизайна объектов можно значительно уменьшить возможности для совершения преступлений, минимизировать провокационные аспекты архитектурных форм проекта для социально-негативного поведения людей.

Степень безопасности пространства напрямую зависит от социальной отнесенности к зонам влияния на него человека или группы людей, оттого, насколько велико это влияние. Условно различают четыре основных типа защищаемого пространства:

1)приватное – пространство, находящееся под полным и непосредственным контролем обитателя, недоступное для физического и визуального проникновения посторонних, например внутренние помещения дома или офиса;

2)полуприватное – пространство, находящееся под контролем обитателя, но визуально или физически доступное для постороннего проникновения, например сад при доме;

3)полуобщественное – пространство, контролируемое различными конкретными группами обитателей, например коридоры и вестибюли многоквартирных домов;

4)общественное – пространство, доступ к которому имеют все, например дороги, парки и т.п.

Несколько слов о видеоэкологии или создании благоприятной визуальной среды обитания человека. Глаз по своему физиологическому строению «не любит» протяженных прямых линий, причем независимо от того, горизонтально или вертикально эти линии ориентированы. Прямые линии не комфортны для глаз потому, что в течение двух секунд (этим временем приблизительно измеряется привычное автоматическое движение глаза) не находится доминанта – точка, на которой мог бы остановиться взгляд.

Прямые углы составляют схожую проблему: физически акцентировать внимание на прямом угле сложнее, чем на остром или тупом. Особенно эти

1047

правила касаются верхней части постройки, опять-таки из-за физиологических особенностей зрения человека.

Есть у данной проблемы и психологическая сторона: прямые углы и протяженные линии не создают «непредсказуемости поведения» архитектуры; полная ясность формы не может выступать доминантой, тем более заинтересовать или вызвать «рассмотрение» – внимание к себе. Поэтому так негативно и воспринимаются всеми нами многоэтажные типовые здания – прямоугольный короб, прямоугольные окна, сплошные прямые линии, однотипные архитектурные формы. На большой плоскости все это создает типичное агрессивное поле, где глаз не может найти точки для фиксации.

Наличие больших плоскостей фасадов или торцов зданий также создает негативную среду для восприятия. Это объясняется тем, что у обычных людей левый и правый глаза нередко различаются по остроте зрения. На большой однотипной плоскости проявляются дефекты собственного зрения и затруднена работа бинокулярного аппарата.

Агрессивным становится любое поле, состоящее из большого числа равномерно рассредоточенных по нему одинаковых элементов, причем степень агрессивности зависит от плотности их расположения, поскольку затрудняет автоматическую фиксацию взгляда. Такое поле возникает, например, на стенах зданий, на которых рассредоточено большое количество одинаковых окон или мощение больших пространств геометрически правильными идентичными асфальтовыми или иными плитами. Когда человек попадает в такую среду, он невольно стремится скорее ее миновать. Этим объясняется тот факт, что у подобных зданий практически всегда малолюдно. И, наоборот, в кварталах, где много старинных разнообразных построек с видимыми элементами декора, создается благоприятная визуальная среда.

По мнению специалистов, в архитектурном проектировании зданий и сооружений с учетом требований обеспечения безопасности или в безопасном проектировании нет единой базовой линии и не существует единообразного, учитывающего все подхода. Оценка того, какие риски должны приниматься во внимание, является исходным пунктом проектирования.

Необходимо учитывать особые индивидуальные требования пользователя

иустановить предмет защиты и ее степень.

Вряде случаев нападения на здания являются следствием специального социального назначения сооружения, например, в качестве «возмездия» за действия различного ряда ограничительных органов. Иногда образ жизни и криминогенность среды вокруг зданий предопределяют его статус как объекта агрессии.

В1997 г. в статье «Проектировать с мыслью о безопасности» Е.М. Морено, проводя анализ степеней агрессивности зданий и сооружений,

1048

упоминал в качестве потенциальной мишени для террористических или вандальных актов Центр мировой торговли в Нью-Йорке, за 5 лет предсказав известные события. Этот факт подтверждает серьезную необходимость акцентировать особое внимание архитекторов и проектировщиков на безопасном проектировании.

Множество зданий являются потенциальными адресатами для криминальных проявлений только из-за своих больших размеров, неудачной архитектуры или принадлежности многонациональным компаниям.

Проектирование среды обитания – очень трудоемкий процесс с высокими требованиями к учету множества факторов: от видоэкологии до оценки степени агрессивности архитектуры будущего объекта, но оно является жизненно необходимой частью общего проектирования зданий и сооружений, без него просто невозможен дальнейший рост и архитектуры как уникального симбиоза науки и искусства, и культуры города и его обитателей в целом.

4.6. Нейроинформационные технологии на службе безопасности населения [91]

В последние годы одной из наиболее серьезных угроз для населения, объектов и территорий практически во всех регионах России стал терроризм. Не стала исключением и Москва: взрывы домов в Печатниках, на Каширском шоссе, в подземном переходе под Пушкинской площадью, захват заложников в Доме культуры на Дубровке – яркое тому свидетельство. Столичные власти проводят постоянную работу в целях профилактики возникновения подобных угроз, а также для общего снижения количества противоправных действий в Москве. В настоящее время в столице широко используются различные формы и технологии защиты объектов городского хозяйства (особенно объектов ЖКХ) от преступных посягательств. В числе таких мер можно выделить следующие:

установку на подъездах жилых домов запирающих устройств разных типов;

организацию дежурства в подъездах;

установку на объектах различных датчиков с выводом сигналов в оперативные диспетчерские службы (ОДС) и др.

Задачи по охране жилищного фонда и оборудования, входящего в состав ЖКХ, решаются в рамках программы «Мой двор, мой подъезд» в соответствии с постановлениями Правительства Москвы № 191 от 14.03.2000 г., № 902 от 21.11.2000 г., № 238-ПП от 13.03.2001 г., № 31ПП от 15.01.2002 г., где предписаны: замена кодовых и кодово-механиче-

1049