3826

Научный журнал строительства и архитектуры

gps-приемники и программный комплекс Trimble Business Center Сomplete. Этот метод дешевле и лишен недостатков лазерного сканирования, но требует чуть более продолжительных полевых работ. Но независимо от методов получения пространственных координат в геодезии, оформление топопланов в соответствии с ГОСТ выполняется при помощи графических САПР.

Рис. 11. Топоплан на основе тахеометрической съемки (для сравнения)

Для геодезических изысканий общий уровень эффективности программных и технических средств следует считать достаточным.

4. Применение технологий информационного моделирования на различных этапах жизненного цикла объекта капитального строительства. В настоящее время сущест-

вует множество программных комплексов и отдельных программ для решения различных задач в проектировании. Организациями используются следующие программные комплексы:

Аutodesk Autocad и Revit для архитектурно-строительного проектирования, а также проектирования систем отопления и вентиляции, водоснабжения и водоотведения.

Trimble Tekla для проектирования металлических и железобетонных конструкций.

Аutodesk Autocad и Civil 3D для проектирования генеральных планов.

Aveva PDMS для проектирования технологических площадок газодобывающих, газотранспортных и газораспределительных предприятий.

Bentley Raceway and Cable Management, Аutodesk Autocad и Revit для проектирова-

ния кабельных трасс и оборудования ЭТ, СС, ПС, КИПиА и др.

50

Navisworks Manage для формирования итоговых сборок модели из различных частей проектов, выполняемых в различных программах.

Все указанные программные комплексы зарубежной разработки требуют адаптации для получения документации или ее частей в соответствии с действующими нормами.

На основе проведенных исследований и положений СП 333.1325800.2017 сформирована таблица фактического применения технологий информационного моделирования предприятиями строительной отрасли РФ (табл. 2).

51

Научный журнал строительства и архитектуры

Из табл. 2 видно, что применение технологий информационного моделирования не реализовано для множества задач, возложенных на них в сфере строительного производства.

5. Оценка экономической эффективности технологий информационного модели-

рования. Оценку экономической эффективности технологий информационного моделирования следует проводить через оценку окупаемости программных и технических средств. Для этого приводятся усредненные модели предприятий (изыскательных, проектных, строительных); при этом учитываются их обеспеченность необходимым оборудованием и программными средствами (с нужным количеством лицензий), формируемый фонд заработной платы для сотрудников предприятия, а также затраты на аппарат технической поддержки. В данных моделях не учитываются затраты на приобретение (модернизацию) автоматизированных рабочих мест, серверного и сетевого оборудования и затраты на приобретение лицензионных операционных систем, антивирусных средств и отдельных расчетных программ.

Модели предприятий, осуществляющих планирование инвестиционно-строительных проектов, строительство и эксплуатацию объектов, приводятся условно в связи с отсутствием практического опыта применения технологий информационного моделирования и невозможностью достоверно оценить необходимость и степень их применения в деятельности предприятий из-за особенностей процессов планирования и эксплуатации для объектов различного назначения.

Рассмотрим предприятие, занимающееся геодезическими изысканиями. Средствами информационного моделирования для них служат программные комплексы или программноаппаратные комплексы, обеспечивающие построение информационной модели местности на основе данных тахеометрической съемки. Также при проведении геодезической съемки возможно использование программно-аппаратных комплексов лазерного сканирования (наземного, мобильного или воздушного). Эффективным для большинства строительных объектов и самым недорогим из них является наземное.

Поскольку данные работы являются узкоспециализированными, то для организации, выполняющей геодезические изыскания, достаточно иметь небольшой штат сотрудников. Как правило, бригады из 2-х человек достаточно для выполнения работ на одном объекте.

52

Небольшая фирма, состоящая из 3-х полевых бригад и топографа, способна выполнять достаточно большой объем изыскательских работ. Для рассматриваемой модели фирмы в штат также включен бухгалтер.

Специфика работы фирмы, занимающейся геодезическими изысканиями, предполагает быстрый оборот денежных средств (получение доходов, затраты на расходы, выплата зарплаты сотрудникам, и др.), без формирования или с формированием небольшого резервного денежного фонда. Необходимый персонал фирмы указан в табл. 3.

Определим требуемый состав программно-аппаратных комплексов для данной модели фирмы. Перечень сформирован из наиболее распространенных комплексов и программ, представленных на рынке (табл. 4).

По справочнику базовых цен [15] на инженерные изыскания стоимость геодезических работ (полевые+топоплан) на площадке с высотой профиля 0,25 м, категории сложности II, с текущим коэффициентом цен 4,15 (2 квартал 2019 г.), составляет 32952,66 руб. (27460,55 руб. + 20 % НДС) за 1 га.

Таким образом, при средней загрузке фирмы по 1 га в день общий доход только от тахеометрической съемки и выполнения топопланов составит: 32,95266 × 247 (рабочие дни за

2019 г.) = 8139,31 тыс. руб.

Так как стоимость работ по лазерному сканированию определяется индивидуально, а рыночная стоимость данных работ составляет 25—30 руб. за 1 м2 сканируемой площади (площади территории) на сентябрь 2019 г., то при условии загрузки фирмы работами по лазерному сканированию, составляющими 5 % от общего объема, общий доход составит

32,95266 × 234,65 (95 %) + 250,00 × 12,35 (5 %) = 7732,34 + 3087,5 = 10819,8 тыс. руб. Соот-

ветственно даже в первый год применения средств лазерного сканирования как элемента технологий информационного моделирования приносит предприятию прибыль в размере

10819,8 − 5520,0 − 3730,0 − 95,0 − 289,7 − 149,0 = 1036,1 тыс. руб.

53

Научный журнал строительства и архитектуры

Выводы. Для эффективного применения технологий информационного моделирования и обеспечения выполнения возложенных на нее задач необходимо создание полноценной производственной нормативной базы, определяющей статус информационной модели и требования к документации, получаемой на ее основе различными участниками на всех этапах строительного производства, а также содержащей требования к хранению документации и внесению в нее изменений. Это позволит определить единые требования к модели и документации на федеральном уровне для всех участников строительного производства, что благоприятно скажется на возможности их взаимодействия между собой.

Формирование производственной нормативной базы следует производить с учетом специфики информационного моделирования, аналогично существующей системе ЕСКД, с формированием в ней отдельных документов для участников строительного производства, требования к документации которых не были определены ранее. Приоритет в разработке данной системы должен быть первоочередным, т. к. именно она является основным руководящим документом для всех без исключения производственных подразделений на предприятиях строительной отрасли. Разработку остальных документов следует осуществлять после формирования производственной нормативной базы. При этом применение зарубежного опыта в разработке нормативных документов должно носить справочный, но не руководящий характер.

Рекомендуется исключить из практики применение множества программных средств, требующих выработки сложных технологий взаимодействия между отдельно взятыми программами. Приоритет следует уделить созданию основных универсальных программных комплексов, способных удовлетворять требованиям одновременно как можно большего количества участников строительного производства и способных комплексно решать их задачи. Как, например, применение Autocad при действующих технологиях. Это позволит эффективно и быстро решать любые производственные задачи, производить быстрый обмен полной информацией между участниками производства без конвертации в универсальные форматы без привлечения дополнительного программного обеспечения и выработки технологий взаимодействия между ним и основными программами. То есть решаются вопросы интероперабельности. Также возможно сокращение или полное исключение аппарата технической поддержки.

Разработку подобных комплексов следует выполнять с учетом вновь созданной (создаваемой) производственной нормативной базы. Наилучшим решением является разработка программных комплексов совместно с нормативной базой. Для достижения максимальных результатов, а также оперативного реагирования и совместного решения организационных и технических вопросов предпочтение следует отдавать отечественным разработчикам программных средств. Массовое применение основных программных комплексов отечественной разработки позволит обеспечить недорогими и качественными решениями всех участников строительного производства и в короткие сроки с минимальными затратами сделать возможным их внедрение и адаптацию на предприятиях.

Также важным является понимание того, что при детальной разработке информационной модели сроки проектирования не могут быть сокращены, а, наоборот, увеличатся. При этом высокая детализация модели позволяет разложить ее элементы на пошагово выполняемые виды работ, что наряду с наглядностью модели может сократить сроки проведения строительно-монтажных работ и обеспечить скорейший ввод объекта в эксплуатацию. Нахождение правильного баланса между проектированием и строительством позволит сократить сроки и стоимость реализации строительных проектов.

Таким образом, для эффективного применения технологий информационного моделирования и обеспечения выполнения возложенных на нее задач необходимо:

создание производственной нормативной базы;

исключение из практики множества используемого программного обеспечения и применение концепции основного программного комплекса;

54

переосмысление производственных процессов, их стоимости и времени реализации.

В целом технологии информационного моделирования, несомненно, имеют большой потенциал, для раскрытия которого необходимо комплексное решение множества проблем и как минимум реализация озвученных выше мероприятий. Но какой бы ни была технология, она остается лишь инструментом в руках профессионала, и сделать этот инструмент понятным, удобным, производительным и эффективным — основная задача для отрасли.

Библиографический список

1.Акимова, Е. М. Уровень использования BIM-технологий в России / Е. М. Акимова, Т. Н. Кисель // Степановские чтения — 2018: экономика и управление в строительстве Сборник докладов участников Всероссийской научно-практической конференции. Под ред. М. Ю. Мишлановой, 2018. — С. 8—12.

2.Анищук, Н. В. BIM-технологии: достоинства и недостатки / Н. В. Анищук // Инновации в информационных технологиях, машиностроении и автотранспорте Сборник материалов II Международной научнопрактической конференции. Ответственный редактор Д. М. Дубинкин, 2018. — С. 4—5.

3.Борсук, Е. В. Реконструкция исторических объектов с использованием BIM-технологий на примере собора в Дареме / Е. В. Борсук, О. Н. Милашевич // Архитектурно-строительный комплекс: проблемы, перспективы, инновации сборник статей международной научной конференции, посвященной 50-летию Полоцкого государственного университета, 2018. — С. 8—12.

4. Воронцова, О. В. Преимущества BIM-технологий при разработке проектов реконструкции / О. В. Воронцова, Ю. С. Швец // Ресурсосбережение и экология строительных материалов, изделий и конструкций сборник научных трудов Международной научно-практической конференции / Юго-Западный государственный университет; Московский государственный машиностроительный университет, 2018. — С. 116—118.

5. Горбанева, Е. П. BIM-технологии в сфере строительного производства / Е. П. Горбанева, К. С. Бывальцев / Проектирование и строительство: Сб. научн. трудов 3-й Международной научнопрактической конференции молодых ученых, аспирантов, магистров и бакалавров (21 марта 2019) / Юго-Зап. гос. ун-т., Курск, 2019. — С. 141—145.

6.Горбанева, Е. П. Вклад информационно-коммуникационных технологий в повышение энергоэффективности строительного сектора / Е. П. Горбанева, К. С. Севрюкова / Информационные технологии в моделировании и управлении: подходы, методы, решения. Сб. научн. статей I Всероссийской научной конференции: 12—14 декабря 2017. — В 2 ч., Ч.2. — Тольятти, 2017. — С. 67—74.

7.Дмитриева, В. В. Организация строительного производства с применением BIM технологий / В. В. Дмитриева, А. Ю. Давиденко // Наука молодых — будущее России сборник научных статей 3-й Международной научной конференции перспективных разработок молодых ученых: в 6 томах, 2018. — С. 108—111.

8.Жигулина, А. Ю. Особенности внедрения BIM-технологий в проектную деятельность организации / А. Ю. Жигулина, П. Е. Маракаев // Традиции и инновации в строительстве и архитектуре. Архитектура и дизайн: сборник статей / под редакцией М. В. Шувалова, А. А. Пищулева, Е. А. Ахмедовой. — Самара, 2018. — С. 108—112.

9.Макарцова, Т. Н. Проблемы применения BIM-технологий в России / Т. Н. Макарцова, Н. В. Фирсанова // Фундаментальные и прикладные научные исследования: актуальные вопросы, достижения и инновации: сборник статей XII Международной научно-практической конференции: в 2 ч., 2018. — С. 55—57.

10. Клементьева, В. А. Риски строительных проектов и BIM-технологии / В. А. Клементьева, Л. Р. Кремчеева // XX Всероссийская студенческая научно-практическая конференция Нижневартовского государственного университета: Сборник статей / Ответственный редактор А. В. Коричко. — 2018. — С. 64—66.

11.Плотников, А. Д. Перспективные направления применения BIM-технологий в эксплуатации зданий

исооружений / А. Д. Плотников, Ю. О. Кустикова // Интеграция, партнерство и инновации в строительной науке и образовании сборник материалов VI Международной научной конференции. — 2018. — С. 108—111.

12.Сорокин, Ю. BIM-технологии в инфраструктуре: взвешиваем все «за» и «против» / Ю. Сорокин / САПР и графика. — 2017. — № 11 (253). — С. 14—17.

13.Сорокина, Е. А. BIM-технологии — инструмент организации работ на строительной площадке / Е. А. Сорокина, Ф. К. Клашанов / Экономика и предпринимательство. — 2018. — № 5 (94). — С. 1188—1190.

14.СП 333.1325800.2017. Информационное моделирование в строительстве. Правила формирования информационной модели объектов на различных стадиях жизненного цикла.

15.Справочник базовых цен на инженерные изыскания для строительства. Инженерно-геодезические изыскания. — М., 2004.

16.Уткина, В. Н. Российский опыт применения BIM-технологий в строительном проектировании / В. Н. Уткина, А. Н. Смолин // Долговечность строительных материалов, изделий и конструкций Материалы Всероссийской научно-технической конференции / Ответственный редактор Т. А. Низина. — 2018.

55

Научный журнал строительства и архитектуры

17.Чеснокова, Е. А. Экономическая эффективность применения BIM-технологий / Е. А. Чеснокова, В. В. Хохлова, А. В. Мищенко // Строительство и недвижимость. — 2018. — Т. 1, № 2—1 (3). — С. 71—75.

18.Autodesk. Building Information Modeling. — San Rafael, CA, Autodesk, Inc., 2002.

19.Matreninsky, S. I. The systemic approach to modeling of compact build-up development areas and planning of their renovation / S. I. Matreninsky, V. Ya. Mishchenko, E. M. Chernyshov // International Journal of Energy and Environmental Engineering. — 2015. — Vol. 6, № 9. — P. 32—43.

20.Mishchenko, V. Planning the Optimal Sequence for the Inclusion of Energy-Saving Measures in the Process of Overhauling the Housing Stock / V. Mishchenko, E. Gorbaneva, E. Ovchinnikova, K. Sevryukova // International Scientific Conference Energy Management of Municipal Facilities and Sustainable Energy Technologies EMMFT—2018. — 2019. — Advances in Intelligent Systems and Computing, vol 983. Springer, Cham.

21.Mishchenko, V Ya. Increase of energy efficiency during overaul of housing stock in Russian Federation / V Ya. Mishchenko, S. G. Sheina, E. P. Gorbaneva // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. — IOP Publishing, 2019. — 10.1088/1757-899X/481/1/012031.

22.Ruffle, S. Architectural design exposed: from computer-aided-drawing to computer-aided-design / S. Ruffle // Environments and Planning B: Planning and Design. — 1986. — March 7. — P. 385—389.

23.Van Nederveen, G. A. Modelling multiple views on buildings / G. A. Van Nederveen, F. P. Tolman // Automation in Construction. — 1992. — 1 (3). — P. 215—224.

References

1. Akimova, E. M. Uroven' ispol'zovaniya BIM-tekhnologii v Rossii / E. M. Akimova, T. N. Kisel' // Stepanovskie chteniya — 2018: ekonomika i upravlenie v stroitel'stve Sbornik dokladov uchastnikov Vserossiiskoi nauchno-prakticheskoi konferentsii. Pod red. M. Yu. Mishlanovoi, 2018. — S. 8—12.

2. Anishchuk, N. V. BIM-tekhnologii: dostoinstva i nedostatki / N. V. Anishchuk // Innovatsii v informatsionnykh tekhnologiyakh, mashinostroenii i avtotransporte Sbornik materialov II Mezhdunarodnoi nauchnoprakticheskoi konferentsii. Otvetstvennyi redaktor D. M. Dubinkin, 2018. — S. 4—5.

3.Borsuk, E. V. Rekonstruktsiya istoricheskikh ob'ektov s ispol'zovaniem BIM-tekhnologii na primere sobora v Dareme / E. V. Borsuk, O. N. Milashevich // Arkhitekturno-stroitel'nyi kompleks: problemy, perspektivy, innovatsii sbornik statei mezhdunarodnoi nauchnoi konferentsii, posvyashchennoi 50-letiyu Polotskogo gosudarstvennogo universiteta, 2018. — S. 8—12.

4.Vorontsova, O. V. Preimushchestva BIM-tekhnologii pri razrabotke proektov rekonstruktsii / O. V. Vorontsova, Yu. S. Shvets // Resursosberezhenie i ekologiya stroitel'nykh materialov, izdelii i konstruktsii sbornik nauchnykh trudov Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii / Yugo-Zapadnyi gosudarstvennyi universitet; Moskovskii gosudarstvennyi mashinostroitel'nyi universitet, 2018. — S. 116—118.

5.Gorbaneva, E. P. BIM-tekhnologii vsfere stroitel'nogoproizvodstva / E. P. Gorbaneva, K. S. Byval'tsev / Proektirovanie i stroitel'stvo: Sb. nauchn. trudov 3-i Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii molodykh uchenykh, aspirantov, magistrov i bakalavrov (21 marta 2019) / Yugo-Zap. gos. un-t., Kursk, 2019. — S. 141—145.

6.Gorbaneva, E. P. Vklad informatsionno-kommunikatsionnykh tekhnologii v povyshenie energoeffektivnosti stroitel'nogo sektora / E. P. Gorbaneva, K. S. Sevryukova / Informatsionnye tekhnologii v modelirovanii i upravlenii: podkhody, metody, resheniya. Sb. nauchn. statei I Vserossiiskoi nauchnoi konferentsii: 12— 14 dekabrya 2017. — V 2 ch., Ch.2. — Tol'yatti, 2017. — S. 67—74.

7. Dmitrieva, V. V. Organizatsiya stroitel'nogo proizvodstva s primeneniem BIM tekhnologii / V. V. Dmitrieva, A. Yu. Davidenko // Nauka molodykh — budushchee Rossii sbornik nauchnykh statei 3-i Mezhdunarodnoi nauchnoi konferentsii perspektivnykh razrabotok molodykh uchenykh: v 6 tomakh, 2018. — S. 108— 111.

8.Zhigulina, A. Yu. Osobennosti vnedreniya BIM-tekhnologii v proektnuyu deyatel'nost' organizatsii / A. Yu. Zhigulina, P. E. Marakaev // Traditsii i innovatsii v stroitel'stve i arkhitekture. Arkhitektura i dizain: sbornik statei / pod redaktsiei M. V. Shuvalova, A. A. Pishchuleva, E. A. Akhmedovoi. — Samara, 2018. — S. 108—112.

9.Makartsova, T. N. Problemyprimeneniya BIM-tekhnologii v Rossii / T. N. Makartsova, N. V. Firsanova // Fundamental'nye i prikladnye nauchnye issledovaniya: aktual'nye voprosy, dostizheniya i innovatsii: sbornik statei XII Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii: v 2 ch., 2018. — S. 55—57.

10.Klement'eva, V. A. Riski stroitel'nykh proektov i BIM-tekhnologii / V. A. Klement'eva, L. R. Kremcheeva // XX Vserossiiskaya studencheskaya nauchno-prakticheskaya konferentsiya Nizhnevartovskogo gosudarstvennogo universiteta: Sbornik statei / Otvetstvennyi redaktor A. V. Korichko. — 2018. — S. 64—66.

11.Plotnikov, A. D. Perspektivnye napravleniya primeneniya BIM-tekhnologii v ekspluatatsii zdanii i sooruzhenii / A. D. Plotnikov, Yu. O. Kustikova // Integratsiya, partnerstvo i innovatsii v stroitel'noi nauke i obrazovanii sbornik materialov VI Mezhdunarodnoi nauchnoi konferentsii. — 2018. — S. 108—111.

12.Sorokin, Yu. BIM-tekhnologii v infrastrukture: vzveshivaem vse «za» i «protiv» / Yu. Sorokin / SAPR i grafika. — 2017. — № 11 (253). — S. 14—17.

56

13. Sorokina, E. A. BIM-tekhnologii — instrument organizatsii rabot na stroitel'noi ploshchadke /

E.A. Sorokina, F. K. Klashanov / Ekonomika i predprinimatel'stvo. — 2018. — № 5 (94). — S. 1188—1190.

14.SP 333.1325800.2017. Informatsionnoe modelirovanie v stroitel'stve. Pravila formirovaniya informatsionnoi modeli ob'ektov na razlichnykh stadiyakh zhiznennogo tsikla.

15.Spravochnik bazovykh tsen na inzhenernye izyskaniya dlya stroitel'stva. Inzhenerno-geodezicheskie izyskaniya. — M., 2004.

16.Utkina, V. N. Rossiiskii opyt primeneniya BIM-tekhnologii v stroitel'nom proektirovanii / V. N. Utkina, A. N. Smolin // Dolgovechnost' stroitel'nykh materialov, izdelii i konstruktsii Materialy Vserossiiskoi nauchnotekhnicheskoi konferentsii / Otvetstvennyi redaktor T. A. Nizina. — 2018.

17.Chesnokova, E. A. Ekonomicheskaya effektivnost' primeneniya BIM-tekhnologii / E. A. Chesnokova, V. V. Khokhlova, A. V. Mishchenko // Stroitel'stvo i nedvizhimost'. — 2018. — T. 1, № 2—1 (3). — S. 71—75.

18.Autodesk. Building Information Modeling. — San Rafael, CA, Autodesk, Inc., 2002.

19.Matreninsky, S. I. The systemic approach to modeling of compact build-up development areas and planning of their renovation / S. I. Matreninsky, V. Ya. Mishchenko, E. M. Chernyshov // International Journal of Energy and Environmental Engineering. — 2015. — Vol. 6, № 9. — P. 32—43.

20.Mishchenko, V. Planning the Optimal Sequence for the Inclusion of Energy-Saving Measures in the Process of Overhauling the Housing Stock / V. Mishchenko, E. Gorbaneva, E. Ovchinnikova, K. Sevryukova // International Scientific Conference Energy Management of Municipal Facilities and Sustainable Energy Technologies EMMFT—2018. — 2019. — Advances in Intelligent Systems and Computing, vol 983. Springer, Cham.

21.Mishchenko, V Ya. Increase of energy efficiency during overaul of housing stock in Russian Federation / V Ya. Mishchenko, S. G. Sheina, E. P. Gorbaneva // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. — IOP Publishing, 2019. — 10.1088/1757-899X/481/1/012031.

22.Ruffle, S. Architectural design exposed: from computer-aided-drawing to computer-aided-design / S. Ruffle // Environments and Planning B: Planning and Design. — 1986. — March 7. — P. 385—389.

23.Van Nederveen, G. A. Modelling multiple views on buildings / G. A. Van Nederveen, F. P. Tolman // Automation in Construction. — 1992. — 1 (3). — P. 215—224.

INFORMATION MODELING OF REAL ESTATE

AT THE STAGE OF SURVEY WORKS

E. P. Gorbaneva 1, А. V. Mishchenko 2

Voronezh State Technical University 1, 2

Russia, Voronezh

1PhD in Engineering, Assoc. Prof. of the Dept. of Technology, Organization of Construction, Expertise and Property Management, e-mail: egorbaneva@vgasu.vrn.ru

2Master Student of the Dept. of Technology, Organization of Construction, Expertise and Property Management, e-mail: mi9539@yandex.ru

Statement of the problem. Information modeling technology is explored at all stages of the life cycle of capital construction projects. Practical implementation of information modeling technology by the example of survey work is demonstrated.

Results. Deficiencies of the existing regulatory documents used in information modeling are identified. The tasks of information modeling technologies in the construction industry throughout the life cycle are formulated. The application of information modeling technology at the stage of engineering surveys of the life cycle of the capital construction object with the justification of its economic efficiency is considered.

Conclusions. For effective application of information modeling technologies and ensuring the completion of the tasks, it is necessaryto create a full-fledged production regulatoryframework that defines the status ofthe information model and the requirements for documentation (including making changes and storage) obtained on its basis byvarious participants at all stages of construction production.

Keywords: information modeling, BIM-technologies, life cycle, engineering surveys, normative documentation, software systems, economic efficiency.

57

Научный журнал строительства и архитектуры

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И СТРОИТЕЛЬСТВО ДОРОГ, МЕТРОПОЛИТЕНОВ, АЭРОДРОМОВ, МОСТОВ И ТРАНСПОРТНЫХ ТОННЕЛЕЙ

DOI 10.36622/VSTU.2020.58.2.005

УДК 642.5

РАСЧЕТ ВИСЯЧЕГО МОСТА С ГЛАВНЫМИ БАЛКАМИ ИЗ СТЕКЛОПЛАСТИКА МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ*

Ю. А. Гостеев 1, А. А. Лебедев 2, С. Д. Саленко 3, А. Н. Яшнов 4

1Канд. техн. наук, доц. кафедры аэрогидродинамики, тел.: +7-913-896-56-21, e-mail: gosteev@corp.nstu.ru

2Аспирант кафедры мостов, тел.: +7-999-450-96-82, e-mail: a.a.lebedev_mt@mail.ru

3Д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой аэрогидродинамики, декан факультета летательных аппаратов,

тел.: +7-913-949-27-12, e-mail: salenkosd@yandex.ru

4Канд. техн. наук, доц., зав. кафедрой мостов, тел.: +7-383-328-04-90, e-mail: yan@stu.ru

Постановка задачи. В настоящее время продолжается поиск конструктивных решений по применению полимерных композиционных материалов, в том числе стеклопластика, в несущих конструкциях мостов. Исследователи ведут работу по улучшению технологий изготовления данных материалов, их физико-механических свойств, а также совершенствованию методики расчета. Из этой проблематики в данной статье уделено внимание вопросам расчета висячего моста с балками жесткости из стеклопластика.

Результаты. Созданы конечно-элементные модели висячих однопролетных пешеходных мостов. Проведены расчеты с учетом геометрической нелинейности. Предложен метод компенсации недостатков материала конструктивным способом для обеспечения требований норм проектирования по прогибам. Определен порядок регулирования усилий в элементах висячей системы повышенной жесткости (система С. А. Цаплина).

Выводы. Расчет висячих мостов на воздействия основного сочетания нагрузок показал, что конструктивная компенсация недостатков материала обеспечивает выполнение требований норм проектирования по прочности и прогибам. На основе результатов проведенных исследований рассчитаны критические скорости ветрового резонанса для балки жесткости висячего моста длиной 60м. Для ветра со скоростью 35м/с минимальный запас для некоторых сечений составил 25%. Полученные результаты свидетельствуют онеобходимости продолжения аэродинамических исследований.

Ключевые слова: аэродинамика, ветровой резонанс, висячий мост, галопирование, геометрически нелинейный расчет, дивергенция, конечно-элементная модель, критическая скорость ветра, полимерный композиционный материал, стеклопластик.

Введение. Использование полимерных композиционных материалов (ПКМ) до сих пор является лишь перспективным направлением в мостостроении. Причина этого в наличии уПКМ

© Гостеев Ю. А., Лебедев А. А., Саленко С. Д., Яшнов А. Н., 2020

*Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках Проекта № 19-48-540015 и Правительства Новосибирской области в рамках Проекта № 19-41-000001.

58

как преимуществ, так и недостатков, которые отсутствуют у других традиционных строительных материалов. И поэтому стандартные методики проектирования без дополни тельных исследований не могут вполне реализовать сильные стороны материала и компенсировать слабые. В данной статье приведены результаты исследования по применению ПКМ в висячих пешеходных мостах.

Известно, что протяженность висячих мостов ограничивается ростом постоянных нагрузок с увеличением длины пролета. При этом у моста из ПКМ доля постоянных нагрузок на пролетном строении (ПС) и элементах висячей системы от общей суммы нагрузок будет ниже, чем у стального, так как удельный вес ПКМ в 4—5 раз меньше стали при достаточно высоких прочностных характеристиках [1, 11, 16]. Для обеспечения требований норм проектирования необходимо компенсировать влияние основного недостатка композиционного материала — относительно низкого значения модуля упругости — за счет конструкционных или производственных решений. В случае успешного решения этой задачи собственный вес таких конструкции из ПКМ по сравнению с их конструкционным аналогом — сталью, будет существенно меньше. Соответственно пропускаемая нагрузка на 1 т используемого материала будет больше для конструкции из ПКМ (стеклопластика). Поэтому в перспективе новым материалом можно будет заменить сталь при проектировании висячих мостов сверхдлинных пролетов.

Необходимо отметить, что Томас Келлер в работе [11] выделил две концепции проектирования гибридных и цельнокомпозитных мостов. Первая концепция заключается в замене традиционных строительных материалов на ПКМ, а вторая — в адаптации конструкции и полимерного композита друг к другу (material-adapted concepts). Эффективное использование первой концепции возможно только с конструкциями, для которых не требуется значительных изменений форм для компенсации недостатков материала.

Научная и производственная деятельность в рамках концепции адаптации более трудозатратна. Но с ее помощью можно определить способы компенсации анизотропии структуры, малого модуля упругости, хрупкости материала и иных недостатков за счет, например, геометрии поперечного сечения (далее — сечения) или комбинирования с другими строительными материалами. Это позволит увеличить вариативность применения ПКМ в конструкциях мостов, а значит, и количество мостов из композитов.

1. Концепция адаптации стеклопластика в висячих и вантовых мостах. Наиболее наглядным примером реализации концепции адаптации являются пешеходные вантовые цельнокомпозитные мосты в г. Колдинг (Дания) [13] и в Аберфельде (Шотландия) [18]. Оба моста рассчитаны на пешеходную нагрузку с возможностью пропуска одиночных автомобилей (скорой помощи и гольфкаров соответственно). Для этих мостов общим адаптационным решением является применение вантовой системы, компенсирующей низкий модуль упругости материала, что позволяет обеспечить допустимые прогибы конструкции, а также распределить внутренние усилия в балке для обеспечения прочности. Отличительной особенностью адаптационного решения первого моста является выбор типа пролетного строения с ездой понизу. В данном случае достаточно высокие главные балки не только обеспечивают жесткость конструкции, но и одновременно выполняют функцию перильного ограждения. У второго моста пролетное строение устроено из объединенных жестких стеклопластиковых профилей, которые в дальнейшем стали известны как система ACCS [19]. В настоящее время эта и аналогичные ей системы [12] получили достаточное распространение благодаря их высокой эффективности, так как распределение усилий происходит по принципу работы фермы, что позволяет уменьшить сечение профиля.

Поэтому в рамках концепции адаптации было проведено научное исследование работы стеклопластиковых балок жесткости (БЖ) висячего однопролетного моста. Малый модуль упругости ПКМ, а значит, и недостаточная изгибная жесткость БЖ висячего моста компенсируются за счет увеличения момента инерции сечения. Для этого были выбраны наиболее

59