Мобильная лаборатория: комплексная оценка строительных объектов

Н. Е. Щурова, инженер
И. Л. Шубин, инженер

№ 1 за 2004  год

Электронная версия научно-популярного журнала "Архитектура и строительство Москвы".
Выходит 6 раз в год.

Содержание номера:

М.Д. Балакин
Первоочередные задачи московских строителей

А.Ф.Грушина
Я МОСКВИЧ!

"PROMA" В РОССИИ 

А. М. Младковская
Владимир Давыдович Бабад  

В. Л. Хайт, член-корреспондент РААСН
Московский Международный Дом Музыки 

Н. Е. Щурова, И. Л. Шубин
Мобильная лаборатория: комплексная оценка строительных объектов  

Новости Комплекса архитектуры, строительства, развития и реконструкции г.Москвы 

Я. Ш. Каждан
Наталья Сергеевна Любимова

Т. Пастернак, ученый секретарь СМА; О. Мыскова, инженер
Открытый конкурс на проект-идею; 

Мир инженерных идей

При разработке и осуществлении проектов планировки и застройки новых, а также реконструкции ранее освоенных городских территорий особое внимание должно уделяться обеспечению комфортабельного, экологически и технически безопасного проживания населения. Это одна из самых важных проблем сегодня.

Современный жилищный фонд России, насчитывающий более 2,5 млрд. м2 общей площади, ежегодно увеличивается на 2% от существующего, однако часть ветхого жилья не выводится из эксплуатации. Получившие широкое развитие в 1960-1970 годы индустриальные методы жилищного строительства привели к значительному росту числа пятиэтажных кирпичных и крупнопанельных домов (до 20% от общего объема жилищного фонда в городах). Серьезные просчеты и недостатки, допущенные как при их проектировании, так и при строительстве, физический износ зданий поставили город перед необходимостью массового обследования состояния конструкций и инженерных сетей и проведения комплексной реконструкции.

Современные многоэтажные крупнопанельные дома тоже требуют решения некоторых проблем, в частности связанных с недостаточной теплоизоляцией ограждающих конструкций (например, промерзание швов). Таким образом, в городах необходимы проектно-изыскательные, строительно-монтажные и контрольно-эксплуатационные работы по реконструкции и модернизации большей части жилищного фонда.

Исследование физических факторов, оказывающих вредное воздействие на здания и окружающую среду, служит базой для разработки и осуществления защитных мероприятий. Проведение значительного объема (и нередко в оперативном порядке) различных контрольно-испытательных измерений и расчетов не под силу органам государственного архитектурно-строительного надзора, хотя бы из-за отсутствия соответствующей аппаратуры и специализированных кадров. В таких случаях требуется компетентная помощь.

Одной из ведущих организаций в области оценки и решения проблем строительной физики, долговечности, прочности и экологии строительных конструкций является Научно-исследовательский институт строительной физики (НИИСФ) РААСН. В его составе шестнадцать научных и три лаборатории испытаний и сертификации строительной продукции. По инициативе РААСН два года назад в НИИ строительной физики была специально разработана и создана мобильная лаборатория. Ее данные по всем параметрам, представляющим интерес для строительства, являются измерительно-контрольной информационной системой для комплексного обследования объектов.

В мобильной лаборатории используется оборудование, соответствующее современному научно-техническому уровню. Все процессы компьютеризированы. Измерения проводятся в соответствии с отечественными ГОСТами и международными стандартами. В ряде случаев используются оригинальные, разработанные в НИИСФ методики. Лаборатория дает объективную и полную информацию о целом наборе характеристик: эколого-гигиенической, теплотехнической, эффективности конструктивных решений, прочности и долговечности зданий (включая фундаменты, стены, покрытия, полы, окна и двери), состоянии систем отопления, вентиляции и кондиционирования.

Рассмотрим некоторые характеристики. При подготовке строительства большое внимание уделяется оценке радиоактивного загрязнения строительного участка и строительных материалов, а также качественной и количественной оценке выделения из грунта радона (опасный газ, обладающий радиоактивными свойствами и представляющий серьезную угрозу здоровью людей). Своевременный контроль и обнаружение повышенного содержания радона в грунтовом основании позволяет избежать проблемы его накопления в помещениях зданий.

Мобильная лаборатория оснащена специальным оборудованием для проведения таких измерений путем экспонирования в контрольных точках небольших накопительных камер с активированным углем и последующим определением искомой величины потока как функции активности радона, сорбированного углем (активность радона определяется по интенсивности бета- или гамма-излучения его короткоживущих дочерних продуктов Pb-214 и Bi-214 в состоянии радиоактивного равновесия). После окончания экспонирования накопительную камеру в соответствии с инструкцией по работе с аппаратурой снимают с исследуемой поверхности, пересыпают рабочий слой активированного угля из камеры в пустую сорбционную колонку и направляют ее в лабораторию для измерения активности сорбированного радона с помощью радиометрической установки. При превышении значения плотности потока радона (Бк/м2сек) в сравнении с нормативными, разрабатываются рекомендации по снижению концентрации ядовитого газа. В результате проведения исследований состояния строительных площадок выявлено около 4% земель Москвы с повышенным содержанием радона. Здания, построенные на таких участках, должны находиться под контролем эксплуатационных служб.

Так как в городах, особенно крупных, имеется немало источников мощных электромагнитных полей - телецентров, радиопередающих станций, центров сотовой связи, промышленных установок, возникает проблема оценки загрязнения городской среды этими излучениями. Для изотропического измерения электромагнитных полей мобильная лаборатория оснащена прибором EMR-300, позволяющим получить значение электромагнитного излучения как внутри помещения, так и на территории застройки. Исследования и измерения, проведенные с помощью данного прибора, определяют зону негативного воздействия источника электромагнитного излучения и позволяют на стадии проектирования избежать строительства в таких местах.

При дефиците свободных городских территорий, сдерживающем темпы нового строительства, для решения жилищной проблемы приходится идти на увеличение плотности застройки, что порождает дополнительные проблемы с инсоляцией жилых и офисных помещений в зданиях. Исследования лаборатории НИИСФ дают возможность на стадии проектирования согласовать строительство в соответствующих структурах. Для разрешения вопросов, связанных с естественным освещением помещений, мобильная лаборатория оснащена цифровыми люксметрами и фотометрами.

Одной из серьезных экологических проблем городов является сильное зашумление значительных по площади участков селитебных территорий и застроек, на которых проживают 30-50% городского населения. Для определения характеристик строительной и архитектурной акустики мобильная лаборатория оснащена комплексом акустических приборов: шумомеры 2230/2231 компаний "Брюль и Къер"(Дания) и Ларсен Дэвис типа 2800 В (США), двухлинейная система шумомера 2260 "Брюль и Къер", источник звука 4205, ударная машина 3204. Эти приборы позволяют обследовать шумовой режим в помещениях зданий и на селитебных территориях, измерить звукоизоляцию ограждающих конструкций как от воздушного, так и от ударного шума и время реверберации помещений.

В ряде случаев, например, при строительстве музыкальных театров или жилых домов, важное значение имеет оценка уровня вибрации в зданиях, вызываемая их нахождением вблизи линий метрополитена, товарных поездов, промышленных предприятий с мощными виброустановками. Нередко такие вибрации превышают санитарные нормы. Благодаря комплексу акустических приборов мобильная лаборатория проводит оперативный контроль вибрационного загрязнения и разрабатывает меры защиты от него.

Одна из наиболее часто встречающихся проблем на стадии эксплуатации строительного объекта - теплопотери ограждающих конструкций зданий и теплосетей, нарушение микроклимата в помещениях. Мобильная лаборатория обладает уникальным прибором - тепловизором ТН 7102WX (Nec San-ei), предназначенным для энергоаудита зданий и ограждающих конструкций, тепловых и электрических сетей. На рис.3 приведен пример тепловизионной съемки фасада жилого здания, в котором вследствие некачественных строительных работ через швы происходят утечки тепла, эквивалентные утечкам через оконные проемы. В лаборатории есть большой перечень приборов (электронные термометры, анемометры, гигрометр и психрометр), предназначенных для оценки климатических и теплофизических характеристик помещений, основываясь на которых можно дать рекомендации по улучшению теплоизоляции ограждающих конструкций.

В помещениях жилых и общественных зданий нередко могут наблюдаться явления электризации, оказывающие отрицательное воздействие на людей. И этот физический фактор также контролируется специальным прибором.

Мобильная лаборатория укомплектована современным диагностическим оборудованием, позволяющим проводить оценку состояния конструкций методами неразрушающего контроля по следующим параметрам: прочность и однородность бетона и его упругие характеристики; наличие скрытых дефектов в бетоне (трещины, раковины, расслоения и пр.); линейные деформации; динамика раскрытия трещин и деформационных швов; контроль качества арматуры и арматурных работ в условиях стройплощадки; проверка расположения и диаметров арматуры в уже забетонированных конструкциях.

Приборное оснащение мобильной строительной лаборатории (рис.4) включает в себя измеритель прочности ПОС-50МГ4 с электронным блоком, прибор DIGI-Schmidt 2000, ротационный лазер PR 15 и лазер PL 10N (HILTI), установку для выбуривания кернов DD-160E (HILTI), отрезную машину DC 230-S (HILTI), ультразвуковой прибор УК1401 и прочее. Для выполнения расчетов лаборатория укомплектована уникальной рабочей станцией на базе двух процессоров Intel Pentium IV Xeon.

На основании проведенных мобильной лабораторией исследований и измерений производится расчет реальных объектов, помогающий снизить влияние многих отрицательных факторов. Так факторы, относящиеся к точности представления объекта методом конечных элементов (условно вычислительные), устраняются путем применения специальной конечно-элементной сетки и отдельных конечных элементов, позволяющих моделировать реальные площадки опирания перекрытий на колонны и стены и реальные площадки передачи усилий с этих элементов на фундаментные плиты, а также точно отображать различные конструктивные неоднородности. Натурные исследования решают более сложную задачу по учету реальных физико-механических характеристик железобетона (физической нелинейности, трещиноватости, ползучести, особенностей сцепления арматуры с бетоном).

Сотрудники НИИСФ, выезжающие на строительные объекты на мобильной лаборатории, проводили расчеты ряда крупных объектов с учетом новых нелинейных методов и участвовали в научном сопровождении строительства отдельных сооружений в Москве. Для ряда объектов выполнен целый комплекс расчетов по определению температурных полей напряжений и зон образования технологических трещин, возникающих в стенах и перекрытиях в процессе твердения бетона в захватках. Исследования, проводившиеся с помощью мобильной лаборатории, позволили разработать и внедрить ряд нетрадиционных технологий усиления строительных элементов и методов реконструкции зданий и сооружений.

Таким образом, мобильная лаборатория представляет собой комплексную систему, управляемую специалистами и укомплектованную уникальным современным оборудованием широкого диапазона исследований и измерений. Использование современной измерительной техники, передовых методик исследования и профессионального потенциала научно-технических кадров позволит повысить качество строительно-монтажных работ, своевременно избежать многих ошибок и просчетов при разработке проектов и их реализации.

Вот как оценивается значимость проведения оперативных исследований и контроля технического состояния существующих и возводящихся строительных объектов в письме № 25-5065/3-2 от 06.10.03 первого заместителя Мэра Москвы В. И. Ресина к президенту Российской академии архитектуры и строительных наук А. П. Кудрявцеву:

"Предложение РААСН о применении мобильных лабораторий для проведения оперативных исследований и контроля технического состояния строительных конструкций, а также проверке теплофизических, акустических, экологических и других характеристик зданий рассмотрено в Комплексе архитектуры, строительства, развития и реконструкции города Москвы. Считаем целесообразным использовать указанные лаборатории организациями Комплекса, осуществляющими контроль качества строительства. Одновременно полагаем возможным привлечение НИИ строительной физики для паспортизации и контроля качества строящихся объектов на договорной основе с организациями заказчиков и генеральных подрядчиков, входящих в Строительный комплекс Москвы. Рекомендуем институту НИИСФ взаимодействовать непосредственно с организациями ОАО "Москапстрой", "Мосгосэкспертиза", Московский строительный союз, АО ХК "Главмосстрой", ЗАО "Моспромстрой", ОАО "Мосинжстрой" и другими".