Разработка комплексной системы безопасности транспортной инфраструктуры на примере мостового перехода на о. Русский

Под мониторингом мостов принято понимать наблюдение за состоянием всего сооружения или его отдельных наиболее ответственных элементов. Для этого выполняется экспериментальная оценка количественных параметров (измерение) и качественных признаков, характеризующих их техническое состояние. К таковым, прежде всего, относятся геометрические параметры, напряженно-деформированное состояние, температура элементов сооружения, динамические характеристики, дефекты, нагрузки и воздействия, атмосферные и другие условия эксплуатации, жесткостные, прочностные и прочие свойства конструкции и материалов. Оцениваться могут как действующие значения параметров, так и их изменение в процессе мониторинга.

Техническое состояние конструкций и условий их эксплуатации определяются на основе сопоставления измеренных диагностических показателей с критериальными значениями или данными расчетов. При этом различают предупреждающий и предельный уровень значений диагностических показателей состояния объекта. При достижении предупреждающего уровня прочность, устойчивость, деформации объекта еще соответствуют условиям нормальной эксплуатации. При превышении предельного уровня диагностического показателя состояния эксплуатация объекта или его части в проектных режимах считается недопустимой. По сути, при подобном подходе имеет место «пороговый» подход к оценке состояния. Он вполне уместен для предупреждения предаварийных и аварийных состояний.

Главными критериями, определяющими надежность строительного объекта, как известно, являются его соответствие назначению и способность сохранять требуемые эксплуатационные качества в течение установленного срока службы. Для определения показателей надежности с использованием вероятностных методов режима в качестве случайных величин принимаются внешние нагрузки и параметры прочности материалов и конструкций. В качестве статистических характеристик случайных величин принимается среднее значение и коэффициент вариации. Требуемые статистические характеристики нагрузок и несущей способности (прочности) конструктивных элементов можно получить при мониторинге сооружения, включая изучение исполнительной документации по объекту.

Основные цели организации непрерывного мониторинга мостового сооружения следующие:

инструментальные измерения параметров состояния моста с непрерывной регистрацией данных;
анализ информации о фактическом состоянии моста и сравнение с заранее установленными требованиями, критериями для принятия решений о безопасном режиме эксплуатации;
накопление данных о работе моста при воздействии реальных подвижных нагрузок и природных факторов с целью совершенствования проектирования, строительства, эксплуатации и оценки эффективности ремонта.
При организации и проведении непрерывного мониторинга решаются задачи:
предоставление информации о текущей дорожной обстановке на мосту, образовании заторов, наличии препятствий для нормального движения транспорта;
оценка безопасности движения с позиции погодных условий; - выявление фактов прохождения сверхнормативных нагрузок с фиксацией времени и визуализации события, оценка соответствия их грузоподъемности моста;
определение воздействий на мост нагрузок сейсмического характера, возможных оползневых процессов;
выявление деформаций конструкции, причин появления дефектов и прогнозирование их развития;
накопление информации о режимах загружения конструкции в ответственных узлах и точках, оценка накопленных усталостных повреждений;
оценка соответствия работы конструкции расчетной модели и регистрация фактов выхода параметров конструкции из допустимых пределов;
оценка надежности мостовой конструкции и необходимости ремонтных мероприятий;
исследование эксплуатационных воздействий на сооружение и т.п.

Мониторинг рабочего состояния конструкций мостовых переходов является, несомненно, одним из самых сильных инструментальных средств для управления инфраструктурой, обеспечения безопасной эксплуатации и бесперебойности технологических процессов. По функциональному или другому принципу данные автоматизированные системы могут быть подразделены на подсистемы. На крупных или важных транспортных магистралях сегодня все чаще устанавливаются комплексные автоматизированные системы, управляющие дорожным движением (подсистема АСУДД), наблюдением и обеспечением безопасности (подсистема безопасности). Способность подсистемы мониторинга состояния конструкций выдавать результаты анализа напряженно-деформированного состояния в виде уровня загрузки по отношению к предельной (или допустимой) можно рассматривать как свойство подсистемы обеспечения безопасности.

Каждая подсистема способна работать как отдельная система. Выбор их конфигурации зависит от целей и задач, которые ставит перед собой заказчик. Однако наиболее правильным и современным решением является комплексный подход, когда три названные системы объединяются в единый комплекс под общим управлением и размещаются в едином центре управления мониторингом (ЦУМ). В этом случае значительно сокращаются затраты на устройство систем, так как используются одни и те же ресурсы: системное оборудование (сеть и серверы), отдельные регистрирующие блоки (например, метеооборудование), вспомогательное оборудование (бесперебойное электроснабжение), помещение, инфраструктура, обслуживание и т.д.

Примером такого подхода может служить разработка системы мониторинга мостового перехода на о. Русский через пролив Босфор Восточный, представляющая собой совокупность четырех подсистем (рис. 1).

Рис. 1. Система мониторинга (СМ)

Программно-аппаратный комплекс (ПАКСМ)

ПАКСМ (рис. 2) является связующим звеном всех подсистем системы мониторинга и инструментом информационной, аналитической поддержки управления эксплуатацией моста. Комплекс отвечает за обеспечение интерфейса СМ, предоставление общих ресурсов, находящихся в центре управления мониторингом, предоставление телефонной связи между системами, предоставление доступа к данным о состоянии моста и состоянии программно-аппаратных средств по сети Интернет, формирование отчетов, речевое оповещение персонала при возникновении нештатной ситуации.

Рис. 2. Структурная схема ПАКСМ

Задачи ПАКСМ:

выполнение функции резервного хранилища данных о состоянии моста со всех трех подсистем;
обеспечение возможности взаимодействия между подсистемами мониторинга на уровне клиент-серверных приложений;
создание единой информационно-вычислительной среды в ЦУМе для нормального функционирования всех подсистем мониторинга;
предоставление возможности отображения исторических данных параметров моста и параметров подсистем;
обеспечение доступа к совокупным данным о состоянии моста по локальной сети и программно-аппаратных средств для входящих систем по сети Интернет и т.д.

Система мониторинга состояния конструкций моста (СМСКМ)

СМСКМ (рис. 3) осуществляет технический контроль состояния моста и накопление данных о работе моста. Она должна включать все необходимые элементы и разделы для обеспечения следующих основных целей:

контроль пространственного положения и формы конструкций моста на всех основных этапах строительства и напряженно-деформированного состояния конструкций как при строительстве, так и в период эксплуатации;
информирование эксплуатационной организации о текущем состоянии моста и возникновении сверхнормативных отклонений в поведении конструкции;
сопоставление текущего напряженно-деформированного состояния конструкции с расчетным (предельным) и присвоением уровня безопасности в соответствии с классификацией состояний конструкции;
осуществление контроля за метеорологическими данными для их учета при оценке напряженно-деформированного состояния конструкций моста;
накопление информации об условиях эксплуатации моста для анализа данных и последующей оценки изменений конструкций моста и эффективности конструктивно-технологических решений и др.

Рис. 3. Система контроля качественного состояния конструкции

Автоматизированная система управления дорожным движением (АСУДД)

АСУДД обеспечивает выполнение требований к пропускной способности, качеству пассажирских и грузовых перевозок, безопасности дорожного движения, транспортно-эксплуатационному состоянию мостового перехода. Данные условия будут достигаться путем использования современных информационных и телекоммуникационных технологий и автоматизации следующих процессов. Функциональное назначение АСУДД:

сбор и обработка информации о транспортно-эксплуатационном состоянии и метеоусловиях с использованием автоматических дорожных метеостанций, входящих в состав АСУДД;
информирование участников дорожного движения об условиях движения, ДТП, дорожных работах, метеорологических условиях и т.п. с использованием информационных табло;
управление дорожным движением с использованием светофоров, информационных табло, управляемых дорожных знаков, шлагбаумов и дорожных блокираторов;
регулирование транспортного потока через мостовой переход на основе информации, поступающей с датчиков давления СМКМ;
распознавание и запись в базу данных регистрационных номеров ТС, учет времени нахождения ТС на мосту;
оперативное регулирование транспортных потоков при проведении специальных мероприятий и мероприятий по ликвидации чрезвычайных ситуаций с использованием светофоров, шлагбаумов, дорожных блокираторов, информационных табло, управляемых дорожных знаков;
контроль скоростного режима движения транспортных средств с передачей информации о нарушителях на мобильные компьютеры, установленные в а/м ДПС, а также архивирование информации;
контроль негабаритных грузов и динамический весовой контроль.

В АСУДД должны входить подсистемы информирования водителей, контроля въезда и скоростных режимов, передачи данных, электроснабжения и управления мониторингом. Все проектируемые подсистемы смогут обмениваться исходными и обработанными данными, а также работать в автономном режиме (рис. 4).

Рис. 4. Автоматизированная система управления дорожным движением

Комплексная система безопасности (КСБ)

Система предназначена для инженерно-технической защиты всей инфраструктуры моста от внешнего воздействия, которое может привести к полному или частичному выводу из строя его элементов или возникновению чрезвычайных ситуаций. КСБ является базовой, системообразующей частью мониторинга моста на о. Русский. Целью ее внедрения является защита сооружения от актов незаконного вмешательства (в том числе террористические акты и вандализм), обеспечение безопасности дорожного движения, предотвращение тяжелых последствий аварийных ситуаций. Система должна обеспечить безопасность находящихся на мосту людей и их своевременное извещение об опасной ситуации и необходимости эвакуации.

Система будет обеспечивать инженерно-техническую защиту всей инфраструктуры моста от внешнего воздействия, которое может привести к полному или частичному выводу из строя его элементов или возникновению чрезвычайных ситуаций. Она позволит повысить эффективность работы служб правопорядка за счет усиления информационно-технической базы, сократить время формирования, выдачи оперативной информации и реагирования на нештатные ситуации оперативными дежурными, снизить вероятность принятия ошибочных решений.

КСБ является совокупностью взаимоувязанных комплексов технических средств и включает в себя подсистемы передачи данных, видеонаблюдения, охранной сигнализации и контроля доступа, голосового оповещения и управления эвакуацией, оперативной голосовой связи в экстренных ситуациях и электроснабжения (рис. 5).

Рис. 5. Комплексная система безопасности

Фундаментальной причиной проблем надежности конструкции является низкая степень объективности оценок ее состояния в реально протекающих процессах эксплуатации. Для осуществления непосредственного управления данным процессом в реальном времени необходима автоматизированная система управления безопасной ресурсосберегающей эксплуатацией. Поэтому на службы эксплуатации, отвечающие за поддержание конструкции моста в работоспособном состоянии, возлагаются задачи безопасной ресурсосберегающей эксплуатации мостового перехода, максимального снижения продолжительности ремонтов элементов конструкции, снижения эксплуатационных затрат и потерь путем исключения неэффективных планово-предупредительных и внеплановых ремонтов.

С.В. Долмацких,

ФГУП «ЗащитаИнфоТранс»