Телематика для мониторинга за объектами культурного наследия России

Регламент для мониторинга за объектами культурного наследия России описан в нескольких нормативных актах. Основополагающим является ГОСТ Р 56198-2014 «Мониторинг технического состояния объектов культурного наследия. Недвижимые памятники. Общие требования», который действует с 1 апреля 2015 года. Согласно документу, виды мониторинга делятся на штатный (проводится в период штатного режима эксплуатации), срочный (если на объект оказываются неординарные природные или техногенные воздействия), на мониторинг экологических условий (исследуются показатели экологического состояния вблизи рассматриваемого объекта).

Какие устройства применяют для мониторинга?

Со временем здания, представляющие культурно-историческую ценность, ветшают. О процессах старения подскажут размеры трещин. Трещины приводят к потерям тепла в здании, возможности его дальнейшего разрушения. Эксперты для наблюдения за объектами культурного наследия фиксируют состояние конструкций. Их интересуют наличие повреждений и их изменение, вновь образовавшиеся дефекты, их характеристики, прогибы и наклон стен и т.д.

Для того, чтобы зафиксировать вертикальные перемещения конструкций и грунтового массива, используются ГНСС-системы, лазерное сканирование, фотограмметрия и т.д.

Для мониторинга применяют несколько основных типов оборудования.

По ГОСТу следует применять маяки различного типа. Они устанавливаются на трещины величиной раскрытия более 0,5 мм в обязательном порядке. Еще один вид оборудования – это трещиномеры, позволяющие автоматически фиксировать величину раскрытия трещин через определенные интервалы времени с записью результатов.

Для фиксации напряжений в несущих конструкциях следует использовать тензометрические методы с применением специальных тензометрических датчиков и регистрирующей аппаратуры. Согласно ГОСТ 24846-2012 (Грунты. Методы измерения деформаций оснований зданий и сооружений), используются и щелемеры. Эксперты отмечают, что более точного определения щелемера, трещиномера и маяка нет, поэтому запутаться в этой терминологии очень просто.

Так, документы четко не разграничивают определение терминов «щелемер», «трещиномер» и «маяк». Иными словами, функционал этих устройств одинаковый. Однако специалисты заметили, что термин «щелемер» чаще используется в документах, связанных с гидротехническими сооружениями. При этом определения маяка и щелемера во многом схожи. Они заключают, что термины «маяк» и «щелемер» во многом схожи по своему значению.

Согласно описанию в ГОСТ, «маяк, щелемер – это приспособление для наблюдения за развитием трещин: гипсовая или алебастровая плитка, прикрепляемая к обоим краям трещины на стене; две стеклянные или плексигласовые пластинки, имеющие риски для измерения величины раскрытия трещины и др».

Рассмотрим строение оборудования более детально.

Трещиномеры

Такие устройства позволяют наблюдать за состоянием поверхности трещин, их разрастанием. По назначению они делятся на несколько видов. Электромагнитные трещиномеры измеряют рассеяние магнитного поля в зоне дефекта. Преимущества такого оборудования в том, что нет необходимости в зачистке поверхности: достоверные данные будут предоставлены даже на шероховатых стенах. Электропотенциальные трещиномеры отличаются более высокой точностью, позволяют выявить участки, на которых локализованы дефекты небольшой глубины и протяженности.

Принцип работы электропотенциального оборудования основан на использовании двух электродов. Их размещают по обе стороны от трещины и пускают ним переменный ток. Чем больше упадет напряжение, тем больше трещина на поверхности. Несложные расчеты могут помочь в подсчете глубины дефекта. Прибор замеряет равномерность распределения потенциала на поверхности исследуемого объекта.

Устройства могут измерить длину, глубину, угол наклона и ориентацию дефекта, позволяя отслеживать динамику развития процесса. Современные трещиномеры используются как для строительства зданий, так и для их технического осмотра. Их применяют как самостоятельное оборудование, так и как дополнительное, помогая проводить неразрушающий контроль с помощью различных дефектоскопов.

Щелемеры

По типу работы щелемеры делятся на механические и электрические. Соответственно, первый тип – это датчик, с помощью которого измеряются подвижки трещин в кирпиче, цементе или железобетонных конструкциях. Второй тип состоит из цилиндрического корпуса, внутри которого встроен датчик смещения и подвижный стержень, соединенный с датчиком, преобразующий движения (расширение или сужение) изучаемой щели в электрический сигнал. Электрический щелемер применяется для постоянного измерения раскрытия структурных швов, щелей, мест заливки бетона.

Тензометры

Тензометры, чуть реже, чем ранее описанные инструменты, используются для наблюдения за объектами культурного наследия.

Тензометрия — это совокупность экспериментальных методов определения механического напряжения детали, конструкции. Основана на определении деформаций или других параметров материала, вызванных механическим напряжением.

Существуют электрические, оптические, пневматические, акустические тензометры.

В состав любого такого измерительного прибора входят тензометрический датчик и показывающие устройства (индикаторы) и/или регистрирующие устройства.

Прецизионный проволочный тензометр – это прибор для точного измерения движений трещин, швов или структурных движений.

Беспроводной передачей данных в последнее время оборудуются проволочные тензометры со встроенным регистратором данных. Такой прибор способен не просто измерить, но и запомнить, а потом и передать по радиоканалу или интернету записанные значения подвижек разломов, стыков или несущих конструкций. Он способен хранить в своей памяти более 30 тыс. измерений, настраивая периодичность получения данных от 1 минуты до 5 лет. Такие устройства, как правило, работают с беспроводными сетями на частоте 868 МГц. Этот тип используется в труднодоступных местах для незаметного наблюдения.

Продвинутые модели такого оборудования способны обрабатывать полученные данные в режиме реального времени, визуализировать на дисплее деформации объектов и т.д.

Автоматизированный мониторинг объектов культурного наследия

Рассмотрим более внимательно систему автоматического мониторинга. Автоматизированный мониторинг применяется, в первую очередь, для наблюдения за объектами, входящими в перечень Всемирного наследия ЮНЕСКО и особо ценными объектами, которые находятся в предаварийном и аварийном состоянии. Данные передаются по радиоканалу или с помощью интернета в центр обработки информации.

При таком способе показатели снимаются с заданной периодичностью, отправляются специалистам по беспроводным каналам связи. Для этого создается наблюдательная приборная сеть, включающая в себя средства измерения и передачи данных, стационарную станцию, которая обеспечивает выявление изменений контролируемых параметров с локализацией опасных участков.  

Такая станция должна получать и анализировать данные, самостоятельно следить за тем, чтобы показатели не превышали предельно допустимые значения. Фиксация наклонов конструкций происходит с помощью двух- или одноосевых поверхностных инклинометров. В свою очередь трещиномеры и тензометры фиксируют раскрытие трещин и напряжение в конструкциях. Климатические датчики фиксируют такие параметры, как температура, влажность воздуха и конструкций и т.д.

Наличие автоматической станции не исключает использования традиционных методов наблюдения, с помощью которых текущее состояние можно оценить более полно, рассмотреть параметры, исследование которых автоматическими станциями невозможно.

Мониторинг в полном объеме

За объектами культурного наследия, включенных в реестр особо ценных объектов федерального значения, а также ансамблей (кремлей, монастырей и т.п.) с исторически сложившимися территориями, мониторинг должен выполняться в полном объеме.

Поэтому для такого вида наблюдения учитывается совокупность многих факторов, таких, как:

• ландшафтно-климатические условия территории;

• инженерно-геологические условия;

• состояние конструкций;

• эксплуатационные условия;

• экологические условия и санитарно-гигиенические состояние помещений и прилегающей территории.

При необходимости эксперты используют и мониторинг других параметров, не указанных в обязательном перечне.

В ГОСТе особенно отмечается, что интервал между циклами мониторинга зависит от его цели и задач, состояния объекта, динамики негативных изменений и т.д. Интервал – величина не постоянная, которая пересматривается экспертами время от времени.