В общем виде можно выделить четыре группы методов распознавания, используемые в технической диагностике: вероятностные и статистических решений; разделения в пространстве признаков; метрические и логические.
При этом ставится целью получить следующие результаты:
• количественные показатели параметров технического состояния, регулируемых нормами и техническими регламентами проектирования и строительства (СНиП, СП, ГОСТ и т.п.), и несоответствия фактических характеристик нормативным, а также причины такого отклонения;
• параметрические характеристики технического состояния конструкций и зданий.
Диагностика зданий и сооружений должна обеспечить получение информации о техническом состоянии конструкций, элементов, узлов и стыков. Техническая диагностика является одним из элементов общей теории надежности. Ее конкретные задачи связаны с ранним обнаружением дефектов и неисправностей конструкций, использованием ресурса оптимизаций процессов технической эксплуатации.
Оценка состояния конструкций на различных этапах эксплуатации зданий устанавливает признаки и причины повреждений, позволяет выявить дефектные, разрушающиеся конструкции, определить степень и границы повреждений с тем, чтобы своевременно и качественно отремонтировать их. В связи с этим необходимо осуществлять контроль за состоянием здания и инженерного сооружения с приемки его в эксплуатацию (приемочный контроль) до выявления дефектов перед постановкой на капитальный ремонт.
Система контроля предусматривает создание методов оценки, приборов и средств, позволяющих определить параметры технического состояния и их соответствие нормативным характеристикам. Данные, полученные в результате оценки состояния конструкций эксплуатируемых зданий, могут служить основой для улучшения качества строительства, совершенствования методов возведения, их надлежащей эксплуатации и ремонта.
Нарушения нормального состояния зданий можно представить себе, с одной стороны, как нарушения, не затрагивающие основной конструктивной схемы зданий (повышенная влажность, нарушение свойств материалов, повреждение отделки и др.), и с другой — как нарушения основной конструктивной схемы (ослабление сечений элементов, деформации несущих конструкций и т. д.). Эксплуатационный износ зданий является в основном результатом длительного силового воздействия и влияния внешней среды. При проектировании, кроме условий работы, коэффициентами учитываются такие случайные факторы, как отклонение выполненной в натуре конструкции от запроектированной; несовпадение действительной работы конструкции с указанной в расчете и случайное изменение характера работы конструкции.
Если бы значения всех этих коэффициентов были совершенно достоверными, то более полно обеспечивалась бы предусмотренная проектом долговечность здания. Уточнение значения каждого коэффициента может быть достигнуто на основании накопленных экспериментальных и статистических данных.
В практике строительного комплекса широко применяют натурные или модельные испытания элементов конструкций или целых конструкций в реальных условиях работы. Вместе с тем статистические данные не могут быть в полной мере накоплены и систематизированы без применения современных математических вычислительных устройств. В прошлом не было необходимости в накоплении этих данных, так как кирпичные здания строили со значительными запасами прочности и они не испытывали на себе влияния от случайных нагрузок. В настоящее время необходимость накопления эксплуатационных данных и сведений о периодичности внешних воздействий на здание в целом и его элементы очевидна.
Основными параметрами, подлежащими контролю для поддержания нормального состояния зданий, являются:
состояние и правильность монтажа санитарно-технических, электротехнических и других систем инженерного оборудования: тепловой режим, загазованность помещений, вентиляция и освещенность.
Важным вопросом технической эксплуатации зданий является определение момента начала контроля и его периодичности. В общем виде эта задача относится не только к зданию, но и к совокупности зданий и конструкций (например, периодичность контроля состояния кровель в ДЕЗах или товариществах собственников жилья — кондоминиумах). В этом случае в совокупности элементов N, находящихся на обслуживании, имеется п дефектных элементов. Тогда отношение n/N есть оценка вероятности появления дефектного элемента
Если предположить, что существует некоторый прогнозирующий параметр, критические значения которого предвещают отказ, и имеющий распределение плотности вероятности, описываемой функцией f\{t) (п\ — число элементов, достигающих критического значения этого параметра к моменту т), то
an1 = NP1
На рис. 1.7 представлены в общем виде кривые распределения значений прогнозируемого параметра f1(t) и отказа элемента f2(t).
При проведении обследования до момента τ10 отказы нельзя выявить. Целесообразно начать контроль со времени τ11. Значение отрезка времени tp1 зависит от трудоемкости контроля и ремонта и количества ремонтируемых элементов. Начало второго осмотра после устранения дефектов следует начинать не с момента времени τ21, а несколько раньше на время tp2, необходимое для ремонта элементов.
Наиболее полную оценку поведения эксплуатируемых зданий дают комплексные натурные исследования, которые можно разделить на два типа:
В этих исследованиях используются новые и совершенствуются существующие методики обследования эксплуатируемых зданий, разрабатываются основы новых технических средств и способов исследования, например фотограмметрии деформаций конструкций, графоаналитических методов контроля деформаций, тензометрирования, истираемости конструкций и др.
Однако проблема комплексной оценки качества и надежности зданий включает в себя кроме количественных параметров, измеряемых расчетными технико-экономическими показателями, и качественную оценку, определяемую результатами творческой деятельности человека и характеризуемую лишь словесным описанием. Понятно, что последняя в силу субъективности и нечеткости формулировок более конкретно может быть использована не для оценки промежуточных состояний конструкций здания, а для полярных состояний: нормального эксплуатационного и аварийного.
Р и с. 1.7. Определение времени начала и периодичности контроля конструкций:
τ11 — момент проведения первого контроля;
τ12 — момент проведения второго контроля 65.3
Рис. 1.6. График зависимости характеристик от значения t
Для оценки качества жилища можно использовать методику перевода словесного описания в количественное выражение на основе оценки объекта признаками, имеющими пару противоположных (биполярных) характеристик (например, просто — сложно, удобно — неудобно, гармонично — механистично и т. д.). Каждая такая пара характеристик имеет и промежуточные значения, подчеркивающие меры их проявления, и, может быть, поэтому представлена в виде спаренной шкалы балльных оценок, что позволяет однозначно определять положительные или отрицательные значения характеристики и устанавливать их относительную количественную величину в условном диапазоне.
Пример оценки жилища приведен в табл. 1.1.
Таблица 1.1. Оценка качества жилища
Характеристика | Шкала оценок | Характеристика | |||||||||
5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||
Удобно | * | Неудобно | |||||||||
Рационально | * | * | Нерационально | ||||||||
Естественно | * | Принужденно | |||||||||
Просторно | * | Затесненно | |||||||||
Просто | Сложно |
С учетом значимости каждого показателя может быть получена формализованная оценка показателей, которая недоступна методам квантификации.
При анализе причин аварий сооружений рекомендуется использовать ряд стандартных описаний методов проектирования и строительства:
1а — нагрузки, принятые при проектировании, хорошо соответствуют реальным нагрузкам;
16 — любые изменения в величинах принятых параметров хорошо учтены;
2а — расчетная модель хорошо представляет поведение реальных конструкций при условии соблюдения ее при строительстве;
26 — количество и качество информации об аналогичных конструкциях и зданиях, имеющейся в распоряжении проектировщиков, являются достаточными;
За — имеющаяся информация относительно вероятности возникновения случайных опасностей (землетрясение, взрывы и т. п.) является достаточной;
36 — конструкции к этим явлениям чувствительны;
4а — материалы, предназначенные для использования в сооружении, хорошо опробованы и испытаны в аналогичных зданиях;
46 — в расчетах учтены все возможные изменения, которые могут возникнуть в материалах конструкций;
4в — форма конструкций хорошо испытана;
4г — в величинах основных параметров, определяющих форму конструкций, нет ступенчатых изменений по сравнению с известными эксплуатируемыми конструкциями;
4д — отсутствует опасность такого поведения конструкции, которое ранее никогда не было критическим для данной формы конструкции;
4е — нет информации об использованных материалах и конструкциях;
5а — в расчетной схеме, принятой проектировщиками, вероятность ошибок незначительна;
56 — проектировщики опытны для подобной работы;
5в — персонал, осуществляющий строительство и приемку, имеет достаточный опыт;
6а — методы строительства (включая изготовление изделий) хорошо опробованы и испытаны;
66 — конструкции позволяют любые методы монтажа;
6в — вероятность строительных ошибок незначительна;
6г — подрядчик является опытным для данного строительства.
Экспертная оценка аварий по этим описаниям дополняется указаниями о степени уверенности в правдивости и важности утверждения, для чего указываются два из следующих описаний:
1.Очень большая уверенность А. Очень небольшое значение
2.Большая уверенность Б. Небольшое значение
3.Средняя уверенность В. Среднее значение
4.Слабая уверенность Г. Большое значение
5.Очень слабая уверенность Д. Очень большое значение
Таким образом, появляются параметры разрушения конструкций, анализ которых проводится с помощью нечетких множеств.
Отсюда следует, что комплексно-статистический метод контроля надежности эксплуатируемых зданий основан на оценке расчетных показателей надежности и анализе непараметрических характеристик. Базой этого контроля является подробное обследование жилых зданий в целом и отдельных конструкций, контроль их технического состояния, изучение повреждений, износа, дефектов и неисправностей.
Среди субъективных оценок технического состояния следует отметить оценку объема повреждений (дефектов), который в большинстве случаев выражается в процентах от общего объема (площади) конструкций.
Это необходимо при определении физического износа, мониторинге технического состояния, осмотрах зданий.
В связи с этим важным элементом технологии диагностики конструкций является оценка достоверности результатов обследования. При этом должны приниматься во внимание различные факторы и условия, влияющие на точность оценок. В этом расчете учитываются:
Общая достоверность составляет
Pq=P1P2P3P...Pi.
Целесообразно в техническом задании на выполнение обследования указывать необходимую достоверность в зависимости от цели диагностики.
В техническом заключении должна быть подтверждена достоверность обследования, подписанная руководителем работ.
Успешное и достоверное обследование зданий основывается главным образом на профессиональной подготовленности и опыте специалистов, выполняющих экспертизу. Ими обычно накапливаются знания по четырем направлениям:
В современных условиях сбор, анализ, хранение такой информации несколько облегчаются использованием компьютеров и Интернета.
Обследование строительных конструкций выполняют квалифицированные группы инженерно-технических работников, специально подготовленных и оснащенных необходимыми средствами измерений и испытательным оборудованием. Такие группы могут иметь учреждения и организации независимо от форм собственности и подчиненности, получившие в установленном порядке право на занятие указанным видом деятельности.
Приказом по организации закрепляются лица, имеющие право быть руководителями и ответственными исполнителями работ (со стажем обследования зданий и сооружений данного типа не менее 10 лет).
Состав группы, обследующей конкретный объект, определяется видом и объемом выполненных работ и может быть различным по количеству, но во всех случаях не менее трех человек.
Для проведения обследования и согласования принимаемых технических решений к основной группе могут привлекаться представители служб заказчика, а также представители организаций, выполнявших проектирование и строительство объекта.
При проведении обследования строительных конструкций разрешается использовать только те средства измерений и испытательное оборудование, которые прошли государственную метрологическую поверку или аттестацию в соответствии с прилож. 1,п.68, 104.
Эксплуатация и техническое обслуживание средств измерений и испытательного оборудования должны выполняться в соответствии с требованиями, изложенными в их техническом описании.
Инициатором проведения обследования могут выступать физические или юридические лица, ответственные за техническое обслуживание, орган государственного контроля за техническим состоянием зданий.
Владелец здания обязан обследовать объект в сроки, предписанные соответствующими нормативами. Для организации указанной работы владелец здания издает приказ (распоряжение) по предприятию с указанием объектов, подлежащих обследованию, видов, сроков обследования, лиц, ответственных за организационно-техническое обеспечение работой, источников финансирования.
Основанием к проведению обследования является договор между заказчиком и подрядчиком и задание на выполнение работ.
Предварительно, перед заключением договора и подписанием задания, специалисты исполнителя (с участием предполагаемого руководителя работ) должны на месте ознакомиться с объектом обследования для оценки объемов работ.
В задании, утвержденном заказчиком и согласованном с исполнителем, в краткой форме излагается основная цель проведения обследования, приводятся сроки выполнения работ.
По требованию исполнителя в договоре на заказчика могут возлагаться работы по обеспечению доступа к обследуемым элементам, по вскрытию конструкций в необходимых местах, отрывка шурфов, химический анализ воды, устройство страховочных подмостей, временных креплений и другие вспомогательные работы. Для выполнения работы (перед ее началом) заказчик представляет исполнителю всю проектную и исполнительную документации по объекту, данные о проведенных ремонтах и реконструкциях, изменения во время технологических нагрузок, включая последние сведения о размещении оборудования и нагрузках.
Владелец здания обязан в течение всего срока эксплуатации хранить техническую документацию. При утере тех или иных документов они должны быть восстановлены владельцем здания путем копирования, обмеров и т. д. Владелец несет ответственность за полноту и достоверность документации, представляемой при обследовании.
Другие особенности взаимоотношений заказчика и исполнителя работ определятся условиями договора и действующим законодательством.