3.000 Augen für künstliche Intelligenz. Wie ist das System der Überwachungsstrukturen des Lakhta Center?

    Den stärksten Eindruck des Lakhta Center Wolkenkratzers bekommen Sie, wenn Sie es von unten betrachten, von oben nach oben und es scheint, als ob es irgendwo in der himmlischen Unendlichkeit liegt. Und es war damals und nicht aus fernen urbanen Winkeln, die den Geist der Höhe und Kraft einfängt. Und irgendwo in der zehnten Zeile kommt der Gedanke - es ist gut, genau zu wissen, was sie vernünftig und gewissenhaft gebaut haben. Und zweimal ist es gut, dass wir es haben, zu überwachen. Entwicklung von heimischen Programmierern, insbesondere für den Komplex. Die Magie ist, die geringste Möglichkeit für zukünftige Entwicklungsoptionen zu vermeiden. Unter dem Schnitt - alles darüber, wie es funktioniert.




    Jedes Gebäude ist vielen äußeren Kräften ausgesetzt. Temperatur- und Feuchtigkeitsabfall, Winddruck, Schneemassendruck, Bodenheterogenität und deren zeitliche Veränderung. Bei den Wolkenkratzern mit ihrer Größe, ihrem Gewicht und ihrer Komplexität erhöht sich dieser Effekt um ein Vielfaches.
    Das Auftreten von Verformungen, Überspannungszonen der Struktur ist sogar für kleine Landhäuser gefährlich, was von Wolkenkratzern zu sprechen ist, wo die Folgen unbemerkter Änderungen in der Struktur überproportional kritischer sind.

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    Daher werden in allen modernen Hochhäusern Deformationsüberwachungssysteme eingesetzt, bei denen eine ganze Reihe von Steuerungswerkzeugen zum Einsatz kommt.

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    Die Lupe in diesem Werkzeug ist natürlich nicht enthalten, aber viele Sensoren sind enthalten. Es gibt ungefähr 3000 im Lakhta Center, und sie befinden sich in allen wichtigen Strukturelementen aller Gebäude des Komplexes.

    Die größte Gruppe sind Dehnungsmessstreifen an der Vorderkante der Deformationsabwehr. Dies ist einer der zuverlässigsten und langlebigsten und daher gängigsten Sensoren, die zur Messung von Verformungen und Spannungen verwendet werden. Es geht um die Einfachheit des Designs.

    Im Wesentlichen ist ein Dehnungsmessstreifen einfach ein Stück hochfesten Stahldraht - eine Schnur, die sich in einem hohlen Metallrohr zwischen zwei Endblöcken erstreckt. Wenn die Struktur verformt wird, ändert sich der Abstand zwischen den Endblöcken zusammen mit der Saitenspannungskraft und dementsprechend ändert sich die Schwingungsfrequenz. Die Zustandsänderung wird in digitale Signale umgewandelt, die über Multiplexer und Datenlogger (Datenlogger) an das Überwachungssystem übertragen werden.

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    Dehnungsmessstreifen werden an Metallträger geschweißt, die in Beton eingebettet sind, und der Mangel an Wartung wird durch eine Mehrfachreserve kompensiert. Es ist sogar in der Welle unterhalb des Pfahlfeld minus geodätischen Marker 100m installiert. Klickbare




    Das Signal jedes der Größenordnungen von 2,5 Tausend Dehnungssensoren des Lakhta Center wird an das Überwachungssystem übertragen, und selbst der Ausfall einzelner Dehnungsmessstreifen - obwohl nichts Besonderes dort zu brechen ist - beeinflusst die Genauigkeit des Gesamtbilds der Struktur nicht wirklich. Anklickbare Informationen von Dehnungsmessstreifen werden einmal pro Stunde gesammelt und alle sechs Stunden an den Server übertragen. Dies ist mehr als ausreichend für einen derart trägen Prozess wie Deformation. Etwas ganz anderes ist, dass Gebäudeschwingungen ein schneller, kontinuierlicher Prozess sind. Durch Änderung der Schwingungsmerkmale können auch Änderungen in den Strukturen erkannt werden. Zu diesem Zweck organisierten alle paar Stockwerke des Turms des Lakhta Centers Kontrollpunkte, die mit Beschleunigungssensoren - Vibrationsmessgeräten - ausgestattet waren.






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    Das Gerät ist der einfachste Beschleunigungssensor. Die Last ist an der Feder befestigt. Dämpfer unterdrückt die Vibration der Last. Je größer die scheinbare Beschleunigung ist, desto stärker verformt sich die Feder, wodurch sich die Messwerte des Instruments ändern.

    Basierend auf den Messungen wird die Amplituden-Frequenz-Charakteristik der Bauelemente des Gebäudes erstellt, und die Abweichung von der Norm der Frequenz oder Amplitude ist ein Signal, dass etwas schiefgegangen ist.

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    Ein anderer Sensortyp, der Neigungsmesser, misst den Neigungswinkel des Bauteils, auf dem er installiert ist.

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    Im Turm des Lakhta Centers ist ein moderner Messkomplex installiert. Mit Hilfe einer GNSS-Station wird die Position der Turmspitze in einem zweidimensionalen Koordinatensystem verfolgt: Der Satellit nimmt grob gesagt ein Bild auf, das der Turm je nach Stärke und Windrichtung mit einer Turmspitze zeichnet. Klickbar




    Die Wetterstation wird wiederum die Abhängigkeit des Zustands der Struktur von den gemessenen Werten für Feuchtigkeit, Temperatur, Windgeschwindigkeit und Richtung bewerten. Anklickbar Die auf einem Bogen an einem Bezugspunkt montierte Totalstation misst mit einem Laser den Neigungswinkel und den Abstand, dessen Verschiebung in beide Richtungen auf eine Änderung der Position der Struktur hinweisen kann, beispielsweise aufgrund von Niederschlag.






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    Das Hauptmerkmal des automatisierten Überwachungssystems der Konstruktionsstrukturen des Lakhta Centers liegt jedoch nicht in der Vielfalt und Anzahl der Sensoren. Die Sensoren sind mit jedem modernen Hochhaus überfüllt, und in Burj Khalifa gibt es nicht weniger. Das System zur Analyse der von den Zählern im St. Petersburger Supertoll erhaltenen Informationen ist jedoch wirklich einzigartig. Es basiert auf einem ständigen Vergleich des realen Zustandsbildes der Gebäude des Lakhta Centers, basierend auf den Sensorwerten, mit den vorhergesagten Werten der Verformungen.

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    Die Berechnung des Spannungs-Dehnungszustands von Strukturen erfolgt auf Basis eines zertifizierten Softwarepakets zur Modellierung von Strukturen auf Basis der FEM- Modell- Finite-Elemente- Methode der Firma PI Georeconstruction.

    Das Entwurfsmodell von Gebäuden wird gemeinsam mit dem Fundament und dem Fundament (Bodenarray) erstellt, da die unterirdischen und oberirdischen Gebäudeteile zusammenarbeiten und sich gegenseitig beeinflussen. Um ein Entwurfsmodell eines Gebäudes zu erstellen, werden die finiten Elemente des Systems mit den Eigenschaften realer Materialien mit genau definierten aktuellen mechanischen Parametern ausgestattet.

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    Das FEM-Modell wird mithilfe eines Projekt-3D-Modells (BIM) erstellt, wobei die tatsächliche Geometrie des Gebäudes berücksichtigt wird, die während des Baus und des Betriebs angepasst werden kann. Das heißt, in dem interaktiven Modell wird das ursprüngliche BIM-Modell verfeinert und die Eigenschaften der realen Materialien, aus denen jedes Element hergestellt wird, gelegt - die Betonklasse, die Dicke der Fußböden, die Balkenabschnitte usw.
    Wladimir Lukin, Leiter des Lahta-Zentrums für Stahlbetonkonstruktionen, beaufsichtigt die Erstellung des Projekts des Überwachungssystems des Lakhta-Zentrums :
    - Durch den Vergleich der Überwachungsdaten mit einem interaktiven Finite-Elemente-Modell können die Modellparameter gesteuert werden, dh: das Konstruktionsschema entsprechend dem Baufortschritt des Gebäudes ändern, ändern Parameter von Materialien und Strukturen gemäß der ausführlichen Dokumentation ändern die Größe der Lasten entsprechend dem tatsächlichen Lademuster ktsy. Somit passt sich das Finite-Elemente-Modell von Gebäuden bei sich ändernden äußeren Bedingungen an und liefert Vorhersagen, die den von den Überwachungssensoren aufgezeichneten realen Werten immer näher kommen.

    Anhand der durchgeführten Berechnung der Strukturen in der Softwareumgebung werden alle möglichen Versionen der Verformungsentwicklung geprüft. So werden die Notfallgrenzen von Sensorablesungen, Szenarien und Algorithmen für die Entwicklung von Verformungen ermittelt, und es werden Kriterien für die Beurteilung des tatsächlichen technischen Zustands - Stabilität, Restlebensdauer und Haltbarkeit - entsprechend den Angaben der Sensoren entwickelt, die die Strukturen überwachen. Zu den Bewertungskriterien zählen absolute und relative Abweichungen von Strukturen sowie das Verhalten des Gebäudes als Ganzes.

    Dmitry Babichev, Projektleiter der Firma Telros :
    - Die Materialien, aus denen das Gebäude gebaut wird, unterscheiden sich immer von denen, die im Entwurfsmodell verlegt wurden. Dies wirkt sich wiederum auf die Abweichungen der realen Lasten von den berechneten aus. Das mathematische Modell, das im automatisierten Überwachungssystem für den Zustand der Konstruktionsstrukturen des Lakhta Centers verwendet wird, ist ein Modell eines realen Objekts. Aufgrund der Analyse der Sensorablesungen kann bereits festgestellt werden, dass dieses reale Objekt noch viel starrer war als das Designmodell. Daher wurde es mit einem mehr als erheblichen Sicherheitsspielraum gebaut.

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    Das Layout des Messgeräts nach dem dreidimensionalen Konstruktionsschema

    FEM-Modell ist ein echter digitaler Zwilling. Das gleiche wie zum Beispiel die digitalen Zwillinge des Raumfahrzeugs, die in der NASA verwendet werden, um Situationen zu simulieren, die im Weltraum auftreten. Schließlich ist das Sammeln von Informationen von Sensoren mittels Telemetrie auch die einzige Möglichkeit, die Situation zu überwachen, Probleme zu erkennen und nach Analyse und Simulation der Vorgänge im Orbit nach möglichen Lösungen für Probleme zu suchen.

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    Das Deformationsüberwachungssystem von Lakhta Center überwacht den Zustand der Tragkonstruktionen in Echtzeit mit einer Vermessungsrate von bis zu eintausend Messwerten pro Sekunde, sammelt Statistiken fast vom Anfang des Gebäudes an, überwacht Änderungen bei zunehmender Belastung und wird dies während des Betriebs weiterhin tun. Darüber hinaus kann das System trainiert werden, wodurch das Gebäudemodell unter Berücksichtigung der tatsächlichen Sensorwerte automatisch geändert werden kann.

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    Die Drähte der ersten Sensoren in Pfählen wurden zu Beginn der Bauarbeiten installiert

    Ein weiterer Unterschied des Überwachungssystems im Lakhta Center von Analoga anderer Wolkenkratzer ist das Vorhandensein einer Notverformungsgrenze der Gebäudeelemente sowie eine Warnung. Auf der Grundlage desselben mathematischen Modells wird unter Berücksichtigung des realen Zustands des Gebäudes ein Bereich zulässiger Werte gebildet, in dem keine Abweichungen von den Prognoseindikatoren vorhanden sind, und ein vorsorglicher Bereich, der aus Sicht von SNiP noch weit vom Notfallzustand entfernt ist machen.

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    Gelbe Zone - eine Warnabweichung von den vorhergesagten Werten, rot - Notfall

    Obwohl alle von den Sensoren kommenden Daten automatisch analysiert werden, werden Entscheidungen von Menschen getroffen. Nach Erhalt eines Alarms informiert der Dispatcher den diensthabenden Offizier, der eine Sichtprüfung durchführt, ein Foto macht, das an den erforderlichen Punkt im System gebunden ist, und erstellt einen Bericht. Dieser Bericht analysiert den Konstrukteur und entscheidet über die Neuberechnung des FEM-Modells, wenn die Gründe für die Änderung der Parameter nicht kritisch sind und beispielsweise mit dem natürlichen und vorhergesagten Entwurf des Gebäudes zusammenhängen. Andernfalls erhält der Chefingenieur den Alarm, der möglicherweise sogar evakuieren möchte. In Anbetracht der Sicherheitsmarge des Lakhta Centers ist jedoch für die Entwicklung eines solchen Szenarios eine externe Auswirkung auf der Ebene eines Sechs-Punkte-Erdbebens erforderlich. Das Signal der Annäherung an die Notfallgrenze der Entwicklung von Verformungen wird automatisch an die Notstandsministeriumsdienste übermittelt.


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