В данной статье представлен опыт внедрения и эксплуатации современной системы мониторинга строительных конструкций уникального инженерного сооружения — радиотелевизионной башни в Санкт-Петербурге. Работа основана на данных многолетних наблюдений и включает технологические, нормативные и практические аспекты.

Нормативные требования к мониторингу сооружений

Тема относится к области применения Федерального закона ФЗ-384, который определяет обязательства по обеспечению безопасности зданий и сооружений. В соответствии со статьей 36, безопасная эксплуатация должна обеспечиваться путем технического обслуживания, регулярных осмотров, контрольных проверок и/или мониторинга состояния строительных конструкций и оснований.

Дополнительно:

• ГОСТ 7751-2014 предписывает обязательное внедрение технического мониторинга для объектов класса КС-3 — сооружений повышенного уровня ответственности.
• СП 255.1325800.2016 содержит определение систем мониторинга.
• ГОСТ 32019-2012 и ГОСТ 31937-2024 описывают ключевые параметры таких систем.

На практике система мониторинга уникального сооружения представляет собой стационарный инструментальный комплекс, обеспечивающий постоянные измерения параметров напряженно-деформированного состояния конструкций на основе анализа динамики — прежде всего основного тона собственных колебаний.

Описание объекта мониторинга: РТПС Санкт-Петербурга

Радиотелевизионная башня — инженерный объект высотой 312,6 метра. Она выполнена в виде цельносварной решетчатой трубчатой конструкции из высокопрочной стали 15ХСНД.

Характеристики:

• Пояса башни: трубы Ø 426–325 мм, толщина стенки до 22 мм.
• Решетка: крестовая, из труб Ø 377–168 мм.
• Заводские соединения — высокопрочная электросварка полуавтоматами.
• Монтажные соединения — ручная электросварка.
• Масса металлоконструкций — 1160 тонн.
• Предварительное натяжение диагональных раскосов достигает 900 кг/см², что значительно снижает деформируемость ствола.

Проект создан инженерами ГПИ «Укрпроектстальконструкция» совместно с институтом им. Патона в 1959–1962 гг. Введена в эксплуатацию в 1963 году и на тот момент была самым высоким сооружением Европы.

Структура системы мониторинга

Современная система мониторинга, установленная на башне, включает шесть подсистем:

1. Динамический мониторинг
2. Геодезический мониторинг
3. Погодный мониторинг
4. Регистрация и сбор данных
5. Проводная связь
6. Обработка и анализ данных

Измерительное оборудование включает:

• Инклинометры ZETLAB 7054 (4 шт.) на отметках +104, +200, +232 и +301,5 м.
• Акселерометры-наклономеры АН-Д3 на отметках +25 м и +164,5 м.
• Метеостанцию для учета влияния ветровых и температурных факторов.

Система фиксирует:

• вертикальные и горизонтальные деформации;
• частоты и формы собственных колебаний;
• параметры затухания;
• реакцию конструкций на внешние воздействия.

Геодезические и погодные подсистемы не обязательны нормативно, но включены по требованию заказчика.

Аппаратные компоненты

На конструкциях башни смонтированы:

• акселерометры-наклономеры;
• инклинометры в защитных кожухах;
• метеостанция.
  Все устройства адаптированы для работы на высоте и в агрессивной среде.

Программное обеспечение: особенности разработки

Для обеспечения метрологической точности была создана и аттестована методика измерения динамических параметров, внесенная в государственный реестр. Само ПО внесено в реестр российского ПО и сертифицировано.

Архитектура:

• серверная часть для сбора, обработки и хранения данных;
• клиентская часть для визуализации и анализа.

Ведётся работа по созданию моделей поведения сооружения, что позволит перейти к полноценной предиктивной аналитике.

Функционал программного обеспечения

Основная функция — автоматизированное формирование отчётов по результатам мониторинга в соответствии с приложением Л ГОСТ 31937-2024.

Дополнительно реализованы:

• визуализация данных;
• спектральный анализ колебаний;
• температурно-деформационные зависимости;
• контроль состояния датчиков;
• гибкие аналитические фильтры.

Примеры визуализации данных

Спектр мощности колебаний

Периоды собственных колебаний, измеренные системой:

• f1 = 0,214 Гц (T = 4,60 с)
• f2 = 0,488 Гц (T = 2,05 с)

Результаты совпадают с расчетными данными SCAD Office:

• T₁ = 4,76 с
• T₂ = 2,09 с

Высокая сходимость подтверждает корректность модели сооружения.

Вертикальность и крен

ПО преобразует данные инклинометров в пространственные смещения, формируя карту вертикальности опоры в реальном времени.

Температурные зависимости

Построены графики влияния температурных факторов на отклонения конструкций на высоте 200 м.

Аналитические форматы

ПО позволяет выставлять граничные условия и отслеживать динамику параметров отдельных датчиков.

Эксплуатация системы и возникающие проблемы

Система установлена и работает с 2023 года. За весь период:

• измеренный период основного тона оставался стабильным, подтверждая неизменность состояния конструкции;
• динамические параметры соответствуют расчетным.

Основные сложности:

• агрессивная внешняя среда: влага, коррозия, обледенение;
• недостаточная фактическая всепогодность отечественных датчиков;
• выход из строя оборудования на других объектах из-за молний, влаги, обмерзания.

Однако на петербургской башне система демонстрирует безотказную эксплуатацию, что подтверждает эффективность решений по защите и обслуживанию.

 

Научные исследования и перспективы

По результатам анализа динамических параметров возможно:

• определять наличие и массу обледенения, предупреждая городские службы;
• оценивать натяжение предварительно напряжённых элементов, вант и канатов;
• выполнять мониторинг без проведения регулярных инструментальных обследований — достаточно раз в 2 года измерять параметры основного тона колебаний (в рамках ГОСТ 31937).

Исследования опубликованы в научных работах, представленных в презентации.