Санкт-Петербург

Ключевые слова: мониторинг, мультисенсорная система, динамические параметры, высотное 
сооружение, акселерометр, тензометр. 
Высотные здания становятся отличительной особенностью современного крупного 
города. Увеличение числа и этажности зданий приводит к необходимости обеспечения 
безопасности как при строительстве, так и при дальнейшей эксплуатации. Учитывая 
сложность инженерного сооружения, требуется контролировать техническое состояние 
различных компонентов – инженерных сетей, грунтового массива, конструкций в целом и их 
отдельных элементов. Одними из важнейших этапов разработки системы мультисенсорной 
идентификации параметров сооружения является подбор оборудования, методик, разработка 
программного обеспечения. В общем случае задача идентификации параметров высотных 
строительных сооружений сводится к задаче мониторинга текущего состояния сооружения. 
По результатам обзора существующих внедренных решений можно сделать 
заключение о недостаточной комплексности систем мониторинга, поскольку большинство из 
них строится на основе однотипных измерительных элементов (тензометры, акселерометры). 
Количество используемых датчиков также является недостаточным для анализа текущего 
состояния строительного сооружения. Количественное ограничение не позволяет оценивать 
состояние отдельных конструктивных элементов [1]. 
Выделив основные критерии оценки качества систем мониторинга была предложена 
своя последовательность разработки такой системы. Основными этапами разработки явились 
следующие шаги: 
1. по результатам анализа существующих аналогов проводится разработка методики 
проведения идентификации параметров высотного строительного сооружения; 
2. проверка работоспособности оборудования, чувствительных элементов, сетей передачи 
данных; 
3. разработка алгоритма обработки получаемых данных; 
4. тестирование системы, проверка поведения при различных сценариях; 
5. внедрение на объект. 

---

Альманах научных работ молодых ученых 
XLVII научной и учебно-методической конференции Университета ИТМО. Том 1 
219 
Структурная схема функционирования системы мониторинга представлена на рис. 1. 
Рис. 1. Структурная схема системы мониторинга 
Стоит уточнить, что все измерения и вычисления производились на примере 
строящегося высотного сооружения в городе Санкт-Петербург. Первым этапом любого 
строительства уникального объекта является проектирование сооружения и построение его 
математической модели с учетом всех внешних факторов, которые могут оказывать влияние 
на его состояние. На основе математической модели рассчитываются теоретические 
параметры здания, включающие предельные напряжения на отдельных элементах, поведение 
грунта основания, динамические характеристики (моды и предельные амплитуды колебаний, 
декременты затухания) [2]. 
По одобренному проекту начинается строительство, в процессе которого монтируются 
различные чувствительные элементы (датчики). На объекте: в сваях, грунте и фундаментной 
плите устанавливаются тензометры и датчики порового давления, по этажам – тензометры 
монтируются в колонны. На рис. 2 представлено графическое отображение результатов 
математического моделирования. Башни и небоскребы в своем роде типичные сооружения, 
хотя и являются уникальными. Такие здания включают в себя свайное поле, фундаментную 
плиту, ядро жесткости и периферические колонны, которые соединяются с ядром системой 
аутригеров для распределения нагрузки. 
Рис. 2. Графическое отображение результатов математического моделирования 
Для проверки теоретически рассчитанных значений параметров были проведены 
измерения частотного состава и амплитуд на строящемся объекте. На рис. 3 представлена 
таблица мод колебаний, полученных в результате математического моделирования. 

---

Альманах научных работ молодых ученых 
XLVII научной и учебно-методической конференции Университета ИТМО. Том 1 
220 
Представлена 
амплитудно-частотная 
характеристика 
сигналов, 
полученных 
при 
эксперименте. Измерения проводились велосиметрами на уровне 78 этажа. Как видно, 
экспериментальных значения параметров практически полностью совпадают с 
теоретическими значениями. Погрешность возможна из-за различия в массах из-за 
неоконченного строительства. Этот эксперимент можно назвать частью мультисенсорной 
идентификации параметров высотного сооружения, так как были получены его 
динамические характеристики и сравнены с теоретическими, пусть и в ручном, не 
автоматическом режиме. 
Рис. 3. Результаты эксперимента 
Дальнейшая разработка системы идентификации параметров заключается в выводе 
алгоритма обработки данных, получаемых с измерительных элементов, для оценки текущего 
состоянии и прогнозирования состояния сооружения.