Эволюция строительной науки: от шагающих экскаваторов до лазеров, БАС и 3D-печати
Развитие строительной науки в России имеет богатую историю. Ведь каждая стройка, каждый проект подчиняются строгим требованиям и нормам, а разрабатывает технологии, которые призваны обеспечить следование этим требованиям, российская наука. Наши ученые и инженеры внесли огромный вклад в развитие отрасли в стране и во всем мире.
Работа многих поколений специалистов направлена на создание и внедрение инновационных технологий, методов расчета и материалов, которые позволяют создавать надежные и долговечные здания и сооружения. О развитии строительной науки в России за сто лет читайте в нашем материале.
1920–1930: Теория упругой устойчивости и динамики сооружений
В первые десятилетия существования институтов были заложены фундаментальные основы советской строительной науки.
Один из ведущих научных деятелей отрасли, профессор Петр Пастернак предлагает метод расчета железобетонных конструкций, исходя из условий совместности перемещений конструктивных элементов. Данный подход значительно улучшил пространственную работу железобетонных конструкций, используемых в жилищном и промышленном строительстве. Результаты этих исследований позже внесут в нормы строительного проектирования и Технические условия, которые в 1956 году станут первыми СНиПами (Стандартами, нормами и правилами в строительстве).
Параллельно ведется работа над теорией упругой устойчивости и динамики сооружений. Полученные в ходе исследований новые методы расчета многократно упростили процесс оценки сложных динамических, ветровых и статических воздействий на здания и сооружения. В научных изысканиях участвуют признанные корифеи строительной науки – профессора Николай Безухов, Иван Цурков, Георгий Клейн, Дмитрий Бычков.
В эти же годы в Центральном научно-исследовательском институте строительного комплекса (ЦНИИСК) разворачиваются исследования в области строительной механики. Институт разрабатывает важнейшие научные проблемы, создавая теоретическую основу для расчета металлических, каменных и деревянных конструкций.
1940–1950: Шагающие экскаваторы и социальная инженерия
Главное изобретение этих лет – легендарные шагающие экскаваторы ЭШ-10/75 и ЭШ-6/60. Главная их особенность – массивные шаговые механизмы, которые перемещают экскаватор по поверхности. Это значительно облегчило управление машиной, позволило работать со сложными массивами и добираться в отдаленные и труднодоступные места. Шагающие экскаваторы, способные справляться со сложнейшими землеройными работами, массово использовались в мелиорации и строительстве уникальных и сложных промышленных объектов.
Параллельно исследуются функциональные процессы и возможности унификации объемно-планировочных решений в строительстве социальных объектов: кинотеатров, домов культуры, концертных залов. Создаются теоретические основы и методика расчета движения людских потоков, позволяющие обоснованно проектировать коммуникационные помещения таких зданий.
1950–1960: Неразрушающие методы контроля, приборы для измерения деформаций
Кафедрой испытаний сооружений МИСИ выработаны уникальные неразрушающие методами контроля физико-механических свойств материалов и состояния материала и конструкций. Для этого использовались ультразвуковые поляризационные волны, оценивающих напряжение в металлах (сталь и алюминий), пластмассах и мелкозернистых бетонах. Они позволили сократить время испытаний напряженно-деформированного состояния сложных многосоставных строительных конструкций и серьезно увеличивает точность измерений оценки безопасности объекта.
В эти же годы в НИИСФ начинается активная работа по созданию нормативной базы строительной теплофизики. Сразу после образования института в 1956 году начала работать комиссия по подготовке главы II-В.3 СНиП «Строительная теплотехника», которая была утверждена в 1958 году. Институт разрабатывает теоретические основы строительной физики, исследует физические процессы в ограждающих конструкциях зданий и сооружений под воздействием окружающей среды и внутренних режимов эксплуатации.
1970–1980: Новые пластмассы, акустика и теплофизика
Этот период ознаменовывается целым рядом научно-технологических прорывов и связан, в первую очередь, с приходом ранее непривычных для строительной науки дисциплин: ботаники, биологии, акустики.
Так, НИИСФ разрабатывает серию нормативных документов по вопросам строительной акустики и защиты от шума. Институт становится признанным лидером в области энергоэффективности зданий и долговечности строительной продукции.
1990–2000: Новые программно-аппаратные комплексы, искусственные стройматериалы
В эти годы проводятся сложные натурные эксперименты, разрабатываются и исследуются новые искусственные строительные материалы (например, сополимер этилена и тетрафторэтилена — ЭТФЭ-пленка), обладающие малым весом, высоким уровнем теплоизоляции и уровнем восприятия внешних воздействий. Ведется научно-исследовательская работа над мобильной трансформацией частей зданий, проводятся уникальные огневые и взрывные испытания.
Также в этот период совершенствуются нормативно-технические документы в строительстве, к примеру, разрабатываются научные основы государственной политики в сфере обеспечения энергетической эффективности зданий.
2000–2026: Лазеры, 3D-печать, численное моделирование и цифровые двойники
Одна из популярных и прорывных технологий сегодняшнего дня – лазерное сканирование. Оно применяется на всех этапах строительства – от планирования территорий и проектирования до строительного контроля возводимых и уже возведенных объектов.
При использовании этих методов скорость создания обмерных чертежей и нанесения на них результатов дефектоскопии увеличивается в два-три раза по сравнению с применением классических приборов, например, тахеометров.
Результат работы приборов лазерного 3D-сканирования – это облака геопозиционированных точек, которые используются для трехмерного моделирования объектов строительства. Облака содержат габаритные параметры конструкции, а также данные о смещениях, трещинах и прочих дефектах.
Метод лазерного сканирования уже применяется рамках научно-технического сопровождения строительства, геотехнического мониторинга и обследования уникальных зданий и сооружений, а также действующих производств.
Еще одним инновационным и наукоемким направлением строительного комплекса выступает строительная 3D-печать. Технология позволяет «бесплатно» и без увеличения трудоемкости воплощать сложнейшие проекты: криволинейные формы, органичную архитектуру и элементы, которые раньше были нерентабельны.
Важной частью развития строительной науки остаются вычислительные методики. Так, применение численного и физического моделирования поведения несущих конструкций и расчета рисков прогрессирующего обрушения на протяжении всего жизненного цикла особо сложных, уникальных строений позволяет строить современные здания с интересными архитектурными решениями.
Технология построена на создании численной модели, которая с помощью специального алгоритма, в физической и геометрической нелинейной постановке самостоятельно создает условия для функционирования здания и его основных конструкций в условиях вибрационных, пульсационных, ветровых и снеговых нагрузок. Среди объектов – сооружения курорта Манжерок, мост на остров Русский, башня Эволюция в комплексе Москва-сити и мн. др.
Источник: Главгосэкспертиза России
Login with Google
Комментарии