ИНФОРМАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕНОСА ЗДАНИЙ

В современных условиях градостроительное развитие городов с исторической архитектурной застройкой находится в сложном состоянии, касательно дальнейшего освоения территорий, занятых застройкой, представляющей историко-культурную ценность. С одной стороны, сохранение исторического ландшафта, формируемого архитектурой, является одним из самых актуальных вопросов современности. Связано это с необходимостью сохранения и выстраивания идентичности городского пространства, неразрывно связанного с культурными ценностями социума [5].

С другой стороны, историческая застройка характеризуется высоким уровнем износа инженерных сетей, реконструкция которых осложнена как технологическими, так и нормативными факторами, а также отсутствием свободных пространств для дальнейшего развития территории. При этом, необходимо учитывать фактор ветхости исторической застройки, которая требует серьезных капиталовложений для создания комфортной и безопасной среды для жизни, а с другой стороны их реконструкция и доведение до современных норм комфорта сопряжено с трудностями нормативного характера, серьезно ограничивающими строительно-ремонтные работы [2].

Одним из выходов в этой ситуации является применение технологий переноса объектов, позволяющая сохранять исторические объекты с переформатированием существующего городского пространства без ущерба его историческому облику.

Примером подобного подхода может служить перенос здания Воспитательного корпуса в г. Санкт-Петербурге, осуществленный в 2024 году и ставший знаковым событием для города [4]. Историческое 2-этажное здание Воспитательного корпуса на Черной речке весом в 3,2 тыс. тонн в г. Санкт-Петербург было перемещено на 45 м и установлено на новом месте. В результате было освобождено пространство для дальнейшего градостроительного развития и сохранено уникальное историческое здание, которое находилось в стадии обветшания.

Несмотря на то, что сам процесс переноса объекта в технологической части осуществлялся на принципах, известных и применявшихся сотни лет, в ходе его осуществления были широко использованы информационные технологии, которые позволили провести работу на качественно новом уровне и подвели к необходимости переосмысления полученного опыта.

Необходимо отметить, что информационные технологии уже прочно вошли в сферу строительства. А BIM-технологии, позволяющие производить информационное моделирование процессов строительства на всех его этапах, уже позволяют осуществлять процессы проектирования, строительства, обслуживания объектов недвижимости на новом качественном уровне [6].

В связи с этим показателен опыт применения информационных технологий в процессе переноса Воспитательного корпуса на Черной речке в г. Санкт-Петербурга, позволяющий оценить практический уровень цифрового моделирования в ходе проведения работ по перемещению объекта и оценить перспективы ее дальнейшего развития.

Первая особенность проекта переноса объекта связана с созданием расчетной модели объекта в программном комплексе «Лира-САПР» [3]. Необходимо отметить, что исторические здания, имеющие солидный возраст, нуждается в особенно аккуратном обращении в ходе проведения переноса. Для обеспечения точности процесса в «Лира-САПР» было проведено моделирование как конструкции здания при воздействии нагрузок, возникающих в ходе проведения работ, так и реакция грунта. Результаты расчета в виде мозаик напряжения изгибающих моментов и усилий в стержнях временного основания позволяют с высокой эффективностью выполнить конструкцию основания с целью компенсации возникающих нагрузок. В качестве примера на рис. 1 приведена мозаика напряжений изгибающих моментов, действующих на временное основание в момент переопирания здания в ходе процесса переноса.

Рисунок 1. Мозаика изгибающих моментов по оси X в ходе переопирания здания [7]

Из рис. 1 визуально можно оценить наиболее критические точки, требующие усиления конструкции с целью обеспечения ее пространственной жесткости для предотвращения деформаций объекта в ходе переноса.

Проведение моделирования на всех этапах процесса переноса позволило максимально эффективно рассчитать необходимые для проведения работ ресурсы и конструкции, что существенным образом повлияло на экономическую эффективность процесса.

Еще одним из особенностей проекта организации переноса здания Воспитательного корпуса на Черной речке в г. Санкт-Петербурге стало создание расчетной модели поведения грунта в зоне проведения работ с помощью программного обеспечения Plaxis. На основе имеющихся результатов геологических изысканий с помощью Plaxis возможно проводить моделирование поведения грунта в ходе строительных процессов, связанных с эскавацией, засыпкой, изменением влажности и другими операциями [1].

Для реализации этих целей в программе была создана расчетная геомеханическая модель грунтового массива строительной площадки и проведено численное моделирование совместной работы основания, фундамента и непосредственно объекта.

Этапы работы в программе включали расчет природного состояния грунтового массива с картой распределения усилий, моделирование поведения грунта при проведении строительных работ (откопки котлована, устройства фундамента, перемещения здания, установку на конечную локацию). В дальнейшем на основе метода конечных элементов были рассчитана деформация грунта в ходе проведения работ и вертикальные деформации объектов, находящихся в зоне проведения работ (рис. 2).

Рисунок 2. Изополя вертикальных деформаций зданий, находящихся в зоне строительства [7]

Как видно из рис. 2 созданная в Plaxis геомеханическая модель грунта позволяет оценить влияние строительных процессов не только непосредственно на основание объекта, но и учесть влияние на вертикальные деформации зданий, находящихся в непосредственной близости к месту проведения работ. Это играет особую роль при проведении подобных работ в зонах исторической застройки, которая часто характеризуется высокой плотностью расположения объектов вкупе с их посредственным техническим состоянием.

В ходе проведения работ по переносу здания Воспитательного корпуса был налажен инструментальный контроль процесса, который подтвердил высокую точность моделирования процессов.

Таким образом, применение BIM технологий в ходе выполненных работ позволяет прийти к некоторым частным и общим выводам.

В частности, использование программных продуктов для моделирования процесса переноса объекта позволило значительно ускорить выполнение работ, что связано с высокой скоростью проведения расчетов и возможности моделирования всех этапов работы. Также применение информационного моделирования позволило повысить безопасность как работ по переносу объекта, так и вероятность сохранения пространственной конструкции исторического объекта.

Рассматривая применение цифрового моделирования в более широком плане, можно отметить, что дальнейшее развитие BIM технологий связано со все большей интеграцией отдельных программных продуктов, позволяющей в рамках одного программного обеспечения создавать максимально подробную информационную модель объектов недвижимости на всех этапах их жизненного цикла. В плане исторических объектов можно отметить хороший потенциал применения информационных моделей совместно с технологиями непрерывного контроля параметров зданий, что позволит в онлайн-режиме отслеживать все изменения, которые происходят в конструкции здания и проводить мониторинг состояния как условий эксплуатации объекта, так и его непосредственного окружения.

Можно заключить, что технологии информационного моделирования позволяют на принципиально новом качественном уровне проводить операции по перемещению объектов, что существенно увеличивает потенциал применения подобных технологий в целях градостроительного развития городов с сохранением их историко-культурной идентичности.