Геодезические наблюдения за процессом деформирования высотных сооружений с использованием технологии наземного лазерного сканирования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.32, кандидат наук Вальков, Вячеслав Александрович

• Вальков, Вячеслав Александрович
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Вальков, Вячеслав Александрович

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ВОПРОСА О ГЕОДЕЗИЧЕСКОМ МОНИТОРИНГЕ ВЫСОТНЫХ СООРУЖЕНИЙ

1.1 Общие сведения о высотных строениях

1.2 Обзор существующей нормативной литературы по мониторингу сооружений

1.3 Виды деформаций и их характеристики

1.4 Обзор методов и технологий по учету деформаций высотных зданий и сооружений

1.4.1 Нивелирование

1.4.2 Методы определения плановых смещений и кренов

1.4.3 Фотограмметрические методы

1.4.4 Электронные тахеометры

1.4.5 Мониторинг объектов с применением глобальных навигационных спутниковых систем

1.4.6 Инструментальные наблюдения изменения пространственных характеристик здания

1.4.7 Автоматизированные системы геодезического мониторинга на основе видеонаблюдений

1.5 Общие сведения о технологии наземного лазерного сканирования

1.6 Анализ конечной продукции результатов наземного лазерного сканирования для определения деформаций высотных сооружений

ГЛАВА 2 РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ НАЗЕМНОГО ЛАЗЕРНОГО СКАНИРОВАНИЯ ДЛЯ ОЦЕНКИ ДЕФОРМАЦИЙ ВЫСОТНЫХ СТРОЕНИЙ

2.1 Моделирование деформирования высотного строения

2.2 Фрагментация цифровых трехмерных моделей

2.3 Определение плоскости из облаков точек лазерных отражений по методу наименьших квадратов

2.4 Обоснование точности применения кластерного анализа

2.5 Создание ортоизображений

2.5.1 Последовательность создания ортоизображений

ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ГЕОДЕЗИЧЕСКИХ НАБЛЮДЕНИЙ ЗА

ПРОЦЕССОМ ДЕФОРМИРОВАНИЯ ВЫСОТНЫХ СООРУЖЕНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕХНОЛОГИИ НАЗЕМНОГО ЛАЗЕРНОГО СКАНИРОВАНИЯ

3.1 Подготовительные работы

3.2 Полевые работы

3.2.1 Создание сети планово-высотного обоснования лидарной съемки

3.2.2 Наземное лазерное сканирование объекта

3.3 Камеральные работы

3.3.1 Регистрация и обработка облаков точек

3.3.2 Цифровое трехмерное моделирование

3.3.3 Программный комплекс "3dot"

ГЛАВА 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА МЕТОДИКИ КОНТРОЛЯ ДЕФОРМАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ НА ОСНОВЕ НАЗЕМНОГО ЛАЗЕРНОГО СКАНИРОВАНИЯ

4.1 Геодезический мониторинг Шуховской башни

4.1.1 Характеристика Шуховской башни

4.1.2 Создание цифровых трехмерных моделей Шуховской башни

4.2 Цели, задачи и методика проведения экспериментальных исследований

4.3 Моделирование деформаций объекта панельного типа в лабораторных условиях

4.4 Апробация цикла геодезического мониторинга деформационных процессов на примере жилого здания

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ПРИЛОЖЕНИЕ В

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Геодезические наблюдения за процессом деформирования высотных сооружений с использованием технологии наземного лазерного сканирования»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. В настоящее время города и тем более мегаполисы переживают так называемый «строительный бум». Ведется интенсивное освоение территории городского пространства. При этом в связи с увеличением стоимости земельных участков наблюдается тенденция строительства высотных сооружений. В этих условиях возникает необходимость наблюдений деформационных процессов данных объектов, учитывая, что они наиболее чувствительны к изменениям состояния окружающей среды.

В нормативных документах регламентируется необходимость обследования и мониторинга технического состояния различных сооружений, особенно при изменении условий их эксплуатации. Однако довольно немногочисленны исследования по контролю высотных строений с применением современных геодезических измерений, связанных с технологиями дистанционного зондирования, в частности наземным лазерным сканированием.

Предпосылки для решения задачи определения деформаций высотных сооружений во многом заложены в действующей нормативно-методической литературе по оценке деформаций различных инженерных сооружений. В этой связи значительный вклад в развитие данного направления геодезических работ внесли известные ученые: И.Ю. Васютинский, В.Н. Ганьшин, Ю.П. Гуляев, Б.Н. Жуков, А.К. Зайцев, A.A. Карлсон, Е.Б. Клюшин, Г.П. Левчук, Г.А. Шеховцов и др.

Использование современных технологий измерений и их обработки применительно к рассматриваемой тематике отражено в отечественных исслдеованиях A.B. Комиссарова, Е.М. Медведева, А.И. Науменко, A.B. Середовича, В.А. Середовича.

В настоящее время имеется возможность не только выполнять контроль по нескольким точкам, по которым можно судить о наиболее важных видах деформирования (крен, изгиб, неравномерная осадка), но и на основе цифровых трехмерных моделей высотных объектов проводить оценку деформационного процесса в широком спектре возможных видов деформаций (локальное

растяжение-сжатие, сдвиг и разрушение, кручение и т.д.), практически на всей его внешней поверхности. Кроме того, модельный подход позволяет рассматривать деформационный процесс комплексно: фактические данные могут использоваться в программных комплексах по оценке напряженно-деформированного состояния, существенно повышая качество решений по обеспечению безопасного функционирования высотного сооружения. Важно также отметить существенную разность в деформировании высотных и невысотных строений. Если в отношении последних, можно было отслеживать процесс деформирования по осадкам его основания, то в высотных сооружениях могут проявляться критические деформации при неподвижности основания. Решению этих актуальных вопросов и других, смежных с ними, посвящено диссертационное исследование.

Цель диссертационной работы. Разработка и обоснование геодезического контроля деформационных процессов высотных зданий и сооружений, позволяющего повысить безопасность при их строительстве и эксплуатации.

Идея работы заключается в применении технологии наземного лазерного сканирования, включающей алгоритм обработки и сравнения результатов циклов наблюдений по выделенным кластерам и обеспечивающей контроль деформированного состояния объекта на всей его поверхности.

Основные задачи исследований:

1. Анализ технической и нормативной литературы по рассматриваемой тематике с целью представления современного состояния изученности вопроса о геодезическом мониторинге высотных сооружений.

2. Разработка методики геодезических наблюдений за процессом деформирования высотных сооружений с использованием технологии наземного лазерного сканирования.

3. Разработка и обоснование алгоритмов оценки значений деформаций по результатам наземного сканирования.

4. Проверка в натурных условиях предлагаемой методики геодезических наблюдений деформационных процессов высотных сооружений.

Научная новизна

1. Разработана методика наблюдений за деформациями высотных сооружений, дополняющая существующие и позволяющая определять участки возможного негативного проявления процесса деформирования на всей поверхности объекта по результатам наземного лазерного сканирования.

2. Предложен оригинальный подход сравнения результатов лазерного сканирования, основанный на использовании триангуляционной модели объекта, позволяющей формирование кластеров точек лазерных отражений и являющейся эталоном для последующих циклов наблюдений.

3. Разработаны алгоритмы фильтрации шумов точек лазерных отражений и оценки численных значений деформаций поверхностей объектов по пространственному положению кластеров.

Методы исследования. Моделирование напряженно-деформированного состояния высотных строений с применением метода конечных элементов, цифровое трехмерное моделирование объектов, методы математической статистики, натурные измерения с применением лазерно-сканирующих систем.

Научные положения, выносимые на защиту

1. При организации геодезического мониторинга деформационных процессов сооружений следует учитывать отношение их высоты (Н) и условного радиуса площади основания (Я), которое определяет их относительную жесткость. При этом к высотным следует относить объекты с отношением Н/Я> 3, в которых могут возникнуть критические деформации при отсутствии неравномерных осадок, что предполагает применение специальных способов наблюдений, обеспечивающих контроль всей поверхности изучаемого объекта.

2. Количественную оценку деформирования высотного объекта можно выполнить на основе сравнения результатов лазерного сканирования по разнице усредненных координат и нормалей кластеров точек лазерных отражений, свободных (отфильтрованных) от шумов и определенных в рамках элементов полигональных моделей, размер которых зависит от плотности сканирования и требуемой точности.

Апробация работы

Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на российских и международных конференциях и конкурсах, в том числе: на Всероссийской конференции-конкурсе студентов выпускного курса (г. Санкт-Петербург, НМСУ «Горный», май 2012 г.); на международной конференции Фрайбергской горной академии «Innovations in Mineral Industry» (Германия, июнь 2013 г.) и на заседаниях кафедры инженерной геодезии Горного университета (2011-2014 г.). Элементы теоретических и методических разработок диссертации внедрены в учебный процесс в Национальном минерально-сырьевом университете "Горный" для студентов специальности "Инженерная геодезия".

Достоверность и обоснованность результатов работы подтверждается согласованностью экспериментальных данных с теоретическими исследованиями с использованием современных сертифицированных методов обработки данных наземного лазерного сканирования.

Практическая значимость

Диссертационная работа имеет практическую направленность. В ней обосновано применение лазерно-сканирующих систем для геодезического мониторинга высотных зданий и сооружений. Сформулированы методические рекомендации к проведению полевого и камерального этапов съемки объектов. Кроме того разработаны автоматизированные алгоритмы учета деформационных процессов зданий и сооружений.

В этой связи полученные результаты могут быть использованы проектными и строительными организациями при планировании и проведении работ по мониторингу технического состояния ответственных зданий и сооружений на основе наземного лазерного сканирования.

Изложенные в работе теоретические и методические положения могут быть внедрены в учебный процесс при изучении студентами специальных дисциплин направления подготовки «Прикладная геодезия».

Результаты диссертационной работы внедрены в производственную деятельность ООО "НПГГБента", что подтверждено соответствующим актом о внедрении (приложение В).

Личный вклад автора:

- анализ современного состояния изученности вопроса о геодезическом мониторинге высотных строений;

- постановка основных задач исследования;

- моделирование деформаций высотных строений;

- наземное лазерное сканирование высотных сооружений;

- создание цифровых трехмерных моделей высотных строений;

- разработка и апробация автоматизированных алгоритмов для учета деформационных процессов сооружений;

- формулировка научных положений и основных выводов диссертации.

Публикации

Основное содержание работы отражено в 3 публикациях, в том числе 2 статьи - в изданиях, включенных в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, определяемый ВАК Минобрнауки России.

Объем и структура работы

Текст диссертации состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 158 страницах машинописного текста и содержит 78 рисунков, 8 таблиц, список литературы из 88 наименований, 3 приложения.

Благодарности

Автор считает своим приятным долгом выразить благодарность за оказанную помощь на разных этапах выполнения работы научному руководителю, д.т.н. Мустафину М.Г., директору ООО "ЭкоСкан",к.т.н. Науменко А.И., начальнику отдела инженерных изысканий ООО "ЭкоСкан" Степанову Д.И., заместителю генерального директора ООО «НПП «Бента» по геоинформатике, к.т.н. Виноградову К.П. Кроме того, благодарю сотрудников кафедры инженерной геодезии, а также сотрудников ООО «НПП «Бента» и ООО

"ЭкоСкан" за полезные советы, критические замечания и содействие в подготовке диссертационной работы.

ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ВОПРОСА О ГЕОДЕЗИЧЕСКОМ МОНИТОРИНГЕ ВЫСОТНЫХ СООРУЖЕНИЙ 1.1 Общие сведения о высотных строениях

В настоящее время строительство высотных сооружений выделилось в отдельное направление, однако не только в России, но и в мире отсутствует единая однозначная трактовка термина "высотное строение".

Согласно [52], сооружение является результатом строительной деятельности для осуществления определённых потребительских функций.

При этом известны частые случаи использования термина «сооружение», обозначающего строительный объект, не являющийся зданием. Сюда могут относиться различные по конструкции и назначению инженерно-технические сооружения: мосты, плотины, вытяжные трубы (вентиляционные и дымовые), опоры антенных сооружений радио и телевидения, метеорологические вышки, опоры воздушных линий электропередач, а также мемориальные сооружения (памятники, мемориальные пирамиды и обелиски), архитектурные сооружения (аркады, колоннады, обелиски) и так далее.

Однако, в рамках выполняемого исследования предлагается все же исходить из того факта, что здание является разновидностью строительного сооружения, создаваемого для осуществления функций проживания, хозяйственной или иной деятельности людей [52]. Поэтому трактовка термина "высотное здание" не должна отождествляться от понятия "высотное сооружение" или "высотное строение".

Обычно понятие «высотное здание» обозначает любое высокое здание. Размер, при котором здание рассматривается как высокое, является, конечно, относительной величиной, и в разные времена и в разных странах воспринималась по-разному на всем протяжении истории строительства. Здание характеризуется как высотное тогда, когда оно значительно выше, чем окружающие его структуры [47]. Однако, 15-этажное здание вряд ли может считаться высотным, например, в Гонконге или Нью-Йорке, где количество небоскребов насчитывает несколько сотен объектов. В то же время в неком

провинциальном европейском городе здание такой этажности может значительно выделяться на фоне существующих строительных норм.

Отвечая на вопрос, что подразумевается под высотной составляющей объекта, путем обзора отечественной нормативной литературы выяснилось, что в различных документах понятие "высота" может трактоваться по-разному. Данный факт напрямую зависит от направленности задач и специфики нормативного документа. В частности [53, 55] указывают высоту зданий в этажах.

С другой стороны, с точки зрения противопожарных правил высоту здания следует определять в метрах, учитывая разность отметок поверхности проезда для пожарных машин и нижнего уровня открывающегося оконного проема в наружной стене верхнего этажа (верхний технический этаж не считается). Высота данного объекта колеблется по степени пожарной опасности от 55 м до 75 м для жилых многоквартирных зданий [63]. Хотя верхний технический этаж не учитывается при выполнении противопожарных действий при эвакуации и спасению людей, а также, например, при расчете числа лифтов, он включается в расчет при определении этажности здания [51].

Поскольку высотные здания относятся к числу наиболее сложных объектов строительства, ряд основных решений по их проектированию согласованно принимается международными общественными организациями инженеров и архитекторов - IABCE - ASCE и CIB. На симпозиуме CIB в 1976 г. была принята общая классификация зданий по их высоте в метрах. Сооружения высотой до 30 м были отнесены к зданиям повышенной этажности, до 50, 75 и 100 м — соответственно к I, II и III категориям многоэтажных зданий, свыше 100 м — к высотным [10, 75]. Для классификации небоскребов был принят критерий высоты в метрах, а не этажности, поскольку высоты этажей принимаются различными в зависимости от назначения здания и требований национальных норм проектирования. При этом принятая CIB классификация, безусловно, не является обязательной. Она может корректироваться согласно традициям и нормам проектирования, используемым в конкретных странах [75].

В Москве к высотным относят здания выше 75 м., так как многоэтажное строительство и соответствующие ему нормы проектирования были ориентированы на высоту до 75 м. В Санкт-Петербурге нормативный документ [59] регламентирует проектирование высотных зданий высотой более 75 м, а также общественных зданий высотой более 50 м.

В то же время важно отметить, что в Градостроительном кодексе Российской Федерации вовсе нет термина "высотное здание", но в статье 48.1. "Особо опасные, технически сложные и уникальные объекты" встречается понятие "уникальное здание". Для него указана высотная характеристика более 100 м., а также подразумевается повышенный уровень ответственности.

В своих сравнительных исследованиях такие международные базы данных, как skyscrapers.com, приняли за эталон здания высотой в 35 метров или 12 этажей

В Германии, опираясь на некоторые критерии пожарной безопасности и эффективной эвакуации, приняли следующее определение: «Высотными являются здания, в которых пол хотя бы одного занятого помещения расположен на высоте более 22 метров от уровня земли» [47]. Кроме того по действующей в Германии классификации высотные здания разделены на четыре группы:

I - здания высотой 22 - 30 м;

II - 30 - 60 м;

III - выше 60 м;

IV - выше 200 м.

Причем правила прописаны для первых трех групп, четвертая группа только зарезервирована [8].

Известно мнение специалистов международного совета по высотным зданиям и городской среде, занимающихся вопросами высотного строительства, изучая и описывая проектирование, конструирование и сооружение высотных объектов. Они считают, что нет возможности дать четкое и всеобъемлющее определение понятия "высотное здание". Однако отмечается, что в общих случаях в качестве пороговой можно рассматривать высоту объектов более 50 метров или от 14 этажей, хотя этажность и относительный показатель высотности по причине

различной высоты потолков внутренних помещений зданий. Здания выше 300 метров отнесены к категории сверхвысоких, а выше 600 метров - мегавысокие. При этом представители совета предлагают три критерия измерения высоты здания (во всех случаях измерения производятся от наиболее низкого значимого входа в здание):

1) конструктивная высота здания - высота от уровня тротуара до наивысшей точки конструктивных элементов здания (включая шпили и исключая телевизионные и радио антенны и флагштоки);

2) до наивысшего доступного этажа - высота здания до уровня пола наиболее высокого доступного этажа корпуса;

3) до кончика антенны/шпиля - высота здания до самой высокой точки антенны, шпиля и т. п.

При этом наиболее используемым является первый критерий [83].

Однако категория высоты не является достаточной для того, чтобы определить здание как высотное. В расчет должны приниматься также форма и дизайн [47]. При этом, как отмечалось в [11], высотные строения постепенно становились городскими доминантами и достопримечательностями благодаря своим размерам и особенностям. На фоне совершенствования технологий строительства и развития архитектурных замыслов "высотки", используя свою доступность и выразительность, являлись выражением амбиций целых городов (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 - Жилой комплекс "Алые паруса" (г. Москва)

Важно, что высотное здание образует единую лито-техническую систему с геологической средой в его основании. Каждый такой объект находится в индивидуальных инженерно-геологических, геоморфологических и тектонических условиях, характерных для территории, на которой он возводится [57]. Поэтому эти факторы должны учитываться в конструктивной системе возводимого объекта.

Помимо высоты высотные строения классифицируются по следующим основным признакам — функциям, конструктивным решениям, материалам и технологии возведения.

Согласно [75, 77] в современном строительстве высотных зданий применяются различные конструктивные системы, представляющие собой взаимосвязанную совокупность вертикальных и горизонтальных несущих конструкций здания, совместно обеспечивающих прочность, жесткость и устойчивость сооружения. Горизонтальные конструкции — перекрытия и покрытия здания принимают приходящиеся на них вертикальные и горизонтальные нагрузки и воздействия, передавая их поэтажно на вертикальные несущие конструкции. Последние передают эти нагрузки и воздействия через фундаменты основанию.

Горизонтальные несущие конструкции высотных зданий представляют собой жесткую платформу — железобетонную (монолитную, сборно-монолитную, сборную) либо сталежелезобетонную.

Вертикальные несущие конструкции делятся на стержневые (каркасные), плоскостные (стеновые, диафрагмовые), внутренние объемно-пространственные стержни с полым сечением на высоту здания (стволы жесткости), объемно-пространственные наружные конструкции на высоту здания в виде тонкостенной оболочки замкнутого сечения. Соответственно примененному виду вертикальных несущих конструкций различают четыре основные конструктивные системы высотных зданий - каркасную (рамную), стеновую (бескаркасную, диафрагмовую), ствольную и оболочковую (рисунок 1.2).

Каркасная Стеновая Ствольная Оболочковая

конструктивная конструктивная конструктивная конструктивная система система система система

Рисунок 1.2 - Конструктивные системы высотных зданий (вид сверху)

Стеновая система, которая на протяжении столетий была основной для зданий любого назначения, в высотном строительстве применяется редко и преимущественно для жилых зданий и гостиниц, где мелкоячеистая планировочная структура совпадает с конструктивной.

Каркасно-рамная конструктивная система послужила основой для возведения небоскребов на рубеже Х1Х-ХХ вв. В настоящее время она широко используется при строительстве зданий высотой до 60 этажей (в варианте со стальным, позднее - с железобетонным каркасом). С течением времени и ростом этажности объектов конструкции рамных узлов постоянно усложнялись, послужив переходу к связевому каркасу с использованием сквозных стальных и сплошных железобетонных диафрагм жесткости.

Ствольная конструктивная система в качестве основной несущей конструкции здания использует вертикальный пространственный стержень -ствол жесткости (закрытого или открытого сечения) на всю высоту здания. Войдя в практику домостроения, ствольная система смогла успешно сочетаться с планировочной схемой здания, в частности позволив совместить расположение стен вертикальных коммуникаций (лифтовые шахты, холлы) с «ядром жесткости».

Однако, наибольшее распространение в строительстве зданий различного назначения высотой до 60 этажей получила комбинированная каркасно-ствольная система, преимущественно с расположением каркаса только по наружному

контуру здания. Используемые несущие конструкции ствольных зданий преимущественно железобетонные.

Оболочковая конструктивная система отличается максимальной жесткостью среди рассмотренных в связи с тем, что несущие конструкции расположены по внешнему контуру. Поэтому она наиболее часто применяется в проектировании самых высоких зданий - 200 м и выше.

Основной оболочковой системе сопутствуют две комбинированных -оболочково - ствольная («труба в трубе») и оболочково - диафрагмовая («пучок труб»).

Главным образом конструктивные системы зависят от высоты объекта. Также на выбор конструктивной схемы влияют некоторые факторы, такие как ветровые воздействия, сейсмическая обстановка района работ, геологические условия, архитектурно-планировочные требования.

Кроме того при строительстве широко применяются комбинированные конструктивные системы, сочетающие несколько типов вертикальных несущих элементов (плоскостных, стержневых, объемно-пространственных) и схем их работы, например, каркасно-стволовая и блочно-стеновая (Рисунок 1.3).

Каркасно-стволовая Блочно-стеновая

конструктивная конструктивная система система

Рисунок 1.3- Комбинированные конструктивные системы высотных зданий При этом количество возможных вариантов комбинированных систем весьма обширно, тем более важно учесть, что конструкции высотных зданий регулярно совершенствуются. В частности в последнее время в строительный процесс активно внедряются трубобетонные конструкции железобетонного каркаса, обладающие высокой несущей способностью.

В то же время отдельные конструкции и элементы высотных зданий также разнообразны и специфичны, поэтому должны распространяться и совершенствоваться дополнительные решения, направленные на их безопасное возведение и эксплуатацию.

По технологии строительства здания можно разделить на сборные, сборно-монолитные, монолитные а также возводимые из мелкоштучных элементов (кирпича, керамических и бетонных блоков). При этом сборные здания строятся из конструктивных элементов, предварительно созданных на фабриках, сборно-монолитные - из сборных элементов и монолитного бетона, укладываемого непосредственно в конструкции здания. Основные конструкции монолитных зданий формируются из монолитного бетона, а технология из мелкоштучных элементов подразумевает их укладку ручным или роботизированным способом.

Из всего многообразия материалов несущих конструкций по данным [76] основным и самым востребованным материалом, используемым для возведения высотных строений, является монолитный железобетон.

Несмотря на существующие классификации зданий по назначению, разделяющие их на гражданские (жилые, общественные, административные) промышленные, сельскохозяйственные, стоит отметить, что в период 1960—1980 гг. массовое распространение получил многофункциональный тип высотного здания. "Высотки" стали создаваться в качестве многофункциональных комплексов, в состав которых наряду с жилыми квартирами могли входить учреждения, организации и предприятия, отвечающие за различные сферы деятельности человека: органы власти, банковские структуры, торгово-развлекательные и спортивные центры, пункты общественного питания и так далее. Ежедневно тысячи людей смогли находиться на территории данных комплексов, что стало свидетельством их масштабности и важной роли в инфраструктуре целых городов.

К настоящему времени объем строительства высотных сооружений постоянно увеличивается. При этом общепризнанными мировыми лидерами в возведении высотных строений в последнее время являются Китай и

Объединенные Арабские Эмираты. Самое высокое здание в мире высотой 828 м -Бурдж-Халифа - было построено в Дубае в 2010 г. В настоящее время ведется строительство в Джидде (Саудовская Аравия) башни Kingdom Tower высотой 1000 м [67]. Перечень самых высоких строений мира представлен на рисунке 1.4.

»10 2010 19» .'013 19Ы гш an 2MS 19* 19» 197] 19» 1969

Рисунок 1.4 - Самые высокие строения мира и год их ввода в эксплуатацию Несмотря на тот факт, что промышленное и гражданское строительств в России в большинстве своем ориентировано на возведение объектов средней этажности (9-16 этажей), заметна и тенденция строительства высотных сооружений. Так в Москве продолжается строительство международного делового центра "Москва-Сити", включающего 20 небоскребов (рисунок 1.5), три из которых ("Башня Федерация", южная башня комплекса "Око", "Меркурий Сити Тауэр") на данный момент являются самыми высокими зданиями Европы. Их высотные характеристики представлены в таблице 1.

Рисунок 1.5 - Московский международный деловой центр "Москва-Сити"

Таблица 1.1 - Здания Московского международного делового центра "Москва-Сити"

Название Высота, м. Этажность Год постройки

"Башня Федерация" 373 95 Строительство продолжается

Южная башня комплекса "Око" 352 85 2014

"Меркурий Сити Тауэр" 339 75 2013

В Санкт-Петербурге на настоящий момент самым высоким является здание Бизнес-Центра "Лидер Тауэр" - 42-этажного небоскрёба высотой более 140 метров, построенного в 2013 году. Оно стало вторым объектом (после Телевизионной башни Ленинградского радиотелевизионного передающего центра высотой 326 метров), которое стало выше городской доминанты Петропавловского собора высотой 122,5 метра.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Вальков, Вячеслав Александрович, 2015 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ (перечень библиографических записей)

1. Азаров, Б. Ф. Современные методы геодезических наблюдений за деформациями инженерных сооружений / Б. Ф. Азаров // Ползуновский вестник. -Барнаул, 2011. -№ 1. - С. 19-29.

2. Афонин, Д.А. Геодезический контроль деформаций при строительстве городских подземных сооружений открытым способом: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 25.00.32 / Афонин Дмитрий Андреевич. - СПб, 2013. - 22 с.

3. Афонин, Д.А. Проектирование геометрических параметров наземного лазерного сканирования при контроле деформаций зданий и сооружений в условиях плотной застройки / Д.А. Афонин, М.Я. Брынь, Е.Г. Толстов // Геодезия и картография. - 2013. - № 2. - С. 2-7.

4. Богданец, Е.С. Создание трехмерной модели архитектурного объекта по данным наземного лазерного сканирования/ Е.С. Богданец, A.A. Кривенко, В.В. Мусихин // Геопрофи. - 2007. - №4. - С. 50-52.

5. Быков, A.B. Желаемое и действительное в геометрическом моделировании [Электронный ресурс] / A.B. Быков// САПР и графика. - 2002. -№ 1. Режим доступа: http://www.sapr.ni/Archive/SG/2002/l/7/

6. Вальков, В.А. Геодезический мониторинг высотных сооружений с применением технологии наземного лазерного сканирования/ В.А. Вальков, A.A. Яковлев // Естественные и технические науки. - 2015. — №2. — С. 58-61.

7. Вальков, В.А. Применение наземного лазерного сканирования для создания трехмерных цифровых моделей Шуховской башни / В.А. Вальков, М.Г. Мустафин, Г.В. Макаров // Записки Горного института. - 2013. - том 204. - С. 5861.

8. Викторова, Л.А. Высотные здания - плюсы и минусы строительства /Л.А. Викторова // Архитектура и строительство России. - 2012. - № 10. -С. 2-11.

9. Виноградов, К.П. Перспективные методы обработки результатов наземного лазерного сканирования/ К.П. Виноградов // Вестник. Зодчий. 21 век. - 2011. - №2 (39).-С. 80-81.

10. Власенко, Е. П. Разработка методики создания разбивочной основы на монтажном горизонте высотных зданий: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 25.00.32 / Власенко Егор Павлович. - М., 2009. - 24 с.

11. Высотное строительство в России: журнал «Мегаполис». - 2014. - выпуск №9(21). Режим доступа: http://www.megapolis-online.com/articles/stati/vypusk-9-21 -/196-vysotnoe-stroitelstvo-v-rossii.html

12. Выстрчил, М.Г. Обоснование способов внешнего ориентирования цифровых моделей горных выработок, получаемых по результатам съемок лазерно-сканирующими системами: дис. ... канд. техн. наук: 25.00.16 / Выстрчил Михаил Георгиевич. - СПб, 2014.- 167 с.

13. Галахов, В. П. Разработка методики создания векторных моделей объектов по результатам наземного лазерного сканирования и цифровой фотосъемки: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 25.00.34 / Галахов Василий Петрович. -М., 2012. -25 с.

14. Ганьшин, В.Н. Измерение вертикальных смещений сооружений и анализ устойчивости реперов /В.Н. Ганьшин, А.Ф. Стороженко, А.Г. Ильин и др.-М.: Недра. - 1981.-215с.

15. Голованов, Н. Н. Геометрическое моделирование. - М.: Издательство Физико-математической литературы, 2002. - 472 с.

16. Горбунов, О.Н. Спутниковый мониторинг деформаций морской ледостойкой стационарной платформы / О.Н. Горбунов // Геопрофи. - 2007. - №4. - С. 50-52.

17. ГОСТ 24846-2012. Грунты. Методы измерения деформаций оснований зданий и сооружений [Текст]. - введ. 2013 - 07 - 01. - Москва: Межгос. Совет по стандартизации, метрологии и сертификации; Москва: Стандартинформ, 2014. -18 с.

18. ГОСТ 31937-2011. Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния. - утв. Межгосударственной научно-технической комиссией по стандартизации, техническому нормированию и сертификации в строительстве, 2011. - 83 с.

19. ГОСТ Р 53778-2010. Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния. - утв. приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии, 2010. - 56 с.

20. Гусев, В.Н. Основы наземной лазерно-сканирующей съемки [Текст]: Учеб. пособие / В.Н.Гусев [и др.]. - СПб.: Санкт-Петерб. гос. горн, ин-т., 2007. - 86 с.

21. Дуда, П.И. Методика проектирования геодезических сетей в условиях применения наземного лазерного сканирования / П.И. Дуда, Г.М. Таратинский, Д.И. Степанов // Маркшейдерский вестник. - 2010. - №3. - С. 34-39.

22. Дьяков Б.Н. Сравнительный анализ способов Костехеля и Марчака / Маркшейдерский вестник. - М., 2009.-№6. С.43-46.

23. Ермаков, В. А. Методика актуализации расчетных моделей зданий и сооружений в ходе мониторинга их технического состояния: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 05.23.01 / Ермаков Валентин Алексеевич. - М., 2012. - 19 с.

24. Жигулин, В.О. О том, как твердое тело может быть слишком твердым, или взгляд на параметризацию сбоку [Электронный ресурс] / В.О. Быков // САПР и графика. - 2001. - № 1. Режим доступа:

25. Зубов, A.B., Павлов, Н.С. Оценка стабильности опорных и деформационных маркшейдерско-геодезических сетей / Маркшейдерский вестник. - М., 2013.- №2. С.21-23.

26. Иванов, A.B. Разработка методики геодезического контроля инженерных объектов на основе данных наземного лазерного сканирования: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 25.00.32 / Иванов Андрей Васильевич. - Новосибирск, 2012. -24 с.

27. Канашин, Н.В. Опыт применения наземного лазерного сканирования для топографических съемок линейных сооружений [Электронный ресурс] / Н.В. Канашин, К.П. Виноградов, Д.И. Степанов // Сучас. достягненнягеодез. науки та вир-ва. - 2011. - №2. - С.147-149. - Режим доступа: http://ena.lp.edu.ua:8080/bitstream/ntb/l 1131/l/34.pdf

28. Канашин, H.B. Разработка технологии наземной сканерной съемки железнодорожных станций: дис. ... канд. техн. наук: 25.00.35 / Канашин Николай Владимирович. - М., 2009. - 160 с.

29. Кафтан, В.И. Применение глобальных навигационных спутниковых систем для мониторинга деформаций гидротехнических сооружений / В.И. Кафтан, A.B. Устинов // Гидротехническое строительство. - 2012. - №12. - С. 11-19.

30. Клекерс, Т. Измерение деформаций: оптоволоконные сенсоры компании НВМ/Т. Клекерс, Б.Гюнтер// Электроника НТБ.-2008.-№1.-С.76-78.

31. Книжников, Ю.Ф., Кравцова, В.И., Тутубалина, О.В. Аэрокосмические методы географических исследований // Учебник для студентов высш. учеб. заведений. — М.: Издательский центр «Академия». - 2004. - 336 с.

32. Комиссаров, А. В. Мониторинг деформаций сооружений в сочетании с технологией трехмерного моделирования [Текст] / А. В. Комиссаров [и др.] // Геодезия и картография. — 2006. - № 6. - С. 12-14.

33. Коргин, A.B. Мониторинг технического состояния ответственных сооружений с использованием современных геодезических методов измерений и численного анализа методом конечных элементов / A.B. Коргин, М.А. Захарченко, В.А. Ермаков // Мониторинг. Наука и безопасность. - 2011. - №3. - С.58-63.

34. Крутиков, Д.В. Трехмерное наземное лазерное сканирование в решении задач геоинформационного обеспечения инфраструктуры горнодобывающих предприятий: дис. ... канд. техн. наук: 25.00.16 / Крутиков Дмитрий Викторович. - Екатеринбург, 2011. - 123 с.

35. Левчук, Г.П. Прикладная геодезия. Геодезические работы при изысканиях и строительстве инженерных сооружений. Учебник для вузов /Т.П. Левчук, В.Е. Новак, H.H. Лебедев.-М.:Недра. - 1983. - 400 с.

36. Методическая документация в строительстве: МДС 13-22.2009. Методика геодезического мониторинга технического состояния высотных и уникальных зданий и сооружений.- утв. Департаментом градостроительной политики, развития и реконструкции города Москва, 2009. - 79 с.

37. Методическая документация в строительстве: МДС 13-24.2010. Рекомендации по правилам геотехнического сопровождения высотного строительства и прилегающего пространства. - утв. Департаментом градостроительной политики, развития и реконструкции города Москва, 2010. -47с.

38. Московские городские строительные нормы: МГСН 2.10-04. Предпроектные комплексные обследования и мониторинг зданий и сооружений для восстановления, реконструкции и капитального ремонта - утв. постановлением Правительства Москвы, 2005. - 114 с.

39. Московские городские строительные нормы: МГСН 4.19-05. Временные нормы и правила проектирования многофункциональных высотных зданий и зданий-комплексов. - утв. постановлением Правительства Москвы, 2005. - 150 с.

40. Мустафин, М.Г. Геомеханическая модель системы «выработка - вмещающие породы» и ее использование при прогнозировании динамических проявлений горного давления/ М.Г. Мустафин // Горная геомеханика и маркшейдерское дело. С.-Петербург, ВНИМИ, 1999.- С. 117-121.

41. Нестеренко, Е.А. Построение цифровой модели карьера по результатам наземной лазерно-сканирующей съемки [Текст] / Е.А. Нестеренко, А.И. Науменко, В.Н. Гусев // Маркшейдерский вестник. -2010. -№1. - С. 45-49.

42. Нестеренко, Е.А. Методика съемки карьеров, отвалов и складов на основе применения трехмерных лазерно-сканирующих систем: дис. ... канд. техн. наук: 25.00.16 / Нестеренко Екатерина Александровна. — Санкт-Петербург, 2010. — 133 с.

43. Носов, В.К. Разработка методики лазерно-сканирующей съемки крепи вытянутых подземных горных выработок (на примере гидротехнических тоннелей Зеленчукской ГАЭС): автореф. дис. ... канд. техн. наук: 25.00.16 / Носов Владимир Константинович. - Санкт-Петербург, 2012. - 20 с.

44. Павлов, В.И. Методы построения ортоизображений сложных архитектурных поверхностей по данным наземного лазерного сканирования/ В.И. Павлов // Известия ВУЗов, «Геодезия и аэрофотосъёмка». - 2011. - №6.

45. Пандул, И.С. Геодезические работы при изысканиях и строительстве гидротехнических сооружений. - СПб.: Политехника. - 2008. - 154 с.

46. Рекомендации по обследованию и мониторингу технического состояния эксплуатируемых зданий, расположенных вблизи нового строительства или реконструкции. - введены в действие указанием Москомархитектуры. - 1998. -85 с.

47. Руководство по высотным зданиям. Типология и дизайн, строительство и технология: Пер. с англ. - М.: ООО «Атлант-Строй», 2006. — 228 с.

48. Середович, A.B. Методика создания цифровых моделей объектов нефтегазопромыслов средствами наземного лазерного сканирования: дис. ... канд. техн. наук: 25.00.32 / Середович Александр Владимирович. - Новосибирск, 2007. - 165 с.

49. Середович, A.B. Применение программного продукта RISCAN PRO для регистрации сканов [Электронный ресурс] / A.B. Середович, A.B. Иванов, O.A. Дементьева // Интерэкспо Гео-Сибирь. - 2011. - №2. Режим доступа: http://cyberleninka.m/article/n/primenenie-programmnogo-produkta-riscan-pro-dlya-registratsii-skanov

50. Середович, В.А. Наземное лазерное сканирование [Текст]: Монография / В.А.Середович [и др.]. - Новосибирск: СГГА, 2009. - 261 с.

51. Строительные нормы и правила: Приложение «В» СНиП 3'01--2003. Здания жилые многоквартирные. - утв. постановлением Госстроя РФ, 2003. - 33 с.

52.Строительные нормы и правила: СНиП 10-01-94. Система нормативных документов в строительстве. Основные положения. — утв. постановлением Госстроя РФ, 1994. -31 с.

53. Строительные нормы и правила: СНиП 2.07.01-89. Градостроительство. Планировка и застройка городских и сельских поселений. — утв. постановлением Госстроя СССР, 1989. - 34с.

54. Строительные нормы и правила: СНиП 3.01.03-84. Геодезические работы в строительстве. — утв. постановлением Государственного комитета СССР по делам строительства, 1985. - 19 с.

55. Строительные нормы и правила: СНиП 31-06-2009. Общественные здания и сооружения. - утв. приказом Министерства регионального развития РФ, 2009. -56 с.

56. Сущев, С.П. Мониторинг технического состояния несущих конструкций зданий и сооружений/ С. П. Сущев [и др.] // Мониторинг. Наука и безопасность. -2011. - № 1. - С.24-32.

57. Таракановский, В.К. Обзор современных средств мониторинга состояния конструкций и грунтов оснований высотных зданий [Текст] / В.К. Таракановский // Предотвращение аварий зданий и сооружений: Сборник научных трудов. Вып. 9.-М.-2011.-С. 243-262.

58. Таракановский, В.К. Инструментальное исследование грунтов и геологических процессов в основании высотных зданий: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 25.00.10 / Таракановский Вячеслав Константинович. - М., 2011. — 28 с.

59. Территориальные строительные нормы: ТСН 31-332-2006. Жилые и общественные высотные здания- утв. Комитетом по строительству Правительства Санкт-Петербурга, 2005. - 37 с.

60. Технические рекомендации: TP 182-08. Технические рекомендации по научно-техническому сопровождению и мониторингу строительства большепролетных, высотных и других уникальных зданий и сооружений. - утв. директором ГУП «НИИМосстрой», 2008. - 26 с.

61. Улицкий, В.М., Шашкин А.Г., Шашкин К.Г. Высотное строительство в Санкт-Петербурге / В.М. Улицкий, А.Г. Шашкин, К.Г. Шашкин // Журнал «Реконструкция городов и геотехническое строительство». - 2005. - №9. — С. 56 -66.

62. Уставич Г.А., Олейник A.M., Шалыгина ЕЛ. Разработка многоуровенной двойной гидродинамической системы // Изв.вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. — 2004. -№ 1.- С. 40-53.

63. Федеральный закон №123~ф3: технический регламент о требованиях пожарной безопасности. - утв. Государственной Думой РФ, 2008. - 191 с.

64. Федеральный закон: ФЗ №184 «О техническом регулировании». - утв. Государственной Думой РФ, 2002. - 79 с.

65. Шеховцов, Г. А. Современные геодезические методы определения деформаций инженерных сооружений: монография / Г. А. Шеховцов, Р. П. Шеховцова//. — Нижний Новгород: ННГАСУ. - 2009. — 156 с.

66. Шульц, Р.В. Преимущества и недостатки различных методов сшивки лазерных сканов [Электронный ресурс] / Р.В. Шульц // HayKOBi пращ Донецького нацюналыюго техшчного ушверситету. Сер1я: Прничо-геолопчна. - №9(143), 2009. - 211 с. - Режим доступа:

http://ea.donntu.edu.ua:8080/jspui/bitstream/123456789/13806/l/Shulz2.pdf

67. Шулятьев, О.А. Фундаменты высотных зданий / О.А. Шулятьев // Вестник ПНИПУ «Строительство и архитектура». - 2014. - С. 203 - 245.

68. 3D Scanning Becomes an Everyday Tool [Электронный ресурс] // Technology & more. - 2011. - №2. - pp. 15-16. - Режим доступа: http://www.trimble.com/technologyandmore/i2-2011/

69. A New Model of History [Электронныйресурс] // Technology & more. - 2010. -№2. - pp. 2-4. - Режимдоступа: http://www.trimble.com/technologyandmore/i2-2010/

70. Berenyi, A. Terrestrial laser scanning - civil engineering applications/ A. Berenyi, T. Lovas, A. Barsi. // International Archives of Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, Vol. XXXVIII, Part 5. - Commission V Symposium. -Newcastle upon Tyne, UK. - 2010. - pp. 80-85;

71. Rapidform User Guide & Tuturial [Текст]. - INUS Technology. - 2010. - 863 c.

72. Rodriguez, A. M. Laser Scanner Technology. - InTech. Rijeka, Croatia, 2012. -258 p.;

73. Valkov, V.A. Creation of three-dimensional digital models of high-rise buildings and facilities based on terrestrial laser scanning / V.A. Valkov // Scientific reports on resource issues: Efficiency and Sustainability in the Mineral Industry. — Freiberg: TU BergakademieFreiberg, 2013. -V.l. - Part II. - P. 74-77.

74. Zhang, Guo-hui. Deformation monitor based on 3D laser scanner/ Zhang Guo-hui // The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences. Vol. XXXVII. Part B4. - Beijing. - 2008. - pp. 1549-1551.

75. Информационно-строительный портал: http://library.stroit.ru/articles/ verhstroy/

76. Информационный сайт архитектурно-строительного портала: http ://ai s. by/story/12613

77. Информационный сайт архитектурно-строительного портала^ир^Лйз.Ьу^огуЛ 053

78. Информационный сайт компании Autodesc: http://www.autodesk.com/products/recap/overview

79. Информационный сайт компании Faro: http://www.faro.com/products/faro-software

80. Информационный сайт компании LeicaGeosystems: http://ptd.leica-geosystems.com/en/HDS-Software_3490.htm

81. Информационный сайт компании Riegl LMS: http://www.riegl.com/products/software-packages/

82. Информационный сайт компании Riegl LMS: http://www.riegl.eom/uploads/tx_pxpriegldownloads/l 0_DataSheet_VZ-400_2014-09-19.pdf

83. Информационный сайт компании TallBuildings: http://www.ctbuh.org/TallBuildings/HeightStatistics/Criteria/tabid/446/language/en-US/Default.aspx

84. Информационный сайт компании Z+F: http://www.zf-laser.com/Software.laserscanner_software.0.html?&L==l

85. Информационный сайт компании Навгеоком: http://www.navgeocom.ru/solutions/monitoring-deformatsiy/

86. Информационный сайт компании Тесис: http://www.tesis.com.ru/infocenter/downloads/vstars/v_stars.pdf

87. Информационный сайт РИА Новости: http://ria.ru/spravka/20120319/597044709.1Ит1

88. Информационный сайт фонда Шуховская башня: http://shukhov.ru/tower.html

ПРИЛОЖЕНИЕ А Моделирование погрешностей с нормальным распределением в системе

МаШСай

Процедура включает следующие операции:

1) Формирование вектора Е случайных чисел со среднеквадратическим отклонением а и математическим ожиданием М: а := 10

к := 100

М := 0

Используем процедуру: гпогш(к,М,а) Е := гпогт(к,М,а)

' 1

1 10.566

2 1.049

3 -1.285

4 13.049

5 -7.676

§ -2.047

7 -2.766

8 9.542

9 2.917

10 13.949

11 -6.136

12 7.297

13 -4.394

14 7.104

15 2.038

16 -4.565

17 -6.973

18 -6.205

19 -0.134

20 10.33

2) Вычисление среднего значения mean:

к

IEi

i = l

mean :=-

к

mean = 0.666

3) Нахождение дисперсии D и СКО т:

к

^ ^Е. - meanj

D := ^---

к - 1

D = 94.962 т := y/~D т = 9.745

4) Вычисление СКО полученного значения mm: т

тт:= —

Vk

тт= 0.974

5) Построение гистограммы: , ,

- Определение максимума и минимума значений вектора Е: maj(E) = 24.304

min(E) = -25.207

- Определение количества интервалов:

Int := |min(E)| + |max(E)| Int

Kol int := — а

Kol int := ceil(Kol int)

Ко1 Ы = 5

- Формирование вектора интервалов со стандартом о:

intervals :=

/ min(E) 4 min(E) + ст -а 2 а 2

ma>(E) - а . ma^E)

- Определение частоты h: h := hist (intervals ,E)

h =

20 41

28

V4y

- Вывод графика - гистограммы распределения. На оси ординат откладываются частости а на оси абсцисс - случайные числа Е.

A(j) := intervals^ +

intervals. , - intervals. J+l J

j:=1...5

Рисунок А.1 - Гистограмма нормально распределенных случайных чисел