ИННОВАЦИОННЫЕ МЕТОДЫ МОНИТОРИНГА ОБЪЕКТОВ АЭРОДРОМНОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ В ПЕРИОД ЭКСПЛУАТАЦИИ

Мониторинг объектов аэродромной инфраструктуры в период эксплуатации

Безопасное и эффективное функционирование аэропортов во многом зависит от эксплуатационно-технического состояния наземной инфраструктуры. Причем состояние аэродромных покрытий не определяется только их «возрастом». Опыт мониторинга ФГУП «Администрация гражданских аэропортов (аэродромов)» (Далее - ФГУП «АГА(А)») более 50 аэродромов федерального значения показывает, что даже при превышении проектных сроков службы (20 лет для жестких и 10 лет для нежестких конструкций [1]) покрытия могут находятся в отличном состоянии - индекс качества поверхности покрытия (сигнальная оценка) S_k  выше 4,5 и наоборот, при небольшом сроке службы (30-40 % от проектного) покрытия уже могут находится в критической стадии  эксплуатации - S_k менее 3,5.

,

где S₀ – максимальный индекс качества поверхности покрытия (по пятибалльной шкале), S_о = 5;

S_i – коэффициент весомости i-го повреждения;

d_i  – количество плит, имеющих повреждения i-го вида в процентах.

Государством выделяются средства из федерального бюджета на реконструкцию аэродромов и перед предприятиями, на балансе которых находятся объекты аэродромной инфраструктуры (как правило это ФГУПы), а также перед операторами аэродромов, осуществляющих их эксплуатацию (в основном акционерные общества), стоят задачи по эффективному и бережному использованию имущества, как минимум – обеспечению проектного срока службы, как максимум – увеличению межремонтных интервалов [7].

В [6] установлена ответственность арендодателя федерального аэродромного имущества (балансодержателя) по проведению капитального ремонта, закрепленного за ним имущества. При этом к обязательствам арендатора аэродромного имущества (оператор аэродрома) отнесено проведение текущего ремонта и содержания объекта аренды. Соответствующие обязательства оператора аэродрома установлены в [7, 8].

В соответствии с п.7.1.10 [1] обязательным условием обеспечения проектного срока службы капитальных покрытий является устранение возникающих дефектов методами текущего ремонта.  Кроме того, в соответствии с требованием указанного пункта [1] необходимо отслеживать динамику изменений критериев пригодности аэродромных покрытий с тем, чтобы планировать необходимые мероприятия по техническому обслуживанию (текущему и капитальному ремонту) и реконструкции.

Соответственно, периодичность капитальных ремонтов можно определять:

• Исходя из директивных (проектных) сроков службы покрытий (10 лет для нежестких и 20 лет для жестких);
• Исходя из эксплуатационно-технического состояния покрытий.

Таким образом, сохранность дорогостоящего федерального имущества аэродромной инфраструктуры в период эксплуатации, срок службы, а значит и эффективность ранее сделанных вложений в его создание, напрямую зависит от исполнения своих обязанностей арендатором, в части своевременности, полноты и правильности применяемых технологий содержания и текущего ремонта [11], и арендодателем, в части своевременности проведения капитального ремонта (рисунок 1). Кроме того, в условиях наличия финансовых, ресурсных и организационно-технических ограничений, актуальна задача реализации оптимальной стратегии управления эксплуатационно-техническим состоянием аэродромных покрытий и слаженное взаимодействие оператора и арендодателя. При проведении мероприятий по управлению состоянием аэродромных покрытий значительно увеличиваются межремонтные сроки (интервалы между проведением капитальных ремонтов).

Рисунок 1. Регрессивный анализ стратегий управления эксплуатационно-техническим состоянием аэродромных покрытий

Система управления эксплуатационно-техническим состоянием аэродромных покрытий (Pavement Management System) в ряде стран членах ICAO реализуется достаточно давно [11]. Важнейшим элементом этой системы управления является мониторинг технического состояния. В настоящее время ФГУП «АГА(А)» осуществляет указанный мониторинг на регулярной плановой основе, т.к. для эффективного управления уже недостаточно эпизодических обследований.

В отличие от сертификационных проверок, которые проводятся один раз в пять лет, для целей оценки динамики изменения показателей, своевременной выработки превентивных мер, нацеленных на продление эксплуатационного ресурса объектов, прогнозирование остаточного ресурса для перспективного планирования средств на капитальные ремонты аэродромных конструкций, мониторинг, проводимый балансодержателем, должен осуществляться ежегодно (таблица 1).

Таблица 1.

Сравнение алгоритмов организации инструментального контроля эксплуатационно-технического состояния аэродромных покрытий и ремонтных мероприятий

В рамках мониторинга эксплуатационно-технического состояния аэродромов проводятся работы по оценке величины и динамики изменения ключевых показателей технического состояния искусственных покрытий методами визуальной и инструментальной диагностики аэродромов.

Среди основных контролируемых показателей сигнальная оценка дефектности (S_k – для жестких и P₀ – для нежестких покрытий), ровность – R, прочность PCN. Обладая статистикой значений ключевых показателей и выстраивая кривые, характеризующие динамику их изменений (рисунок 2), можно путем аппроксимаций прогнозировать сроки достижения критических значений, что позволит прогнозировать сроки проведения восстановительных и ремонтных работ на объектах.

Рисунок 2. Динамика изменения эксплуатационно-технических показателей

Инновационные способы ведения мониторинга за состоянием искусственных покрытий аэродрома

На данный момент ни один аэропорт Российской Федерации не имеет информационной модели аэродрома, своего цифрового виртуального двойника, созданного в процессе проектирования. В зарубежных странах очень ограниченное число аэропортов имеют информационные модели, созданные с начала их жизненного цикла.

При этом каждый аэропорт остро нуждается в применении более эффективных методов управления активами. В данном случае управление подразумевает получение объективной (основанной на многолетнем мониторинге) и наглядной информации о состоянии объектов, прогноз динамики изменения состояния и своевременное выполнение текущих ремонтов и капитального ремонта объектов на основе данных мониторинга. На смену устаревшим технологиям диагностики аэродрома приходят новые технологии мониторинга аэродромов, предоставляющие объективные количественные оценки контролируемых показателей, исключающих «человеческий фактор», субъективизм при их определении. Цифровые методы мониторинга могут применяться в короткие «окна» между полетами, что для аэропортов с высокой интенсивностью взлетно-посадочных операций имеет большое значение. Вместо измерения ровности методом нивелирования, применяют технологии лазерного сканирования. Несущую способность, вместо метода прокатки по покрытию воздушного судна, измеряют установками динамического нагружения. Производительность и точность этих технологий значительно опережают методики предыдущих поколений. Кроме того, старые методы имеют высокую стоимость и трудоемкость, требуется на длительное время закрывать элементы аэродрома для проведения измерений, следовательно, они не могут быть применены на современных высоко загруженных аэродромах. Сегодня аэродром можно отсканировать за 3-5 часов (в зависимости от площади), а в дальнейшем скорость проведения работ по оцифровке будет возрастать, а стоимость – уменьшаться.

Новый уровень качества оценки искусственных покрытий может быть достигнут с помощью:

• современных мобильных сферических лазерных сканеров для создания цифровых образов (моделей) покрытий, оценки дефектности и динамики изменения ключевых характеристик;
• дефлектометра, позволяющего экспресс-методом измерять PCN;
• мобильного малогабаритного профилометра (экспресс-метод оценки ровности по индексу R);
• мобильных аппаратных комплексов и их компонентов для ввода пространственно-распределенных данных (планшеты, фотограмметрическая съемка для фиксирования и ввода в ГИС дефектов);
• приборов для обнаружения и оценки повреждений и дефектов в аэродромных конструкциях методами неразрушающего контроля (подповерхностного зондирования, ультразвукового и электромагнитного исследований, инфракрасной съемки и пр.).

Современное оборудование позволяет сформировать прозрачную систему получения актуальных данных, описывающих текущее состояние аэродромных покрытий, осуществлять контроль своевременности и полноты проведения ремонтных мероприятий, перспективное планирование капитальных ремонтов и реконструкций, использовать современные методы и системный подход к продлению ресурса покрытий [9].

Введение, хранение и об­работка пространственных метаданных, координатная привязка и визуализация на карте ключевых параметров элементов аэродромной инфраструктуры и индикация технического состояния предусмотрено ГИС-технологией, на базе которой могут быть реализованы сервис­ные аналитические и расчетные функции, а также построение прогнозных кривых на основе аппроксимаций статистических данных пространственно-координиро­ванных объектов и прочие современные прикладные возможности обработки цифровой информации. На основе стандартизированных объективных цифровых показателей выстраивать систему рейтингования (ранжирования) объектов аэродромной инфраструктуры для включения в планы по реконструкции и капитальному ремонту.

Необходимо отметить, что развитие геоинформационных систем предусматривается в п. 4.14 «дорожной карты» в утвержденной Правительством России программе «Цифровая Экономика РФ» [3].

На данный момент во ФГУП «АГА(А)» работает передвижная аэродромная лаборатория (рисунок 3), с помощью которой осуществляется комплекс работ по предприёмочной диагностике завершенных строительством, реконструкцией объектов капитального строительства, а также:

1. Периодический мониторинг состояния покрытий с целью назначения видов работ по текущему ремонту;
2. Измерение продольной ровности по обобщенному показателю - индексу R и показателю IRI;
3. Составление дефектовочных планов аэродромных покрытий и дефектовочных ведомостей;
4. Измерение поперечной ровности аэродромных покрытий;
5. Создание видеобанка ВПП аэродромов;
6. Комплексное обследование водосточно-дренажных систем и технических коллекторов с применением телеметрической системы;
7. Накопление информации для определения динамики в развитии изменения эксплуатационных  характеристик аэродромных покрытий и системы ВДС.

Рисунок 3. Передвижная аэродромная лаборатория

На основе полученных данных ГИС-технологии позволяют формировать планы распределения характеристик искусственных покрытий летного поля по поверхности с целью определения динамики в развитии изменения эксплуатационных характеристик аэродромных покрытий. Например, формирование ежегодного дефектовочного плана ИВПП с применением программного обеспечения передвижной лаборатории (рисунок 4) позволяет отследить динамику образования дефектов (трещин, сколов, каверн) на поверхности ИВПП и делать прогнозы о будущем состоянии покрытий с выделением особо опасных участков.         

Рисунок 4. Дефектовочный план покрытия ИВПП на основе данных лаборатории

На данный момент геоиформационная система мониторинга технического состояния объектов аэродромной инфраструктуры выполняет следующие функции:

• Автоматизация работ по мониторингу технического состояния;
• Систематизация сбора и анализа дефектов элементов аэродромной инфраструктуры;
• Расчет, аналитическая обработка и визуализация на карте ключевых параметров;
• Прогнозирование остаточного ресурса элементов инфраструктуры аэропорта (аэродрома);
• Оперативное обеспечение актуальной информацией об элементах инфраструктуры аэропортов (аэродромов).

Данные методы позволяют эффективно управлять активами аэродромного комплекса при изначальном отсутствии цифровой информационной модели. Создание подобных материалов с применением ГИС-технологий в условиях уже эксплуатирующихся объектов является промежуточным и важнейшим, с точки зрения накопления ретроспективных данных, этапом на пути к полноценной эксплуатационной информационной модели аэродрома.

Постепенное внедрение цифрового мониторинга сформирует единую информационно-аналитическую систему мониторинга состояния объектов с базой данных по прочности, ровности, дефектности участков покрытий, что является доказательной базой оптимального планирования работ по капитальному ремонту.

Эксплуатационная информационная модель аэродрома

Производительность и точность вышеупомянутых технологий значительно опережают методики предыдущих поколений, однако максимальный эффект управления активами достигается при наполнении данными, полученными путем подобных обследований, цифровой информационной модели (цифрового двойника) аэродрома (BIM-технологии).

В [2] эксплуатация объекта капитального строительства, принятого заказчиком, рассматривается как составная часть управления активом. Это предполагает обеспечение взаимодействия эксплуатационной информационной модели объекта капитального строительства с информационно-управляющими системами эксплуатирующей организации, участвующими в управлении активами.

Эксплуатационная информационная модель создается на основе исполнительной информационной модели аэродрома и может включать:

• информацию об итогах обследования элементов аэродромной инфраструктуры (с автоматизацией введения данных и навигации при поиске) - пространственные метаданные, координатную привязку материалов фото, видеосъемки и лазерного сканирования, полученных с применением планшетов, смартфонов в удаленном доступе, наземного и воздушного лазерного сканирования (мобильных систем на базе БПЛА и легковых машин), 3-D системы диагностики, фотограмметрии, др. современных систем получения информации (в т.ч. в on-line режиме от «умных» аэродромов)  с отражением динамики изменения технического состояния;
• прогнозирование срока службы элементов аэродромной инфраструктуры, путем наложения слоев данных ежегодных обследований и анализа образующихся дефектов и повреждений с построением прогнозных кривых на основе аппроксимаций статистических данных пространственно-координированных объектов;
• создание доказательной документации для выделения средств на капитальный ремонт и реконструкцию элементов аэродромной инфраструктуры на основании анализа получаемой информации;
• расчет и визуализация на генплане цветовой индикации ключевых параметров искусственных покрытий аэродрома (индекс дефектности, ровность, прочность и т.д.).

Предполагается, что создание цифровой модели аэродрома (BIM-технологии) на стадии проектирования и эксплуатационной информационной модели на основе исполнительной модели позволит перейти на качественно новый уровень управления его состоянием, увеличить производительность труда, сократить время на принятие управленческих решений, повысить достоверность, доступность и наглядность информации, автоматизировать решение аналитических задач, облегчить ввод, обработку и хранение данных.

Список литературы:

1. СП 121.13330.2012. Аэродромы. Актуализированная редакция СНиП 32-03-96. – М., 2012.
2. ГОСТ Р 57311-2016. Моделирование информационное в строительстве. Требования к эксплуатационной документации объектов завершенного строительства [Текст]. – Введ 2017-07-01. М., 2016.
3. Об утверждении программы «Цифровая экономика Российской Федерации»: [Электронный ресурс]: распоряжение Правительства Российской Федерации от 28 июля 2017 г. № 1632-р. - Режим доступа: Система «Техэксперт».
4. Об утверждении Комплексного плана модернизации и расширения магистральной инфраструктуры на период до 2024 года [Электронный ресурс]: распоряжение Правительства Российской Федерации 30 сентября 2018 года № 2101-р. - Режим доступа: Система «Техэксперт».
5. Постановление Правительства Российской Федерации от 27 декабря 2017 г. № 1666 «Об утверждении Положения о существенных условиях договоров аренды аэродромов гражданской авиации, находящихся в федеральной собственности, порядке определения размера арендной платы по таким договорам, а также о порядке, об условиях и о сроках ее внесения».
6. Постановление Правительства Российской Федерации от 17 октября 2017 г. № 1258 «Об утверждении классификации работ по содержанию и ремонту аэродромов гражданской авиации, находящихся в федеральной собственности».
7. Приказ министерства транспорта Российской Федерации от 25 сентября 2015 г. № 286 «Об утверждении федеральных авиационных правил «Требования к операторам аэродромов гражданской авиации».
8. Попов В.А., Мониторинг эксплуатационно-технического состояния аэродромов. -  М.: «Наука и техника в дорожной отрасли», № 4–2018.
9. Жирков Ю.А., Информационное моделирование при проектировании и строительстве. – М.: Аэропорт Партнер, № 1 (120) – 2018.
10. Попов В.А., Пьянков В.В., Цифровой аэродром. – М.: Аэропорт Партнер, № 2 (125) – 2019.
11. Попов В.А., Долговечность эксплуатируемых бетонных покрытий аэродромов // ООО «Техполиграфцентр», 2007. - 192 с.