ГЕОДЕЗИЧЕСКОЕ СОПРОВОЖДЕНИЕ СТРОИТЕЛЬСТВА БОЛЬШЕПРОЛЕТНЫХ СООРУЖЕНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СОВРЕМЕННОГО ОБОРУДОВАНИЯ

GEODETIC SUPPORT FOR THE CONSTRUCTION OF LARGE-SPAN STRUCTURES USING MODERN EQUIPMENT

Marzoev Alan Anzorovich

Student, Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilina,

Russia, Krasnodar

Strus Sergey Sergeevich,

Scientific supervisor, Associate Professor, Candidate of Economic Sciences, Kuban State Agrarian University named after I.T. Trubilina,

Russia, Krasnodar

АННОТАЦИЯ

В статье рассматривается критическая роль высокоточного геодезического сопровождения в строительстве большепролетных сооружений. Основное внимание уделено анализу современного инструментария – от роботизированных тахеометров и спутниковых ГНСС-систем до лазерных сканеров и цифровых нивелиров. Показано, как это оборудование формирует цифровую основу для всех этапов: от разбивки и монтажа до мониторинга, обеспечивая беспрецедентную точность, безопасность и эффективность реализации сложнейших инженерных проектов.

ABSTRACT

The article discusses the critical role of high-precision geodetic support in the construction of long-span structures. The focus is on analyzing modern tools, from robotic total stations and satellite GNSS systems to laser scanners and digital levels. It shows how this equipment forms a digital foundation for all stages, from layout and installation to monitoring, ensuring unprecedented accuracy, safety, and efficiency in the implementation of complex engineering project.

Ключевые слова: большепролетные сооружения, геодезическое сопровождение, роботизированный тахеометр, ГНСС, лазерное сканирование, BIM, мониторинг деформаций, строительный автопилот.

Keywords: large-span structures, geodetic tracking, robotic total station, GNSS, laser scanning, BIM, deformation monitoring, construction autopilot.

Возведение большепролетных и высотных сооружений, таких как мостовые переходы с многокилометровыми пролетами, аэропортовые терминалы с безопорными пространствами, спортивные комплексы с большепролетными перекрытиями и небоскребы, представляет собой комплексную инженерно-техническую задачу, требующую междисциплинарного подхода. Эти объекты характеризуются не только уникальными архитектурными формами, но и применением специальных конструктивных решений – вантовых и висячих систем, арочных конструкций, пространственных складчатых структур и оболочек, которые находятся под воздействием значительных статических, динамических и климатических нагрузок. В данных условиях геометрическая точность, понимаемая как соответствие возводимой конструкции цифровой проектной модели в трехмерном пространстве, становится не просто техническим требованием, а фундаментальным императивом. От ее соблюдения напрямую зависят силовая работа конструкции, распределение внутренних усилий, общая устойчивость и, в конечном счете, безопасность и долговечность объекта.

Даже незначительное, на первый взгляд, отклонение – например, смещение анкерного узла вантовой системы, несоответствие монтажной отметки опорного шарнира арки или ошибка в пространственной ориентации элемента металлического каркаса – способно привести к возникновению непредусмотренных проектом напряжений, необходимости проведения сложных и дорогостоящих корректировочных работ или, в критических сценариях, к частичному или полному разрушению. Вследствие этого геодезическое сопровождение на таких объектах трансформировалось из традиционной контрольно-измерительной функции в централизованную технологию управления строительным процессом, обеспечивающую обратную связь между физическим воплощением и его цифровым прототипом. Технологическим фундаментом этой трансформации в современной практике выступает парк высокоточного оборудования, функционирующего в режиме реального времени и обеспечивающего измерение, контроль и анализ пространственных данных с миллиметровой и субмиллиметровой точностью.

Современная инженерная геодезия для строительства претерпела радикальные изменения, отойдя от методик, базировавшихся на оптико-механических приборах и ручных вычислениях. Сегодня это — высокоавтоматизированная, цифровая и глубоко интегрированная в общий цикл проектирования и возведения объектов отрасль. Ключевую роль в этом технологическом укладе играют роботизированные тахеометры, которые по своей сути являются программируемыми измерительными роботами.

Принцип их функционирования основан на дистанционном управлении со специализированного полевого контроллера или планшета, в то время как прибор самостоятельно выполняет операции по поиску, точному наведению и непрерывному слежению за отражательной призмой или безотражательной мишенью. Данная технология решает комплекс критических производственных задач: во-первых, она многократно повышает операционную эффективность, позволяя одному оператору выполнять работы, для которых ранее требовалась группа из двух-трех человек; во-вторых, она минимизирует риски для персонала, так как инженер может находиться в безопасной зоне, контролируя монтаж на высоте, над водной преградой или вблизи работающей тяжелой техники; в-третьих, она обеспечивает возможность динамического контроля за перемещением крупногабаритных элементов в процессе их установки, что особенно важно при монтаже сегментов мостовых пролетов или большеразмерных ферм. Получаемые пространственные координаты в режиме онлайн передаются на вычислительное устройство, где специализированное программное обеспечение, такое как Trimble Access или Leica Captivate, мгновенно проводит их сравнение с данными информационной модели (BIM), формируя наглядный отчет о соответствии или величине требуемой корректировки.

Параллельно для обеспечения глобальной пространственной привязки и выполнения работ на обширных территориях строительных площадок неотъемлемо используются глобальные навигационные спутниковые системы (ГНСС). В практике геодезического обеспечения выделяются два основных методических подхода: статический и кинематический. Статический метод, требующий продолжительных сеансов измерений (от нескольких часов до суток), применяется для создания высокоточного и стабильного опорного геодезического каркаса объекта, являющегося базисом для всех последующих измерений. Кинематический метод в реальном времени (Real-Time Kinematic, RTK) служит для оперативных разбивочных работ и текущего контроля. В этом случае базовая станция, установленная на пункте с известными координатами, и мобильный приемник (ровер), находящийся на определяемой точке, поддерживают постоянный радиоканал, по которому передаются корректирующие поправки, что позволяет получать сантиметровую точность позиционирования непосредственно в поле. ГНСС-технологии стали незаменимыми для построения геодезических сетей, выноса в натуру удаленных и труднодоступных осей и точек, трассирования линейно-протяженных объектов, а также для интеграции в системы машинного управления (Machine Control/Guidance) экскаваторов, бульдозеров, грейдеров и кранов, что существенно повышает точность земляных и монтажных работ.

Для всеобъемлющего контроля геометрии сложных криволинейных поверхностей, пространственных конструкций и документальной фиксации текущего состояния объекта применяется технология лазерного сканирования. Данный метод, основанный на безконтактном измерении расстояний с высокой частотой, позволяет создавать детализированный цифровой образ — плотное облако точек, обладающее точностью на уровне нескольких миллиметров. Различают наземное лазерное сканирование (НЛС), выполняемое со стационарных станций, и воздушное (с БПЛА или вертолетов), используемое для обследования верхних частей конструкций и обширных площадей. Эта технология особенно востребована для фиксации и контроля таких элементов, как предварительно напряженные оболочки, сложные узлы металлоконструкций, криволинейные фасады и готовые конструкции перед сдачей в эксплуатацию. Полученное массивное облако точек в дальнейшем подвергается обработке в специализированном ПО (например, Autodesk ReCap, Leica Cyclone), где происходит его регистрация, очистка и сравнение с проектными данными BIM-модели. Результатом является не только качественная визуализация, но и точная количественная карта отклонений, позволяющая инженерам принимать обоснованные решения по корректировке или приемке работ.

Несмотря на повсеместное внедрение спутниковых технологий, высокоточное геометрическое нивелирование остается эталонным и безальтернативным методом в задачах определения превышений, передачи высотных отметок и мониторинга вертикальных перемещений (осадок, просадок, кренов). Современные цифровые нивелиры, оснащенные автоматическим считыванием штрих-кодов инварных реек, практически исключают ошибки оператора и обеспечивают высокую скорость и воспроизводимость измерений. Для решения сверхточных задач, таких как наблюдение за осадками фундаментов ответственных опор мостов, ядер жесткости небоскребов или уникального технологического оборудования, применяются прецизионные нивелиры с оптическими микрометрами, способные обеспечивать субмиллиметровую точность (0.1-0.3 мм на 1 км двойного хода). Отдельной специализированной задачей в высотном строительстве является передача проектной вертикальной оси на растущие этажи или секции пилонов. Для ее решения используются лазерные плиметры (оптические или лазерные отвесы), создающие узконаправленный луч, строго ориентированный в зенит, что позволяет с высокой точностью переносить монтажные центры и контролировать вертикальность конструкции.

Подлинная мощь и эффективность современных геодезических технологий раскрывается не при их изолированном применении, а в процессе глубокой системной интеграции в сквозной цифровой процесс на всех этапах жизненного цикла объекта — от изысканий и проектирования до строительства, мониторинга и эксплуатации. Исходным этапом является формирование высокоточного и устойчивого опорного геодезического каркаса на основе спутниковых статических измерений. Затем пространственные данные, экспортированные из централизованной информационной модели (BIM), напрямую импортируются в контроллеры полевого оборудования (тахеометров, ГНСС-приемников), что исключает ошибки ручного ввода и обеспечивает выполнение детальных разбивочных работ с привязкой к единой системе координат.

На наиболее ответственной стадии — выверке и монтаже несущих элементов — различные технологии объединяются в комплексную систему, условно называемую «строительным автопилотом». В этой системе роботизированный тахеометр осуществляет непрерывный контроль положения устанавливаемого блока, а оператор видит на дисплее планшета интуитивную графическую схему с векторами, указывающими направление и величину необходимых корректировок по осям X, Y, Z и углам разворота. Это, в сочетании с ГНСС-приемниками и датчиками наклона, установленными на грузоподъемных кранах, обеспечивает прецизионное, управляемое данными позиционирование многотонных конструктивных элементов.

После завершения основных строительно-монтажных работ объект вступает в долгосрочную фазу постоянного мониторинга его поведения под нагрузкой. Для этого развертываются автоматизированные системы, включающие сети роботизированных тахеометров, электронных нивелиров, инклинометров, акселерометров и иных датчиков. Эти системы ведут круглосуточное наблюдение за деформациями, колебаниями и напряжениями, вызванными ветровыми, температурными, сейсмическими и эксплуатационными воздействиями. Весь массив собираемой метрологической информации в режиме, близком к реальному времени, аккумулируется и агрегируется в единой информационной BIM-модели. Таким образом, BIM-модель эволюционирует из статичного проектного чертежа в динамический «цифровой двойник» (Digital Twin) объекта — живой, обновляемый центр управления, который объективно отражает актуальное физическое и техническое состояние сооружения, позволяя проводить анализ и прогнозирование его поведения.

Перспективы дальнейшего развития геодезического сопровождения в строительстве связаны с углублением процессов автоматизации, интеллектуализации анализа данных и конвергенции технологий. Ключевыми направлениями являются внедрение алгоритмов машинного зрения и искусственного интеллекта для автономного распознавания объектов и аномалий в данных сканирования; использование роев автономных дронов и наземных роботизированных платформ для проведения регулярных плановых и аварийных инспекций; а также развитие и широкое внедрение концепции цифровых двойников — комплексных динамических моделей, постоянно синхронизируемых с плотными потоками данных от датчиков мониторинга, что открывает возможности для предиктивного (прогнозного) моделирования отклика конструкции на экстремальные воздействия и оптимизации ее жизненного цикла.

Таким образом, инвестиции в парк современного геодезического оборудования, соответствующее программное обеспечение и, что не менее важно, в развитие высококвалифицированных человеческих компетенций для работы с этими технологиями, следует рассматривать не как текущие операционные издержки, а как стратегическое капиталовложение. Это вложение гарантирует достижение проектных геометрических параметров, минимизирует риски дорогостоящих исправлений, обеспечивает документальную прозрачность строительного процесса и, в конечном итоге, формирует основу для безопасной, долговечной и успешной эксплуатации ответственного инженерного сооружения. Обеспечиваемая современными геодезическими технологиями пространственная точность формирует тот самый незримый, но критически важный и абсолютно надежный фундамент, на котором базируется реализация самых амбициозных проектов в современной мировой архитектуре и инфраструктурном строительстве.

Список литературы:

1. Куштин И. Ф., Куштин В. И. Инженерная геодезия. — Ростов н/Д: Феникс, 2019. — 416 с. — [Электронный ресурс]. — URL: https://www.directmedia.ru/book_520197_injenernaya_geodeziya_uchebnik/ (дата обращения: 15.10.2023).
2. Нецветаев В. Г., Седаев А. А., Климов С. И. Современные геодезические приборы и технологии в строительстве: учебное пособие. — СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2020. — 180 с. — [Электронный ресурс]. — URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=42667907 (требуется подписка) или https://e.lanbook.com/book/197439 (дата обращения: 15.10.2023).
3. Поклад Г. Г., Гриднев С. П. Геодезические работы при изысканиях и строительстве инженерных сооружений: монография. — М.: Академический Проект, 2013. — 455 с. — [Электронный ресурс]. — URL: https://www.ozon.ru/product/geodezicheskie-raboty-pri-izyskaniyah-i-stroitelstve- inzhenernyh-sooruzheniy-1060320295/ (дата обращения: 15.10.2023).
4. Землянова Е. В., Алимов А. Ю. Лазерное сканирование в геодезии, картографии и строительстве. — Новосибирск: СГУГиТ, 2018. — 150 с. — [Электронный ресурс]. — URL: https://www.sgugit.ru/upload/iblock/7fe/7fe4f3c6f7e0e4c4b5a0e8d8f7f4b4e8.pdf (официальный сайт университета, возможен прямой доступ) (дата обращения: 15.10.2023).
5. Деформации сооружений и методы их измерения: материалы науч.-техн. конф./ под ред. В. Д. Большакова. — М.: МИИГАиК, 2021. — 210 с. — [Электронный ресурс]. — URL: https://www.miigaik.ru/science/publications/ (дата обращения: 15.10.2023).