ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВНЕДРЕНИЯ БЕСПИЛОТНЫХ СИСТЕМ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ИСКУССТВЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

АННОТАЦИЯ

В статье проведён сравнительный анализ традиционных (визуально-ручной и водолазный) и беспилотных методов диагностики мостов на сети железных дорог РФ. В результате проведенных технико-экономических расчётов для Санкт-Петербургской дистанции инженерных сооружений ПЧ-2 ИССО обоснована целесообразность применения БПЛА для надводного осмотра и ТНПА «ГНОМ X» для подводной диагностики опор.

Ключевые слова: железнодорожный мост, диагностика искусственных сооружений, беспилотные летательные аппараты (БПЛА), телеуправляемый необитаемый подводный аппарат (ТНПА), экономическая эффективность, цифровой паспорт сооружения.

Введение

Состояние искусственных сооружений является одним из ключевых факторов, определяющих безопасность и бесперебойность движения поездов на сети железных дорог Российской Федерации. По данным Минтранса, свыше 40% путей требуют капитального ремонта, а среди искусственных сооружений к категории дефектных относятся 28% железнодорожных тоннелей, 19% автодорожных путепроводов и 11% больших мостов.

В условиях Санкт - Петербургской дистанции инженерных сооружений, ПЧ ИССО-2 эта проблема стоит особенно остро. Традиционные методы диагностики — визуально-ручной осмотр бригадой рабочих и водолазное обследование опор — сопряжены с высокими затратами, субъективностью, неполнотой контроля и значительными рисками для жизни персонала.

Цель настоящего исследования — выполнить технико-экономическое обоснование внедрения комплекса беспилотных систем (БПЛА для надводного осмотра и ТНПА для подводной диагностики) для искусственных сооружений ПЧ ИССО-2.

1. Современное состояние и проблемы традиционной диагностики

1.1. Надводный осмотр: визуально-ручной метод

Традиционный осмотр моста выполняется бригадой из 4 рабочих с использованием автовышки или альпинистского снаряжения. Каждый осмотр занимает около 4 часов. При такой организации работ значительная часть поверхности сооружения остаётся недоступной: нижние пояса ферм осматриваются лишь на 30–40%, подферменные площадки — на 20–30%. В условиях мутной воды (видимость в Неве часто не превышает 1 м) водолаз не может качественно оценить состояние подводной части опоры.

Кроме того, традиционный метод характеризуется высокой субъективностью: при осмотре одного моста разными бригадами расхождение в количестве выявленных дефектов достигает 30–40%. К 4-му часу работы из-за усталости персонала пропускается до 30% дефектов.

1.2. Подводный осмотр: водолазный метод

Водолазное обследование опоры требует привлечения станции из 3–4 человек, аренды судна обеспечения, компрессорного оборудования и медицинской барокамеры. Стоимость одного часа работы водолаза по данным тендеров составляет 7 675 руб., а общие прямые затраты на осмотр одной опоры достигают 50 700 руб. При этом водолазные работы относятся к наиболее опасным видам деятельности: частота несчастных случаев составляет 1 на 200 погружений, а основные риски включают кессонную болезнь, запутывание в шлангах и переохлаждение при низких температурах воды.

2. Беспилотные системы диагностики: технические характеристики

2.1. БПЛА для надводного осмотра

Для осмотра надводной части мостов предлагается использовать промышленный квадрокоптер (например, DJI Mavic 3 Enterprise или российский «Геоскан 201») стоимостью 93 000 руб.

Основные характеристики:

- камера 48 Мп, оптический зум 20×;

- тепловизор для выявления скрытой коррозии и расслоений;

- RTK-модуль для геодезической привязки с точностью до 1 см;

- ресурс 600 лётных часов, что соответствует 1 200 осмотрам.

2.2. ТНПА «ГНОМ X» для подводной диагностики

Телеуправляемый необитаемый подводный аппарат «ГНОМ X» разработан российской компанией «Индэл-Партнер» для осмотра гидротехнических сооружений.

Основные параметры:

- масса 10 кг, транспортировка одним человеком;

- 8 движителей, рабочая глубина до 200 м;

- 4K-камера с чувствительностью 0,01 лк и управляемым зумом;

- гидролокатор бокового обзора для работы в мутной воде;

- ресурс 500 ходовых часов, что соответствует 333 осмотрам опор.

Принципиальное преимущество ТНПА — полное отсутствие риска для жизни оператора, возможность работы в условиях крайне ограниченной видимости и полная документированность результатов.

3. Сравнительный анализ качества диагностики

3.1. Ключевые критерии

Таблица 1.

Критерии качества диагностики

3.2. Выявление скрытых дефектов

Тепловизионная диагностика с БПЛА позволяет обнаружить скрытую коррозию под окраской и внутренние расслоения бетона на 6–12 месяцев раньше, чем они станут видимыми. Гидролокатор ТНПА формирует акустическое изображение подводной части опоры даже при нулевой видимости, что недоступно водолазу.

Таким образом, переход на беспилотную диагностику обеспечивает качественный скачок: от фрагментарного, субъективного контроля к полному, объективному и документированному обследованию.

4. Экономическая эффективность внедрения беспилотных систем

4.1. Сравнение затрат (один объект)

Таблица 2.

Сравнение затрат

Примечание: в затраты традиционного метода включены ФОТ, СИЗ, страховка, аренда оборудования, вероятностный ущерб от несчастных случаев, обучение и аккредитация персонала.

4.3. Годовая и интегральная экономическая эффективность

Таблица 3.

Годовая и интегральная экономическая эффективность

Жизненный цикл БПЛА — 1 200 осмотров (≈10 лет); ТНПА — 333 осмотра (≈11 лет).

4.4. Окупаемость и ключевые выводы

БПЛА окупается после 9 осмотров (менее 1 месяца при плановой загрузке);

ТНПА «ГНОМ X» окупается после обследования 57 опор (1,9 года);

Общие капитальные вложения (2,53 млн руб.) окупаются менее чем за 2 года;

За полный срок службы оборудования чистая экономия превышает 48 млн руб., что в 19 раз превышает сумму первоначальных инвестиций.

Заключение

Проведённое исследование позволяет сформулировать следующие основные выводы:

Экономическая эффективность. Внедрение БПЛА и ТНПА «ГНОМ X» на ПЧ ИССО-2 обеспечивает снижение годовых затрат на диагностику с 4,95 млн руб. до 0,30 млн руб., то есть в 16,7 раза. Капитальные вложения в размере 2,53 млн руб. окупаются менее чем за два года, а за полный срок службы оборудования чистая экономия превышает 48 млн руб.

Качество диагностики. Беспилотные методы обеспечивают выявляемость дефектов на уровне 90–95% против 32–58% у традиционных методов, доступность зон контроля возрастает с 60–70% до 95–100%, а разрешение улучшается в 5–10 раз. Тепловизионная диагностика позволяет обнаруживать скрытые дефекты на 6–12 месяцев раньше.

Безопасность труда. Профессиональные риски, присущие работе на высоте и водолазным погружениям, полностью исключаются.

Перспективы. Регулярные цифровые осмотры формируют основу для электронных паспортов сооружений, точного прогнозирования остаточного ресурса и продления безопасного срока службы искусственных сооружений.

Внедрение беспилотных систем диагностики на ПЧ ИССО-2 является экономически обоснованным, технически эффективным и социально значимым решением, рекомендуемым к внедрению на сети железных дорог.

Список литературы:

1. Приказ Министерства транспорта РФ от 10 апреля 2013 г. № 114 «Об утверждении Правил технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации».
2. Инструкция по содержанию искусственных сооружений ОАО «РЖД» (ЦП-491, ЦП-521). — М., 2015.
3. ГК «Геоскан» и ОАО «РЖД» провели тестирование беспилотных авиационных систем для обследования объектов инфраструктуры Октябрьской железной дороги. — 2025. // Информационно-аналитическое агентство AVIA.RU.
4. Российская разработка в сфере гидроакустических технологий для обследования подводной части опор мостов с использованием роботизированных средств // Журнал «Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика». — 2021. — № 07.