Проектирование современного горнодобывающего предприятия – это сложный процесс, требующий учета множества факторов и соблюдения высоких требований к надежности, долговечности и безопасности. Однако строительство нового или реконструкция существующего объекта часто ведется в условиях производственной площадки с инженерными коммуникациями, оборудованием и технологическими процессами, что значительно затрудняет выполнение проектных задач.
Основные проблемы при проектировании
Иргиредмет занимался проектированием металлических конструкций при перевооружении золотоизвлекательной фабрики (ЗИФ) на Дальнем Востоке. Сотрудники института столкнулись с рядом сложностей, связанных с тем, что работа велась в условиях действующего производственного объекта.
Отсутствие (нехватка) исходных данных или их частичное несоответствие фактическому состоянию.При разработке проектной документации для ЗИФ специалисты основывались на исходных данных, предоставленных заказчиком: чертежей металлических конструкций каркаса фабрики и внутренних площадок обслуживания.
Когда подрядчик приступил к непосредственному демонтажу (монтажу) балок, выяснилось, что исходных данных не хватает, а чертежи не полностью отражают фактическое положение некоторых конструкций. Например, на рис. 2а показано положение колонны площадки по исходному проекту, на рис. 2б – фактическое положение. В результате пришлось срочно выдавать техническое решение и корректировать проект.
Ограниченность пространства.Необходимость размещения конструкции вблизи действующего оборудования и коммуникаций требует тщательного анализа. Важно обеспечить установку элементов без нарушения технологического процесса и с минимальным риском повреждения имеющегося оснащения.
Проект внедрения гравитации в отделении измельчения ЗИФ предусматривал устройство металлической этажерки и установку на нее концентрационных столов и отсадочных машин.
Первоначальным конструктивным решением этажерки был рамно-связевой металлический каркас. Связи предполагалось сделать в поперечном направлении (рис. 3а), но так как из-за стесненных условий они бы попадали в устанавливаемое оборудование (насосы и зумпф), было решено поставить рамы в продольном направлении (рис. 3б).
После завершения строительства и начала эксплуатации этажерки выявились заметные горизонтальные перемещения, которые в проектных расчетах были в пределах допустимого нормативного значения.
По результатам обсуждения с заказчиком было решено дополнительно усилить этажерку связями в продольном направлении (рис. 5а и 5б), что в итоге позволило снизить вибрации.
Конструктивное решение по созданию связей во всех направлениях оказалось значительно лучше в плане перемещений, чем жесткое сопряжение ригеля с колонной. Однако следует отметить, что подобные возможности, как правило, ограничены стесненными условиями действующего производства.
Условия эксплуатации.Повышенные вибрации от оборудования, агрессивная среда, высокая температура окружающей среды – все это влияет на выбор материала, методы обработки металла и типы соединений между элементами конструкции.
При выполнении строительно-монтажных работ на ЗИФ часто приходилось сталкиваться с негативными явлениями, например переполнением и проливом чанов, приводившими к подтоплению котлованов под фундаменты проектируемых сооружений и оборудования.
Одним из самых серьезных последствий подтопления является изменение физико-механических свойств грунта. Вода заполняет поры между его частицами, что может стать причиной уменьшения прочности и несущей способности. В результате может произойти оседание фундамента, которое в свою очередь способно повлечь за собой деформацию конструкций сооружения.
Присутствие на объекте специалистов авторского и строительного надзора позволило в кратчайшие сроки провести обследование, выявить недостатки и составить предписания по устранению дефектов подтопленного котлована и свежеуложенной бетонной смеси фундамента.
Также по проекту в отделении сорбции должно было быть установлено новое оборудование: оттирочная емкость, вибрационный грохот и т.д. Анализируя существующие металлические конструкции на выделенной для этой цели площадке, сотрудники Иргиредмета пришли к выводу, что она рассчитана только на нагрузки от обслуживающего персонала.
Ввиду того, что нагрузки от оборудования значительно превышали существующие, а нагрузка от грохота имела динамический характер, было принято решение расположить новое оборудование на отдельно стоящей металлической этажерке, не связанной с имеющейся площадкой. Ее конструкции в районе установки были частично демонтированы.
Нормативно-правовая база. Российские строительные нормы и правила предусматривают дополнительные требования при проектировании зданий и сооружений на действующих предприятиях. Например, СП 70.13330.2012 регламентирует особенности расчета несущих металлоконструкций в промышленных зданиях.
Подходы к решению проблем
Для успешного проектирования и монтажа металлических конструкций в условиях действующего производства применяются специальные подходы.
Тщательная подготовка проекта.Детальное изучение площадки позволяет выявить потенциальные препятствия: подземные коммуникации, пролеты технологических линий, проходящие рядом пути транспортировки сырья или продукции и т.д. Для этого необходимо выполнить предпроектное обследование существующей инфраструктуры.
Использование современных технологий при проектировании. Современные компьютерные программы дают возможность создавать трехмерные модели будущих конструкций и визуализировать процесс монтажа, что помогает избежать ошибок еще на стадии разработки проекта.
Одним из характерных примеров является использование 3D-сканеров – незаменимых инструментов в предпроектном обследовании конструкций производственных зданий и сооружений.
Основные преимущества 3D-сканеров:
· Высокая точность и детальность данных. 3D-сканеры дают высокоточные данные о геометрии объектов, способны фиксировать мельчайшие детали и создавать точные трехмерные модели. Это особенно важно при обследовании старых или сложных конструкций, где нет возможности получить полную информацию из традиционных источников.
· Ускорение процесса обследования. Использование традиционных методов обследования занимает много времени и требует значительных человеческих ресурсов. С помощью 3D-сканеров процесс может быть завершен за считанные часы, что существенно сокращает продолжительность анализа состояния конструкции, позволяет быстро принять решение и приступить к ремонту или модернизации.
· Снижение рисков и повышение безопасности. Обследование сложных конструкций, например, на высоте или в труднодоступных местах, может быть опасным. 3D-сканеры работают дистанционно, минимизируя необходимость физического присутствия людей в таких зонах и повышая общую безопасность работ.
· Хранение и анализ данных. Изображения, полученные с помощью 3D-сканеров, можно хранить и анализировать в будущем. К данным можно вернуться в любое время, что особенно полезно для долгосрочного мониторинга состояния зданий и сооружений, отслеживания изменений и планирования профилактических мер.
При работе с отсканированными материалами можно подгрузить отсканированные облака точек в среду 3D-моделирования для дальнейшей работы проектировщика. Это помогает избежать коллизий с существующими конструкциями, сетями или оборудованием действующего производства. Также программы дают возможность выполнять различные замеры без выезда специалиста на объект, что значительно ускоряет процесс проектирования.
· Поддержка принятия управленческих решений. Данные, собранные с помощью 3D-сканеров, представляют собой мощный инструмент для менеджмента. Они помогают в визуализации текущего состояния конструкций, упрощают процессы планирования, бюджетирования и оценки рисков. На основании точной информации можно принимать более обоснованные решения по обслуживанию и модернизации производственных зданий.
Применение специальных материалов и решений. Использование высокопрочных марок стали, коррозионностойких покрытий и оптимизированных сварных швов повышает долговечность конструкции даже в сложных эксплуатационных условиях.
Автоматизация процессов строительства. Применение робототехники и автоматизированных систем контроля качества значительно сокращает сроки возведения сооружения и повышает точность монтажных работ.
Заключение
Эффективность проектирования и возведения металлических конструкций в условиях действующего производственного объекта достигается за счет применения комплексного подхода. Он включает детальную подготовку проекта, использование передовых технологий и соблюдение всех нормативных требований, обеспечивая безопасность работников предприятия, экономичность и экологичность строительных мероприятий.
Автор:
Ленский С.В., главный специалист, сектор конструктивных решений, архитектурно-строительный отдел АО «Иргиредмет»