Компания «Альфасейсмика» занимается поиском скрытых дефектов в элементах зданий конструкций, мостов или трубопроводов. Специалисты используют датчики, которые с помощью звуковых волн определяют трещины, пустоты или проржавевший металл без физического вмешательства в конструкцию. Полученную информацию помогает обработать искусственный интеллект.
В интервью циклу «Страну меняют люди» Игорь Болдырев, директор компании, Аркадий Дробчик, разработчик оборудования, Аркадий Рофе, заместитель директора «Альфасейсмика», и Константин Федин, один из разработчиков метода, заместитель директора «Альфасейсмика» рассказали, как можно определить дефекты внутри зданий, не разбирая и не распиливая фундамент и стены, как в этом деле помогает искусственный интеллект и чем могут быть полезны датчики в медицине.
Игорь Болдырев: Мы определяем состояние зданий: прослужит ли оно много лет или вот-вот рухнет. С помощью датчиков наши специалисты выявляют скрытые трещины в фундаменте, дефекты в бетонных балках и коррозию в трубопроводах. Чтобы обнаружить невидимые повреждения, мы применяем метод, который предполагает использование звуковых волн — если есть аномалии внутри конструкции, звуковые волны будут отражаться и вести себя нетипично. Например, если свая не закреплена, не несет нагрузку, звуковые волны покажут это.
Константин Федин: Наш основной принцип работы — неразрушающий контроль сооружений. Мы ничего не разбираем, не распиливаем и не копаем — датчики помогают выполнить эту задачу. Чтобы понять суть процесса, представьте камертон. Если ударить по нему, то он будет издавать звук определенной частоты за счет своей формы. Если отпилить от него одну «ножку», то он будет звенеть иначе. Точно так же здания генерируют шумы, по которым можно определить их состояние.
Игорь Болдырев: Сначала мы изучаем план объекта, готовим чертеж с указанием расположения датчиков, а потом выезжаем на место.
Аркадий Рофе: Пьезоэлектрический датчик мы горизонтально ставим на ту поверхность, которую обследуем, при этом обязательно убираем любые загрязнения для прямого контакта. Эти датчики подключаются к регистраторам, которые записывают сигналы, — так мы собираем данные о состоянии здания. Обычно нам достаточно обследовать нижний этаж, чтобы понять, есть ли проблема. Также проверяем вертикальные элементы, например, лестничные марши. Если понимаем, что есть отклонения, то можем более детально исследовать конкретный этаж.
Игорь Болдырев: Один из датчиков — опорный и остается неподвижным, остальные устройства перемещаем по зданию — на каждую точку уходит по две-три минуты для записи сигнала, а всего на обследование тратится примерно два-три часа. После информация загружается на компьютер и анализируется.
При обработке данных мы удаляем лишние шумы, визуализируем полученную информацию и определяем зоны площадью от 30 до 100 см, где есть потенциальные проблемы. Дальше можем в этой точке провести более детальное обследование и определить конкретные дефекты. Раньше волновые картинки анализировал эксперт, сейчас эту работу по стандартным объектам поручаем искусственному интеллекту.
— Как датчики выявляют дефекты?
Игорь Болдырев: Человек воспринимает мир в оптическом диапазоне и слышит звуки в определенном килогерцовом диапазоне частот.
Мегагерцовый диапазон и инфразвук нам недоступны, но наши датчики позволяют «увидеть» через волновую картину структурные особенности любого объекта, будь то мост, дамба или многоэтажка.
Аркадий Дробчик: Принцип работы сейсмических регистраторов похож на струнные музыкальные инструменты, например, скрипку или гитару — по мере натяжения струны частота звука меняется. Точно так же «звенит» балка, которая стоит на двух опорных колоннах, но человеческому уху это не слышно. Чтобы эти вибрации засечь, мы используем электромеханические преобразователи, после чего можем этот сигнал оцифровать для анализа на компьютере.
Оборудование должно иметь широкий диапазон, чтобы выявить даже самые незначительные дефекты. Сейсмические регистраторы как раз позволяют это сделать. Если проводить аналогию с фотоаппаратами, то формат RAW имеет цветовую глубину 16 бит, JPEG после обработки снимков — восемь бит, а сейсмический регистратор после определенных процедур условно выдает 30 бит, то есть он улавливает очень сильные и очень слабые колебания зданий.
Чтобы правильно определить состояние конструкций и избежать ложных сигналов, важно наблюдать за объектом в разное время года: тогда можно понять, какую информацию считывают устройства при разных температурах. Внешние факторы не должны влиять на результат.
Каждая постройка уникальна, даже если это типовая хрущевка: часть фундамента могла уйти под землю, или во время ремонта заменили какую-то конструкцию.
Аркадий Рофе: В дальнейшем мы хотим создать карту технологического здоровья здания по аналогии с медицинской, чтобы в режиме онлайн регулярно отслеживать изменения, сравнивать новые данные с предыдущими и оперативно выявлять возникшие проблемы. Это как если бы врачи дистанционно следили за состоянием организма каждого человека и могли бы предупреждать пациентов заранее, до того, как у них что-то заболит.
Аркадий Дробчик: Любые регулярные вибрации от устройств, которые на этапе строительства не предполагалось устанавливать, могут сокращать срок эксплуатации здания и привести к его разрушению. У нас был случай, когда мы смогли определить, почему в домах на одной из улиц в Новосибирске по вечерам шатаются люстры. Оказалось, что в 70 километрах от академгородка на Быстровском вибросейсмическом полигоне запускали аппараты для исследования земной коры.
Аркадий Рофе: К нам обращались заказчики с просьбой обследовать трубопровод под водой: найти ржавчину, трещины, отслоения обмотки. У нас нет водолазов и дефектоскопов, но мы можем выявить проблему, сделав замеры всего в двух точках: на входе и выходе трубы из воды.
Константин Федин: Мы выезжали в Абхазию, чтобы проверить состояние Ново-Афонского монастыря. Эта работа была не только ради профилактики происшествия, но и носила научный характер. Сбор и анализ полученных данных помогает в дальнейшем более точно выявлять проблемы.
Кстати, арабские страны заинтересованы в применении нашего волнового метода, потому что в почвах, на которых они строят здания, содержится большое количество пустот, что уже приводило к обрушениям. Мы сейчас обсуждаем детали сотрудничества.
Игорь Болдырев: Много исследований наши специалисты провели в зоне вечной мерзлоты, где сейчас из-за глобального потепления начал оттаивать грунт. На этих территориях базируются нефтяные и промышленные компании, которые заинтересованы в сохранности сооружений и в безопасности сотрудников. Традиционные методы обследования пород в арктической зоне, такие как бурение, — дорогое удовольствие, да и технически довольно сложно.
Константин Федин: В Норильске мы обследовали Дом культуры. Здание начало «трещать», и к нам обратились за помощью. Оказалось, что некоторые сваи фундамента «висят» из-за того, что начал таять лед в почве.
Когда у нас спросили, через какое время могут возникнуть проблемы, мы предположили, что максимум через месяц, и оказались правы — спустя две недели после обследования в здании появилась вертикальная трещина. Теперь Дом культуры закрыт на реконструкцию.
— Как часто нужно обследовать здания?
Аркадий Рофе: По закону каждые десять лет любое здание должно быть обследовано специализированной организацией, которая включена в список СРО (саморегулируемых организаций — прим.) изыскателей. Новые дома проходят проверку через два года после строительства, в сейсмоактивных районах — через каждые пять лет. Но, как правило, это визуальный осмотр — если дефектов не видно, значит, всё в порядке.
На мой взгляд, заказчиком должен быть собственник, который заинтересован в сохранности здания, потому что устранить заранее дефекты дешевле, чем разгребать последствия. К тому же, объекты часто строят на заимствованные деньги, поэтому кредиторы и инвесторы тоже должны быть заинтересованы в том, что здание потом не рухнет.
Константин Федин: Хочу рассказать об аварии в Норильске в 2020 году — показательный пример. Тогда из-за разгерметизации бака на ТЭЦ произошла одна из крупнейших утечек нефтепродуктов в арктической зоне — дизельное топливо вышло далеко за пределы промзоны, проникло в почву и местные водоемы. Руководство компании заплатило тогда 140 миллиардов штрафа.
Подобных катастроф можно избежать, если своевременно проводить обследование сооружений. После ЧП нас попросили обследовать фундамент оставшихся трёх ёмкостей. Мы обнаружили, что фундамент соседней емкости содержит дефекты, а значит, может произойти ещё одна авария. Поэтому руководство компании решило разобрать резервуар.
— Какой был самый необычный проект?
Константин Федин: Самая необычная задача в нашей практике была связана с определением остеопороза, когда из-за вымывания кальция образуются полости в костях, и они становятся хрупкими. Оказывается, наш волновой метод тоже помогает выявить такое заболевание, хотя исследования в этой области нужно продолжать, чтобы результаты были точными.
Аркадий Рофе: Сейчас разрабатываем прибор, который позволит определять устойчивость опор ЛЭП. Устройство будет работать как светофор: зеленый цвет покажет, что всё хорошо, желтый — есть проблемы, красный — не получилось определить состояние. Пока приходится окапывать столбы, чтобы выявить проблему.
Как только мы сможем передать искусственному интеллекту интерпретацию результатов, большая часть работы будет выполняться за миллисекунды, что позволит нам масштабировать систему и подключать тысячи объектов для мониторинга в режиме реального времени. Это даст возможность строить планы по развитию и реновации территорий.
Игорь Болдырев: 60% территории России — это вечная мерзлота. Мы хотим обратиться в Правительство России с предложением на законодательном уровне закрепить необходимость регулярного мониторинга зданий на этих территориях. Наш метод позволяет быстро проводить обследование, например, проверить состояние здания площадью 60 тысяч квадратных метров можем всего за два-три часа.
— Ради чего вы этим занимаетесь?
Аркадий Рофе: У меня были разные бизнесы, но именно сейчас так получилось, что в одном проекте соединились математические задачи, применение нового оборудования и польза для общества. Это для меня интересное и занимательное дело, о которым потом можно будет рассказывать детям и внукам.
Игорь Болдырев: У меня тоже 30 лет опыта в бизнесе, и сейчас все накопленные знания и навыки я могу применить в нашем проекте. Мы стали сотрудничать с ведущими корпорациями, выиграли конкурс «Арктек инжиниринг», нас отметил Сбер. Я доволен результатами и думаю, на это стоит тратить время и силы.
— Что самое сложное в работе?
Игорь Болдырев: Мы находимся в разных весовых категориях с корпорациями. Они могут планировать проведение научно-исследовательских работ через полтора года, для нас это непозволительная роскошь. Приходится искать аргументы, объяснять ситуацию заинтересованным лицам и согласовывать время, чтобы ускорить процесс.
Спасибо Агентству стратегических инициатив за то, что оно взяло нас под свое крыло и помогает в продвижении нашего проекта. АСИ занималось рассылкой писем нашим потенциальным клиентам, благодаря чему мы стали работать с крупными компаниями.
Аркадий Рофе: Методика, над которой мы работаем, постоянно нуждается в доработке с помощью математики и геофизики — в этом и сложность. Я уже не говорю про оборудование, которое необходимо совершенствовать. Решение организационных вопросов тоже требует немало усилий.
Ещё один момент — привлечение молодых специалистов. Мы не Microsoft, поэтому не можем платить большие деньги, приходится заинтересовывать задачами.
Игорь Болдырев: Здесь я бы выразился иначе: мы пока не Microsoft и пока не можем платить много.
Но верим в себя, в проект и в то, что всё у нас будет хорошо.