ВведениеВ современной строительной отрасли технология лазерного сканирования занимают все более значимое место, предоставляя широкие возможности для решения разнообразных инженерных задач. Наибольшее практическое применение нашли наземные и мобильные лазерные сканеры, которые позволяют оперативно получать высокодетализированные пространственные данные об объектах капитального строительства и местности, как в области обследования, так и в области строительного контроля [1, 11]. Точность современных наземных лазерных сканеров составляет 1–2 мм на 100 м расстояния (в зависимости от класса прибора), что в полной мере соответствует требованиям нормативных документов в области геодезического мониторинга и обследования зданий.Особого внимания заслуживает применение лазерного сканирования на этапах жизненного цикла зданий и сооружений. В настоящее время значительная часть объектов эксплуатируется в условиях отсутствия актуальной проектной документации либо ее частичной или полной утраты. Кроме того, даже при наличии исходных материалов зачастую фиксируется несоответствие между проектными решениями и фактическим состоянием объекта вследствие предыдущих ремонтов, деформаций и отклонений при строительстве. Отсутствие единой цифровой информационной модели здания на протяжении всего жизненного цикла усугубляет данную проблему, делая традиционные методы обследования недостаточно эффективными.Материалы и методыИспользование лазерного сканирования в качестве инструмента оценки технического состояния строительных конструкций позволяет не только фиксировать их геометрию, но и определять количественные характеристики износа. По сравнению с визуальными и ручными инструментальными методами лазерное сканирование обеспечивает существенное повышение точности и достоверности измерений таких параметров, как отклонения от вертикали и горизонтали, глубина коррозионных повреждений, величина прогибов, а также размеры и геометрические характеристики различных дефектов железобетонных, металлических, каменных и деревянных конструкций.Вопрос определения физического износа строительных конструкций в настоящее время приобретает особую актуальность в связи с изменениями нормативно-правовой базы. Приказом Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации № 883/пр отменены «Ведомственные строительные нормы ВСН 53-86(р) «Правила оценки физического износа жилых зданий»». На момент написания настоящей статьи новые нормативные документы, непосредственно регламентирующие порядок и методику подсчета физического износа строительных конструкций, отсутствуют. В то же время ГОСТ 31937-2024 «Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния» предлагает методы определения технического состояния, базирующиеся главным образом на оценке факторов, влияющих на несущую способность, и не содержит прямых алгоритмов вычисления физического износа.Таким образом, в сложившихся условиях нормативной неопределенности поиск альтернативных подходов к высокоточному определению характеристик строительных конструкций для расчета физического износа приобретает критическое значение. Применение методов наземного и мобильного лазерного сканирования позволяет восполнить существующий методический пробел, обеспечивая получение объективных количественных данных о деградации строительных материалов и конструкций. Следовательно, лазерное сканирование следует рассматривать как один из перспективных инструментов для определения физического износа строительных конструкций, который способен стать основой для разработки и актуализации нормативных и методических документов в данной области.Помимо задачи количественного определения физического износа строительных конструкций, в практике обследования зданий и сооружений зачастую возникает не менее важный вопрос идентификации фактических геометрических параметров отдельных элементов. Особенно это касается сборных железобетонных конструкций, характерных для зданий промышленного назначения: ферм, подкрановых и стропильных балок, ребристых и пустотных плит перекрытия, а также монолитных участков. Проблема усугубляется тем, что перечисленные конструктивные элементы, как правило, располагаются на значительной высоте (подкрановые пути, покрытия пролетных зданий), что делает традиционные методы измерения (рулетки, штангенциркули, лазерные дальномеры) труднодоступными, трудоемкими и потенциально опасными для проведения работ по измерительному контролю.Актуальность точной идентификации габаритов железобетонных элементов обусловлена необходимостью проведения поверочных расчетов -оценки фактической несущей способности конструкций по действующим нормам. В отличие от проектных данных, которые могут отсутствовать или не соответствовать реальному положению дел, фактические размеры сечений, пролеты, шаг элементов, расположение арматурных выпусков и закладных деталей напрямую влияют на результаты проверки прочности, устойчивости и деформативности. Ошибка в идентификации типа плиты перекрытия (например, ошибка классификации железобетонных конструкций или сечений металлоконструкций) или неточное определение высоты сечения балки может привести к неверной оценке класса нагрузки и, как следствие, к аварийной ситуации либо к необоснованным затратам на усиление.Традиционные методы геодезического контроля позволяют получить координаты отдельных точек, но не дают непрерывного облака точек, необходимого для распознавания геометрии сложных ребристых и монолитных конструкций.Лазерное сканирование (наземное и мобильное) обеспечивает получение плотного трехмерного облака точек с миллиметровой разрешающей способностью, что позволяет проводить работы по строительному контролю [1]. По полученным данным можно:- измерить фактические сечения балок и ферм в любом сечении без прямого доступа;- идентифицировать тип плиты перекрытия (ребристая, многопустотная, монолитная) по характеру рельефа нижней поверхности;- определить фактические геометрические оси элементов, их отклонения от проектного положения (эксцентриситеты);- выявить наличие или отсутствие связей, диафрагм жесткости, фактический шаг несущих конструкций.Кроме того, облако точек служит основой для построения цифровой информационной модели (BIM) существующего объекта и последующей интеграции строительных процессов [2, 12, 13]. Эта модель, в свою очередь, позволяет автоматизировать поверочные расчеты путем интеграции с программными комплексами (например, SCAD, ЛИРА-САПР, Ansys). Таким образом, лазерное сканирование решает две взаимосвязанные задачи: дает исходные данные для поверочных расчетов (идентификация реальной геометрии) и одновременно позволяет оценить износ (по отклонениям, коррозии, потере сечения). Рассмотрим обобщенную схему последовательности выполнения работ (Рис. 1) [3, 10].Рис. 1. Обобщенная технологическая последовательность выполнения работ РезультатыРаботы по 3D-сканированию осуществлялись с помощью наземного лазерного сканера Faro Focus S70, характеристики которого представлены в Таблице 1.Таблица 1Технические характеристики 3D-сканер Faro Focus S70Внешний видКласс лазера1Скорость измерений (точек в секунду)122,000 / 244,000 / 488,000 / 976,000Диапазон сканированияот 0,6 м до 70мТочность сканированиядо ±1ммТочность 3D-позиционирования (в зависимости от дальности)10м: 2мм / 25м: 3.5ммДлина волны лазера1550 нмПоле зрения (вертикальное / горизонтальное)300° / 360°КамераестьНавигациявстроенный GPS & ГЛОНАСС приемникВремя работы4,5 чДиапазон рабочей температурыот 5° до 40°CСтепень защиты от пыли и влагиIP54Размеры230 x 183 x 103 ммВес4.2 кг (вместе с аккумулятором) В данной статье рассматривается один из корпусов здания промышленного назначения: цех двухэтажный, имеет прямоугольную форму габаритами 12,5х64,05 м. Низ стальных стропильных ферм на участке на отметке +10.550 м. Покрытие совмещенное, невентилируемое, кровля рулонная с внутренним организованным водостоком. Естественная освещенность в уровне покрытия обеспечивается светоаэрационными фонарями. Ограждающие конструкции стен предусмотрены из кирпича общей толщиной 500-540 мм с учетом отделки. Внутренние стены кирпичные толщиной 120-580 мм; частично деревянные, оштукатуренные с обеих сторон по дранке, толщиной 100 мм и гипсолитовые толщиной 100 мм. Лестницы из сборных железобетонных ступеней по металлическим косоурам. Оконные переплеты ограждающих конструкций обследуемого участка деревянные. Оконные переплеты фонарей обследуемого участка металлические.Особенностью данного примера здания является отсутствие фактической проектной и исполнительной документации, а имеющаяся - предоставляет частичную информацию о здании, либо отсутствует на требуемых участках обследования. Следует учитывать, что ввиду постройки здания в 1950-х годах, геометрическое положение несущих и ограждающих конструкций могут иметь значительные отклонения от нормали. Наличие технологического оборудования, различных внутренних построек внутри цехов, а также производственные процессы дополнительно усложняют процесс визуальной и инструментальной идентификации строительных конструкций.Совокупность вышеперечисленных факторов обуславливает применение лазерного сканирования как рациональный способ использования современных способов измерительного контроля, поскольку по результатам предоставится исчерпывающий объем информации о производственных цехах рассматриваемого здания.После получения данных лазерного сканирования и этапа постобработки (Рис.1.), на основе данных облака точек и данных с камеры Insta360 (Рис.2-3) были идентифицированы сечения металлических ферм и балок, геометрические параметры стен и перекрытий и созданы обмерные планы [4], после чего нанесены дефекты и данные по демонтажу строительных конструкций.Рис.2. Фрагмент облака точекРис. 3. Общий вид с камеры Insta360 Входе анализа дефектов и повреждений рассматривались железобетонные монолитные перекрытия, кирпичные стены и перегородки, а также отделочные слои. На этапе определения участков повреждения строительных конструкций изначально рекомендуется выполнить визуальный анализ облака точек в соответствующих ПО (например, Autodesk ReCap), где навигация осуществляется в ортогональных проекциях и в 3D-виде.Следующим шагом для каждого выявленного дефекта определяются геометрические характеристики (длина, ширина, глубина, а также площадь и объем). Кроме того, возможность определения объемов демонтажных работ дает наиболее полное и точное представление по демонтажу строительных конструкций.Стоит отметить, что при поэтапном использовании сканирования объекта на различных стадиях строительно-монтажных работ возможно решение следующих задач [5]:Подсчет фактических объемов выполненных работ осуществляется путем сравнения облака точек, полученного после завершения этапа, с проектной моделью или с предыдущим этапом сканирования [6, 7];Контроль соблюдения этапов и качества работ осуществляется путем верификации фактического положения конструкций проектным решениям и допускам, установленным нормативной документацией, в том числе возможен контроль отдельных участков, а также наблюдение изменений во время строительно-монтажных работ [8].По результатам поэтапного лазерного сканирования формируется полная и достоверная информация о выполненных работах, включая все геометрические характеристики возведенных элементов. Это позволяет не только контролировать последовательность и полноту реализации каждого этапа строительства, но и своевременно выявлять отклонения от проекта и исключать возможность приемки некачественно выполненных работ.В представленной Таблице 2 рассмотрены отдельные виды строительно-монтажных работ, фактические объемы которых различаются в зависимости от площади и объема повреждений и типа конструкций. Идентификация представленных работ выполнена как на основе визуально-измерительного контроля, так и посредством анализа облака точек.Таблица 2Сравнительная ведомость объемов работ№Наименование работыЕд. изм.Объем работ по данным визуально-измерительного контроляОбъем работ по данным НЛС1Демонтаж кирпичных перегородок на 2 м этажем327,0527,52Демонтаж настилам2122,72124,53Очистка конструкции от бетона и коррозионных отложений арматуры с применением жестких металлических щетокм231,74334Очистка поверхностей от биоповреждений и высолов на увлажненных участках покрытия методом мягкого бластингам248,78505Демонтаж поврежденного кирпичам30,430,456Демонтаж отделочного слоям218101815  На основании полученных данных построена диаграмма, отражающая объемы работ (согласно Таблице 2), где объем работ представлен в условных единицах измерения, а также виды работ, соответствующие данным столбца №2 (Рис.4).Рис. 4. Диаграмма сопоставления объемов работ, полученных данными измерительного контроля и данными НЛСЗаключениеПо результатам проведенного исследования сделаны следующие выводы:В процессе анализа объемов работ были рассмотрены основные, наиболее трудозатратные этапы работ для последующего сопоставления результатов. По результатам сравнения данных, полученных методом лазерного сканирования, и данных, основанных на ручных измерениях, расхождение составляет от 0,3 до 4% в процентном соотношении, при фактической разнице от 1,22 до 5 для работ измеряемых в м2 и от 0,01 до 0,45 для работ, измеряемых в м3.Основная цель применения наземного лазерного сканирования заключается в получении высокоточных пространственных данных об объекте, однако возможность составления карт дефектов с точными геометрическими характеристиками участков повреждений и с последующим подсчетом объемов работ предоставляет более точную информацию и существенно расширяет границы применения данной технологии в строительной отрасли.Получение данных лазерного сканирования в виде облака точек в совокупности с интеграцией технологий искусственного интеллекта предполагает автоматизацию процесса обработки, что позволяет сократить трудозатраты на камеральную обработку данных, а также автоматизировать подсчет ведомости объемов работ [9].Применение лазерного сканирования на всех этапах жизненного цикла здания обеспечивает возможность отслеживания материальных и экономических ресурсов. Кроме того, данная технология позволяет проводить долговременный мониторинг состояния конструкций, что в совокупности с накоплением данных во времени создает основу для формирования информационной модели здания (BIM-модели), актуальной на всех этапах его жизненного цикла.