Гидроэнергетика: инновационная формула безопасности

– Сегодня в результате консолидации российского научно-проектного комплекса под эгидой «РусГидро» отечественная гидроэнергетика получила возможности для уверенного развития сверхвысокими темпами. Внедрение инноваций – это одно из стратегических направлений для «Института Гидропроект». Мы не только обладаем уникальным мировым опытом проектирования гидроэнергетических объектов в сложных условиях, но и активно используем передовые технологии. Сегодня это особенно актуально, ведь на протяжении многих десятилетий гидроэнергетика была крайне консервативной сферой. Это тоже вполне обоснованно: мы несем колоссальную ответственность за стабильную работу наших объектов и безопасность территорий, на которых они располагаются. Однако мир не стоит на месте, в XXI веке технологии проектирования, строительства совершенствуются постоянно и весьма активно. Мы прекрасно понимаем: чтобы встать на одну ступень технологического развития с передовой мировой гидроэнергетикой, отечественной отрасли необходимо значительно изменить темпы развития, то есть уже сегодня закладывать технологические возможности, которые будут использоваться завтра.

В инновационной деятельности мы прежде всего ориентированы на технологические решения, направленные на повышение надежности и безопасной эксплуатации на протяжении всего жизненного цикла ГЭС и ГТС. Важным аспектом инновационной деятельности института является развитие технологий 3D-моделирования. В перспективе мы планируем охватить многомерными технологиями все проектно-строительное пространство, создать комплексные информационные системы и уйти от бумажных архивов. Специалистами института разрабатываются методики применения спутниковой геодезии для наблюдения за состоянием гидротехнических сооружений, в том числе за деформациями, происходящими в процессе их эксплуатации. Мы применяем лазерное сканирование местности и сооружений. Эта технология используется преимущественно при модернизации объектов, проведении инженерных изысканий, актуализации исполнительной документации, создании систем мониторинга состояния объектов.

«Институт Гидропроект» входит в десятку ведущих мировых проектных организаций в сфере гидроэнергетики. Но я уверен, что при грамотной консолидации уникального опыта и эффективных передовых решений отечественный научно-проектный комплекс имеет все шансы стать мировым лидером.

3D-технологии проектирования

– Технология трехмерного проектирования и математического моделирования не является новой для «Института Гидропроект». Первая масштабная 3D-модель была выполнена в 2002 году для гидроузла Мерове, построенного в Судане на реке Нил. Работа включала в себя создание точной геометрической модели всех гидротехнических сооружений объекта. Результат использовался при научном обосновании надежности проектируемых сооружений на основе современных достижений механики, теории сооружений, инженерной геологии, сейсмологии и прочих прикладных научных дисциплин.

Последние десять лет мы активно использовали 3D-технологии, в том числе на Сангтудинской и Рогунской ГЭС в Таджикистане, на крупнейшем ангольском гидроузле «Капанда», в России на Богучанской, Краснополянской, Алтайской ГЭС и строящейся Загорской ГАЭС-2, при проектных и строительных работах над резервным водосбросом Плявиньской гидроэлектростанции в Латвии. Стоит отметить, что и российские, и зарубежные заказчики склоняются к использованию 3D-моделей не только в целях повышения безопасности объекта, но и с точки зрения экономической эффективности.

Использование 3D при проектировании объектов гидроэнергетики чрезвычайно многогранно. Эта технология востребована в инженерной геологии, геотехнике, гидромеханике и в других направлениях. Коллективная работа с комплексной многомерной моделью гидроэнергетического объекта позволяет избежать типовых ошибок в результате несогласованности действий и коллизий, за счет чего повышается общая производительность труда и существенно сокращается время формирования рабочей документации. Изменения в традиционной двухмерной рабочей документации наглядны в меньшей степени, чем в 3D-модели. Сравнивая результаты исполнительной съемки, произведенной с помощью систем лазерного сканирования, и модели объекта, созданной на этапе проектирования, заказчик отслеживает темпы работ. Причем делать это можно посредством удаленного доступа и в любое удобное время.

3D-технологии позволяют дистанционно контролировать ход выполнения не только проектных, но и строительных работ. Для этого на строительной площадке размещается оборудование для лазерного сканирования. Роботизированная система с определенной периодичностью, например, ночью, когда уходит персонал, сканирует строительную площадку. Результатом съемки является трехмерный образ выполненных работ точностью до 5 мм. После этого достаточно сравнить полученный фактический результат с моделью, которую предоставил проектировщик. То есть заказчик может ясно увидеть, на каком этапе сейчас находится строительство, и вовремя отследить возникающие несоответствия.

Таким образом, многомерные технологии позволяют создать единое цифровое пространство, объединив в общую рабочую среду заказчика, проектировщиков, строителей и эксплуатирующие организации. Каждое отдельное звено может выполнять разные виды работ над одним объектом, что обеспечивает грамотное управление всей информацией на протяжении всего рабочего цикла, начиная с проектирования, заканчивая строительством, эксплуатацией и его модернизацией. В перспективе 3D-модель может стать базой для создания многомерных информационных систем, представляющих собой совокупность 3D-моделей и связанных баз данных о технологических системах и оборудовании энергетического объекта. Создаваемые информационные системы будут использовать в системах планирования строительных работ, работ по модернизации и реконструкции гидроэнергетических объектов. Созданные в дальнейшем комплексные информационные модели будут использоваться в процессе эксплуатации и обучения обслуживающего персонала энергетических объектов. Сегодня это наиболее актуальное в отрасли направление, позволяющее создавать комплексные информационные системы.

На многих российских объектах мы активно используем технологию лазерного сканирования. В частности, на стратегически значимых гидроэнергетических объектах Волжской и Жигулевской ГЭС. Специалисты «Института Гидропроект» с помощью лазерного сканера произвели исполнительные съемки проточных трактов агрегатных зон. На основании результатов проведенных съемок достаточно быстро были определены геометрические параметры текущего состояния трактов и произведено сравнение с данными рабочей документации. Для дальнейшего использования в целях технического перевооружения станции были созданы трехмерные модели трактов, отражающие их актуальное состояние.

Учитывая огромные преимущества технологии многомерного проектирования, нужно стремиться к построению комплексной системы, охватывающей все производственные процессы организации от первоначального планирования до передачи результатов заказчику. Например, сегодня «Институт Гидропроект» использует возможности многомерного проектирования, исследуя гидропотенциал Северного Кавказа. Одним из результатов масштабной работы станет автоматизированная геоинформационная система целого региона – карта, включающая в себя объемные модели перспективных створов и объектов Северного Кавказа на трехмерной поверхности с визуальным определением зон затопления.

Сегодня построение трехмерных моделей для заказчика является практичным дополнением к конструкторской документации. Но я уверен, что в будущем это станет обязательным условием заключения договоров. Современный уровень развития IT-технологий позволяет осуществить безболезненный переход к комплексной системе многомерного проектирования. Изучение мирового опыта создания аналогичных систем позволит избежать многих ошибок и выбрать наиболее подходящий путь дальнейшего развития.

Геоинформационные системы: взгляд на безопасность изнутри

– Специалисты российского научно-проектного комплекса являются авторами ГЭС, которые уже не один год успешно эксплуатируются в зонах с высоким уровнем сейсмичности, в створах, сложенных разномодульными скальными и осадочными породами, на мягких грунтах, – одним словом, там, где предъявляются особые требования к надежности сооружений.

Основы безопасности гидроэнергетического объекта закладываются на этапе проектирования. Для оценки геодинамической и сейсмической опасности площадки применяется, в частности, построение геоинформационной модели на основе геологической, геофизической и сейсмологической информации. Многомерное моделирование здесь рассматривается как инструмент, позволяющий увидеть проект в комплексе, оценить пространственное распределение динамических нагрузок, своевременно выявить слабые места в сооружении или основании и дать рекомендации по инженерным мероприятиям. Наглядность пространственно-временного представления динамических процессов уменьшает вероятность ошибок, а возможности комплексного анализа данных и быстрота получения результата увеличиваются радикально. Сегодня, мы можем визуально смоделировать, как поведет себя гидроэнергетический объект при том или ином внешнем воздействии. Тщательные исследования, сложнейшие расчеты, комплексный анализ, отображенные в многомерной модели, приобретают форму, доступную для целостного восприятия не только гидроэнергетиками, но и специалистами в смежных областях.

Современные геоинформационные системы показывают эпицентры наблюдавшихся и зоны возможных землетрясений в районе объекта, сейсмотектоническую информацию и карты сейсмического районирования на региональном уровне и более детальную информацию по конкретному участку в любом заданном масштабе. На основе цифровых карт и результатов сейсмогеологического дешифрирования космических снимков можно получить уточняющие и новые данные о тектонических нарушениях, активных разломах и даже о доисторических землетрясениях. Подробная картографическая информация может быть объединена с актуальными данными по окружающей среде. Еще лет двадцать назад это было связано с колоссальным ручным трудом, вычерчиванием карт, работой со светостолом и кальками. Сейчас, с использованием геоинформационных систем и высокопроизводительного компьютерного оборудования, все это делается достаточно быстро, удобно и, безусловно, гораздо более точно и графически качественно. Таким образом, инженеры получают возможность в короткий срок проанализировать огромный объем информации в комплексе.

К примеру, с помощью современного инструментария можно увидеть сложные подземные помещения во взаимосвязи с геологической информацией о распределении разных пород, пространственном положении и параметрах тектонических нарушений, зон трещиноватости и так далее. «Институт Гидропроект» проводит лазерное сканирование помещений, объектов, позволяющее создавать геодезическую основу и многомерные математические модели, необходимые для изыскательских работ и расчетного обоснования проектов, не в течение многих суток, а за несколько часов. Как говорят, «почувствуйте разницу».

Конечно, новые информационные технологии очень быстро вошли в нашу работу и придали процессам изысканий и проектирования колоссальное ускорение. Но у «Гидропроекта» есть и другая сильная сторона – наш многолетний опыт, архив, насчитывающий свыше 400 успешно реализованных проектов. Сами по себе эти проекты, материалы изысканий и расчетов бесценны. Но сегодня просто необходимо использовать в инженерных изысканиях, проектных и строительных работах новые технологии, с помощью которых сроки создания объекта значительно сокращаются, его эксплуатация становится более безопасной, работа – надежной. На мой взгляд, союз инноваций и опыта – это наиболее эффективная формула безопасности в гидроэнергетике.