Почему без Topcon не выиграть гостендер

Контролируем точность и скорость строительства

В последние десятилетия цифровые системы моделирования и контроля изменили характер дорожного строительства в Европе и постепенно проникают в отечественный дорстрой. Сейчас практически не найти крупный дорожный проект федерального уровня, где не используются системы 3D-нивелирования. Это результат встречного движения заказчиков и отчасти крупных федеральных игроков. Для заказчиков (Росавтодора и региональных подразделений) польза в сокращении сроков проекта. Увеличение точности и качества строительства и ремонта дорожного полотна — это и увеличение сроков гарантийной эксплуатации дорог. Для строителей на крупных проектах это экономия на стоимости работы машин и на строительных материалах (за счет большей точности и ровности основания). А главное, что по планам Росавтодора в октябре — декабре 2018 года будут изменены регламенты дорожного строительства: технологии цифрового моделирования объектов и цифрового контроля строительства станут обязательным условием для компаний, которые претендуют на участие в гостендерах.

С 2019 года будут изменены регламенты федерального дорожного строительства. Системы автоматического нивелирования станут обязательным условием участия в гостендерах. Основание — приказ Росавтодора от 28.03.2016 № 463 «Об утверждении плана мероприятий поэтапного внедрения технологий информационного моделирования (BIM-технологий) в области дорожного хозяйства».

Что такое 3D-нивелирование

Геодезисты создают и загружают в бортовой компьютер строительной машины цифровую модель проектной поверхности. Система управления постоянно контролирует текущее пространственное положение и смещение рабочего оборудования машины (отвала бульдозера или грейдера и т. п.) относительно этой проектной поверхности. Для этого системе нужно постоянно знать местоположение машины и ее ориентацию (направление движения) на территории стройплощадки.

На конструктивных частях машины установлены датчики, которые регистрируют, как расположено рабочее оборудование относительно опорной поверхности. Контроллер в кабине обрабатывает сигналы с датчиков и вычисляет управление по заложенным алгоритмам. Данные выводятся оператору на дисплей в кабине в виде удобных для понимания и реагирования графических схем.

Опорная поверхность для вычислений положения рабочего органа — цифровая модель конструктивного слоя создаваемой трассы, которая передается в контроллер.

Координаты датчиков определяются либо автоматическим электронным тахеометром, либо спутниковым приемником GPS.

Для чего нужно 3D-нивелирование

Что дают системы 3D-нивелирования? В первую очередь сокращают рабочий цикл.

Старый способ контроля

Как организовано строительство нового участка трассы без новых систем? Геодезисты с помощью колышков и струн задают координаты и направление дорожного полотна со всеми уклонами. По этим исходным точкам формируется профиль дороги. Когда строители достигают заданных по техдокументации точек, маркшейдеры снова приезжают, делают контрольные замеры, вносят поправки или задают дальнейшие точки. Если были ошибки, то строители переделывают работу, снова ждут приезда геодезистов. Простои в ожидании замеров и поправок, лишние машино-часы на переделку.

Инновационный способ контроля

С системами 3D-нивелирования (например, Topcon), геодезисты берут замеры и создают трехмерную цифровую модель объекта. Загружают карту местности, карту участка, вносят на них параметры, по которым будет формироваться конечный результат строительства дорожного полотна. Цифровой проект, то есть модель участка, загружается в бортовые компьютеры дорожной техники. Далее техника уже с минимальным влиянием операторов на результат формирует основание дороги, уклон, профиль, дозирует толщину асфальта и т. д.

Система автоматического нивелирования, исходя из загруженных геопозиций, точек и профиля дорог, рассчитывает, до каких параметров каждое звено в технологической цепочке будет делать ту или иную операцию. Главная задача системы — направить работу дорожно-строительной машины по заданному алгоритму, исключая тем самым из рабочего процесса ошибки, связанные с человеческим фактором.

В целом технология ускоряет планировку поверхностей и увеличивает точность высотных отметок и уклонов до –1/+2 см. Из разбивочных работ требуется только установка границ работ (слоев). Результат — исключаются ошибки при производстве работ (нет бесконечных переделок), меньше проходов техники при планировке, быстрее ведутся разбивочные работы, и все это делается с высокой точностью.

Экономия

Существенна и экономия средств строительной компании за счет сокращения машино-часов (и человеко-часов), а также за счет меньшего расхода асфальтовой смеси и других материалов. Участники профессионального форума «Геодезист» приводили такие расчеты эффективности систем 3D-нивелировки:

• если средняя стоимость работы машины — 1500 рублей за 1 час, время работы — 8 часов  в день, в сезон — 1200 часов, то экономия составит примерно 360 часов, или 540 000 рублей. И это еще не подсчитана экономия за счет сокращения количества рабочих;
• средняя экономия слоя асфальта за счет точности и ровности основания: ΔН = 30 мм. Объем сэкономленного материала на 1 километр дороги шириной 9 м: ΔV = 9 × 0,03 × 1000 = 270 куб. м. Экономия на 1 км при цене асфальтобетона 2500 рублей за 1 куб. м: 270 × 2500 = 675 000 рублей. На 10 км дороги — 6750 000 рублей.
  

Что построено с инновационными системами

Сокращение сроков строительства, сокращение расходов асфальта и другие плюсы — все они влияют и на общую смету проекта, то есть на расходы заказчика работ, и, естественно, на качество строительства. Потому в крупных федеральных проектах системы автоматического нивелирования используются с конца 2000-х годов. Вот несколько примеров за последние годы:

• 2016–2018 годы: строительство и реконструкция трассы «Таврида» (Керчь — Симферополь — Севастополь);
• 2016–2018 годы: строительство Крымского моста;
• 2018 год: первый этап реконструкции федеральной трассы А135 — подъездной автодороги к Ростову-на-Дону от М4 «Дон» (ФКУ «Упрдор Москва — Волгоград»);
• 2015–2016 годы: реконструкция трассы А181 «Скандинавия» (Санкт-Петербург — Выборг — граница с Финляндией) и расширение до шести полос ее участка на выезде из Санкт-Петербурга;
• 2016 год: капитальный ремонт участков федеральной трассы Р217 «Кавказ» (ФКУ «Упрдор Кавказ»);
• 2014 год: реконструкция и ремонт автодороги М7 «Волга» (ФКУ «Волго-Вятскуправтодор»).

Цена вопроса: почему автоматического нивелирования еще нет на каждой машине

Если у систем автоматического нивелирования столько плюсов, то возникает резонный вопрос: почему они до сих пор не стоят на вооружении большинства дорожно-строительных компаний? Если очень сильно обобщить, то основных причин две: инерция и деньги.

Стоимость комплекса автоматического нивелирования для разных типов техники варьируется (в среднем) в диапазоне от 1 до 5 млн рублей. То есть для техники отечественного производства стоимость 3D-системы может достигать 50 % от цены машины и более. А, например, для японской или немецкой техники — до четверти или трети стоимости. Значит, встает вопрос окупаемости этих систем: как быстро владелец техники может отбить средства, потраченные на модернизацию парка машин. И это уже зависит от задач компании.

Когда такие системы, как Topcon, приносят максимальную пользу владельцам?

Ответ — на крупных инфраструктурных проектах. Чем крупнее проект, чем больше километраж, чем сложнее задачи строителей, тем больше денег экономит использование 3D-нивелирования, тем меньше тратится усилий проектировщиков и исполнителей, тем быстрее строятся объекты. Это означает, что сейчас, в сегодняшних условиях, самое эффективное использование автоматического нивелирования — на федеральном строительстве. Это строительство новых участков трасс, расширение и реконструкция действующих, строительство новых мостов, развязок, аэропортов со всей их инфраструктурой и так далее. Потому многие крупные компании уже много лет используют трехмерную нивелировку: «Мостострой-11», «Татавтодор», «Новосибирскавтодор», «Камдорстрой» и другие игроки на рынке федеральных строительных проектов. Техническая оснащенность этих компаний позволяет брать большие контракты с большими объемами работ.

Одновременно многие дорожно-строительные организации пока не спешат модернизировать парк техники. Если основная задача предприятия — содержание действующей дорожной сети, то для таких работ достаточно 2D-нивелирования. Кроме того, большую роль играет некоторая инертность отрасли: инновации внедряются, только когда в них возникает жесткая необходимость. Например, правительство вводит новые правила, новые регламенты дорожного строительства и вместе с этим новые условия отбора компаний для участия в тендерах. Именно это и произойдет в ближайшем будущем в деле использования систем 3D-нивелирования.

Как правительство подталкивает к модернизации

Росавтодор заинтересовался системами автоматического нивелирования примерно с конца 2000-х годов. Но в правительственном агентстве решили не форсировать внедрение новых систем в РФ, был задан испытательный период. В конце 2011 года была утверждена четырехлетняя Стратегия инновационного развития дорожно-строительной отрасли в России (распоряжение ФДА № 904-р). В ней была заложена программа постепенного внедрения современных систем проектирования и контроля дорожного строительства. Компаниям дали возможность испытать инновационные технологии на отдельных госпроектах (тем более что многие производители дают возможность изучить их системы на практике — до приобретения); заказчик в лице Росавтодора и его региональных подразделений систематизировал результаты — как использование инноваций влияет на качество и сроки строительства.

4289 строительных участков за 4 года, с 2011-го по 2015-й, — это общий объем испытаний различных инновационных систем в дорстрое в рамках предыдущего стратегического плана Росавтодора. Впечатляющую статистику собрало федеральное агентство перед внедрением новых технологий, не правда ли?

В итоге в марте 2016 года была утверждена новая стратегия на 2016–2020 годы (распоряжение Росавтодора № 461-р). И в ней уже специалисты ФДА заложили плавный переход от рекомендованного к обязательному использованию систем автоматического нивелирования на строительстве федеральных объектов. По планам агентства, осенью-зимой 2018 года будут сформулированы и опубликованы новые регламенты дорожного строительства, а с 2019 года эти новые условия будут использованы при составлении тендеров.

Что изменится в конце 2018 года

Росавтодор использует косвенные меры принуждения к инновациям. Сначала меняются дополнительные условия выполнения работ, но хитрость в том, что эти дополнительные условия не выполнить без новой техники. Сначала обязательным станут создание цифровой модели строящегося объекта по этапам его создания и цифровой мониторинг хода выполнения задач. А это, среди прочего, — часть работ по 3D-нивелированию. Следующий логичный этап — разработчики проектов начнут указывать в тендерной документации на необходимость использования соответствующей техники.

Аналогичный подход был использован 3 года назад, когда стало обязательным применение в дорстрое перегружателей асфальта. Сначала (в 2014 году) вступили в силу новые требования Росавтодора о минимальной разности температур асфальтовой смеси за асфальтоукладчиком (приложение к Распоряжению федерального агентства № 717-р). А эти требования было невозможно выполнить без перегружателя. Через год после того, как вступили в силу изменения техрегламентов, в проектной документации появились уже недвусмысленные требования к определенной техоснащенности подрядчиков.

Таким образом, у дорожно-строительных компаний, которые хотят работать на больших проектах, есть некоторое время, чтобы освоиться с новыми реалиями и плавно провести модернизацию парка техники. Правительство подталкивает к инновациям достаточно осторожно: Росавтодор уже 7 лет изучает использование систем автоматического нивелирования и лишь последние 2 года активно настаивает на их внедрении. Пока на добровольной основе, а в ближайшем будущем без таких систем, как Topcon, уже нельзя будет выиграть тендер на крупный проект. И не зря: пока отечественная отрасль преодолевает технологическую инерцию, в Европе уже почти 10 лет техника без систем 3D-нивелирования считается неконкурентной.