Applicability assessment of digital twins of railway bridges

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

BACKGROUND: Improving the safety of key infrastructure facilities, including railway swing bridges, is the government priority. The unique nature of Russia, where most bridges of this type are concentrated in major metropolitan areas and have long service lives, requires innovative solutions. In the premises, the paper focuses on using digital twins as a tool capable of dramatically improving reliability and safety of these strategic structures.

AIM: This work aimed to provide a comparative analysis of operation of swing bridges in Russia and globally and assess the potential for using digital twins to improve their safety in Russia.

METHODS: We used statistical methods to analyze publicly available data. We assessed the applicability of digital twins to improve the performance and safety of bridges in Russia.

RESULTS: In Russia, 26% of swing bridges are railway bridges (compared to 18% other countries). The median age is 60 years (compared to 88 in other countries). 85% of bridges in Russia are located in cities with populations over a million (compared to 11.6% in other countries), highlighting their importance for infrastructure.

CONCLUSION: The use of digital twins to improve the safety of railway swing bridges in Russia is reasonable and requires further consideration.

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Разводные мосты и, в частности, железнодорожные разводные мосты являются относительно малораспространенной категорией мостов. Точное количество мостов данного типа в мире и в России с трудом поддается определению ввиду отсутствия официальной статистики, варьирующихся данных, представленных в научных работах, различных методов и условий подсчета. Вариативность в методах подсчета связана, в первую очередь, с включением или исключением из категории разводных мостов сооружений, имеющих следующие особенности:

  • Эксплуатируемые и имеющие механизмы для движения пролета, но не разводимые на данный момент мосты.
  • Пешеходные мосты с относительно небольшой длиной пролета.
  • Некапитальные разводные мосты.

Количество подвижных мостов в мире можно оценить как промежуток от 300 [1] до 1200 сооружений [2] на основании данных из различных источников, около 20–40 из которых находятся на территории РФ. По информации СМИ со ссылкой на Росстат и Росавтодор, общее количество мостов в РФ на конец 2014 г. составляло примерно 72,5 тыс., из которых 30,5 тыс. – железнодорожных1. Соответственно, разводные мосты составляют примерно 0,0006% от общего числа мостовых сооружений.

Для железнодорожных мостов доля разводных мостов от общего числа еще меньше – 0,0003%. Кроме того, несмотря на низкую распространенность данного типа сооружений, их инфраструктурное значение значительно и связано, в первую очередь, с тем, что плановое функционирование такого рода сооружений оказывает влияние на движение как по водным транспортным артериям пересекаемых рек, так и на движение непосредственно по мосту – составной части линейного инфраструктурного объекта – в случае с железнодорожными разводными мостами – железнодорожной линии. Это справедливо для всех разводных мостов, тем не менее, для разводных мостов, расположенных в черте крупного города, в составе густонаселенной агломерации, или в непосредственной близости от других инфраструктурных сооружений, влияние их бесперебойного функционирования на обеспечение движения возрастает еще в большей степени, т.к. нахождение сооружений в составе более сложной инфраструктуры предполагает их взаимное влияние друг на друга.

Относительно низкая распространенность разводных железнодорожных мостов связана со сложностью их проектирования, строительства и эксплуатации по сравнению с мостовыми сооружениями с неподвижными пролетами и, как следствие, с необходимым набором предпосылок для принятия решения о строительстве разводного моста.

К предпосылкам для принятия решения о строительстве разводного моста можно отнести:

  • Необходимость обеспечить подмостовой габарит для пропуска судов.
  • Невозможность или экономическая нецелесообразность строительства высоких подходов к мосту [3].
  • Возможность разместить разводной пролет на прямолинейном участке трассы.
  • Возможность ограничить движение по мосту или навигацию по пересекаемому водному препятствию в соответствии с графиком сводки/разводки моста.
  • Необходимость соблюсти архитектурные требования с ограничениями по высоте сооружения или по сохранению прилегающей застройки.
  • Возможность обеспечить регулярное обслуживание и контроль за работой механизмов разводки моста.

Данные предпосылки справедливы для всех типов разводных мостов, включая железнодорожные.

СБОР И АНАЛИЗ СТАТИСТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ

Для формирования более широкого понимания о фактическом применении разводных мостов в РФ и в мире и их значения в качестве составных частей инфраструктуры, а также для подтверждения приведенных выше тезисов, касающихся разводных мостов, была проанализирована статистика, собранная из открытых источников. Для сбора информации о разводных мостах в мире применялся профильный портал structurae.net [2].

Сбор информации о разводных мостах на территории РФ производился с применением профильных порталов и информации с сайтов эксплуатирующих организаций и СМИ23456. Данные собирались для разводных мостов в целом, но отдельно была рассмотрена статистическая информация, касающаяся разводных железнодорожных мостов.

Собранные из неструктурированных (не являющихся базами данных) открытых источников статистические данные могут неточно отражать фактическую картину применения разводных мостов, тем не менее, они позволяют сделать общие выводы о значимости, распространенности и особенностях эксплуатации данного типа сооружений в целом и железнодорожных разводных мостов в частности.

При сборе данных о разводных мостах учитывались только эксплуатируемые в настоящее время сооружения, однако, не учитывалось осуществляется ли разводка пролетных строений данных сооружений.

На Рис. 1 приведено распределение разводных мостов в мире по странам их расположения. Представленная на Рис. 1 информация позволяет сделать вывод о географической ограниченности применения разводных мостов промышленно и инфраструктурно развитыми странами.

 

Рис. 1. Распределение разводных мостов по странам

Fig. 1. Distribution of movable bridges by country

 

На Рис. 2 представлен график распределения разводных мостов в мире по годам их постройки.

Собранная информация по годам постройки разводных мостов позволяет сделать вывод о том, что значительная часть находящихся на данный момент в эксплуатации разводных мостов была построена со второй половины XIX века до конца XX века. Количество новых разводных мостов, построенных после 2000 г. невелико несмотря на значительные по историческим меркам объемы ввода в эксплуатацию новых сооружений. Необходимо отметить, что значительная часть мостов, построенных в начале XX века и ранее, вероятно, на протяжении своей эксплуатации подвергалась значительным реконструкциям. Информация об этом в открытых источниках, тем не менее, не представлена для большинства сооружений. Для сооружений, о которых была доступна подобная информация, в качестве года постройки принимался год реконструкции, в случаях, когда она предполагала замену основных конструктивных элементов сооружения.

 

Рис. 2. Распределение разводных мостов по году постройки

Fig. 2. Distribution of movable bridges by year of completion

 

Медианный год постройки разводных мостов по результатам анализа – 1954. Кроме того, 75% мостов были построены до 1996 г.

На Рис. 3 представлено распределение по возрасту для разводных железнодорожных мостов.

 

Рис. 3. Распределение разводных железнодорожных мостов по возрасту

Fig. 3. Distribution of movable railway bridges by age

 

Представленная информация позволяет сделать вывод о том, что возраст разводных железнодорожных мостов несколько выше нежели возраст разводных мостов в целом. Медианный возраст разводных железнодорожных мостов составляет 88 лет, что на 18 лет больше, чем для разводных мостов.

На Рис. 4 представлено распределение разводных мостов по назначению.

 

Рис. 4. Распределение разводных мостов по назначению

Fig. 4. Distribution of movable bridges by traffic type

 

Из полученных в ходе анализа данных следует, что наиболее часто разводные мосты применяются для пропуска автомобильного трафика. Значительно реже они используются для обеспечения движения пешеходов или железнодорожного движения. Еще несколько реже применяются совмещенные мосты для пропуска автомобильного и железнодорожного движения. Разводные мосты иных назначений применяются в единичных случаях.

На Рис. 5 представлено распределение разводных железнодорожных мостов в мире по типам.

 

Рис. 5. Распределение разводных железнодорожных мостов по типу

Fig. 5. Distribution of movable railway bridges by type

 

Приведенная информация позволяет сделать вывод о преобладании среди разводных железнодорожных мостов вертикально-подъемных мостов, но также о значительной представленности мостов поворотных и раскрывающихся типов.

На Рис. 6 представлено распределение разводных мостов по городам и регионам РФ.

 

Рис. 6. Распределение разводных мостов РФ по городам и регионам

Fig. 6. Distribution of movable bridges in Russia by city and region

 

Как следует из приведенного графика, большая часть разводных мостов на территории РФ сконцентрирована в одном регионе (Санкт-Петербурге), где располагаются 19 сооружений. Данный факт подтверждает приведенное выше предположение об относительно редком наборе факторов, способствующих применению разводных мостов.

На Рис. 7 представлено распределение разводных мостов на территории РФ по годам постройки.

 

Рис. 7. Распределение разводных мостов РФ по году постройки

Fig. 7. Distribution of movable bridges in Russia by year of completion

 

Представленные на графике годы постройки или последней реконструкции позволяют сделать вывод о том, что большинство разводных мостов на территории РФ было возведено в XX веке. Соответственно, большая часть сооружений, так же, как и в мировой практике, эксплуатируются в течение продолжительного времени.

На Рис. 8 представлено распределение по возрасту разводных железнодорожных мостов на территории РФ.

 

Рис. 8. Распределение разводных железнодорожных мостов РФ по возрасту

Fig. 8. Distribution of movable railway bridges in Russia by age

 

Возраст разводных железнодорожных мостов в России выше нежели возраст разводных мостов в России, в целом. Медианный возраст разводных железнодорожных мостов составляет 60 лет, что на 7 лет больше, чем медианный возраст разводных мостов. В данном аспекте практика применения разводных железнодорожных мостов в РФ схожа с общемировой.

На Рис. 9 представлена информация о распределении разводных мостов на территории РФ по назначению.

 

Рис. 9. Распределение разводных мостов РФ по назначнию

Fig. 9. Distribution of movable bridges in Russia by traffic type

 

Наиболее распространенный тип трафика для мостов на территории РФ – совмещенный – предполагающий пропуск, как автомобилей, так и трамвайного подвижного состава. За разводными мостами, предполагающими обеспечение автомобильного и трамвайного движения, по распространенности следуют автомобильные, пешеходные, железнодорожные и совмещенные мосты. Распределение разводных мостов по этим категориям соответствует первым четырем по распространенности назначениям разводных мостов в мировой практике.

На Рис. 10 представлено распределение разводных железнодорожных мостов в РФ по типу.

 

Рис. 10. Распределение разводных железнодорожных мостов РФ по типу

Fig. 10. Distribution of movable railway bridges in Russia by type

 

Приведенная информация свидетельствует о превалировании среди железнодорожных разводных мостов РФ мостов вертикально-подъемного типа, с исключениями, представленными единичными сооружениями.

График распределения городов и регионов расположения разводных мостов в мире по населенности приведен на Рис. 11. Информация о населении городов и регионов получена из статистики сервиса World Cities Database [4]. Аналогичный график для разводных мостов на территории РФ приведен на Рис. 12. Информация о населенности городов и регионов РФ получена на основе результатов переписи 2024 г. [5].

 

Рис. 11. Распределение городов и регионов расположения разводных мостов по населению

Fig. 11. Distribution of cities and regions of movable bridges location by population

 

Рис. 12. Распределение городов и регионов расположения разводных мостов по населению в России

Fig. 12. Distribution of cities and regions of movable bridges location by population in Russia

 

Представленная на Рис. 11 информация позволяет сделать вывод о том, что значительная часть эксплуатируемых на данный момент разводных мостов в мире является частью инфраструктуры относительно небольших и не густонаселенных городов и районов. Некоторые из рассмотренных сооружений, расположенные вне пределов крупных городов или урбанизированных районов, могут являться составляющими транзитной инфраструктуры и по этой причине также оказывать значительное влияние на функционирование крупных, экономически и социально значимых населенных пунктов. Тем не менее, проведение такой оценки на основе имеющихся данных не представляется возможным.

В случае с разводными мостами на территории РФ – большая часть разводных мостов расположена на территории крупных городов с населением более 1 млн. человек.

На основании проанализированных статистических данных можно сделать следующие выводы об особенностях применения разводных мостов в мире и в РФ:

  • Количество железнодорожных и совмещенных разводных мостов относительно общего числа сооружений данного типа составляет 18% в мире и 26% в РФ и относительно автомобильных разводных мостов – 30% в мире и 44% в РФ, соответственно их распространенность значительно ниже, чем распространенность разводных мостов в целом.
  • Большая часть разводных мостов в мире располагается в экономически и промышленно развитых регионах мира, что косвенно свидетельствует об относительной сложности и затратности их строительства и эксплуатации.
  • Медианный возраст разводных мостов в мире – 70 лет. Медианный возраст разводных мостов в РФ – 53 г.
  • Разводные мосты располагаются в различных, с точки зрения размера, населенных пунктах и районах и, как следствие, их непосредственное влияние на инфраструктурную целостность густонаселенных городов и районов не всегда может быть значительным, что приводит к необходимости рассматривать значимость каждого разводного моста, как части инфраструктуры отдельно. Однако, 41,9% разводных мостов в мире входит в состав инфраструктуры крупных населенных пунктов и относительно густонаселенных районов (относятся к административным единицам с более чем 100 тыс. жителей). На территории РФ 85% разводных мостов расположено в крупных городах с населением более 1 млн. человек и ни один разводной мост не расположен в населенном пункте с населением менее 100 тыс. жителей.

Сравнительный анализ практики применения разводных железнодорожных мостов на территории РФ и в мире представлен в Табл. 1.

 

Таблица. Сравнительная таблица практики применения разводных железнодорожных мостов

Table. Comparative table of movable railway bridges utilization

Параметр сравнения

Россия

Мир

Общее количество разводных мостов

ок. 40 (39)

ок. 1 100 (1 096)

Количество (доля) разводных железнодорожных мостов

10 (26%)

199 (18%)

Основные типы разводных систем железнодорожных мостов

Значительное преобладание мостов вертикально-подъемной системы. Отдельные мосты иных типов: откатно-раскрывающиеся (Шиженский мост), поворотные (Железнодорожный мост через шлюз Новосибирской ГЭС), раскрывающиеся – одно из сооружений в составе Финляндского железнодорожного моста

Преобладают мосты вертикально-подъемной системы, но достаточно широко представлены мосты поворотной и раскрывающейся систем

Медианный возраст разводных мостов (железнодорожных разводных мостов), лет

53 (60)

70 (88)

Географическое расположение

Основная концентрация – Санкт-Петербург (19 мостов), преимущественно крупные города с населением более 1 млн

Значительная часть мостов располагается в крупных населенных пунктах, но большая часть находится вне их пределов

Инфраструктурное значение

Критически важны для железнодорожных перевозок, в том числе в качестве составляющих частей инфраструктуры крупных городов

Важны для обеспечения инфраструктуры, как ряда крупных городов, так и для сквозного железнодорожного сообщения между городами. Распространены в меньшей степени относительно автомобильных мостов по сравнению с РФ.

 

На основании информации, представленной в Табл. 1, можно сделать следующие выводы:

  • Доля разводных мостов в России существенно выше, чем в среднем в мире.
  • В РФ наблюдается ярко выраженное преобладание вертикально-подъемной системы для железнодорожных разводных мостов. Однородность типов разводных железнодорожных мостов в мире ниже.
  • Разрыв между медианным возрастом разводных железнодорожных мостов в России и в мире больше, чем для разводных мостов в целом.
  • Разводные железнодорожные мосты в России в среднем в настоящий момент находятся в эксплуатации на 28 лет меньше, чем в мире. Однако, медианный возраст разводных железнодорожных мостов больше, чем для разводных мостов в целом.
  • Разводные железнодорожные мосты в РФ, как и разводные мосты в целом преимущественно располагаются в крупных городах, оказывая таким образом значительное влияние на их инфраструктуру. В мире влияние разводных железнодорожных мостов на инфраструктуру крупных городов значительно ниже.

Таким образом, Россия обладает отличной от общемировой практикой применения разводных железнодорожных мостов, которой свойственна относительно высокая унификация типов данных сооружений, а также, несмотря на относительно низкую распространенность, повышенная инфраструктурная значимость. Учитывая большое значение разводных железнодорожных мостов на территории РФ, ключевым становится вопрос обеспечения их бесперебойной эксплуатации и функциональной безопасности.

ОЦЕНКА ПРИМЕНИМОСТИ ЦИФРОВЫХ ДВОЙНИКОВ ДЛЯ РАЗВОДНЫХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ МОСТОВ РОССИИ

Относительно низкая распространенность и значительная вариативность даже в пределах одного типа сооружений, а также относительная сложность конструкций и механизмов [6] приводит к сравнительно малому объему эмпирических данных, связанных с эксплуатацией разводных железнодорожных мостов.

Малый объем эмпирических данных ограничивает возможности в оценке рисков для функциональной безопасности разводных железнодорожных мостов и оценке эффективности принимаемых мер противодействия данным рискам, а также не позволяет провести сравнительную оценку различных подходов к проектированию конструктивных элементов разводных железнодорожных мостов, механизмов и их эксплуатации. Значительный же возраст большинства эксплуатируемых на данный момент разводных железнодорожных мостов повышает риски, связанные с безопасной эксплуатацией, увеличивает потребность в ремонтах и их сложность. Отчасти, трудности, связанные с малым объемом данных об эксплуатируемых разводных мостах на железных дорогах, могут быть преодолены путем увеличения качества данных и эффективности работы с ними. Для этого с целью накопления, консолидации и анализа актуальных данных о разводных железнодорожных мостах на территории РФ могут быть применены цифровые двойники.

Однозначное определение цифровых двойников сооружений на данный момент не разработано [7]. Вместе с тем, существует общее понимание данного термина, согласно которому цифровые двойники сооружений представляют собой набор цифровой информации о физическом объекте, которая позволяет полно и точно описывать его в реальном времени и может быть использована для прогнозирования [8]. В соответствии с определением, приведенным в ГОСТ Р 57700.37-2021, относящемуся к цифровым двойникам изделий: цифровой двойник – это система, состоящая из цифровой модели изделия и двухсторонних информационных связей с изделием (при наличии изделия) и (или) его составными частями [9].

Соответственно, цифровые двойники сооружений – это виртуальные копии реальных объектов, т.е. модели с высокой детализацией, связанные с реальными объектами посредством датчиков системы мониторинга. Цифровые двойники также должны предоставлять функционал для анализа собранных данных о сооружении для максимизации положительного эффекта от их применения.

В соответствии с ГОСТ Р 57700.37-2021 работу с цифровыми двойниками рекомендуется вести с помощью программно-технической платформы цифровых двойников, в состав которой должны входить [9]:

  • средства управления программным обеспечением компьютерного моделирования;
  • средства управления проектами;
  • средства сбора, обработки, анализа, визуализации, каталогизации, хранения, передачи компьютерных моделей и результатов компьютерного моделирования;
  • средства отслеживания всех изменений конструкторских, технологических решений и модификации компьютерных моделей и вариантов инженерных расчетов;
  • средства оформления результатов;
  • средства защиты данных и организации совместной работы участников проекта в соответствии с правами доступа;
  • средства компьютерного моделирования для планирования применения изделия по назначению, поддержки его технического обслуживания и ремонта.

В случае цифровых двойников сооружений, это означает применение цифровых информационных моделей (ЦИМ) для хранения геометрической и атрибутивной информации, а также вывода информации [10], среды общих данных (СОД) для обеспечения доступа и совместной работы [11], применение расчетных моделей для анализа элементов сооружений и их окружающей среды с точки зрения напряженно-деформированного состояния [12] и использования датчиков системы мониторинга, результатов лазерных сканирований, фотограмметрии и осмотров для получения информации о наблюдаемых параметрах. Все три элемента цифрового двойника должны быть динамически и двусторонне связаны между собой с помощью отдельной структуры, для формирования единой среды. Связь между элементами является четвертой составляющей цифрового двойника сооружения и может быть реализована в различных формах, наиболее подходящей для реализации данной задачи на текущий момент является связь через внешний источник данных [13].

Сборка цифрового двойника сооружения может производиться с применением различной архитектуры и связей между элементами, тем не менее, сами элементы и их функционал не претерпевают при этом значительных изменений.

К каждой из четырех составляющих цифрового двойника должен быть предъявлен ряд минимальных требований, без которых создание цифрового двойника сооружения невозможно:

  • ЦИМ сооружения должна иметь достаточный уровень детализации, соответствующий исполнительной документации по сооружению. Также в ЦИМ должны своевременно вноситься сведения об изменениях конструкции в ходе эксплуатации. СОД должен удовлетворять требованиям к хранению информации и обеспечению к ней доступа;
  • Расчетная модель также должна отражать текущее фактическое состояние сооружения, воздействий на него, а также, при необходимости, окружающей среды, с требуемой для анализа точностью, в том числе с учетом информации с датчиков, с учетом принятых в расчетной модели допущений и условностей;
  • Система мониторинга должна обеспечивать передачу информации о контролируемых параметрах сооружения и окружающей среды с определенной в процессе ее разработки периодичностью в расчетную модель и ЦИМ;
  • Система связи должна обеспечивать постоянную двустороннюю связь между элементами цифрового двойника сооружения.

Иные требования к цифровым двойникам сооружений могут варьироваться в зависимости от сценариев их применения. Схема состава и информационного взаимодействия в рамках цифрового двойника представлена на Рис. 13.

 

Рис. 13. Схема состава и информационного обмена цифрового двойника моста

Fig. 13. Bridge digital twin composition and data exchange scheme

 

На схеме на Рис. 13 представлен обмен данными между физическим сооружением и его цифровым двойником. Сбор данных по основным наблюдаемым параметрам производится, в первую очередь, с помощью системы мониторинга. Дополнительные данные также могут быть получены с помощью датчиков интернета вещей (IoT), в случае если применяемые механизмы и конструктивные элементы сооружения предполагают возможность их установки производителем. В случае наличия цифровых двойников у нескольких разводных железнодорожных мостов, данные также могут быть получены с помощью сбора “больших данных” о ряде сооружений данного типа для последующего анализа и выявления характерных особенностей эксплуатации. Из цифрового двойника выводится информационная модель сооружения, результаты проведенных в рамках рассмотрения различных сценариев эксплуатации расчетов, а также модели виртуальной (VR) или дополненной (AR) реальности для применения при взаимодействии с физическим сооружением.

На Рис. 14 представлена схема возможных сценариев применения цифровых двойников на различных этапах жизненного цикла сооружения [12].

 

Рис. 14. Схема сценариев применения цифрового двойника моста

Fig. 14. Bridge digital twin uses scheme

 

Как следует из приведенной схемы, цифровые двойники могут иметь достаточно обширный функционал на различных этапах жизненного цикла сооружений, в том числе могут применяться для “умного” проектирования, обслуживания и демонтажа, основанных на актуальной информации, полученной из цифрового двойника. Кроме того, не весь доступный функционал цифровых двойников одинаково необходим с точки зрения их применения для разводных железнодорожных мостов, учитывая обозначенные выше задачи, заключающиеся в увеличении эффективности и безопасности эксплуатации сооружений данного типа.

Применение цифровых двойников для разводных железнодорожных мостов предоставляет следующие преимущества:

  • Консолидация данных на всех этапах жизненного цикла сооружения.
  • Возможность автоматизированной актуализации данных [15].
  • Возможность проводить анализ с помощью симуляций, связанных с различными вариантами эксплуатации сооружения [16].
  • Возможность проводить анализ и осуществлять прогнозирование возможного развития дефектов и аварийных ситуаций [16].
  • Возможность отображать и передавать данные, необходимые для принятия решений [15].
  • Возможность осуществлять постоянный контроль критических параметров [15].
  • Оптимизация затрат на обслуживание и ремонт за счет доступа к более полной и актуальной информации [16].

С данными преимуществами, относящимися к применению цифровых двойников в рамках одного сооружения, связано также преимущество, относящееся к типу сооружений, для представителей которого созданы цифровые двойники, в целом. К преимуществам, относящимся к типу сооружений, можно отнести: возможность сбора значительных объемов статистической и технической информации об эксплуатации данных сооружений. В случае с разводными железнодорожными мостами сбор данной информации может компенсировать недостаток эмпирической информации, полученной в процессе эксплуатации сооружений данного типа.

Несмотря на описанные выше преимущества, разработка и применение цифровых двойников сооружений связаны с рядом трудностей, которые должны быть приняты во внимание при внедрении данной технологии:

Необходимость разработки и актуализации детализированных ЦИМ сооружений.Необходимость обеспечения динамической связи ЦИМ и расчетных моделей.Необходимость обновления ЦИМ в процессе эксплуатации сооружений.Необходимость устройства соответствующих систем мониторинга и проведение осмотров сооружений.Необходимость определения сценариев применения цифровых двойников для создания соответствующих связей между реальным объектом и цифровым двойником.

ВЫВОДЫ

Применение цифровых двойников для разводных мостов на железных дорогах, при преодолении указанных трудностей может оказать значительный положительный эффект на процессы, связанные с эксплуатацией сооружений данного типа.

Применение цифровых двойников также позволит значительно повысить функциональную безопасность сооружений, путем эффективного выявления и оценки влияния дефектов на безопасность их эксплуатации. Кроме того, применение цифровых двойников при эксплуатации разводных мостов на железных дорогах позволит оптимизировать процессы обслуживания и ремонта, путем сбора и анализа актуальной информации, а также при помощи прогностических инструментов, таких как симуляции, что не только снизит эксплуатационные затраты, но также окажет положительное влияние на функциональную безопасность данных сооружений.

Помимо этого, применение цифровых двойников может также оказать положительное влияние на проектирование и строительство новых разводных железнодорожных мостов. Сбор и анализ данных о существующих сооружениях с помощью цифровых двойников может поспособствовать развитию эффективных решений в проектировании сооружений данного типа и, как следствие, оказать положительное влияние на строительные процессы, путем их оптимизации, что может привести к упрощению технологических процессов и уменьшению сроков строительства. Увеличение эффективности и уменьшение продолжительности этапов проектирования и строительства, в свою очередь, может сделать конструкции данного типа более конкурентоспособными по сравнению с высокими мостами и поспособствовать более обширному применению разводных мостов на железных дорогах в будущем.

В заключение необходимо отметить, что создание цифровых двойников – задача, требующая значительных дополнительных трудозатрат и финансовых вложений, что следует из представленных выше ассоциированных с их применением задач. Тем не менее, для такого типа сооружений, как разводные железнодорожные мосты, учитывая такие их особенности, как конструктивная сложность, значительные сроки эксплуатации и относительно низкая распространенность, из которой следует ограниченность эмпирических данных, применение цифровых двойников может быть эффективно, в первую очередь, для повышения функциональной безопасности эксплуатации и оптимизации ремонтных мероприятий, а также для процессов на иных этапах жизненного цикла сооружений данного типа.

Авторы заявляют что:

  1. У них нет конфликта интересов;
  2. Настоящая статья не содержит каких-либо исследований с участием людей в качестве объектов исследований.

The authors state that:

  1. They have no conflict of interest;
  2. This article does not contain any studies involving human subjects.

 

1 rbc.ru [интернет]. Почему в России мало мостов // РБК [дата обращения: 14.05.2025]. Режим доступа: https://www.rbc.ru/newspaper/2016/05/25/573de5139a79478774746561

2 ast.mk.ru [интернет]. 13 мая в Астрахани разведут Старый мост // МК Астрахань [дата обращения: 14.05.2025]. Режим доступа: https://ast.mk.ru/social/2025/05/12/13-maya-v-astrakhani-razvedut-staryy-most.html

3 pravdasevera.ru [интернет]. В Архангельске назвали условия разводки мостов // Правда Севера [дата обращения: 14.05.2025]. Режим доступа: https://pravdasevera.ru/2023/06/03/647ae4ae4ca79ccdff40c032.html

4 volgo-balt.ru [интернет]. Графики разводки мостов // Федеральное бюджетное учреждение «Администрация Волго-Балтийского бассейна внутренних водных путей» [дата обращения: 14.05.2025]. Режим доступа: https://www.volgo-balt.ru/activity/putevaya-informatsiya/grafiki-razvodki-mostov/

5 mostotrest-spb.ru [интернет]. Разводные мосты // Мостотрест [дата обращения: 14.05.2025]. Режим доступа: https://mostotrest-spb.ru/bridge-type/razvodnye-mosty

6 cruiseinform.ru [интернет]. Шижненский железнодорожный мост [дата обращения: 14.05.2025]. Режим доступа: https://cruiseinform.ru/catalog/6/bbk/shizhnenskiy-zheleznodorozhnyy-most/

×

About the authors

Stepan E. Svintsov

Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University; Stroyproekt Engineering Group

Author for correspondence.
Email: stiwosv@gmail.com
ORCID iD: 0009-0001-1170-6821
SPIN-code: 4608-5453

Postgraduate student, I Category Structural Design Engineer

Russian Federation, St. Petersburg; St. Petersburg

Sergey V. Chizov

Emperor Alexander I St. Petersburg State Transport University

Email: sergchizh@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-7613-8848
SPIN-code: 6419-1111

Cand. Sci. (Engineering), Associate Professor

Russian Federation, St. Petersburg

References

  1. Negomedzyanova AA, Ovchinnikov IG. On the design of drawbridges. Vestnik Evraziyskoy nauki. 2023;(15(2)). (In Russ.) EDN: JBKXZK
  2. Structures & Large-Scale Projects [Internet]. Structurae. [cited 2025 May 14]. Available from: https://structurae.net/en
  3. Antonyuk AA, Varnavskaya AO. Principles of determining requirements for urban bascule bridges of opening system under intensive operating conditions. Vestnik Evraziyskoy nauki. 2017;(4(41)):70. (In Russ.) EDN: ZIGGGN
  4. World Cities Database [Internet]. Simplemaps. [cited 2025 May 14]. Available from: https://simplemaps.com/data/world-cities
  5. Rossiya 2024: statisticheskiy sbornik [Russia 2024: statistical yearbook] [Internet]. Rosstat. [cited 2025 May 14]. Available from: http://ssl.rosstat.gov.ru/storage/mediabank/Rossia_2024.pdf
  6. Bogdanov GI. Design of bridges and pipes. Drawbridges. Moscow: Uchebno-metodicheskii tsentr po obrazovaniyu na zheleznodorozhnom transporte; 2014. (In Russ.)
  7. Franciosi M, Kasser M, Viviani M. Digital twins in bridge engineering for streamlined maintenance and enhanced sustainability. Automation in Construction. 2024;168 (Part A):105834. doi: 10.1016/j.autcon.2024.105834 EDN: LKYAQO
  8. Grieves M, Vickers J. Digital Twin: Mitigating Unpredictable, Undesirable Emergent Behavior in Complex Systems. In: Transdisciplinary Perspectives on Complex Systems. Lisbon: Springer; 2017:85–113.
  9. GOST R 57700.37-2021. Computer models and simulation. Digital twins of products. General provisions. Approved and put into effect by the Order of the Federal Agency on Technical Regulating and Metrology dated September 16, 2021 No. 979-st. Date of introduction 2022-01-01. Moscow: Standartinform; 2021. (In Russ.)
  10. Isikdag U, Aouad G, Underwood J, Wu S. Building Information Models: A review on storage and exchange mechanisms. In: Proceedings of the CIB W78 Conference; 2007; Santiago. Santiago; 2017.
  11. Savenko AI, Cherenkov PV. Common data environment for construction projects implementation using BIM. IndorSoft. 2019;(2(13)):4–11. (In Russ.) EDN: YCCEZG
  12. Mousavi V, Rashidi M, Mohammadi M, Samali B. Evolution of Digital Twin Frameworks in Bridge Management: Review and Future Directions. Remote Sensing. 2024;16(11):1887. doi: 10.3390/rs16111887 EDN: YPBJTO
  13. Svintov SE. Implementation of dynamic connection between information and calculation models using an external data source. In: Proceedings of the Russian scientific-practical conference “Informatsionnoe modelirovanie v zadachakh stroitelstva i arkhitektury”; 2025; Saint Petersburg. Saint Petersburg: Saint Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering; 2025;402–412. (In Russ.) doi: 10.23968/BIMAC.2025.0544
  14. Tao H. Research on the development and application of digital twin for the full life cycle of bridge engineering. Theoretical and Natural Science. 2024;31(1):279–286.
  15. Korus K, Salamak M, Winkler J. Digital Twins as the Next Step in the Design and Management of Bridge Structures. In: Building for the Future: Durable, Sustainable, Resilient. fib Symposium 2023. Lecture Notes in Civil Engineering. Cham: Springer; 2023;350:1586–1593. doi: 10.1007/978-3-031-32511-3_162
  16. Najafi A, Amir Z, Salman B, et al. A Digital Twin Framework for Bridges. Proceedings of the ASCE International Conference on Computing in Civil Engineering; 2023 Jun 25–28; Corvallis, OR, USA. Corvallis; 2023. doi: 10.1061/9780784485231.052

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Distribution of movable bridges by country

Download (307KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Distribution of movable bridges by year of completion

Download (251KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Distribution of movable railway bridges by age

Download (245KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Distribution of movable bridges by traffic type

Download (281KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Distribution of movable railway bridges by type

Download (141KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Distribution of movable bridges in Russia by city and region

Download (146KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Distribution of movable bridges in Russia by year of completion

Download (149KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Distribution of movable railway bridges in Russia by age

Download (193KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Distribution of movable bridges in Russia by traffic type

Download (197KB)
Indexing metadata
11. Fig. 10. Distribution of movable railway bridges in Russia by type

Download (89KB)
Indexing metadata
12. Fig. 11. Distribution of cities and regions of movable bridges location by population

Download (117KB)
Indexing metadata
13. Fig. 12. Distribution of cities and regions of movable bridges location by population in Russia

Download (127KB)
Indexing metadata
14. Fig. 13. Bridge digital twin composition and data exchange scheme

Download (91KB)
Indexing metadata
15. Fig. 14. Bridge digital twin uses scheme

Download (260KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Svintsov S.E., Chizov S.V.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

link to the archive of the previous title