Information modeling for in-service inspection as a digital transformation stage of the Saint Petersburg underground railway

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Метрополитен Санкт-Петербурга, как основной вид внеуличного транспорта мегаполиса являет собой совокупность задействованных в перевозочном процессе подвижного состава и объектов инфраструктуры, безопасность функционирования которых обеспечивается благодаря четкой и слаженной работе всех структурных подразделений, отвечающих за поддержание в надлежащем состоянии оснований, строительных конструкций, сетей и систем инженерно-технического обеспечения зданий и сооружений.

Основной задачей для транспортного предприятия является обеспечение надлежащего технического состояния объектов инфраструктуры [1, 2]. Выявление, контроль и анализ развития инженерных осложнений, способных снизить характеристики и показатели надежности и механической безопасности объектов инфраструктуры метрополитена представляется важным аспектом эксплуатации.

КОНЦЕПЦИЯ ТРАНСФОРМАЦИИ ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО ПРОЦЕССА ДЛЯ ОБЪЕКТОВ ИНФРАСТРУКТУРЫ

Обеспечение безопасности при эксплуатации объектов инфраструктуры любого предприятия напрямую зависит от того, насколько правильно, своевременно и качественно выполняется их техническое обслуживание, полно и квалифицированно производится анализ результатов эксплуатационной деятельности, оперативно принимаются управленческие решения. В рамках действующего законодательства эксплуатационные процессы должны подвергаться трансформации и оптимизации с последующим сокращением эксплуатационных расходов.

К примеру, текущее обслуживание и текущий ремонт в целом зависят от качества и полноты данных, получаемых в результате регулярных осмотров, где для формирования полной «картины» о состоянии объекта требуется всесторонний и комплексный подход [3]. В целях обеспечения комплексной надежности линейно-протяженных объектов инфраструктуры метрополитена, включающих инженерные коммуникации и многочисленные конструктивные элементы, необходимо рассматривать эксплуатационный контроль их технического состояния как элемент единой функциональной системы управления. Данные, получаемые по различным направлениям деятельности неразрывно связаны, имеют значительный объем и в условиях действующих пассажироперевозок должны подвергаться оперативному анализу, нацеленному на помощь в принятии управленческих решений. Выполняемые в процессе эксплуатации работы проводятся по специально разработанным и утвержденным технологическим процессам или руководствам на производство работ, которые закреплены внутренними документами метрополитена. Однако, сложившаяся за многие годы система надзора за объектами инфраструктуры отличается значительным количеством рутинных операций, дублированием данных и, в некоторых случаях, невозможностью оперативного доступа к данным для их систематизации и анализа.

Возможность полной или частичной автоматизации эксплуатации объектов инфраструктуры, равно как и прогнозирование изменений в состоянии их конструкций, получение оперативного доступа к эксплуатационной документации, возможность расчётов объемов и стоимости ремонтно-восстановительных работ, а также осуществление планирования и контроля расходования ресурсов, является актуальной задачей на пути совершенствования деятельности предприятия.

Неотъемлемой частью совершенствования процесса эксплуатации объекта инфраструктуры стала поэтапная проработка вопроса, основанная на анализе и оценке существующего порядка взаимодействий внутри предприятия (Рис. 1).

 

Рис. 1. Принципиальная схема плана по совершенствованию процесса эксплуатационного контроля на предприятии

Fig. 1. Schematic diagram of a plan for improving the in-service inspection at the enterprise

 

При таком подходе перспективными являются мероприятия по информационному обеспечению системы надзора, обеспечивающие удобство сбора и качественный анализ большого объема данных. Создание базы данных по истории эксплуатации объекта инфраструктуры, в совокупности с процессным подходом по его обслуживанию в течение всего жизненного цикла позволит существенно оптимизировать затраты на содержание.

В соответствии с сформированной Министерством транспорта Российской Федерации стратегией цифровой трансформации транспортной отрасли [4], метрополитеном на основе ряда регламентирующих документов [5–7] определены приоритетные направления для развития, в том числе внедрение и последующее развитие технологий информационного моделирования (далее – ТИМ). На начальном этапе это касается создания цифровых двойников объектов транспортной инфраструктуры.

СОЗДАНИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ МОДЕЛИ ОБЪЕКТА

Любая задача в составе проекта цифровизации должна решаться с учетом анализа имеющихся бизнес-процессов, поиска «узких» мест в них для определения стратегий и способов, направленных на улучшение показателей процесса [8]. Здесь также немаловажную роль играет наличие качественных программных продуктов и подготовленность кадров на различных уровнях процесса, что в совокупности позволит существенно сократить время на проведение и согласование операций внутри процесса и ускорит погружение в цикл PDCA («планируй, делай, проверяй, действуй»), который предоставляет сотрудникам и участникам процесса стандартизированный подход и принципы для решения возникающих проблем при постоянной возможности совершенствования результатов [9].

В настоящее время на Петербургском метрополитене не имеется объектов, переданных в постоянную эксплуатацию и созданных с применением ТИМ. С учетом этого, на базе одного из эксплуатируемых линейно-протяженных объектов, было принято решение о создании пилотной информационной модели, использование которой позволило бы решить вопрос повышения качества эксплуатационного контроля, нацеленного на обеспечение и поддержание безопасности перевозочного процесса.

«Пилотом» стал один из новых пусковых участков перегонов третьей (Невско-Василеостровской) линии метрополитена между станциями «Приморская» – «Зенит» и «Зенит» – «Беговая», включая станции «Зенит» и «Беговая». Выбор данного участка предопределило: отсутствие полного комплекта исполнительной документации; значительное количество дефектов и недочетов, выявленных после строительства; не реализованная предусмотренная проектом система мониторинга; наличие сложных инженерных (прокладка трассы тоннелей между опорами западного скоростного диаметра) и геологических условий (тоннель пройден в намывных грунтах, находящихся в стадии длительной консолидации) участка строительства.

В результате трудоемкой камеральной обработки данных, полученных в ходе натурных измерений на объектах пилотного проекта, была сформирована трехмерная графическая основа информационной модели, которая позволила точно скоординировать пространственное расположение всех конструктивных элементов перегонных тоннелей и станционных комплексов, включая верхнее строение пути (Рис. 2). Источником данных для трехмерного моделирования и построения сводной информационной модели являлись элементы, созданные при помощи специализированного программного обеспечения, где каждый элемент является цифровым аналогом физического объекта и создается из соответствующего семейства данных, объединённых определенным набором параметров. Так был создан цифровой аналог (копия) сооружений «пилота».

 

Рис. 2. Графическое отображение двухпутного перегонного тоннеля в информационной модели

Fig. 2. Graphic representation of a double-track interstation tunnel in an information model

 

На начальном этапе внедрения системы управления базами данных был выполнен аудит существующих способов хранения накопленной информации по содержанию рассматриваемых участков тоннельных сооружений с анализом участвующих в процессе «пользователей» (от исполнителя до руководителя высшего звена).

НАПОЛНЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ МОДЕЛИ РЕЗУЛЬТАТАМИ ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО КОНТРОЛЯ

В последствии были унифицированы (в соответствии с разработанными классификаторами) и внесены имеющиеся в базу данных программного обеспечения при помощи специально созданных в системе инструментов (система последовательно заполняемых окон и справочников) дефекты и повреждения, относимые системой к опасным или не опасным по характеристикам, которые были заданы авторами с учетом требований к обеспечению безопасного перевозочного процесса. Программное обеспечение позволяет по каждому нарушению заносить индивидуальные параметры и характеристики, прикреплять сопутствующие документы и фотофиксацию. Система настроена на возможность распознавать по вносимым характеристикам степень опасности повреждения, определять необходимость и срочность ремонта, создавать задачи на организацию дополнительных наблюдений, необходимость проведения компенсирующих мероприятий и/или необходимость уведомления вышестоящего руководства.

Проработаны шаблоны задач, о создании которых система запрашивает пользователя. В зависимости от предоставляемых прав, пользователь может создать интересующий поисковый запрос (настраивать набор условий поиска), который может быть сохранен на сервер для дальнейшего использования (в том числе другими пользователям) в качестве нового шаблона. Система предоставляет пользователю возможность построения аналитических отчетов, источником данных для которых является поисковый запрос, а шаблон отчета обеспечивает вывод этих отчетов в нужном для пользователя виде [10–13].

На основании проработанных алгоритмов и порядка взаимодействий, системой определены связи, исключающие формальное участие пользователей на разных этапах. Это позволяет создавать оптимальную последовательность действий на всех этапах процесса, связанного с проведением эксплуатационного контроля.

Всё отраженное выше позволяет существенно снизить затраты на сбор и анализ информации под конкретные задачи, такие как: формирование планов осмотров и наблюдений; составление дефектных ведомостей; составление планов ремонтов; прогнозирование изменений в техническом состоянии и пр. Внесение данных по результатам эксплуатационного контроля объектов инфраструктуры также подчинено четкому алгоритму, исключающему возможность ошибок и неточностей, что существенно повышает качество самого контроля и возможность автоматизации при формировании не только плановых задач, но и при оценке состояния объекта [9, 14].

В результате существенно повышена скорость занесения и обработки данных по результатам эксплуатационного контроля. Помощь системы в принятии решений о сроках устранения дефектов значительно сократила время на обработку и согласование порядка производства работ на различных уровнях допущенных пользователей. Планирование ремонтно-восстановительных работ может осуществляться на основе ведомости дефектов, выгрузка которой может осуществляться по запросу исходя из технологических особенностей дальнейшего устранения дефектов, тем самым определять объемы работ по различным группам технологических процессов.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАСШИРЕНИЯ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ МОДЕЛИ

В перспективе создание информационных моделей на базе опробованного и доработанного программного обеспечения будет распространено на сети и системы инженерно-технического обеспечения, что позволит осуществлять комплексную оценку состояния и соответствия объектов требованиям действующих норм и правил. Комплексную модель в перспективе будет возможно «тиражировать» на другие объекты, а накопленную базу использовать при анализе эффективности эксплуатационного контроля и реализации ремонтно-восстановительных мероприятий.

Следует отметить, что создание информационных моделей является финансово затратным мероприятием. Модели целесообразно создавать в первую очередь для объектов, длительная эксплуатация которых выявила наличие серьезных и многочисленных инженерных осложнений, а также объектов, от которых зависит эксплуатационная надежность инфраструктуры предприятия в целом. Для метрополитена Санкт-Петербурга, расположенного в дельте реки Невы, это участки перегонных тоннелей в зонах с повышенной неотектонической активностью, участки выходов на поверхность, эскалаторные тоннели, стволы вентиляционных шахт и подходные выработки к ним. Также, информационные модели целесообразно создавать для уникальных объектов, где использованы новые технологии строительства или конструкции, т.к. это связано с повышенными рисками в процессе их эксплуатации. Внедрение таких моделей в будущем будет менее затратное, чем создание моделей «старых» объектов, ввиду наличия проектных материалов и соответствия норм проектирования требованиям современного законодательства.

Применительно к объектам инфраструктуры метрополитена использование комплексного подхода в вопросах информационного моделирования является, пока, одной из перспективных практических задач будущего [9]. Важно, что понимание целей, которые стоят перед организациями, эксплуатирующими объекты инфраструктуры, дает возможность формирования четких требований к этапам проектирования и строительства новых объектов, а значит, впоследствии, позволит наиболее комфортно вписаться в общую экосистему социальных, экономических и трудовых отношений.

Внедрение информационных моделей в систему содержания эксплуатируемых сооружений метрополитена (в первую очередь линейно протяженных объектов, для которых в мировой практике не имеется аналогов) является важнейшей задачей, позволяющей в перспективе кардинально улучшить систему надзора и снизить затраты на эксплуатацию. Можно отметить, что технология информационного моделирования становится своего рода электронной инструкцией, способной оперативно предоставлять необходимую информацию о текущих процессах, происходящих на объекте. Кроме того, она помогает полностью отслеживать текущее состояние здания и своевременно принимать необходимые меры.

Внедрение технологий информационного моделирования в эксплуатационную деятельность любого предприятия позволит обеспечить надлежащий уровень цифровой трансформации как принципиально новый способ формирования целей и ценностей [15, 16], вытесняющих традиционные модели организации процессов. А это, в свою очередь полностью соответствует направлениям развития экономки и общества, сформированным в национальных проектах Российской Федерации.

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.

About the authors

Evgenii G. Kozin

Petersburg Metro

Author for correspondence.
Email: ns@metro.spb.ru
ORCID iD: 0009-0002-1439-2722
SPIN-code: 1576-6514

Cand. Sci. (Engineering), Head

Russian Federation, St. Petersburg

Aleksandr P. Ledjaev

Emperor Alexander I. St. Petersburg State Transport University

Email: tunnels@pgups.ru
SPIN-code: 5165-9488
Scopus Author ID: 57211346525

Dr. Sci. (Engineering), professor

Russian Federation, St. Petersburg

Nina S. Kononova

Petersburg Metro

Email: Kononova.N@metro.spb.ru
ORCID iD: 0009-0002-2029-1231
SPIN-code: 1616-5946

Cand. Sci. (Engineering), Chief Specialist

Russian Federation, St. Petersburg

References

Supplementary files