Свайные фундаменты широко применяются в качестве несущего элемента для зданий, мостов и других сооружений. Это опорная конструкция, которая состоит из нескольких стержней и передает нагрузку от строения на более плотные и устойчивые слои грунта. При ее проектировании важно проводить расчет различных параметров (глубину, материал, внешнюю нагрузку), значительно влияющих на осадку и разрушение постройки. Ученые Пермского Политеха разработали инновационную программу, которая использует нейросеть для прогнозирования несущей способности и осадки свайных фундаментов. Технология позволит строителям значительно сократить затраты на геологические исследования и ускорить процесс проектирования.
Программа ПНИПУ снизит расходы при проектировании свайных фундаментов / © Yunus Tuğ, Unsplash
На ПО выдано свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ Федеральной службой по интеллектуальной собственности.
Проектирование свайного фундамента — сложный инженерный процесс, требующий учета множества факторов: глубины погружения сооружения в грунт, его просадки под нагрузкой, несущей способности и других. В настоящее время при планировании строительства на новых, неизученных участках проектировщики вынуждены либо принимать завышенные значения длины свай, либо проводить их прямые испытания на объекте и лабораторные анализы грунта. Существующие нормативы не позволяют прогнозировать жесткостные характеристики конструкции более экономичными методами, что усложняет моделирование поведения зданий на предпроектном этапе.
Ученые Пермского Политеха разработали программное обеспечение «CPTPileANN», которое решает эту задачу с помощью нейросети, позволяя получить необходимые характеристики, существенно снижая риски и затраты на дорогостоящие полевые испытания.
С помощью предлагаемого ПО можно заранее оценивать необходимую глубину фундаментов, рассчитывать несущую способность свай сечением от 30 до 35 сантиметров, строить графики зависимости нагрузки от осадки конструкции, а также прогнозировать ее будущее поведение.
— Наша программа основана на данных статического зондирования и статических испытаний свай. При зондировании специальный зонд вдавливают в грунт и измеряют сопротивление на разных глубинах. Статические испытания свай — это проверка несущей способности свай при нагрузке. Мы собрали и оцифровали архивные материалы более чем по 70 объектам и 180 сваям в глинистых грунтах. На их основе обучили нейронную сеть, которая предсказывает результаты испытаний свай по данным зондирования. В результате модель способна предсказать осадку с точностью около 28%, чего достаточно для предварительного расчета и проектирования фундаментов, — объясняет Ян Офрихтер, старший преподаватель кафедры строительного производства и геотехники ПНИПУ.
По словам ученых, на сегодняшний день «CPTPileANN» реализовано в виде небольшого приложения, устанавливаемого на персональный компьютер. Несмотря на то, что текущая версия еще требует доработки пользовательского интерфейса, технология уже демонстрирует впечатляющие результаты. Она позволит застройщикам лучше планировать геологические изыскания, снижать риски перерасхода бюджета и ускорять начало строительства.
Разработка ученых Пермского Политеха предлагает перспективное решение для проектирования свайных фундаментов, позволяя с помощью нейросетей получать точные необходимые характеристики. Внедрение технологии позволит строительной отрасли в РФ выйти на новый уровень эффективности, безопасности и экономической целесообразности.
