Мониторинг состояния каркасных домов с применением встроенных датчиков влажности и деформации: валидация цифровых двойников ограждающих конструкций

Введение. Предметом исследования являются методы встроенного мониторинга влажностного и деформационного состояния ограждающих конструкций каркасных домов и процедуры валидации их цифровых двойников по сенсорным данным.

Цель работы заключается в разработке методики интеграции встроенных датчиков температуры, относительной влажности, влагосодержания древесины и деформаций с цифровым двойником многослойной каркасной ограждающей конструкции для повышения достоверности оценки ее технического состояния.

Материалы и методы исследования включают анализ научных публикаций, нормативных источников, включая СП 31–105–2002 [13], формирование структуры цифрового двойника, разработку схемы размещения датчиков в критических зонах конструкции, проектирование лабораторной и натурной программы мониторинга, а также разработку критериев сопоставления расчетных и измеренных параметров.

Результаты. Сформирована комплексная методика мониторинга состояния каркасных ограждающих конструкций, предложена архитектура цифрового двойника, определены наиболее информативные зоны установки сенсоров и разработаны критерии валидации модели по временным рядам контролируемых параметров. Установлено, что использование встроенного мониторинга позволяет повысить точность цифрового двойника за счет калибровки параметров тепловлажностной и механической подсистем, а устойчивое рассогласование расчетных и измеренных значений может рассматриваться как диагностический признак скрытого дефекта. 

Выводы. Научная новизна исследования состоит в разработке комплексной методики валидации цифрового двойника каркасной ограждающей конструкции на основе данных встроенных датчиков влажности и деформации. Практическая значимость работы определяется возможностью раннего выявления скрытого увлажнения, прогнозирования деформационного поведения и повышения надежности эксплуатации каркасных зданий, проектируемых и возводимых в соответствии с действующей нормативной базой.

1. Кудрявцев А.Н., Ливчак В.И. Строительная теплофизика ограждающих конструкций. Москва: АСВ. 2010. 432 с.

2. Гагарин В.Г., Козлов В.В. Тепловлажностный режим ограждающих конструкций зданий. Москва: Издательство АСВ. 2005. 320 с.

3. Тамразян А.Г. Мониторинг технического состояния строительных конструкций и зданий. Москва: МГСУ. 2012. 256 с.

4. Hagentoft C.E. Introduction to Building Physics. Lund: Studentlitteratur. 2001. 320 p.

5. Künzel H.M. Simultaneous Heat and Moisture Transport in Building Components: One- and Two-Dimensional Calculation Using Simple Parameters. Stuttgart: Fraunhofer IRB Verlag.1995.110 p.

6. Straube J., Burnett E. Building Science for Building Enclosures. Westford: Building Science Press. 2005. 608 p.

7. Glass S.V., Zelinka S.L. Moisture Relations and Physical Properties of Wood. Wood Handbook: Wood as an Engineering Material. Madison: USDA Forest Service, Forest Products Laboratory. 2010, pp. 4.1– 4.19.

8. Grieves M., Vickers J. Digital Twin: Mitigating Unpredictable, Undesirable Emergent Behavior in Complex Systems. Transdisciplinary Perspectives on Complex Systems. Cham: Springer, 2017, pp. 85–113. https://doi.org/10.1007/978-3-319-38756-7_4

9. O’Donnell J., Narayanan S., Ahuja A. Model Calibration and Inverse Modeling in Building Performance Studies. Building Performance Simulation for Design and Operation / ed. by J. Hensen, R. Lamberts. London: Spon Press, 2011, pp. 421–460.

10. Dong B., Wang C. Digital Twins for Built Environment Applications. Buildings, 2021, vol. 11, no. 2, article 63. https://doi.org/10.3390/buildings11020063

11. EN ISO 13788. Hygrothermal Performance of Building Components and Building Elements – Internal Surface Temperature to Avoid Critical Surface Humidity and Interstitial Condensation – Calculation Methods. Brussels: CEN, 2012.

12. ISO 15686–1. Buildings and Constructed Assets – Service Life Planning – Part 1: General Principles and Framework. Geneva: ISO, 2011.

13. СП 31–105–2002. Проектирование и строительство энергоэффективных одноквартирных жилых домов с деревянным каркасом. Москва: Госстрой России, 2002.