Черно-белая фотография 1920‑х годов показывает сложную задачу, связанную со строительством оригинальной подпорной стены на Чэйтор-Стрит, которая является частью главной магистрали в столице Новой Зеландии, Веллингтоне.
Спустя столетие инженеры из новозеландского отделения WSP — известной консалтинговой компании по проектированию, инженерно-конструкторским работам и охране окружающей среды — в сотрудничестве с муниципалитетом Веллингтона взялись за сложную задачу по модернизации этого исторического памятника с целью повышения его устойчивости к землетрясениям.
Хотя сегодня у них под рукой новейшие технологии геотехнического моделирования.
Хотя сегодня у них под рукой новейшие технологии геотехнического моделирования. (Источник изображения: библиотека Александра Тернбулла, Веллингтон, Новая Зеландия).
«Мы разработали конструкцию, основанную на устойчивости, чтобы укрепить стену и решить жизненно важные комплексные проблемы риска, безопасности и доступности», — говорит Патманатан Брабхахаран (Pathmanathan Brabhaharan), национальный технический директор (по инженерной геологии и устойчивости) в WSP.
Инженеры WSP гениально интегрировали проект конструкции Revit с новыми и старыми геотехническими данными о недрах, а также с топографическими данными, чтобы создать надежную интерактивную трехмерную модель.
«Решение, которое легко визуализирует сложные инженерные схемы, необходимые для работы», — говорит Сива Арумугам (Siva Arumugam), старший геомеханик WSP, руководивший проектированием.
Но даже с инновационными цифровыми технологиями в наборе инструментов построение точной геологической модели не обошлось без проблем.
Популярная достопримечательность прочно вошла в сознание местного населения — мало кто из жителей Веллингтона проезжал мимо на автомобиле, велосипеде или проходил пешком, не любуясь причудливыми произведениями искусства. (Источник изображения: Брабхахаран, WSP).
Уникальный набор задач
Подпорная стена на Чэйтор-Стрит в Веллингтоне имеет длину 200 метров и высоту до 7,5 метров. Очень похоже на задачу проектирования современной инженерии для существующей структуры.
«Важным аспектом этого проекта модернизации, который большинству людей легко упустить, является тот факт, что мы работаем с двумя протяженными стенами, а не с одной, построенными по-разному и в разное время, что значительно усложняет данные», — говорит Джордан Майерс (Jordan Miers), геотехник WSP.
«Всегда очень интересно работать с историческими исследованиями и унаследованными данными, нам приходится оценивать их достоверность. И если есть два конфликтующих фрагмента данных — какой нам следует выбрать? Возможно, это не обязательно тот, который поддерживает наши предположения», — говорит Майерс.
Интегрируя Revit в Leapfrog Works для создания своей трехмерной модели, Майерс был заинтригован тем, как они могут сочетаться друг с другом и чего позволяют достичь.
«В нашем преобразовании мы столкнулись с реальной проблемой масштабируемости — на самом деле довольно интересной!» — говорит Майерс.
Revit — это программа информационного моделирования объектов (BIM), для работы с которой данные должны исчисляться в миллиметрах, тогда как инструменты Leapfrog для картирования недр работают с метрами.
«Изначально наши пятиметровые координаты были импортированы как 5000 единиц, что полностью раздуло наш порядок величин. У нас была гигантская модель на всю стену, возвышающаяся над крошечной моделью геологической среды.»
«Благодаря преобразованию в согласованные координаты и экспорту данных Revit в файл DWG перед их импортом все получилось», — говорит Майерс.
Оживленная проезжая часть и автобусная полоса проходят у основания стены внизу, а две дороги, Raroa Crescent и Northland Tunnel Road, пересекаются наверху. (Источник изображения: Майерс, WSP).
Сотрудничество имеет решающее значение
Коллеги Арумугам и Майерс из WSP согласны с тем, что некоторые технические аспекты этого проекта оказались очень сложными, но их решение доставило удовлетворение.
«Для достижения необходимого уровня сейсмостойкости мы спроектировали подпорную стену, в которой более 100 стальных армирующих скальных анкеров вставляются в скалу под разными углами», — говорит Арумугам.
Анализ устойчивости откосов в GeoStudio использовался для оценки стены, построенной на насыпи, опирающейся на край коренной породы граувакка, которая волнообразно повторяет крутые контуры участка, при этом состояние породы зависит от близости поверхности или просачивания грунтовых вод.
Трехмерные модели помогают интерпретировать эти геологические изменчивости, чтобы лучше принимать обоснованные решения, такие как ожидаемая глубина бурения до прочной породы и баланс анкеров и свай для оптимизации стоимости строительства.
«Геотехнические модели, которые мы создали, позволяют нам легче визуализировать аспекты подземного строения, чтобы помочь решить любые задачи проектирования, а также возвести скальные анкеры и сваи настолько точно, эффективно и экономично, насколько это возможно», — говорит Арумугам.
«Потребовалась абсолютно сплоченная коллективная работа, сотрудничество подрядчиков по геофизике и бурению, специалиста по Revit из Манилы, инженеров из нашего офиса WSP в Веллингтоне и опыт Майерса в геотехнической сфере. Мы испытывали удовольствие, наблюдая, как проект обретает законченные черты.»
Геологическая трехмерная модель показывает, что сваи проникают глубже в центре структуры, где отступает край коренной породы. Темно-фиолетовым цветом представлена более прочная порода, а светлым — более слабые или выветренные. (Источник изображения: Майерс, WSP).
Демонстрация структуры цифрового двойника.
WSP работает над проектом в сотрудничестве с муниципалитетом Веллингтона в рамках текущей региональной программы, направленной на обеспечение большей сейсмостойкости основных объектов транспортных сооружений, включая подпорные стены, туннели и мосты.
Упрощение сложных данных в виде решения с трехмерной визуализацией дает ключевую информацию тем заинтересованным сторонам, которые не имеют инженерного опыта, позволяя им лучше понять сложности проекта.
«Возможность продемонстрировать подробные данные проекта и поделиться тем, как стена будет выглядеть после завершения работ по усилению сейсмостойкости, имеет реальную ценность», — говорит Майерс.
Трехмерной моделью — или цифровым двойником — можно управлять, чтобы отображать стену под разными углами, просматривать срез в разрезе, точно определять детали скальных анкеров там, где структура вписывается в дорожную сеть и существующие коммуникации, новый автодорожный отбойник, освещение и многое другое.
«Это отличный инструмент для объяснения определенных геологических особенностей и, благодаря возможности запускать несколько геологических моделей, он имеет решающее значение для информирования клиентов об одной из важнейших переменных — риске».
«Мы даже можем поделиться последними штрихами, наложив на бетонное покрытие стены заказанные муниципалитетом архитектурные элементы, вдохновленные традиционными орнаментами маори и изображениями местных птиц», — говорит Майерс.
По всей длине подпорной стены сваи и стальные армирующие анкеры, установленные под углом к крутому рельефу, дополняют инженерные решения, необходимые для достижения оптимальных сейсмических характеристик. (Источник изображения: Майерс, WSP).
Цифровая историческая достопримечательность
Красота создания динамичного цифрового двойника, ориентированного на будущее, запредельна.
«Leapfrog — это мощный инструмент для интерполяции данных, а наша интерпретирующая модель обеспечит надежную оценку этапа строительства», — говорит Майерс. «И мы можем постоянно отслеживать и уточнять наше представление с учетом любых изменений грунтовых условий, обнаруженных на месте».
Постоянно обновляемая модель предоставляет комплексный долгосрочный инструмент управления активами для муниципалитета Веллингтона и населения города, а также повышенную безопасность на десятилетия вперед.
Длительная карьера Брабхахарана в проектировании и строительстве сейсмостойких объектов позволила ему побывать во многих сейсмоопасных районах по всему миру. Он лично становился свидетелем разрушений, которые крупное сейсмическое событие может нанести населению и инфраструктуре.
«Подпорная стена на Чэйтор-Стрит является частью очень важного участка дороги, по которому каждый день проезжает много людей», — говорит он. «Благодаря спроектированному прочному армированию она будет надежной, эстетически красивой, более безопасной и, что наиболее важно, более устойчивой к землетрясениям — для меня это является высшим преимуществом».