Профессия "гидротехник" вновь становится популярной?

Правда ли, что профессия гидротехника вновь становится популярной? Насколько перспективно использование шпунта из композитных материалов и как развивается строительный софт? За ответами на эти вопросы мы отправились в Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого. Это один из немногих российских образовательных центров, где готовят гидротехников.

ГДЕ ГОТОВЯТ ИНЖЕНЕРОВ-ГИДРОТЕХНИКОВ 

– Дмитрий Андреевич, какое место в вузе занимает подготовка гидротехников?

– Гидротехническое строительство является визитной карточкой Инженерно-строительного института СПбПУ Петра Великого. Почти шестьдесят лет до 1999 года институт назывался гидротехническим факультетом. В 1930-е годы прошлого века гидротехника была особенно востребована: готовились специалисты, проводились научно-исследовательские работы для укрепления энергетической базы Советского Союза. Тогда строилось много крупных знаковых объектов. При этом специалистов гидротехников и тогда, и сейчас готовили всего несколько вузов страны. Термин "специалист" я использую в широком смысле этого слова, так как сегодня образовательные программы делятся на специалитет и бакалавриат-магистратуру.

В наших стенах получили путёвку в жизнь многие всемирно известные учёные гидротехники. Назову только одно имя – академик РАН Юрий Васильев. Он окончил факультет в 1951 году и прошёл путь до ректора Санкт-Петербургского государственного политехнического университета, а впоследствии стал его президентом. К слову, следующий ректор Политеха – Михаил Фёдоров тоже выпускник гидротехнического факультета.

Сейчас за направление "гидротехническое строительство" отвечает самая большая из четырёх высших школ института – Высшая школа гидротехнического и энергетического строительства (ВШГиЭС). На данный момент в ней работает почти 100 сотрудников. В первую очередь специальность востребована среди поступающих, которые уже имеют о ней представление. Сегодня конкурс достаточно хороший, при этом в институте много бюджетных мест.

– Гидротехническое строительство довольно обширное направление, есть ли какая-то дополнительная специализация?

реклама

– В 2010-х годах на кафедре гидротехнического строительства (ГТС) существовало два основных направления подготовки: морское и речное. Арктическое, шельфовое, портовое строительство относилось к морскому направлению. Плотины, дамбы, гидроэлектростанции были основой речного направления. После реорганизации и объединения нескольких кафедр, а также после выделения бакалавриата и магистратуры, названия направлений подготовки претерпели изменения. К примеру, для бакалавриата существует направление "Гидротехническое, энергетическое и арктическое строительство". На основе предпочтений студентов, формируется несколько групп с разным уклоном. Большим спросом в последнее время пользуется арктическое и шельфовое строительство. В Высшей школе сегодня работают разработчики специализированного программного обеспечения для расчёта шельфовых платформ и специалисты, выполняющие проекты на Северном морском пути.

– Проекты реальных гидротехнических сооружений?

– Да, на кафедре ГТС всегда была сильная школа арктического строительства. Нашими сотрудниками выполнены десятки расчётов шельфовых платформ для разведки, бурения, добычи нефти и газа и ещё больше расчётов морских терминалов. В штате присутствуют разработчики специального программного комплекса, одобренного РМРС.

Нельзя не вспомнить заслуженного деятеля науки Российской Федерации Карла Шхинека. Он является автором многих книг и пособий по расчёту ледовых нагрузок в Арктике. При его участии были разработаны методики для расчётов нагрузок от льда, которые вошли в мировую практику, в том числе в международные документы по стандартизации. Мне посчастливилось учиться у него, Карл Натанович был руководителем моей первой защищённой кандидатской диссертации.

– Насколько востребованы выпускники-гидротехники? 

– Я тесно связан с проектированием морских причальных сооружений и шельфовых сооружений Арктики и могу сказать, что в этой области ощущается серьёзная нехватка молодых специалистов. Только в Санкт-Петербурге несколько десятков профильных организаций ищут специалистов с гидротехническим образованием. Часто можно видеть, как гидротехники успешно занимают всевозможные должности в различных сегментах строительной индустрии и не только. При этом в обратную сторону это практически не работает: у выпускников других специальностей не хватает знаний для проектирования гидротехнических объектов. Полагаю, высокий спрос на наших выпускников сохранится, в первую очередь в связи с развитием Северного морского пути.

ЛЁД – СЛОЖНЫЙ МАТЕРИАЛ

– Вы специализируетесь на ледовых расчётах, возглавляете лабораторию фундаментальных основ ледотехнических исследований. Существуют ли ледовые нагрузки, до сих пор не представленные в нормативных документах?

– Ледовые нагрузки – тема обширная и важная для арктического гидротехнического строительства. Они часто значительно превышают абсолютные значения других нагрузок, поэтому проектируемое сооружение во многом определяется ими. Кроме ледовых нагрузок есть смысл говорить и о ледовых воздействиях. Они могут быть разными – это и следствия вмерзания, расширения льда, забивка обломками, наползание льда и многое другое. Все эти воздействия могут реализовываться в разных сценариях взаимодействия сооружений разного профиля со льдом или взаимного влияния сооружений.

Нормативные документы не рассматривают все сценарии взаимодействия сооружения со льдом. Лёд является сложным материалом, обладающим как пластичными, так и хрупкими свойствами, и численное моделирование здесь сталкивается с целым рядом трудностей. Движущийся лёд может формировать динамические нагрузки. Кроме того, свойства льда должны рассматриваться как стохастические. Задача численного моделирования для определения нагрузок от движущегося разрушающегося льда является сложной, и даже сегодня не существует единых методик по её выполнению. Помимо этого, существует ряд пробелов в фундаментальном знании о разрушении льда, требующих исследований.

– Существует ли специфика модернизации старых арктических портов на Севморпути?

– Тема развития СМП сейчас актуальна. Проектировщику, как правило, проще разработать новую конструкцию, чем пытаться внести изменения в существующую. Сложности, например, создают юридические вопросы. Случается, что при реконструкции и усилении причалов забивают новую шпунтовую стенку, отступив от имеющейся. Если акватория ограничена, произойдет её уменьшение, что может быть недопустимым. Со стороны территории порта тоже часто действуют ограничения, связанные с границей участка и зарегистрированными объектами недвижимости. Иногда новые изыскания обнаруживают существенное изменение характеристик грунтов и не в лучшую сторону.

Нередки случаи, когда старые проекты выполнялись с использованием нормативных документов или программного обеспечения, которые уже не действительны и не используются. И может оказаться, что расчёты по новым требованиям и программам покажут необходимость серьёзной модернизации сооружения при реконструкции.

– Как изменилось обоснование надёжности ГТС за последние десятилетия? Какую роль в этом процессе сегодня играют численные модели и программное обеспечение?

реклама

– За последние 20 лет ситуация довольно сильно поменялась. Ранее обоснование надёжности проводилось в основном методом ручного расчёта. Сейчас основу при обосновании надёжности ГТС составляют расчёты с использованием численных компьютерных моделей. В некоторых случаях требования проведения моделирования прямо обозначены в нормативных документах. Если взять, например, расчёты несущей способности грунта, то численная модель даёт гораздо больше информации, чем ручной расчёт. Она позволяет строить точные поверхности обрушения, определять точки пластической деформации, учитывать консолидацию и стадийность, влияние жестких элементов, геосеток, грунтовых вод, фильтрации. Это позволяет получить результат, гораздо более приближенный к реальному поведению моделируемой системы, что, в свою очередь, даёт возможность обеспечить необходимые коэффициенты запаса.

– Какие требования предъявляются к программам численного обоснования надёжности?

– Сегодня на рынке представлены разнообразные программные продукты. При выборе того или иного софта необходимо обратить внимание на наличие сертификата соответствия. Случается, что хорошо зарекомендовавшая себя программа на дату прохождения экспертизы не имеет действующего сертификата соответствия. Был случай, когда сертификат соответствия на программу закончился непосредственно перед подачей документов на экспертизу. Некоторые специалисты придерживаются точки зрения, что общеизвестные численные методы являются математической реализацией доказанных теорем, и, следовательно, наличие сертификатов на программы, реализующие эти численные методы, не должно быть обязательным при условии прозрачности реализации алгоритма расчётного метода в программе.

Помимо формальных критериев для проектировщика важно, чтобы результат моделирования в данной программе не отличался от альтернативных проверенных методов расчёта. Бывает, что результаты расчётов, полученных с помощью разных сертифицированных программ, отличаются друг от друга. Специалисты и эксперты, занимающиеся моделированием, как правило, заранее знают особенности того или иного софта.

– Есть ли, на ваш взгляд, какие-либо подводные камни у массового перехода на численные расчёты?

– Сейчас всё отчётливее стала проявляться проблема низкого порога вхождения в численное моделирование. Знаком с комментариями разработчиков одного известного ПО, которые утверждали, что ранее намеренно не создавали простого интерфейса во избежание снижения порога вхождения в численное моделирование. Сейчас на рынке конкурируют многие расчётные программные комплексы. И разработчики вкладывают большие средства именно в создание интерфейса дружественного пользователю. Это серьёзно расширяет аудиторию пользователей программы и, соответственно, её продажи.

Однако снижение порога вхождения таит в себе опасность получить псевдорезультаты от недостаточно компетентного расчётчика. Несмотря на то что расчётные программы стали использовать сложные, усовершенствованные алгоритмы, цифровые модели и т.п., роль оператора не уменьшается. Нужно корректно задать исходные данные, грамотно составить расчётную модель. Только такой подход гарантирует правильный результат, но для этого требуется опыт. На практике же приходится сталкиваться с тем, что начинающие расчётчики этого не понимают. Они зачастую просто выполняют функцию устройства для ввода данных. Загрузив в программу некие параметры и получив результат, они безоговорочно ему доверяют.

Сейчас изучение расчётных программных комплексов включены в наши образовательные программы. Проведение расчётов требуется во многих курсовых работах и проектах. Это позволяет будущим специалистам наработать опыт. Перед началом курса по математическому моделированию я всегда говорю студентам, что специалист и его навыки гораздо важнее той программы, в которой проводятся вычисления.

– Какие перспективы в гидротехническом строительстве у информационного моделирования строительных объектов (BIM)?

– Действительно, сейчас на производстве и в образовании наступила эпоха BIM, четырёхмерного проектирования. Уже есть требования, делающие BIM обязательной частью некоторых проектов. В гидротехническом строительстве этот переход идёт с некоторым отставанием от промышленно-гражданского строительства. Отчасти это связано с тем, что большинство гидротехнических сооружений являются объектами повышенной ответственности. И внедрение инноваций, наработка базы данных типовых решений и элементов идёт дольше. Для "простых" сооружений создание не только BIM, но даже трёхмерной модели часто является излишним. Например, если мы имеем какое-то протяжённое сооружение, которое достаточно описать несколькими поперечными разрезами. Тем не менее процесс внедрения BIM в морскую отрасль идёт, и всё больше объектов проектируются сразу с использованием этой технологии.

– Насколько перспективно широкое использование шпунта из композитных материалов в гидротехнике?

– Композиты занимают всё большую долю рынка, особенно в промышленном и гражданском строительстве (ПГС). Существует композитный шпунт, на который уже создан ГОСТ Р. Материал перспективный, и его можно часто встретить на неответственных объектах. При проектировании сооружений повышенной ответственности (к которым относятся и гидротехнические объекты) в России его пока не используют.

Основным материалом для производства шпунта остаётся сталь. Её отличают высокие прочностные характеристики, отработанные способы монтажа (забивка шпунта, использование сварки и т.д.), а самое главное – наличие нормативных документов и методик, без которых невозможно обоснование надёжности. Добавлю, что выбор материалов обусловливается целым рядом факторов. Например, возможностью поставки заданных объёмов в установленные сроки, технологией монтажа и возможностью ремонта доступными техническими средствами. 

– Существует ли проблема фрахтования судов для морского строительства?

– Для определённых этапов морского гидротехнического строительства требуются узкоспециализированные суда. Проблема их фрахтования существовала всегда, это короткие окна доступности, длительные сроки ожидания, высокая стоимость. В отдельных случаях фрахтовка судна невозможна. Далеко не всегда оправдано и строительство собственного специализированного флота, так как обеспечить требуемый объём работ для выхода на самоокупаемость непросто.

В некоторых случаях вместо судов можно использовать строительство с насыпей или искусственных островов. В одном из проектов мы использовали ледовый остров. Ледовые острова подходят, например, для изысканий, так как за исключением некоторых элементов, не требуется проводить демонтаж. Это очень интересная технология с точки зрения стоимости и возможностей.