Узбекистан, Ташкент – АН Podrobno.uz. Узбекистан относится к числу сейсмоопасных регионов планеты. Только в начале этого года узбекистанцам пришлось столкнутся сразу с несколькими чувствительными толчками, которые заставили задуматься о сейсмостойкости жилья и зданий, в которых мы живем и работаем.
Существуют ли сегодня эффективные методы сейсмозащиты, как с этим дело обстоит в Узбекистане и есть ли будущее у этой профессии в нашей стране поговорили с экспертом, доктором Шахзодом Тахировым, который работает в области сейсмостойкости и сейсмобезопасности сооружений и структур уже 24 года. Он является заведующим экспериментальной лаборатории (Structures Laboratory) по крупномасштабным испытаниям в Университете Беркли в Калифорнии.
– В современном мире человечество сталкивается с рядом серьезных угроз, которые обусловлены природными стихиями, глобальным потеплением, а также различными потенциальными техногенными катастрофами (например, авариями на атомных станциях). Какое место среди таких угроз занимают сильные землетрясения?
– Как вы правильно заметили, существует несколько типов стихийных бедствий. По моему мнению, одним из самых опасных для Узбекистана являются землетрясения, которые могут разрушить целые города, как это случилось в Крайстчёрч в Новой Зеландии в 2011 году, и вызвать пожары из-за разрыва газовых линий (как это случилось в Сан Франциско, США в 1906 году).
Если к этому добавить возможность разрушение мостов и непригодность улиц (в связи с развалившимися зданиями) для транспортировки спасательных служб и эвакуации населения, каждый может себе представить возможные катастрофические последствия землетрясений. Но это природное явление достаточно предсказуемо и сооружения могут быть спроектированы с коэффициентом запаса, который покрывает (в нашем понимании, основанном на сегодняшнем состоянии науки) неопределённость в оценке сейсмического риска. Это наглядно показало недавнее землетрясение в Напе, Калифорния в 2014 году.
Я был участником экспедиции, изучавшей последствия этого шестибального землетрясения. Всё, что было построено согласно современным нормативам США, не пострадало. По понятным причинам, в обеспечение сейсмической безопасности должны быть вовлечены специалисты из многих областей науки: сейсмологии, геофизики, гидрогеологии, сейсмостойкого проектирования, строительства, материаловедения и т.д.
Например, сейсмологи и геофизики должны разработать карты сейсмической опасности или так называемого сейсмического риска. Это сложная работа, которая должна быть основана на анализе записей прошедших землетрясений, чтобы, основываясь на этих данных, можно было экстраполировать и составлять прогноз на будущее.
Насколько я знаю установка инструментов для записи землетрясений уже производиться в Узбекистане, но темпы нужно значительно ускорить, потому что без этих данных невозможно создать научно-обоснованные карты сейсмического риска. Гидрогеологи должны создать карты риска оползней и карты возможного разжижения грунта при сейсмическом воздействии.
Как известно, при разжижении грунта, тяжёлые здания начинают тонуть, а подземные сооружения с меньшей удельной плотностью начинают всплывать. Основываясь на этих картах риска, инженеры могут спроектировать и построить здания и сооружения, выдерживающие сильные землетрясения. Так как эта зашита от землетрясений основана на совместной работе специалистов из многих областей науки, она объединена в отдельную отрасль, которая называется инжиниринг землетрясений (earthquake engineering). Как я уже объяснил, в этой отрасли всем работа найдется, и самое главное - результаты этой работы решают насущные проблемы Узбекистана и создают безопасное настоящее и будущее страны.
– Какие к настоящему времени существуют эффективные методы сейсмозащиты? Имеет ли смысл говорить об абсолютной сейсмозащите?
– Я бы хотел начать со второго вопроса. По своему определению сейсмозащита – это наша попытка предсказать все возможные землетрясения и спроектировать сооружение, способное выдержать эти воздействия. Так как знание человечества о землетрясениях развивается с каждым днём, нагрузки, на которые должны рассчитываться сооружения, также изменяется.
Если к этому добавить технотронные землетрясения (например, землетрясение, вызванное гидроразрывом при добыче нефти), то понятно, как динамически эта наука развивается. Поэтому строительные нормативы динамически развиваются в западных странах. Я активный участник нескольких нормативных комиссий, и я знаю, что этот процесс непрерывный.
Как только новая версия норматива вошла в силу, начинается работа по его дальнейшему улучшению и этот процесс не останавливается. В дополнение к этому норматив основан на основополагающем принципе: здание может быть повреждено во время сильного землетрясения, но оно должно обеспечить безопасность людей и их эвакуацию из поврежденного здания. Поэтому "абсолютной сейсмозащиты" не существует.
Возвращаясь к первому вопросу. Конечно, здание, похожее на бункер, идеально с точки зрения сейсмостойкости, но никто не захочет жить в таком здании. Для этого современные здания рассчитываются и проектируются, чтобы они имели сейсмозащиту. В пополнение к традиционной сейсмозащите, которая заключается в увеличении жесткости здания, существуют несколько современных методов сейсмозащиты.
Эта область – одна из моих специализаций. Остановлюсь только на трех из них. Согласно первому способу, здание может быть сейсмически изолировано от его основания посредством установки так называемой сейсмической изоляции. Последняя может представлять собой композитные резинометаллические подушки или компоненты, основанные на принципе скольжение. Здание на резинометаллических подушках было построено уже давно в Ташкенте (в 1990 годах).
Второй способ сейсмозащиты – это установка демпферов (гасителей колебаний) в конструктивную раму здания или сооружения. Они подобны демпферам, установленным в автомобилях для гашения их колебаний на неровной дороге. Существуют много видов демпферов, и эта область постоянно развивается, что создает возможность творчески выразиться инженерам в Узбекистане и превратить их идею в продукт для продажи на международном рынке.
Согласно третьему способу, на здание устанавливается специальная конструкция, которая работает в противофазе с колебаниями самого здания. Этот способ называется настроенный демпфер массы (tuned mass damper или TMD). Я участвовал в проекте установки TMD на башнях одной из самых больших солнечной электростанций в США. Заключение о пределах применимости и преимуществах каждого вида сейсмозащиты принимается на основе квалификационных экспериментов и детального численного анализа. Заключение подвергается экспертной оценке со стороны независимых рецензентов. Эта практика общепринята за рубежом, я надеюсь, она будет принята в Узбекистане тоже.
– Насколько востребованы такие специалисты в Узбекистане?
– Нужна ли эта отрасль знания в Узбекистане? Конечно, нужна. Она должна быть органически связана с возможностью проведения экспериментов внутри страны. В республике ведётся грандиозное строительство и новые многоэтажные здания быстро появляются во многих городах Узбекистана, включая Ташкент. В дополнение к этому ведётся строительство мостов и других нежилых сооружений.
Качество строительства в США контролируется государством и международными нормативами, которые, в большинстве своём, разработаны в США. Существует строгая система контроля качества материалов, используемых при строительстве. Например, качество бетона должно соответствовать определенным стандартам и это соответствие проверяется в аккредитованных лабораториях. Прочность бетона должна быть также проверена для каждой бетономешалки и должна быть в пределах допустимой вариации. Такие же требования предъявляются к материалу арматуры.
Введение подобной системы контроля качеством (если она уже не воплощена) было бы первым этапом в строгом контроле качества строительства в Узбекистане.
Другой пример связан с арматурой. Последствия многих землетрясения в США показали, что сварные соединения арматуры меняют механические свойства арматуры в самом уязвимом месте (месте соединения) и запрещены в США. Вместо этого в США арматурная клетка (rebar cage) вяжется вручную, чтобы иметь пластичное соединение между кусками арматуры вместо хрупкого соединения.
Последнее может привести к внезапному катастрофическому разрушению здания. Этот подход, используемый в США, можно было бы подтвердить или опровергнуть с помощью испытательной лаборатории в Узбекистане. Элементы конструкций, используемые частными и государственными компаниями в Узбекистане, также должны быть испытаны на сейсмостойкость.
– Расскажите, пожалуйста, о Вашем сотрудничестве с отечественными учеными и инженерами.
– Как вы знаете, я вырос в Узбекистане. Свое образование я получил в Ташкентским государственном университете, теперь это уже Национальный университет Узбекистана. Я закончил аспирантуру при Московском университете и защитился там же. После окончания докторантуры в Ташкенте в 1997 году я иммигрировал в США, где я работаю в Калифорнийском университете в Беркли уже 24 года.
Все эти годы я не терял контакт со своими коллегами в Узбекистане и России. Я был одним из активных участников научно-исследовательского центра в Российской Федерации, одним из организаторов и активных участников международной узбекско-американской конференции по сейсмостойкому строительству, прошедшей в Ташкенте в 2017 году. Одна из моих специализаций – это инновационные методы мониторинга и оценки сейсмостойкости сооружений на их основе. Я работал и работаю над многими международными проектами, и, начиная с 2013 года, мы применяем инновационные методы мониторинга в Узбекистане.
Так, мы провели проекты по лазерному сканированию исторических памятников культуры в Ташкенте, Самарканде, Бухаре, Шахрисябзе и Хиве.
По вопросам лазерного сканирования и Глобальной Навигационной Спутниковой Системы (Global Navigation Satellite System – GNSS) я сотрудничаю с двумя частными компаниями: BNZ и Smart Scanning Solutions в Узбекистане.
В настоящее время я сотрудничаю с Туринским политехническим университетом по лазерному сканированию и инновационному мониторингу ансамбля Биби-Ханум в Самарканде. Другой проект, над которым я сейчас работаю, связан с лазерным сканированием и инновационным мониторингом Жума Мачит в ансамбле Ичон Калъа в Хиве.
Он проводится совместно с профессорами и студентами Ургенчского государственного университета. Мы закончили первую фазу проекта, связанную с лазерным сканированием, и планируем начать вторую фазу проекта этой осенью по инновационному мониторингу. Этот проект совмещает передачу технологических знаний посредством курса лекций по современным методам мониторинга и пример практического проекта, необходимого для Узбекистана.
Я также вовлечён в обширную программу по диагностике и оценке конструктивного состояния всех мостов в Узбекистане. Эта работа ведется в сотрудничестве с Институтом механики и сейсмостойкости сооружений, в котором я проработал многие годы. В дополнение к этому, для радикального улучшения испытательной базы института я разработал спецификацию и основные требования для новой лаборатории мирового уровня, которая будет создана для этого института.
Я активно работаю с Техническим институтом Ёджу в Ташкенте над созданием многопрофильной испытательной лаборатории при университете, которая будет соответствовать международным стандартам. Она необходима для подготовки высококвалифицированных кадров, востребованных на рынке Узбекистана и за рубежом.
Ведется также сотрудничество с Обществом физики Узбекистана по налаживанию в стране нового направления под названием вычислительная структурная инженерия (computational structural engineering). Это полностью совпадает с тенденцией мировой науки: всё испытать невозможно, но можно и нужно создавать сложные реалистичные численные модели на основе испытания компонентов или подсистем. Созданная сложная модель может быть проверена путем анализа данных мониторинга объектов при землетрясениях.
Совместно с ННО "Совет по экологическому строительству Узбекистана (Green Building Council of Uzbekistan) работаем над внедрением технологий экологического строительства в практику Узбекистана.
– Каким Вы видите будущее структурной инженерии и сейсмостойкого строительства в Узбекистане?
– Я глубоко уверен, что структурная инженерия и сейсмостойкое строительство будет иметь блестящее будущее в Узбекистане. Другого пути нет. Узбекистанские специалисты в этой области были одними из самых сильных в бывшем Советском Союзе. Если мы дадим этой отрасли ослабнуть, наша строительная индустрия будет проглочена иностранными компаниями, за услуги которых надо будет платить в валюте.
Мы все должны совместно работать чтобы этого не произошло. Я бы хотел добиться того, чтобы наши специалисты не только полностью восполняли потребности внутреннего рынка, но и были востребованы на международном рынке. Для этого я открыл филиал международной инженерной компании Миямото Интернешнл (Miyamoto International) в Ташкенте.
Эта компания имеет 26 филиалов по всему миру, и я консультирую их головной офис в Сакраменто (штат Калифорния) последние 11 лет. Наш новый филиал в Ташкент открывает доступ ко всем экспертам этой международной компании. Делая совместные проекты со специалистами Узбекистана и других стран Средней Азии, мы хотим использовать эту компанию как хаб для обмена информации и передаче технологий в области структурной инженерии и сейсмостойкого строительства. Это даст возможность использовать экспертизу состоявшихся специалистов и подготовить новое поколение инженеров.
Наряду с постройкой новых зданий и сооружений, существует новая тенденция в развитии структурной инженерии. Она связана с мониторингом тех сооружений, которые уже построены. Эта тенденция развивается стремительными темпами так как это напрямую связано с идеей "Умного города", технологиями распознавания изображений и обработки облаков точек, новых сенсоров, сбора и обработки большого объема информации в реальном времени и другими технологиями близкими к технологиям искусственного интеллекта.
Необходимость мониторинга обусловлена практической потребностью: дешевле отслеживать состояние уже построенной инфраструктуры, чтобы создать приоритеты по ремонту или полной замене. В дополнение к этому, идеи, использованные при современной постройке, могут быть проверены на практике с помощью регистрации поведения зданий и сооружений под проектной нагрузкой.
Например, в вышеупомянутом проекте датчики постоянного мониторинга были установлены в ансамбле Биби-Ханум в Самарканде. Так как я активно занимаюсь этой тематикой и разрабатываю новые технологии в этой области, я работаю с профессорами и студентами Ташкентского университета информационных технологий над созданием новых технологий в области мониторинга и принятия решений на основе обработки большого объема информации.
– Можем ли мы говорить о наличии технологически развитого и наукоемкого сейсмостойкого строительства в нашей стране?
– Спасибо за интересный вопрос. Даже в США проектирование и строительство не было до недавнего времени ориентировано на высокие технологии. В связи с быстрым развитием высоких технологий эта ситуация резко меняется. Например, сейчас разрабатываются технологии по строительству домов с помощью трехмерного принтера. Другое направление связано с разработкой новых материалов для строительства. Например, разработка полимерной арматуры позволит производить бетон без использования железа. Эти высокотехнологические новшества внедряются в практику только после успешных сравнительных экспериментов.
Третье направление связано с разработками современных систем мониторинга состояния инфраструктуры и смежных вопросов. Узбекистан может органично влиться в эту мировую тенденцию привлечения новых технологий в проектирование и строительство. Я уже работаю с Институтом Астрономии в Узбекистане по разработке новых технологий отслеживания перемещений земной коры. Совместно с этими учеными я надеюсь использовать спутниковый интерферометрический радар для конструктивного мониторинга мостов в Узбекистане, как это делается за рубежом.
Я сотрудничаю с Центром по геоинновационным технологиям в Узбекистане по автоматизации поиска месторождений. Эти вопросы близки к технологиям искусственного интеллекта. Узбекистан всегда славился своими математиками и сильной теоретической подготовкой по многим инженерным дисциплинам. Поколение, получившее свое образование при Советском Союзе, активно старается передать свои знания подрастающему поколению. Возрастает число университетов с профессорами, получившими образование за рубежом.
Начало положено хорошее, но нужна поддержка государства для финансирования подобных разработок, которые могут быть использованы на внутреннем рынке и проданы за рубежом. Так как Узбекистан располагает большим количеством молодёжи, интересующейся разными технологическими направлениями, у нас есть возможность и обязанность превратить нашу строительную отрасль и другие смежные области в технологически развитые и наукоёмкие отрасли.
Необходимость проведения экспериментов и ведения мониторинга инфраструктуры трудно переоценить. Только эти данные дадут возможность подтвердить или опровергнуть теоретические предположения и модели, используемые в сегодняшнем строительстве. Данные, собранные при помощи мониторинга, необходимы для создания реалистичных численных моделей для предсказания поведения сооружений при различных стихийных бедствиях.
– В последние годы в виртуальном пространстве очень часто встречается англоязычный термин structural engineering. Что он означает?
– Дословный перевод словосочетания Structural Engineering – "структурная инженерия". Я бы подправил этот перевод на следующее: "инженерная теория и практика конструкций зданий и сооружений". Эта специальность очень ценится в США. После завершения обучения по этой специальности люди обычно идут в практику. Они могут начать работать в инженерной государственной или частной компании.
После применения своих знаний на практике и накопления опыта работы с другими инженерами, инженер обычно сдаёт экзамены на профессиональную лицензию. Первый этап – это инженер по гражданскому строительству (Civil). Второй и самый престижный этап – это лицензия по конструкциям зданий и сооружений (Structural).
Лицензии выдаются и регулируются каждым штатом, а лицензия, выданная штатом Калифорния, является одной из самой престижных. Лицензия даёт возможность быть ведущим инженером в проектах, документы которых должны быть подписаны и проштампованы личной печатью инженера. При необходимости она даёт возможность открыть свою частную инженерную компанию в области проектирования и строительства.
– Как сильно развито сейчас данное направление в мире?
– Эта специальность имеет большую востребованность по всему миру. Это эксперты, которые отвечают за строительство мостов, тоннелей, зданий и сооружений. Это те специалисты, которые гарантируют, что здание не развалится, мост не разрушится, и плотину не прорвёт. Это самое большое отличие от других инженерных специальностей, что возлагает большую ответственность на этих людей. Ошибка в расчетах может привести к гибели людей и катастрофическим финансовым потерям.
Приведу пример, связанный с аварией на АЭС "Фукусима-1" в результате сильнейшего в истории Японии землетрясения в 2011 году. Конструкция АЭС выдержала землетрясение и последовавшего за ним цунами. Но стены, защищающие резервные генераторы электричества, необходимые для контроля реакторов, были ошибочно построены недостаточно высокими. В результате вода от цунами затопила эти генераторы, что, в результате, привело к потере контроля над реакторами и их саморазрушению. Возвращаясь к той же самой идее проектирования на основе риска, показатели риска от цунами не имели достаточный коэффициент запаса.
– Расскажите, пожалуйста, о деятельности лаборатории, которую Вы возглавляете.
– Моя лаборатория называется Structures Laboratory. Это лаборатория которую построили и использовали многие ученые с мировым именем: Егор Попов (пионер по новому дизайну зданий, сооружений и гражданского строительства в сейсмоопасных регионах), Джеймс Келли (один из основополагателей теории и практики сейсмической изоляции), Танг-Йен Ли (пионер стандартизации использования предварительно напряженного бетона), Рай Виллиам Клауф (один из основоположников метода конечных элементов), Жозеф Пензин (всемирно известный пионер и лидер в области сейсмической инженерии), Эдвард Вилсон (разработчик пакета прикладных программ по расчету сооружений SAP2000), Вителмо Бертеро (всемирно известный эксперт в области сейсмической инженерии и проектирования конструкций) и многие другие.
Эта лаборатория специализируется на полномасштабных испытаниях конструктивных элементов зданий и конструкций. Во многих случаях, когда размеры сооружения позволяют, испытывается вся конструкция; например, дома с деревянным каркасом типичные для Калифорнии.
В дополнение к основной специализации лаборатория активно занимается экспериментальными вопросами в смежных областях инженерии: разработка электрических станций для превращения энергии океанских волн в электроэнергию, обеспечение сейсмостойкости высоковольтного оборудования, механические испытания элементов конструкций для хранилищ электроэнергии на солнечных электростанциях, сложно-нагружённые трубы для бурения и добычи нефти и газа и многие другие.
В результате наши студенты получают многостороннюю подготовку, и они очень быстро находят престижную работу. Я хочу заметить, что наш университет занимает первое место по нашей специальности (Civil) среди всех государственных университетов США.
Так как потребность в испытаниях растёт, мы увеличиваем испытательную площадь нашей лаборатории в три раза. Мы добавляем в наш арсенал здание, которое в два раза больше, чем наша площадь в настоящее время. Мы открываем Центр по Инновационному Мониторингу Инфраструктуры в этом здании. Он будет заниматься сейсмостойкостью и инновационным мониторингом подземных сооружений для обеспечения водой и электроэнергией. Проблемы подземного метрополитена также будут включены. Мы в процессе создания и установки уникального испытательного оборудования для этого центра. Центр будет также руководиться мной.
– Вовлечены ли Вы в процесс подготовки кадров?
– Да. С точки зрения теоретического обучения, я в основном являюсь приглашенным лектором на лекциях по моей тематике. Я фокусируюсь на практической подготовке инженеров высокого класса. Почти все аспиранты должны иметь экспериментальные результаты в своих диссертационных работах. Все они проходят через мою лабораторию. В дополнение к этому, многие студенты (соискатели степеней бакалавра и магистра) помогают аспирантам в их экспериментальной работе. Они тоже проходяи подготовку в моей лаборатории.
Я работаю со строительной индустрией и другими высокотехнологическими компаниями и привожу в лабораторию проекты, которые необходимы для современных практических нужд США и других стран. В этом случае наши студенты, работая над этими проектами, имеют возможность общаться с представителями инженерных, строительных и высокотехнологический компаний, что даёт им возможность понять, чем они хотят заниматься в будущем. Географически мы являемся частью знаменитой Силиконовой долины, поэтому многие высокотехнологические компании являются нашими партнёрами и клиентами (например, Google, Tesla и др.). Многие из моих учеников являются профессорами в ведущих университетах США.
Комментарии отсутствуют