АЛЬБУКЕРК, Нью-Мексико - Когда происходит стихийное бедствие, люди эвакуируются. Это потому, что структуры, которые обычно защищают нас - здания, мосты, плотины и туннели - часто являются самыми опасными местами во время катастроф, таких как ураганы, землетрясения, промышленные аварии или террористические атаки.
Руди Маталуччи, инженер-строитель Национальной лаборатории Sandia National Laboratories Министерства энергетики США в Альбукерке, штат Нью-Мексико, хочет, чтобы люди чувствовали себя обязанными входить в здания, а не выходить из них во время чрезвычайных ситуаций.
Маталуччи возглавляет группу исследователей, работающих с государственными учреждениями, профессиональными ассоциациями и университетами, которые используют технологии для изучения уязвимостей конструкций и выявления изменений в архитектурных проектах, строительных нормах и строительных стандартах, чтобы будущие конструкции могли лучше противостоять погодным условиям. виды оскорблений, о которых мы беспокоимся, но не планируем.
Sandia десятилетиями применяла передовые технологии и надежные принципы безопасности для решения сложной задачи сделать американское ядерное оружие максимально безопасным, защищенным и надежным. Теперь Сандия хочет, чтобы многие из уроков, извлеченных во время холодной войны, например, как сделать здание, защищающее ядерные материалы, устойчивым к взрыву бомбы или защищенным от возможного диверсанта, можно применить к проблеме строительства общественных зданий., дома и другие сооружения более безопасны. Sandia называет эту программу инициативой Architectural SuretySM.
«Мы не выступаем за превращение зданий в бункеры, - говорит Деннис Миёси, директор Центра систем безопасности и технологий Sandia. «Мы хотим, чтобы проектировщики зданий задались вопросом: «Каковы самые большие угрозы для этой конструкции и что можно с этим сделать, учитывая затраты?»
Выходя за рамки строительных норм
Терроризм, в частности, заставил обратить более пристальное внимание на уязвимые места общественных зданий. Например, при взрыве в федеральном здании в Оклахома-Сити большинство жертв погибли не от взрыва, а от летящего стекла и падающего бетона. «Это укрепило мысль о том, что вся структура не должна зависеть от нескольких структурных элементов», - говорит он.
Маталуччи считает, что необходимо провести гораздо больше исследований в отношении других типов сооружений - торговых центров, почтовых отделений, плотин, эстакад, корпоративных центров, посольств. «Нам нужно начать спрашивать: «Если я сумасшедший или недовольный сотрудник, могу ли я дойти до этого?»
Однако подавляющее большинство угроз строениям исходит не от террористов. Серия дорогостоящих стихийных бедствий и промышленных аварий в последние годы вынудила строителей и страховщиков также рассмотреть различные меры по смягчению последствий стихийных бедствий. А в старых городах, таких как Нью-Йорк, Чикаго и Лос-Анджелес, ветхие здания и мосты, протекающие туннели, ненадежные дамбы и трубопроводы могут привести к катастрофическим последствиям.
Соответствия предписывающим юридическим требованиям, содержащимся в строительных нормах, уже недостаточно, говорит Маталуччи. Его цель состоит в том, чтобы архитекторы, инженеры, владельцы, регулирующие органы, страховые компании и юристы сели и рассмотрели более широкий спектр угроз и уязвимостей для каждого нового здания. «Мы должны думать не только о строительных нормах, - говорит он. «Ни в одном городе нет кода для террористов.
Современные технологии для современных зданий
Технологии могут помочь, говорит он. Инженеры и исследователи Sandia уже применили ряд технологических инструментов для создания более безопасных, защищенных и надежных зданий и городской инфраструктуры.
Для Департамента автомобильных дорог и транспорта штата Нью-Мексико Sandia помогла проверить стальные балки, залитые бетоном на межштатном мосту, используя вибрацию для выявления скрытых дефектов без разрушения конструкции. Этот метод может помочь выявить дефекты и повреждения во многих типах структур.
Для изучения характеристик зданий во время ураганов, землетрясений и других событий, вызывающих нагрузку на конструкции, Sandia разработала набор инструментов, связанных с компьютером, которые регистрируют тонкие структурные движения. Система может помочь выявить слабые места в типовых конструкциях и привести к созданию более качественных домов.
Серия испытаний взрывчатых веществ, проводимая с 1997 года, изучала, как разрушаются оконные стекла в результате взрыва и как оконные рамы передают ударную нагрузку на конструкцию. Испытания могут привести к созданию новых типов стекла, которые распадаются на пескоподобные осколки, которые наносят наименьший вред обитателям здания.
В прошлом году эксперты по безопасности Sandia консультировали архитектора нового здания федерального суда в Альбукерке, как сделать здание более устойчивым к террористическим атакам. Семиэтажное здание включает в себя множество конструктивных особенностей и технологий безопасности для сдерживания или смягчения атак.
Использование компьютеров для отладки структур
Сегодняшние вычислительные возможности также предоставляют беспрецедентную возможность проектировать более качественные здания, говорит Маталуччи.
Компьютерщики Sandia объединили две компьютерные программы, первоначально разработанные для работы с ядерным оружием, - одну, моделирующую физику взрыва, и другую, моделирующую структурную реакцию, - в единую программу, которая с помощью суперкомпьютера может моделировать 3- D что происходит со зданием при взрыве бомбы. Другая программа моделирует распространение огня по зданию.
Дизайнеры могут однажды использовать аналогичные программы для быстрого и дешевого тестирования макетов, строительных материалов и подходов к смягчению последствий стихийных бедствий перед тем, как приступить к строительству здания.
«Мы хотим использовать компьютеры, чтобы проверить, как крыша слетает со здания во время урагана, понять, почему рушатся дамбы, смоделировать, как рушатся полы при взрыве газа», - добавляет он. «Мы должны быть в состоянии сказать вам, переживете ли вы взрыв на 10 этажей ниже вас в отеле. Это технология, которая существует сегодня». Современные инструменты виртуальной реальности также могут способствовать повышению безопасности зданий. «Вы можете оказаться внутри здания во время бомбежки, - говорит он. - Вы можете тренироваться для действий в чрезвычайных ситуациях. Вы можете увидеть, достаточно ли у вас камер наблюдения, чтобы поймать нарушителя."
Сандиа также хочет разработать набор инструментов управления рисками, предназначенных специально для решения архитектурных задач, говорит Маталуччи. По его словам, управление рисками может помочь проектировщикам определить изменения конструкции, которые принесут наибольшую пользу при минимальных затратах, исходя из вероятности угроз для каждого нового здания. В конечном счете, говорит он, технологии могут стать частью «умных зданий», в которых компьютеры постоянно контролируют отопление, охлаждение, освещение, электричество, водоснабжение и компьютерные системы здания. Крошечные датчики на компьютерных чипах могут быть встроены в надстройки небоскребов или мостов для регистрации напряжений, изменений температуры и других показателей состояния конструкции.
Создание национального электората
Подход Matalucci заключается в том, чтобы помочь архитекторам, подрядчикам, регулирующим органам и страховым компаниям увидеть преимущества применения технологий и принципов гарантии в строительстве лучших зданий.
Он преподает курсы Architectural SuretySM в Университете Нью-Мексико и надеется разработать стандартизированный план курса и предоставить его заинтересованным преподавателям в университетах с прогрессивными программами архитектуры и гражданского строительства.
Sandia организовала и обсудила применимость Architectural SuretySM с представителями Американского общества инженеров-строителей, Американского института архитекторов, Федерального агентства по чрезвычайным ситуациям, Исследовательского института электроэнергетики (исследовательского подразделения электроэнергетики) и Институт бизнеса и домашней безопасности.
Маталуччи участвует в проектах Межведомственного форума США по защите инфраструктуры и Министерства здравоохранения США. S. Бюро мелиорации, Инженерный корпус армии США, Ливерморская национальная лаборатория Лоуренса, Управление долины Теннесси и Управление энергетики Бонневилля для оценки угроз более чем 1000 федеральных плотин в Соединенных Штатах и разработки более эффективных подходов к их защите.
А недавно Sandia обсуждала уязвимость федеральных зданий с Федеральной службой охраны GSA.
«Мы начинаем вторгаться в агентства, которые, как ожидается, будут иметь дело с этими новыми угрозами», - говорит Маталуччи. «Это то, что Sandia делает в национальных интересах».
Sandia - многопрофильная лаборатория Министерства энергетики, управляемая корпорацией Lockheed Martin. Имея основные объекты в Альбукерке, штат Нью-Мексико, и Ливерморе, Калифорния, Sandia реализует программы НИОКР, способствующие развитию национальной обороны, энергетических и экологических технологий, а также повышению экономической конкурентоспособности.