В начале 2025 года Министерстве строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации утвердили изменение правил проектирования оснований фундаментов зданий и сооружений на территории распространения многолетнемерзлых грунтов.
Многолетняя мерзлота покрывает более 65% территории России. Кроме того, более 70% углеводородов локализовано в арктической зоне. Сохранение вечномерзлых грунтов необходимо для надежной эксплуатации существующей инфраструктуры: зданий, дорог, больниц, аэропортов и инженерных сооружений в районах Крайнего Севера.
Двадцать процентов осложнений при строительстве и эксплуатации объектов на территории многолетнемерзлых грунтов связаны с деформацией, вызванной растеплением. Эксперты отрасли часто работают с устранением последствий, а не выявляют заранее, что может случиться через год или два. Решение есть — цифровой интеллектуальный мониторинг, сбор данных, на которых можно построить реальную предективную аналитику. Эти данные необходимо будет учитывать при проектировании, строительстве и эксплуатации. Технические мероприятия, в результате растепления грунтов должны быть надёжными и управляемыми, для обеспечения безопасной эксплуатации объектов нефтегазовой инфраструктуры.
Одним из ключевых приоритетов является создание инновационных цифровых инструментов по предиктивной аналитике, способных прогнозировать кинетику растепления и обеспечивать надежную и безопасную работу инфраструктуры в криолитозоне.
Научно-технологическому комплексу «Новые технологии и материалы» Передовой Инженерной Школы СПбПУ удалось сформировать первое в стране профессиональное экспертное сообщество, которое формализует ключевые технологические вызовы нефтегазовых компаний, работающих в Арктике на многолетнемерзлых грунтах. Квинтэссенцией работы сообщества является конференция «Нефтегазовая инфраструктура на многолетнемерзлых грунтах», которая объединяет все экспертное сообщество страны на одной площадке.
Из-за сложной физики процесса растепления, вопрос надежной и безопасной эксплуатации инфраструктуры на многолетнемерзлых грунтах становится не только вызовом промышленности, но и большим научным вызовом. Именно поэтому Передовая инженерная школа СПбПУ стала площадкой, объединившей ключевых представителей науки и промышленности по вопросам технологий обустройства в криолитозоне, а также специалисты НТК «Новые технологии и материалы» Петербургского Политеха реализуют широкую программу исследований и разработок по этому направлению.
Допущенная ошибка на этапе проектирования инфраструктуры может стоить 1 рубль, на этапе строительства 100.000 рублей, на этапе эксплуатации 100 млн. рублей. Соответственно, целесообразно все риски и неопределенность относить на этап проектирования.
Именно в решении этой задачи помогают современные цифровые инструменты и это описано в методологии цифровых двойников объектов и процессов в промышленности, реализующейся в Передовой инженерной школе «Цифровой инжиниринг» СПбПУ под руководством Боровкова Алексея Ивановича.
Командой Научно-технологического комплекса «Новые технологии и материалы» Передовой Инженерной Школы СПбПУ разрабатываются решения по применению полимерных композиционных материалов при обустройстве месторождений, осуществляется подготовка высококвалифицированных специалистов по решению инженерных задач на вечной мерзлоте. Ключевым фокусом является разработка сложных мультифизических математических моделей объектов и процессов в нефтегазе, которые уже используются целым рядом лидеров энергетической отрасли при разработке, обустройстве и эксплуатации объектов нефтегазовой инфраструктуры на шельфе, в Арктике. К примеру в рамках выполнения госзадания на научные исследования и разработки в 2024 году специалисты НТК «Новые технологии и материалы» Передовой Инженерной Школы СПбПУ совместно с ключевыми нефтегазовыми компаниями обосновали необходимые требования к свойствам сварного соединения свайных опор, являющихся основным элементом в малонагруженных фундаментах на многолетнемерзлых грунтах. В рамках работы были получены опытные образцы трубных свай из различных сталей, а также из полимерных композиционных материалов. В итоге, по результатам серии лабораторных испытаний, расчетов и полигонных испытаний на площадке Якутского научного центра, были определены пределы работоспособности рассматриваемых решений.
В настоящий момент на основе результатов работы происходит развитие нормативно-технологической документации, в соответствии с приоритетами, определенными Министерством строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации. В то же время специалистами НТК «Новые технологии и материалы» Передовой Инженерной Школы СПбПУ и Центра технологических инициатив Тюменского индустриального университета совместно разработали комплекс цифровых моделей, описывающих техническое состояние объектов на многолетнемерзлых грунтах.
Сейчас перспективной областью для ученых и инженеров обоих научных центров является разработка специализированных цифровых инструментов, позволяющих представителям эксплуатирующих компаний понимать какие сценарии в работе инфраструктуры могут возникнуть и какие технические решения необходимо вовремя внедрить, чтобы обеспечить безопасность как для экологии, так и самое важное для жизни людей.
Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (СПбПУ) и Тюменский индустриальный университет (ТИУ) подписали соглашение о сотрудничестве в образовательной и научной сферах в рамках федерального проекта «Передовые инженерные школы».
Специалисты Санкт-Петербургского политехнического университета осуществляют испытания различных материалов инфраструктуры и разработку математических моделей объектов и процессов на многолетнемерзлых грунтах, а специалисты Тюменского индустриального университета, располагая одной из наиболее крупных и современных лабораторий по грунтам на многолетнемерзлых грунтах, определяют влияние различных факторов на кинетику растепления и строят соответствующие модели. Все это в тесном контакте с производителями материалов и оборудования, проектировщиками, строителями и эксплуатирующими компаниями, позволит создать надежные инженерные инструменты, которыми будут пользоваться различные представители отрасли.
Помимо прочего, исследованиями в данной области активно занимаются специалисты Дальневосточного федерального университета, которые разрабатывают интеллектуальные продукты для предиктивной аналитики развития природных процессов — тайфунов, ледоходов и др. Разработанные алгоритмы в настоящий момент интегрируются для моделирования распространения зоны многолетнемерзлых грунтов и определения кинетики её деградации с использованием инструментов Дистанционного зондирования Земли.
