Kutatások, fejlesztések a BME Építőmérnöki Karán a digitalizáció jegyében I.

528
1. ábra. L2 típusú feszített vasbeton keresztaljak hosszrepedéseinek véges elemes vizsgálata, a feszítőerők hatására ébredő függőleges irányú feszültségek modellezése

Magyar Építéstechnika 2021/8–9. számában bemutattuk, hogyan reagál a BME Építőmérnöki Kara oktatási programjaiban és oktatási módszertanokban az építőipari digitalizáció kihívására. Jelen cikkünkben az infrastruktúra-építőmérnöki és a geoinformatika-építőmérnöki ágazat – tanszékek által kiválasztott – jelentősebb kutatásait és azok eredményeit ismertetjük.

Dr. Lovas Tamás
oktatási dékánhelyettes,
BME Építőmérnöki Kar

A kutatási, fejlesztési és innovációs tevékenységek kiemelkedő jelentőségűek a karon, alapvetően határozzák meg az oktatási és tudományos tevékenységeket, illetve fejlődési irányokat, valamint az ipari megbízásokban való részvételt.
A kar képzési struktúrája az építőipar nagyobb területeinek meg­felelően épül fel. Egységes alapképzés után három ágazat vala­melyikén folytatják a hallgatók tanulmányaikat.
Az ágazat elne­vezése markánsan tükrözi azt a szakterületet, amely művelésére felkészíti a leendő szakembereket, és amely területen az ipari partnerekkel közös kutatások, fejlesztések folynak.

Dr. Nagy Balázs
adjunktus
BME Építőmérnöki Kar

A szerkezet-építőmérnöki ágazat építőipari digitalizációs és fenn­tarthatósági törekvéseket támogató kutatási eredményeiről a következő lapszámban számolunk be.

ÉPÍTETT KÖRNYEZETÜNK

Infrastruktúra-építőmérnöki ágazatunk az út- és vasútépítés, a vízépítés és vízgazdálkodás, valamint a vízi közművekkel és a környezetvédelemmel kapcsolatos ismeretek oktatását és az adott területen folyó kutatások vezetését tűzte ki célul. A kar egyes tanszékei évtizedek óta művelik ezeket a szakterületeket és folya­matosan – igazodva a szakma igényeihez – új eljárásokat honosí­tanak meg.

Az Út és Vasútépítési Tanszék oktatási és kutatási tevékenysége a modern kor közlekedésépítéssel és -szervezéssel összefüggő kihí­vásaira koncentrál. A digitalizáció eszközrendszerét többek között a vonalas létesítmények nyomvonalának tervezésekor, az egyes pályaszerkezeti elemek méretezésekor és a pályafelügyelet során is alkalmazzuk.

Vasútépítési területen szép példa a szerkezettervezői kompetenciák alkalmazására a Budapesti Fogaskerekű Vasút felújításához szüksé­ges fogasrúd méretezése és stabilitásvizsgálata vagy a hazai nagyse­bességű vasúti pályához tervezett L2 típusú feszített vasbeton kereszt­aljak véges elemes méretezési eljárásának kidolgozása (1. ábra).

További példaként említhetjük a Szeged–Hódmezővásárhely közötti „vasút-villamos” projekt egyedi járművének kerékpro­fil-, illetve a Budapesten először beépített úgynevezett „suttogó” kitérő keresztezési részének tervezését is. A korszerű technoló­giák és az innovatív pályaszerkezeti megoldások egyre nagyobb mértékű alkalmazásával a hazai vasútüzemeltető vállalatok pálya­felügyeleti tevékenységének, valamint a vonatkozó műszaki elő­írások korszerűsítése is kihívást jelent a szakma számára. A vasúti pályafelügyeletet érintő gyakorlati problémák közül kiemelnénk a nyomszűkülés kialakulási okainak kutatását, a vasúti pályaszer­kezeti elemek környezetet terhelő zaj- és rezgéshatásainak komp­lex laboratóriumi és helyszíni vizsgálatát, valamint az acélhidak és hézag nélküli vágányok kölcsönhatásának modellezését. A városi vasúti pályafelügyelet területen mutat távolabbi kitekintést a BKV Zrt. vágányhálózatán található gyakori kitérőcsoportokon és vágánykapcsolásokon engedélyezett sebesség emelésének vizs­gálata, amelyben járművekre szerelt okostelefonok adatai alapján járműtípusonként minősítettük a futásjóságot és az utazási kom­fortot. További példaként említhetjük a BKV Zrt. által üzemelte­tett mérővillamos járműdinamikai mérőrendszerét is, mely szintén az Út és Vasútépítési Tanszék közreműködésével valósult meg.

Útépítési területen az építményinformációs modellezés és menedzsment (BIM) szemléletű tervezési, kivitelezési és üzemel­tetési munkafolyamatok kidolgozásán zajlanak kutatások, zöld­mezős beruházás esetén a terepmodell előállításától a kivitelezési gépvezérlésen át a teljes életciklus-követésig tervezési módszerta­nok, technológiák kidolgozása és tesztelése folyik. A BIM tech­nológiák alkalmazásával nem csupán vizualizációs célú három­dimenziós digitális modelleket készítünk, hanem a hozzáadott információtartalom, valamint ezek alapján elvégzett elemzések révén a közlekedési infrastruktúra létesítményeit is fenntarthatóbb szemlélettel tudjuk tervezni, a rendelkezésre álló erőforrások optimalizálására törekedve.

A Vízépítési és Vízgazdálkodási Tanszéken a vízgazdálkodás terén többek között méréstechnológiai fejlesztésekben alkalmaz­zuk a digitalizáció eszköztárát, természetes vizeink feltérképezé­sét, monitorozását szolgálva. Immár képesek vagyunk kavicsok mérettartományában képfeldolgozó eljárásokkal, víz alatti videó-felvételről meghatározni folyók mederanyagának szemösszeté­telét vagy a görgetett hordalékhozamot. Ezzel a meder megzava­rása nélkül, valós idejű, feldolgozott információ nyerhető a mintá­zott területegységről. Szél keltette hullámzásméréseinkben szintén haszonnal kecsegtet a pontszerű, folyamatos megfigyelések kiter­jesztése nagyobb területre. Drónfelvételek feldolgozásával vezetjük le a numerikus hullámmezőt, és így nádasszigetek, kikötőmólók és egyéb akadályok környezetében eddig elérhetetlen részletesség­gel dokumentálható a hullámok elhajlása és csillapodása (2. ábra). Ezzel párhuzamosan napelemmel ellátott ultrahangos távolság­mérőket fejlesztettünk ki, amelyeket rádiós adatátvitelű hálózatba szervezünk. A berendezések olcsóságának köszönhetően a szoká­sosnál sűrűbb térfelbontással nyerhetünk így valós idejű képet a vízfelszín szél vagy hajózás keltette mozgásairól.

2. ábra. Drónról megörökített hullámzásmező és a terjedési irány képből levezetett rózsadiagramjai

A városi csatornahálózatok egyre nagyobb szerepet játszanak a fenntartható településeink működtetésében. A meglévő csatorna­hálózatok kapacitásának pontosabb, a kor igényeinek megfelelő ellenőrzése, bővítési lehetőségeinek vizsgálata már csak digitali­zált formában végezhető el. Sajnos a hálózatok nyilvántartása sok­szor még papír alapú vagy csak részben, de nem egységesen digi­talizált, a mérések és a modellszimulációk még csak szórványosan kerülnek alkalmazásra.

A Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék munkatársai több kutatási, fejlesztési munkában vesznek részt, melynek keretében a csatornahálózatok digitalizálásának módszerét kidolgozták, a szükséges szoftvereket kifejlesztették. A megoldások modern szá­mítógépes tervezési módszerekkel, illetve térinformatikai alapokon működnek. A terhelések, azaz a csapadék és a vízhozamok mérése a legkorszerűbb, saját fejlesztésű online távadós műszerekkel tör­ténik (1. kép). Az összegyűjtött adatokból továbbá elkészítettük a hidrodinamikai modelleket felépítő szoftvereket is. A hidrodina­mikai szoftverekkel (pl. az Egyesült Államok Környezetvédelmi Ügynökségének csapadékvíz-gazdálkodási, úgynevezett SWMM dinamikus szimulációs modelljével) végzett vizsgálatok eredmé­nyei a térinformatikai lehetőségek felhasználásával készülnek.

1. kép. A Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék által fejlesztett csapadékmérő berendezés kalibrálása

ADATNYERÉS ÉS ADATFELDOLGOZÁS

A geoinformatika-építőmérnöki ágazatot is új kutatási témák jel­lemzik, egyre szélesebb körben alkalmazunk pontfelhőt előállító adatnyerési technológiákat, vezeték nélküli szenzorhálózatokat, térinformatikai adatbázisokat.

Épülő útpályák geometriai ellenőrzése mindennapos feladat az építőiparban. A hagyományos geodéziai méréseken alapuló ellen­őrzéseket jórészt manuális munkával végzik, meglehetősen idő­igényesek és nem túl sűrű mintavételezést tesznek lehetővé, azaz jellemzően 20 méterenként felvett szelvények néhány pontjá­ban vizsgálják a tervezett és megvalósult állapot eltérését. Ezzel szemben a pontfelhő technikákkal, elsősorban a pilóta nélküli légijárművel végrehajtott fotogrammetriai felméréssel a mérendő felület lényegében tetszőleges pontjában kaphatunk megfelelően pontos adatokat, nem beszélve arról, hogy a mérés és feldolgozás nagyrészt automatizálható. Az Általános- és Felsőgeodézia Tan­szék és a Fotogrammetria és Térinformatika Tanszék a technoló­gia kidolgozásával, pontosságvizsgálatával és újabb módszerek (pl. lézerszkennelés) tudományos kutatásával foglalkozik számos projekten keresztül (2. kép).

2. kép. Útfelület drónos felmérése

Utak és környezetük felmérésére nemcsak tervezési, útépítési vagy felújítási célból lehet szükség. Pontfelhők alapján önve­zető autók szimulációs környezeteiben használható modellek készíthetők, a nagyfelbontású és nagy pontosságú modellek pedig akár járműdinamikai szimulációk támogatására is alkal­masak lehetnek (3. ábra).

3. ábra. Ívelt, szabályos rácsháló modellje p 2. kép. Útfelület drónos felmérése pontfelhő alapján

Lézerszkenneres vagy fotogrammetriai felmérésből származó pontfelhőket terepmodellezésen és infrastruktúra felmérésen túl számos egyéb mérnöki feladatra alkalmazhatunk, ebből kiemel­kedők az építészeti alkalmazások (épületek kültéri és beltéri fel­mérése), mérnökgeológiai alkalmazások (bányák és sziklafa­lak felmérése), kivitelezéstámogatás (kivitelezés-előrehaladás és minőségellenőrzés BIM alapon). A kar munkatársai a hatékony, építőipari digitalizációt elősegítő BIM alapú munkafolyama­tok fejlesztésén dolgoznak, melyek hozzájárulnak a már említett fenntarthatóság növelése mellett a katasztrófakockázatok mérsék­léséhez is, mely szintén kiemelkedő szempont és kutatási terület napjainkban.

A genovai Morandi-híd 2018-as leomlása ráirányította a figyelmet a nagyméretű szerkezetek monitorozására. Az Általános- és Fel­sőgeodézia Tanszék alacsony költségigényű műholdas szenzor­rendszert épített egy U-blox F9 GNSS vevőből, egy Rasberry Pi 4 miniszámítógép és egy GSM Wi-Fi modem segítségével. A mérési adatokat egy PostgreSQL szerveren gyűjtjük, és feldolgozás után weben jelenítjük meg dinamikus formában, így a szerkezet elmozdulásai online követhetők. A rendszert sikeresen alkalmaz­tuk a Déli összekötő vasúti híd építésénél, ahol a kb. 80 m hosszú, közel 500 tonnás hídelemek illesztésének művelete a Duna vízállásának változása miatt folyamatos felügyeletet kíván.

TOVÁBBI TERVEINK

Jelen cikkünkben bemutatott tevékenységek nemcsak tudományos pontokat és elismerést hoznak a karnak, a tanszékeknek és a kol­légáknak, hanem közvetlenül fejlesztik az oktatást is. A kutatási és szakmai eredményeket a hallgatók elsőkézből ismerhetik meg, valamint tudományos diákköri dolgozat, szakdolgozat és diploma­munka kapcsán maguk is részt vehetnek egyes munkákban, ezál­tal pedig közvetlenül megtapasztalhatják a K+F munkák szépsé­gét és kihívásait. Továbbra is kiemelt figyelmet fordítunk arra, hogy hallgatóink már az egyetemi tanulmányok alatt megtalálják a számukra is izgalmas szakmai kihívásokat, hisszük, hogy ezzel hozzájárulunk ahhoz, hogy a jövő építőmérnökei az építőipari fej­lesztések szakavatott irányítói, vezetői legyenek.

 

Forrás: Magyar Építéstechnika 2021/11-12. lapszám