Применение авиации в строительстве

Верейкин А.А. МГТУ им. Н.Э. Баумана, Верейкин И.А. University of Applied Sciences in Jyvaskyla.

До начала массового производства и применения вертолётов, авиация применялась в промышленном строительстве, фактически, только для доставки спецтехники, оборудования, строительных материалов, элементов конструкций. Это было актуальным в случаях, когда требовались оперативные или сильно ограниченные по срокам проведения строительно-монтажные работы, либо в условиях отсутствия транспортных магистралей и инфраструктуры для доставки грузов иным путем (при строительстве в труднодоступных районах). А начиная с 1930-х годов, авиация находила своё применение в строительной отрасли в виде геодезической разведки и аэрофотосъёмки при поиске и проектировании будущих строительных площадок.

С появлением и распространением вертолётов ситуация с использованием авиатехники стала меняться. Появилась возможность использовать вертолёты непосредственно в монтажных операциях, а также для транспортировки грузов при отсутствии возможности обустройства взлётно-посадочных полос для транспортных самолётов и инфраструктуры аэродрома.

Тем не менее, применение авиации в строительстве наталкивается на значительные ограничения технического и финансового характера. Поэтому авиация имеет довольно узкую область применения: в основном это применение вертолётов для подъёма и монтажа строительных грузов на большой высоте, либо транспортировка груза в условиях отсутствия альтернативных путей сообщения: автомобильных и железных дорог, водных магистралей.

Использование самолетов в строительстве.

Первой областью применения авиации в строительных работах на территории РФ было использование самолётов для проведения аэрофотосъёмки при строительстве железных дорог с 1936 года [1]. В 1936 году была организована "Аэрофотосъёмочная экспедиция" при Байкало-амурской магистрали (БАМ), которая провела аэрофотосъёмку местности перед проведением проектных и строительных работ. В 1938 году работа авиаотрядов при прокладке железнодорожных путей была интенсифицирована, в круг задач была добавлена задача перевозки людей и грузов. В условиях полного отсутствия дорог только авиация позволяла перебрасывать группы строителей с необходимым им оборудованием.
Во время Великой Отечественной войны авиация использовалась для доставки строительных материалов на критически важные участки строительства (вплоть до доставки самолетами рельсов, шпал и цемента). Разумеется, такие действия были оправданны лишь чрезвычайной обстановкой и после войны подобные перевозки практически прекратились.

С появлением вертолётов самолеты практически утратили свою роль в строительстве. Сейчас самолеты используются для доставки чрезмерно тяжелых для вертолётов грузов, либо для доставки на большие расстояния, превосходящие дальность экономически обоснованного использования вертолёта.
При доставке промышленного оборудования или грузов, необходимых на строительных объектах, особенно на дальних дистанциях экономически выгоднее использовать самолет, так как он может взять большее количество груза. В некоторых случаях, когда требуется транспортировка крупногабаритного или тяжелого груза, то альтернативы большегрузным транспортным самолётам нет.

Например, АН-124 в состоянии перевезти груз массой 120 тонн [2]. При этом срок перевозки сокращается до суток до любой точки РФ, а вес в 120 тонн позволяет отправлять оборудование в полусобранном виде, что снижает затраты времени и финансов на финальный монтаж в рамках стройплощадки (рис. 1). Данный самолёт, несмотря на размеры, в состоянии садиться и взлетать с грунтовых взлетно-посадочных полос, что увеличивает его радиус применения в условиях отсутствия инфраструктуры.

Рис. 1. Погрузка оборудования в транспортный самолет АН-124 Руслан.

Естественные технические ограничения не дают возможности расширить область использования самолетов в строительных работах.

Использование вертолётов в строительстве.

Применение вертолётов в строительно-монтажных работах позволило решить несколько серьёзных задач. Стало возможным осуществлять работы на удалённых объектах без предварительного обустройства инфраструктуры - для вертолёта требуется лишь относительно небольшая площадка для посадки, либо он может доставить груз, смонтировать его и улететь в место постоянного базирования вообще без совершения посадки.

Основные типы вертолётов, используемых в строительно-монтажных работах, и их возможности.

Первым вертолётом, имевшим массовое применение в строительно-монтажных работах, был вертолёт МИ-6. Свой первый полет данное воздушное судно совершило в 1957 году, а массовое производство началось в 1959 году и продолжалось до 1981 года. За эти годы было произведено более 860 единиц техники в военных и гражданских модификациях. МИ-6 в момент его создания был самым большим и самым быстрым вертолётом в мире. На внешней подвеске вертолёт мог нести груз весом до 20 тонн со скоростью до 300 км/ч (рис. 2).

Рис. 2. Перевозка груза вертолётом МИ-6 на внешней подвеске.

Столь высокие характеристики сделали данный вертолёт и его последующие модификации практически незаменимым в строительно-монтажных работах в условиях природных и инфраструктурных ограничений. В 1964 году МИ-6 был впервые использован для монтажа моста через реку Ловать. Вертолёт монтировал железобетонные стойки весом 5 тонн на опоры моста и устанавливал на них фермы. Далее использование вертолётов при монтаже мостов расширялось, было установлено, что одно судно может монтировать до 50 опор ежедневно, а параллельная работа двух единиц лётной техники позволяет монтировать 120 опор ежедневно (рис. 3). Вертолёты данного типа принимали активное участие в ликвидации последствий Чернобыльской катастрофы и строительстве саркофага над аварийным реактором.

Рис. 3. Монтаж вертолётом МИ-6 опор линии электропередач.

На данный момент модели МИ-6 выведены из эксплуатации в РФ в связи с устареванием конструкции. Данный вертолёт за время своего выпуска с 60-х годов не подвергался модернизации, соответственно, не мог иметь такого, ставшего необходимым оснащения, как автопилот, автомат висения и других необходимых для современных вертолётов технических опций. Однако они продолжают эксплуатироваться в Узбекистане и Белоруссии.

На базе МИ-6 было создано семейство вертолётов-кранов - МИ-10 и МИ-10К. Вертолёт МИ-10 был запущен в производство в 1964 году, всего было выпущено 55 машин данного типа. Конструктивно аналогичный базовому вертолёту МИ-6, МИ-10 имел более узкий фюзеляж и удлинённые стойки шасси. Такое сочетание позволяло брать более высокогабаритные грузы (рис. 4). Оснащение данного вертолёта гидравлическими захватами для подвесного груза, управляемыми из кабины пилота, либо с пульта, позволяло поднять и закрепить, а также опустить груз, не прибегая к помощи с земли.

Рис. 4. Перевозка вертолётом МИ-10 груза на внешней платфоорме.

Данные вертолёты выполнили много уникальных строительных работ: работая в паре, они впервые стали устанавливать 100 метровые ретрансляционные вышки весом 40 тонн; выполнили комплекс работ по монтажу опор и других элементов весом до 10 тонн в горных условиях на высоте до 4000 м над уровнем моря (рис. 5).

Рис. 5. Монтаж промышленного оборудования с помощью вертолёта МИ-10.

Вместе с тем, данная модификация имела некоторые недостатки: длинное шасси было неудобно при выполнении транспортных и монтажных работ, гидравлическое подъёмное оборудование требовало оснащения всех грузов ответными узлами, пилоту было не очень удобно оперировать подъёмными механизмами и, соответственно, грузом из кабины пилота. В 2009 году лётные машины данного типа выведены из эксплуатации как устаревшие.
Для решения перечисленных проблем был создан вертолёт МИ-10К [3]. Данный тип судна производился с 1976 года, было выпушено общее количество - 17 штук (рис. 6).

Рис. 6. Монтаж линии электропередач с помощью МИ-10К.

В данной модели была установлена дополнительная кабина под фюзеляжем для проведения операций с грузом. Наличие автопилота позволяло пилоту перейти в кабину управления и уже оттуда управлять и вертолётом и грузоподъёмными механизмами. Это позволило достичь высокой точности монтажных и транспортных операций (рис. 7).

Рис. 7. Вертолёт МИ-10К, вид дополнительной кабины.

Примером работ, выполненных вертолётами данного типа, является монтаж комплекса оборудования общим весом 150 тонн на трубе высотой 250 метров на Костромской тепловой конденсаторной электростанции (ГРЭС). Вертолёты данной модификации эксплуатируются до сих пор, оставаясь практически незаменимыми для проведения строительно-монтажных работ в условиях отсутствия иных средств доставки и монтажа в труднодоступных местах.

Крупнейший вертолёт, используемый для строительно-монтажных работ - МИ-26 [4]. Производство модели МИ-26 началось в 1981 году, всего было построено 310 машин различных модификаций (рис. 8). Данная модель является обладателем мирового рекорда по размеру и грузоподъёмности.

Рис. 8. Вертолёт МИ-26 перевозит самолёт.

В строительстве наиболее широко используются модификации МИ-26 ПК - летающий подъёмный кран с гондолой оператора на борту фюзеляжа и МИ-26 ТМ - модель с уменьшенной гондолой под фюзеляжем или под задним грузовым люком. Вертолёты данных модификаций оборудовались системами точного зависания, увеличивающими комфортность работы оператора и точность позиционирования во время проведения строительно-монтажных работ (рис. 9). Данные модели имеют максимальную грузоподъемность 25 тонн.

Рис. 9. Перевозка и монтаж ферм с помощью вертолёта МИ-26.

Вертолёты МИ-26 помимо монтажных работ использовались также для доставки строительной техники на объекты, удаленные от традиционных наземных транспортных путей, в труднодоступных областях тайги, тундры, горных районах (рис. 10).

Рис. 10. Перевозка строительной спецтехники с помощью МИ-26.

Вертолёты МИ-26 могут использоваться в суровых климатических условиях Арктики, Заполярья (рис. 11), что значительно расширяет круг их применения, учитывая активное освоение приарктических территорий РФ в последние годы.

Рис. 11. Вертолёт МИ-26, работа в Арктике.

Воздушные суда данного типа также принимали активное участие в ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС. В кабинах была установлена дополнительная защита пилотов из свинца. После дооборудования машины МИ-26 распрыскивали специальную клейкую жидкость, которая связывала радиоактивную пыль, устанавливали детали саркофага над поврежденным реактором, выполняли транспортные функции. К сожалению, после использования в районе Чернобыля, вертолёты не могли эксплуатироваться в дальнейшем из-за сильной радиационной загрязнённости (рис. 12).

Рис. 12. Вертолёты МИ-6 и МИ-26 на полигоне Чернобыльской техники.

Для проведения работ с грузом меньшего веса в 1987 году был разработан вертолёт КА-32Т (рис. 13). Данная модель может обеспечить подъём и монтаж грузов весом до 5 тонн.

Рис. 13. Вертолёт Ка-32 Т с подвешенным на жёсткой сцепке грузом.

Для облегчения проведения монтажных работ данный вертолёт был оснащён дополнительной кабиной под фюзеляжем, электродистанционной системой управления, позволяющей улучшить маневренность при монтаже, системой гашения колебаний троса с грузом, системой выдерживания постоянного угла натянутого троса с грузом по отношению к земле, телевизионной системой из двух телекамер, позволяющей отслеживать положение груза при монтаже (рис. 14).

Рис. 14. Вертолёт Ка-32 Т, монтаж строительных объектов к Олимпиаде в Сочи.

Перспективные направления развития.

В связи с необходимостью освоения северной Сибири и Арктики, строители сталкиваются с серьёзными сложностями по доставке обычных и, в особенности, крупногабаритных грузов в труднодоступные участки местности, так как отсутствуют иные пути сообщения, кроме воздушного и водного. Современная авиация может организовать либо доставку и монтаж грузов весом до 25 тонн вертолётами, либо доставку груза до аэродрома с помощью самолетов.

Максимальная масса транспортируемого самолетами груза на сегодняшний день - 120 тонн (АН124 Руслан), при этом судно способно использовать грунтовые ВПП, оборудовать которые возможно в районах строительства. Крупноузловая сборка промышленного оборудования на строительной площадке значительно удешевляет стоимость, по сравнению с полной сборкой. Например, сбор буровой на площадке завода и дальнейший монтаж её на месторождение обходится примерно в три раза дешевле сборки непосредственно на месте.

Одним из перспективных способов решения данных строительных задач является использование дирижаблей. На данный момент в РФ разработаны и эксплуатируются 7 дирижаблей компании "Авгуръ" (рис. 15).

Рис. 15. Дирижабль "Авгуръ" в зимних условиях.

Преимущества дирижаблей при освоении районов Крайнего Севера:

• Значительно более низкая себестоимость перевозок (за счет низкой топливоемкости перевозок) по сравнению с вертолётами и самолетами;
• Практически неограниченная грузоподъёмность (существуют проекты дирижаблей грузоподъёмностью свыше тысячи тонн), что позволит доставлять на стройплощадку крупноузловое оборудование (рис. 16).

Дирижабль, как и вертолёт, имеет возможность доставить груз прямо на стройплощадку и провести монтажные работы непосредственно на объекте. Таким образом, в перспективе дирижабли могут заменить собой значительную часть вертолётов и самолетов, задействованных на строительно-монтажных и транспортных работах в труднодоступной местности.

Рис. 16. Дирижабль доставляет буровую вышку в сборе (проект).

Следует отметить, что использование дирижаблей имеет на данный момент и несколько недостатков:

• Отсутствие опыта эксплуатации, сравнимого с опытом эксплуатации самолетов и вертолётов, может отражаться на безопасности полётов, так как можно предположить, что не все нюансы эксплуатации выявлены для данного вида воздушного транспорта;
• На данный момент отсутствует инфраструктура для использования дирижаблей и, если в местах доставки требуется по сути лишь причальная мачта и навигационный комплекс, то в местах базирования дирижаблям понадобятся огромные эллинги и наличие специфического оборудования для организации техобслуживания дирижаблей. Строительство базы по использованию и обслуживанию промышленных дирижаблей потребует инвестиций в десятки миллиардов рублей, при этом компании, ответственные за освоение Арктики, "Роснефть" и "Газпром", не готовы финансировать данное строительство и даже гарантировать заказы на перевозку, в случае если данное строительство профинансирует третья сторона.

Заключение.

Ограничения технического и финансового характера оставляют для использования авиации достаточно узкую нишу - использование в условиях когда иной способ доставки либо монтажа, не представляется возможным. Стоимость эксплуатации вертолётов превышает стоимость эксплуатации любой другой строительной техники в десятки раз, соответственно рыночная ниша для современных видов авиации не может быть расширена без существенного понижения стоимости техники, её экономичности, себестоимости работ. Еще одна проблема современной транспортной авиации - ограничения по массе и габаритам доставляемых и монтируемых грузов.

Увеличение доли работ в строительстве, выполняемых авиацией возможно при кардинальном улучшении экономики производства и эксплуатации парка лётной техники, что в существующих условиях, к сожалению, маловероятно. Второй вариант - развитие новых видов авиации. Будут ли это дирижабли, беспилотные летательные аппараты или какая-то иная техника, покажет время...

Библиографический список

1. Солдатова О. Н. Использование авиации БАМпроекта в проектировании и строительстве железных дорог в годы великой отечественной войны // Сборник трудов XVII Всероссийского семинара по управлению движением и навигации летательных аппаратов / Под ред. Балакина В.Л. С. 152-159.
2. Ан-124 Руслан. Технические характеристики модели, размеры, чертежи самолёта. Режим доступа http://militaryarms.ru/voennaya-texnika/aviaciya/an-124-ruslan (дата обращения 28.05.16).
3. Военное обозрение. Советский транспортный вертолёт-кран Ми-10К. Режим доступа http://topwar.ru/37160-sovetskiy-transportnyy-vertolet-kran-mi-10k.html (дата обращения 28.05.16).
4. Уголок неба. Большая авиационная энциклопедия. Миль Ми-26. Режим доступа: http://www.airwar.ru/enc/ch/mi26.html (дата обращения 28.05.16).

Авторы:

Верейкин Игорь Александрович (Vereikin Igor Alexandrovich) igalve@mail.ru,
Верейкин Александр Александрович (Vereikin Alexander Alexandrovich) aautres@gmail.com