Трехмерное моделирование ЧАЭС

   Развитие аналитического программного обеспечения, которое позволяет создавать трехмерные модели объектов и территорий оптимально подходит для исследования и визуализации пространственно распределенных данных. Особую актуальность такие технологи приобретают для моделирования территорий, зданий и сооружений, где существуют опасные факторы, лимитирующие пребывание человека.
   Современные научные подходы к изучению, анализу и прогнозированию состояния ядерно- и радиационно-опасного объекта, которым является объект Укрытие, базируются не только на методах прямых, натурных, исследований, но и широко используются методы компьютерного моделирования, создания виртуальных моделей конструкций.
   Трехмерные модели Саркофага, с заложенными параметрами их состояния (например: прочностные характеристики элементов конструкций, бетона, влажности среды, параметры радиационной обстановки и многое другое), дают возможность провести достоверные расчеты гипотетических воздействий на конструкции, а также обеспечивают получение точных прогнозов радиационных нагрузок на персонал при посещении помещений объекта «Укрытие» и прилегающих к нему территорий (локальной зоне ОУ).
   Основным научным учреждением, которое имеет практический опыт разработки 3Д-моделей объекта Укрытия и проводит анализ его состояния при разных условиях эксплуатации, является Институт проблем безопасности АЭС НАН Украины (г. Чернобыль). Созданные в ИПБ АЭС трехмерные модели объекта Укрытия базируются на обширном, постоянно пополняющемся, банке данных состояния этого уникального сооружения.
   Представленные на этой странице 3Д-модели объекта Укрытие и Чернобыльской АЭС разработаны сотрудниками отделения ОПОРЯТ и отдела ОИТ ИПБ АЭС. 3D модели созданы на базе программных продуктов проектирования AutoCAD и компьютерной графики и анимации 3D Studio.
   Стоит добавить, что разработанные ИПБ АЭС 3Д-модели Объекта Укрытие, уже находили практическое применение для разработки и обоснования проектных решений по стабилизации объекта Укрытие, оценки радиационной обстановки в отчете по анализу безопасности (ОАБ) объекта Укрытие, а также использовались в проектных работах над концептуальным проектом Нового безопасного конфайнмета (Арки).


Анимированная 3Д модель разрушения реактора ЧАЭС и растекания расплавленных топливных масс в подреакторное пространство..
Видео подготовлено коллективом Института проблем безопасности АЭС НАН Украины.

   Перспективность трехмерного моделирования объекта Укрытия и ЧАЭС можно объяснить, с одной стороны, наличием возможности ведения базы данных результатов разнообразных исследований на анализируемой территории и объектах инфраструктуры ЧАЭС и ОУ, а с другой - возможностью быстрой визуализации результатов наблюдений.

Задачи 3Д моделирования ЧАЭС и ОУ

    Использование методов трехмерного моделирования (3Д-моделирование) в совокупности с гео-информационным анализом, которое основывается на данных о состоянии конструкций объекта Укрытия и ЧАЭС, а также на разнообразных данных о радиационных параметрах окружающей среды (внешней и внутренней) этих объектов, обеспечивает:

высокую степень автоматизации, которая основывается на существующем банке (цифровых графических, географических и т.д.) данных;

системный подход к визуализации и анализу состояния объекта Укрытия;

создание разнообразных прогностических моделей развития чрезвычайных ситуаций на объекте Укрытие и ЧАЭС при анализе протекания аварий по разным, моделируемым, сценариям;

интерактивность, оперативность и многовариантность моделирования состояний радиационно-опасных систем, способных оказывать воздействие на состояние природной среды, персонал и население;

    Создание новых видов графических схем, карт, 3Д-моделей объекта Укрытия (ЧАЭС), в совокупности с возможностью их перемещения в пространстве и времени (виртуальном) позволяют создать разноплановые много ракурсные изображения исследуемых систем и процессов.
    Актуальной задачей трехмерного моделирования, является разработка и создание электронных моделей проблемно-практической ориентации с широкими возможностями оперативной обработки информации, которые направлены на обеспечение принятия конкретных управленческих решений при эксплуатации ядерно- и радиационно-опасных объектов, как на ЧАЭС, так и в зоне отчуждения.


Модель взаимного расположения основных элементов подаппаратного
помещения 305/2, представленная в ArcGIS.
Автор 3Д-сцены - С.Подберезный


Разрез помещений 4-го блока ЧАЭС (объект Укрытие) по оси 47 + 3м .
Реактор «выдвинут» и повернут.
Автор 3Д-сцены - С.Подберезный

Практические результаты моделирования ЧАЭС, ОУ, Арки

   3Д-моделирование является мощным средством анализа и наглядного представления пространственных данных. Подготовленная тематическая 3-Д модель позволяет легко понять связи между различными объектами и увидеть тенденции в развитии различных явлений или позволяет оценить текущее состояние объекта анализа.
   Строгое и достаточно точное решение задачи отображения различной информации в информационных системах зависит от координатной среды, адекватно приспособленной к условиям решаемой задачи и обеспечивающей минимально возможные искажения этой информации. Таким образом, полная адекватность виртуальных моделей объекта Укрытие, реальным параметрам окружающей среды возле этого объекта позволило выполнить моделирование мощности экспозиционной дозы в местах работы персонала занятого на строительстве Нового Безопасного Конфайнмента (Арки).
   На представленных рисунках можно видеть интерфейс ArcSсene c изометрическим изображением трехмерной модели МЭД гамма-поля на участке строительства НБК по замерам задачи 1 Плана Осуществления Мероприятий.
   Важнейшим результатом такого моделирования является не столько сама визуализация, сколько возможность проведения расчетов доз облучений персонала, который будет занят на строительстве НБК на каждом, отдельном рабочем месте. Используя данную модель расчета становится возможным проведение оценок общих трудо- и дозозатрат, которые необходимы про проведения строительно-монтажных и других видов работ в зоне воздействия радиационного поля Саркофага.
   На рисунке представлена модель расчета внешнего облучения отдельно взятого работника, движущегося с определенной скоростью по определенному маршруту в локальной зоне объекта Укрытие. Такой расчет позволяет оценить дозы внешнего облучения для каждого строителя с приемлемыми уровнями достоверности.
   Адекватность получаемых результатов расчетов была подтверждена тем, что величины коллективных доз, полученные расчетным путем при проектировании работ по стабилизации объекта Укрытие (выполненные коллективом ИПБ АЭС), совпали с фактическими дозовыми нагрузками, которые получили строители занятые на работах по стабилизации.
   Еще одним практическим применением трехмерного моделирования института в рамках работ по превращению объекта Укрытие в экологически-безопасную систему, являлся расчет и визуализация пространственных данных гамма-излучения для площадки строительства Арки. Также были созданы пространственные модели угловых и энергетических полей гамма-фона в предполагаемых зонах производства работ по созданию конфайнмета. Проведенные исследования позволили установить основные источники излучения формирующие гамма-фон в месте строительства Арки.
   На основании выполненных исследований учеными предложены мероприятия по защите (экранированию) рабочих мест персонала, который будет занят на строительстве Арки от влияния источников ионизирующего излучения.
   Ниже представлен ряд изображений моделей демонстрирующих этапы проектирования (трехмерного моделирования) конструкций стабилизирующих объект Укрытие и фотографии демонстрирующие практическое воплощение в металле, решений по укреплению Саркофага. Больше об этих работах можно узнать на странице о мероприятиях по стабилизации Саркофага.

Перспективы использования 3Д моделирования ЧАЭС и объекта Укрытие

   Созданная по данной технологии 3Д модель геометрических параметров современного состояния строительных конструкций, ТСМ, бетона, воды, горючих материалов отдельных помещений объекта «Укрытие», или всего объекта может найти свое применение в работах по преобразованию объекта «Укрытие» в экологически безопасную систему:

• при решении вопросов демонтажа нестабильных конструкций объекта Укрытие;
• при исследовании ядерной и радиационной безопасности;
• при разработке, моделировании и применении дистанционно управляемых агрегатов в условиях объекта;
• при оценке и прогнозировании воздействия радиационных полей на персонал, который будет эксплуатировать Арку и выводить из эксплуатации ЧАЭС.

   Контактное лицо:


   Сергей Подберезный
   ИПБ АЭС НАН Украины
   Чернобыль
   тлф. +038-04493-5-12-75
   факс +038-04493-5-14-34
   email - elektra[+]slavutich.kiev.ua


   Литературные источники:

   1. Воробъев Е.И., Резнеченко В.Ю. Экоинформатика в атомной энергетике. – М.:Энергоатомиздат, 1991. – 160 с. – ISBN 5-283-03061-X.
   2. Ключников А.А., Рудько В.М., Батий В.Г., Подберезный С.С., Федорченко Д.В. Компьютерное моделирование деятельности в радиационно-опасных зонах / Сб. научных трудов Информационные системы и технологии с. 310-312
   3. Подберезный С. С. Моделирование реального состояния объекта Укрытие в 3D измерении / Проблемы Чернобыля.