ТЕХНОЛОГИЯ BUILDING INFORMATION MODELING В ТРАНСПОРТНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ
К.Э. Бульковская, Д.В. Соколова
Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого,
Санкт-Петербург, Россия
АННОТАЦИЯ
В работе подробно рассмотрена технология информационного моделирования BIM, начиная от самой истории возникновения, до преимуществ и недостатков в общем, применимо к транспортному проектированию, а также отдельно для каждого участника рынка. При этом рассмотрены вопросы внедрения технологии в производство, изучена основная проблема, препятствующая этому внедрению, а конкретно, отсутствие грамотно сформированной полной законодательной базы, регулирующей BIM проектирование в России.
Рассмотрены примеры реализованных проектов с применением технологии BIM за рубежом и в России, где видны перспективы развития для нашей страны, и доказана состоятельность применения информационных моделей. Выявлено основное направление, нуждающееся в проработке для данной сферы — грамотное оформление и доработка нормативной базы для BIM моделей.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
Информационное моделирование, информационная модель, автоматизированное проектирование, BIM-стандарт, информационное моделирование, информационное моделирование автомобильных дорог, САПР, автоматизированное проектирование, автоматизированное проектирование автомобильных дорог, ГИС, транспортная инфраструктура.
СОДЕРЖАНИЕ:
1. Введение
2. Методы
3. Результаты и обсуждения
4. Заключение
ВВЕДЕНИЕ
Технология информационного моделирования, несомненно, актуальна в наше время и обязательна к внедрению в транспортной отрасли в нашей стране и нуждается во всестороннем изучении и проработке организации рабочих процессов с её применением. Это подтверждается её стремительным развитием, поддержкой со стороны государства, и более успешным опытом использования данной технологии за рубежом.
Информационное моделирование зданий (BIM) — это процесс, основанный на использовании интеллектуальных 3D-моделей. С помощью этой технологии специалисты по проектированию архитектурных элементов, инженерных систем и строительных конструкций (AEC) могут еще эффективнее планировать, проектировать, строить и эксплуатировать здания и объекты инфраструктуры. Важно понимать, что BIM — это не название компьютерной программы или семейства программ, именно метод проектирования, при котором учитываются все параметры, связанные с жизненным циклом здания, начиная от затрат на строительство до последующих ежемесячных расходов на электроэнергию. Все эти данные — наряду с физическими характеристиками — и формируют так называемую информационную модель, в которой изменение одного параметра приводит к автоматическому перерасчету всех остальных.
Понятие BIM существует с 1970-х годов. [1] [2] термин информационная модель здания впервые появился в 1992 году в статье Г. А. ван Недервина и Ф. П. Толман.[3] однако термины Building Information Model и Building Information Modeling (включая аббревиатуру «BIM») не были широко использованы до тех пор, пока Autodesk не выпустила книгу под названием «Building Information Modeling».[4]
Технология информационного моделирования революционно отличается от всего, что было ранее. На смену разрозненным чертежам пришла комплексная модель, включающая всю информацию об объекте капитального строительства. Всё это значительно облегчило работу инженеров, машиностроителей и конструкторов разных отраслей и улучшило процессы проектирования и черчения.
Обзор литературы
В научной литературе существует достаточно большой объем публикаций, посвященный технологии информационного моделирования — BIM.
На основании существующих аналитических обзоров [5-8] можно выделить основные преимущества использования BIM-моделей, возможные риски и особенности внедрения технологии информационного моделирования, также здесь рассмотрены факторы, сдерживающие широкое внедрение и адаптацию данной технологии для формирования продукции конкретно транспортного строительства. В результате авторы приходят к выводу, что технология информационного моделирования в нашем государстве в настоящее время гораздо более широко применяется именно в промышленном и гражданском строительстве, а касательно транспортной отрасли показатели внедрения сравнительно ниже. Помимо этого, здесь отмечено, что установка современных программных продуктов на рабочих местах специалистов является панацеей для организаций, выбравших переход на технологию BIM.
Не менее важным шагов вперёд в развитии BIM являются «умные» семейства, о которых подробно рассказывается в одной из рассмотренных статей [9].
В статьях [10-13] можно проследить историю развития технологии в России, и сделать вывод о текущем положении качества хранения и информативности проектной и иной документации по объектам транспортной отрасли. Здесь же обозначена главная особенность моделей линейных объектов, которые, в отличие от моделей зданий и сооружений, изменяются в процессе эксплуатации.
Большой опыт применения технологии информационного моделирования существует в зарубежных работах, рассмотрим некоторые примеры. При строительствешоссе Пан Борнео Саравак в Малайзии [14] использование технологии было направлено на обеспечение более эффективной связи между различными сторонами, а также на улучшение качества мониторинга и управления проектом. Несмотря на ряд преимуществ, руководители проекта столкнулись с такой проблемой, как недостаточная квалифицированность сотрудников. Первоначальный недостаток знаний и навыков в BIM был решен путем прохождения сотрудниками интенсивного обучения в сфере BIM технологий. Были получены основные знания и навыки работы с такими программами, как Civil 3D, Autodesk Revit и Autodesk Infraworks для моделирования автомобильных дорог, а также Autodesk Navisworks, Bentley ProjectWise и Oracle Primavera P6 для координации и управления проектом. Несмотря на высокую стоимость данных программ, они позволяют уже на стадии проектирования выявить ряд возможных проблем и решить их до начала реализации проекта. Практика внедрения BIM технология наблюдается и при строительстветуннеля Лаоин скоростной автомагистрали Баолу в провинции Юньнань, железнодорожного туннеля Шигушань на пассажирской выделенной линии Баоцзи-Ланьчжоу, Silvertown Tunnel В Лондоне, Англия, Granitztal tunnel в Австрии, железнодорожного туннеля в рамках проекта Gateway Gardens Lot 2 в аэропорту Франкфурта [15-19]. Одной из существенных предпосылок для применения метода BIM на проектах транспортной инфраструктуры было признано наличие необходимости структурирования данных. Также введение технологии было направлено на решение проблем создания модели, добавления информации, расчета количества и вывода 2D-чертежа в процессе 3D-проектирования, достижения эффективного использования и управления информацией и самим проектом [20-23]. В нашей стране есть опыт применения BIM-технологии на проекте автодороги [24] — это работа компании “Мечел Инжиниринг”, а именно проект Эльгинского каменноугольного месторождения, общей протяженность 10,3 км, отличающийся большим перепадом высот, важно, что при старом подходе такая работа заняла бы 6-7 месяцев, но с применением технологии информационного моделирования проект был сделан за 3 месяца. Еще одна компания под названием “Якутгипроалмаз» выполнила подъездную дорогу на базе BIM-модели к крупнейшему алмазному карьеры п. Мирный. Длина трассы составляла 1,8 км и вела к карьеру из рабочего поселка, проходя по территориям вечной мерзлоты.
Рассмотрены инфраструктурные транспортные объекты и их положительное влияние на устойчивое развитие мегаполисов [25-26]. А также проблемы поддержки правительства, а именно отсутствие сформированной нормативной базы в области BIM проектирования.
В данной работе необходимо рассмотреть преимущества применения BIM-технологии и проблемы её внедрения как в целом, так и конкретно в нашей стране, говоря про транспортную отрасль, сравнить с опытом зарубежных стран, рассмотрев принятые и реализованные проекты нашего государства и других стран, выполненные с применением технологии информационного моделирования.
МЕТОДЫ
Данная статья является обзорной. Работа проведена на основе аналитического метода, заключающегося в сборе, изучении и сравнении суждений различных научных источников.
1. Основные преимущества использования BIM-моделей
Главным преимуществом использования BIM технологий является возможность создания 3D-визуализации. Второе преимущество это — централизованное хранение данных в модели, что позволяет эффективно и просто управлять изменениями. Третье преимущество это – управление данными, т.к. не вся информация, может быть представлена графически. Основными возможностями BIM являются: согласованность и взаимосвязанность элементов; привязка к времени и месту; доступ для одновременной работы различных специалистов. А также, ведрение и использование BIM-модели влечет за собой ряд выгод для каждого участника рынка. Заказчик зачастую может пересмотреть свои решения, по поводу согласованных ранее технических решений, только после того, когда впервые увидит информационную модель. при этом снижаются риски коллизий, уменьшаются сроки реализации проекта, разрабатываются различные стратегии эксплуатации, происходит экономия средств на всех этапах. Для проектировщика использование BIM-технологии является не только конкурентным преимуществом, но и повышает качество проектной документации, из-за минимизации количества ошибок, уменьшает время её разработки, так как можно осуществлять вариантное проектирование, без перечерчивания общей неизменной части вариантов, таких как, например, схемы планировочной организации земельного участка, а также автоматизированные вычисления, например, расчет бетона или сметный расчет. Так как наличие информационной модели подразумевает полную прозрачность работы над проектом на всех его этапах, некоторые подрядчики могут быть негативно настроены к внедрению технологии BIM, но при этом, опять же, значительно повышается конкурентоспособность подрядных организаций, так как технология позволяет использовать системы автоматизированного управления дорожно-строительными машинами (САУ ДСМ), дает возможность работать ночью, снижая время простоя техники, тем самым уменьшая общее время строительства, а также предполагает меньше исправлений в процессе стройки.
Также большим шагом вперед является существование таких передовых технологий, как “умные” семейства BIM, они состоят из нескольких вложенных семейств, и являются основой локальных процессов формирования различных объектов.[9]
2. Возможные риски и особенности внедрения технологии информационного моделирования.
На данный момент BIM-технология является инновационным методом для эволюционного развития в строительной отрасли, так как показала свою состоятельность не только на теоретическом уровне, но и на практических примерах. При этом существует ряд факторов, сдерживающих широкое внедрение и адаптацию данной технологии для формирования продукции конкретно транспортного строительства. В первую очередь к ним нужно отнести отсутствие отечественных современных программных продуктов, в которых возможно было бы интегрировать информационные модели с системами спутникового позиционирования. На уровне государства такими факторами являются несоответствие нормативной базы для внедрения технологии в практике изысканий, проектирования, строительства и организации строительства, а также “неготовность” регуляторных органов к законодательному сопровождению BIM-технологии для разработки строительной продукции. При этом отрицательную роль играет заметно меньшее число участников объема рынка продукции транспортного строительства, по сравнению с аналогичными показателями, например, для рынка промышленного или гражданского строительства и инерция в эффективном освоении средств и возможностей организационного, аппаратного и программного обеспечения различными категориями участников процесса формирования и эксплуатации возведенных объектов. Отсюда можно сделать вывод, что технология информационного моделирования в нашем государстве в настоящее время гораздо более широко применяется именно в промышленном и гражданском строительстве, а касательно транспортной отрасли показатели внедрения сравнительно ниже. Это может быть связано непосредственно с главной отличительной чертой транспортного сооружения от других строительных сооружений, а именно его линейным характером, который позволяет сформировать основу для информационного моделирования различных субъектов, таких как транспортная система города. прилегающие здания, подземные коммуникации. и т.д.). По этой причине терминологический аспект BIM-технологий применительно к линейно-протяжённым объектам (например, автомобильным и железнодорожным дорогам) включает, скорее вынужденный смысл и декларируемый способ приобщения к современному вектору развития и применения системы автоматизированного проектирования (САПР) для проектирования, возведения и эксплуатации объектов дорожной отрасли народного хозяйства.
Следует отметить и значительное достижение в опыте применения технологии информационного моделирования, которые также можно считать важным стимулом для расширения числа специалистов, использующих эту технологию в практической деятельности, таковым является сформированная на сегодняшний день и пополняемая база типовых BIM-элементов. BIM-элементов. Содержание и модификация информационной базы данных предполагается в формате доступной файловой системы, которая сопровождается соответствующими нормативными и методическими указаниями и рекомендациями.
3. Проблемы внедрения технологии в России и текущее состояние.
Также можно проследить историю развития технологии в России [10-13] и сделать вывод, что информация о дорогах в нашей стране до сих пор в основном хранится в архивах на бумажных носителях, в виде проектов организации дорожного движения, инженерной рабочей документации, материалов диагностики и паспортизации, лишь некоторая часть представлена в виде электронных паспортов и чертежей. Малая часть заказчиков требует от подрядчиков наличие полной информационной модели дороги, что странно, ведь именно дороги непрерывно изменяются в процессе эксплуатации, в отличие от зданий или изделий, модель которых появляется на этапе проектирования. Конечно, модель дороги также представляется в САПР на этапе проектирования и строительства, но большая часть информации собирается при эксплуатации в базах данных в рамках процедур диагностики, инвентаризации, кадастра, обследований инженерных сооружений. Таким образом, жизненный цикл автомобильных дорог является более сложным, нежели в архитектуре, а разнородность возникающих моделей (ГИС- и САПР-моделей) всей дороги и её элементов позволяет говорить о более сложных концепциях управления дорогами, нежели BIM в архитектуре.
Так как объекты промышленного и гражданского строительства, а именно здания и сооружения, являются частью более общего проекта планировки местности уже давно возникла необходимость создания методов комплексного проектирования городской застройки и инфраструктуры. Именно отсюда вытекает необходимость внедрения BIM-технологии и в отрасль транспортного проектирования.Консорциум buildingSMART, разрабатывающий формат обмена данными для BIM, обозначил бесперспективность применения BIM в чистом виде для автомобильных дорог, как и для мостов, тоннелей, трубопроводов, и прочих линейных объектов и инженерных сетей. Следствием этого стало разделение сферы применения BIM и ГИС (Геоинформационная система). Тогда возникла необходимость взаимного сближения форматов данных. По состоянию на 2014 год партнёр для разработки стандартов не был найден, и к этому вопросу не приступили. При этом среди заявленных целей BIM для инфраструктуры по-прежнему числилось проектирование «с нуля», а не эксплуатация уже существующих дорог.
Большой проблемой в России касательно будущих инфраструктурных транспортных проектов [25-26] являются высокие транспортные издержки и сокращение инвестиций в строительство объектов инфраструктуры. При этом именно инфраструктурные проекты оказывают важнейшее положительное влияние на устойчивое и сбалансированное развитие мегаполисов. Считается, что для повышения качества проектной документации необходимо изменить всю систему взаимодействия между участниками процесса проектирования, как проектировщиков, так и целых управляющих компаний. Технология получила поддержку на правительственном уровне в виде Приказа Минстроя №926 от 29 декабря 2014 года поэтапном внедрении BIM в Стройкомплексе Москвы. На сегодняшний момент появился запрос в законодательные органы о создании государственной программы по внедрению BIM на линейных объектах и разработке соответствующих нормативных документов.
Несмотря на то, что внедрение технологий BIM в России активно осуществляется с 2014 года, вопросы регулирования данной сферы еще только начинают обсуждаться в публичном поле. В конце июня 2019 года Градостроительный кодекс впервые был дополнен положениями об информационной модели, что является следствием необходимости применения технологий информационного моделирования в цифровизации строительной отрасли. Нормативная база BIM захватывает множество юридических институтов и отраслей права, ведущим документом остается Градостроительный кодекс РФ, при этом существует лишь несколько судебных споров, предметом которых являлась информационная модель. Однако по мере развития технологии увеличивается и судебная практика, связанная с ней. Важной проблемой в этой сфере также являются вопросы степени детализации, которые не соответствуют условиям договора. По оценкам экспертов Bilfinger Tebodin, в России огромное поле для развития нормативно-правового регулирования цифрового моделирования в строительстве. Упомянутые новеллы Градостроительного кодекса РФ служат наглядным примером того, что законодатель откликнулся на запрос, продиктованный реалиями современной строительной сферы РФ.
В тоже время, очевидно, что законодательству предстоит пройти большой путь в вопросе формирования эффективной и гармонизированной нормативной базы BIM-моделирования.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ
Выгоды участников рынка от внедрения BIM
Заказчик :
| Повышается «прозрачность» |
| Снижаются риски коллизий |
| Меньше ошибок в проекте |
| Уменьшаются сроки реализации |
| Различные стратегии эксплуатации |
| Экономия средств на всех этапах |
Проектировщик:
| Конкурентное преимущество |
| Снижаются риски коллизий |
| Вариантное проектирование |
| Автоматизированный расчет объемов материалов |
Подрядчик
| Конкурентное преимущество |
| Эффективная работа ночью |
| Ниже требования к квалификации водителей |
| Меньше исправлений ошибок в процессе стройки |
| Снижение времени простоя техники |
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Помимо всех вышеперечисленных преимуществ информационных моделей, таких как низкие риски коллизий уже на стадии проектирование, снижения сроков реализации проектов, экономия на всех этапах жизненного цикла объектов, данная технология позволяет сделать всю строительную среду максимально прозрачной для всех участников проекта, ведь информация по срокам, стоимости, качеству материалов и работ будет общедоступна и позволит минимизировать риски коррупционных схем в процессе реализации проектов.
2. Существуют различные риски, которые формируются под влиянием рассмотренных выше факторов, наиболее очевидным можно считать такое развитие ситуации, когда применение BIM-технологии станет доступным и широко применимым средством для всех участников рабочего процесса, но все освоенные инструменты, конкретные программные комплексы, к этому моменту уже приобретут признаки устаревания.
Ошибочно полагать, что установка современных программных продуктов на рабочих местах специалистов является панацеей для организаций, выбравших переход на технологию BIM. По большей мере успех зависит не от выбора программного обеспечения, а в грамотной организации процессов, в разработке и применении на практике BIM-стандарта организации — документа, описывающего формирование модели объекта в данной организации, и последующее её использование на других этапах жизненного цикла.
3. Технология информационного моделирования уже долгое время развивается и набирает популярность по всему миру и в России в частности. Она отличается от всего, что применялось до её появления. Данная технология уже доказала свою состоятельность на реализованных проектах. Внедрение имеет ряд преимуществ для всех участников рынка: заказчика, подрядчика, проектировщика. Важнейшими из таких преимуществ являются снижение риска коллизий, значительное сокращение сроков разработки проектной документации, разработка различных стратегий эксплуатации объекта, экономия средств на всех этапах работы над проектом. При этом существуют некоторые недостатки, а именно факторы, сдерживающие широкое внедрение и адаптацию технологии в транспортном строительстве, например, отсутствие отечественных программных продуктов. Долгое время важнейшей проблемой являлось отсутствие законодательного сопровождения внедрения данной технологии, несоответствие нормативной базы внедрения информационных моделей для разработки проектной документации. Однако, к моменту написания статьи ситуация изменилась и ключевым стало введение поправки в Градостроительный кодекс РФ, что является первым шагом к созданию законодательства в области BIM проектирования в России.
На примерах из опыта применения технологии BIM зарубежных стран мы можем видеть направление, в котором стоит двигаться нашему государству. Так, например, в Великобритании уже ни один проект не осуществляется без сопровождения информационной моделью, так как существует давление со стороны государства, чего так не хватает в России.
Обзор показал, что полный переход на технологию информационного моделирования, который осуществляется в нашей стране уже ни один год, является последовательным шагом в так называемой эволюции современного процесса проектирования, как с точки зрения создания проекта, так и, в особенности, во время его эксплуатации. Это является основной причиной необходимости развития законодательного регулирования BIM, который нуждается в грамотном оформлении и доработке, ведь именно процесс законодательного регулирования на сегодняшний момент является основным “тормозящим” фактором развития и внедрения технологии BIM в нашей стране.
Литература
[1] Eastman C., Fisher D., Lafue G., Lividini J., Stoker D., Yessios C. An Outline of the Building Description System. Institute of Physical Planning, Carnegie-Mellon University. 1974.
[2] Eastman C., Tiecholz P., Sacks R., Liston K. BIM Handbook: a Guide to Building Information Modeling for owners, managers, designers, engineers, and contractors (1st ed.). Hoboken, New Jersey: John Wiley. 2008. P.11-12.
[3] Eastman C., Tiecholz P., Sacks R., Liston K. BIM Handbook: A Guide to Building Information Modeling for Owners, Managers, Designers, Engineers and Contractors. Hoboken, New Jersey: John Wiley. 2011. P. 36–37.
[4] Ruffle S. Architectural design exposed: from computer-aided-drawing to computer-aided-design» Environments and Planning B: Planning and Design. 1986. P. 385-389.
[5] Антонюк А.А., Чижов С.В. Принципы информационного моделирования транспортных сооружений //Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ». 2017. №3 (9).
[6] Баранник С.В. Применимость BIM технологий в дорожной отрасли // САПР и ГИС автомобильных дорог. 2015. № 1(4). С. 24−28.
[7] Н.Е. Морозова, С.Х. Аль-Згуль. Управление проектом внедрения технологий информационного моделирования на предприятиях строительной отрасли//Инженерный вестник Дона. 2018. №4.
[8] Грибкова И.С., Хашпакянц Н.О. Эффективность BIM технологии проектирования// Электронный сетевой политематический журнал «Научные труды КубГТУ». 2018. №2 (37). С.235-242.
[9] Гура Д.А., Потужная И.Р. Передовые технологии в BIM и процесс их работы//Электронный сетевой политематический журнал «Научные труды КубГТУ». 2018. №2. С.305-314.
[10] Плешенко М.В., Чернухин Н.Н., Пустовар М.А., Хачкинаян О.А., Применение BIM-технологий в проектировании транспортных сооружений // «Теория и практика современной науки». 2018. №1(31).
[11] Скворцов А.В. BIM для дорожной отрасли: что-то новое или мы этим уже занимаемся? //САПР и ГИС автомобильных дорог. 2014. №1(2). С. 8-11.
[12] Скворцов А.В. Модели данных BIM для инфраструктуры// САПР и ГИС автомобильных дорог. 2015. №1(4). С. 16-23.
[13] Райкова Л.С., Анисимов С.С., Петренко Д.А.3D-визуализация как современная технология повышения качества проектных решений//САПР и ГИС автомобильных дорог. 2014. №1(2). С. 20-24.
[14] Akob Z., Abang Hipni M.Z.,Rosly M.R. Leveraging on building information modelling (BIM) for infrastructure project: Pan Borneo Highway Sarawak Phase 1//2019. № 512.
[15] Li, X.-J., Tian, Y.-X., Tang, L., Chen, S.-W., Wang, A.-M. Multiscale BIM Modeling and Adaptive Splicing Method of Mountain Tunnel Structure for Engineering Application//Zhongguo Gonglu Xuebao/China Journal of Highway and Transport. 2019. 32(2). P. 126-134.
[16] Li, J., Li, J., Wang, H. BIM based 3D design technologies for railway tunnels//Modern Tunnelling Technology. 2016. 53(1). P. 6-10
[17] Exinger, C., Mulitzer, G., Felsner, R., Lemmerer, J., Matt, R., Griesser, E. BIM pilot project Granitztal tunnel chain – Development of data structures for tunnel structure and track superstructure//Geomechanik und Tunnelbau. 2018. 11(4). P. 348-356
[18] Morin, G., Deaton, S.L., Chandler, R., Miles, S. Silvertown Tunnel, London, England — A case study applying BIM principles to the geotechnical process//Geotechnical Special Publication. 2017. 277. P. 587-595
[19] Tschickardt, T., Krause, D., Akkermann, J. Development and evaluation of BIM-4-D-methods at example project Gateway Gardens lot 2, Frankfurt/Main//Bautechnik. 2018. 7(95). P. 453-462
[20] Tschickardt, T., Krause, D. BIM in highway construction using the example project «Availability model A 10/A 24″//Bautechnik. 2019. 96(3). P. 259-268
[21] Kaewunruen, S., Xu, N. Digital twin for sustainability evaluation of railway station buildings//Frontiers in Built Environment. 2018. 4(77).
[22] Aryani, A.L., Brahim, J., Fathi, M.S. The development of building information modeling (BIM) definition//Applied Mechanics and Materials. 2014. 567. P. 625-630
[23] Zhang, P., Chen, Q. Application Research of BIM Technology Used in Port Handling System Design//IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018. 452(4).
[24] Latiffi, A.A., Mohd, S., Rakiman, U.S. Potential improvement of building information modeling (BIM) Implementation in Malaysian construction projects//IFIP Advances in Information and Communication Technology. 2016. 467. P. 149-158
[25] Талапов В.В. BIM: транспортная отрасль в поиске скрытых ресурсов // Сборник материалов научной конференции «BIM Конгресс: Транспортная инфраструктура». 2015.
[26] Челохов А.А. Цифровизация строительства: правовое регулирование BIM // Сборник материалов научной конференции компаний Bilfinger Tebodin и Beiten Burkhardt. 2019.