Строительные технологии, опередившие будущее

За последние годы строительные практики значительно изменились и усовершенствовались. Прежде всего речь идет о широком применении информационного моделирования зданий (Building Information Modeling, BIM) — технологии, которая охватывает строительный процесс, начиная от разработки проекта до эксплуатации объекта.

В статье мы расскажем об истории и опыте строительства одного коммерческого объекта с использованием BIM и других новейших — на тот момент — инструментов.

Объект и команда

Бизнес-центр «Кантри Парк III» в городе Химки Московской области.

• Общая площадь — 64 000 м².
• Высота — 22 этажа.
• Двухъярусная подземная парковка.

Строительство было начато в 2010 году, то есть 15 лет назад.

Общий вид бизнес-центра «Кантри Парк III» 

Какая стояла задача

Заказчик поставил перед командой весьма непростую задачу — завершить строительство в максимально сжатые сроки. При этом нужно было создать высококачественную виртуальную BIM-модель, которую затем можно было бы использовать для эксплуатации, управления и реконструкции объекта.

Инвестора не устраивали сложившиеся на российском рынке стереотипы в проектировании, отсталость строительных технологий и устаревшая база стандартов. Руководство ожидало, что успешная реализация проекта укрепит репутацию компании, улучшит ее позиции на рынке и позволит привлечь новых арендаторов.

Создать виртуальный объект можно было только с внедрением BIM, который открывал перспективы применения инновационных методов в строительстве и управлении. Годы спустя в России такую технологию официально назовут ТИМ – технологией информационного моделирования.

Борьба со стереотипами

Сегодня очевидны преимущества BIM-технологий (ТИМ), но в то время пришлось бороться со стереотипами, укоренившимися в головах участников проектной команды:

• Создание единой базы данных, где собрана актуальная информация от всех участников процесса, казалось слишком сложной задачей.
• Моделирование и проектирование разных вариантов – очень дорогой процесс, требующий определенной квалификации, а 3D-модель нужна только маркетологам и дизайнерам, но никак не для стройки.
• Выявленные ошибки сложно и долго исправлять.
• BIM не умеет точно считать.
• Чересчур сложный интерфейс программного обеспечения для BIM.
• Риски срыва сроков строительства, проектирования и выход за установленную стоимость объекта еще слишком невелики, чтобы начать процессы планирования и прогнозирования.

Чтобы преодолеть это сопротивление, мы решили обучить членов проектной группы и профильных специалистов работе в Autodesk Revit. То есть перевести их с 2D-проектирования на трехмерное.

Обучение и BIM-команда

В то время не существовало единой методики обучения информационному моделированию зданий, тем более командной работе с технологией, а для BIM это очень важно. Да и специалистов, способных преподавать, оказалось критически мало.

Перед нами встала еще одна задача — как можно скорее обучить большое количество сотрудников пользоваться ПО по 3D-моделированию и работать в среде общих данных. Но главное — показать возможности коллективной работы с новым уровнем взаимоотношений и координации.

И вот спустя три месяца обучения без отрыва от реализации проекта была создана полноценная BIM-команда. Сотрудники получили все необходимые знания и навыки для самостоятельной работы в ПО Revit.

В рамках внедрения технологии BIM в нашем большом коллективе проектировщиков появились следующие ключевые роли и позиции:

• BIM-менеджер (стратегический менеджмент). Управляет стратегией внедрения BIM в компании, разрабатывает внутренние процессы и стандарты, проводит аудит проектов и обучение сотрудников. Может работать на любой стадии строительного процесса.
• BIM-координатор (операционный менеджмент). Координирует работу над проектом, объединяет проектную информацию, взаимодействует с участниками, проверяет модель на коллизии и поддерживает всех проектировщиков.
• BIM-проектировщик (разработка). Создает 3D-модели и наполняет их данными. Он должен глубоко разбираться в строительных технологиях, нормативных документах, методах проектирования и выполнения специализированных расчетов, а также уметь применять инструменты информационного моделирования для решения различных задач.
• BIM-моделлер (разработка). Создает 3D-модели на основе предоставленной проектной 2D-документации. В его обязанности входит разработка и детализация элементов проекта с помощью BIM-технологий. Кроме того, он формирует и упорядочивает различные компоненты BIM-систем, включая семейства объектов, шаблоны и библиотеки элементов.

Особое внимание уделили обучению специалистов по BIM-сопровождению строительства. Такими сотрудниками были инженеры ПТО, технического надзора (сейчас стройконтроля) и сметчики из СДО. При этом отдельную роль выделили планировщику (BIM-оператору). Он занимается автоматизацией процессов календарно-сетевого планирования (КСП):

• ведет и актуализирует в 4D-модели производственный график
• оперативно планирует этапы строительно-монтажных работ (СМР) в соответствии с проектом производства работ (ППР)
• мониторит фактическое выполнение объемов работ, закупок и поставок материально-технических ресурсов
• формирует и выдает недельно-суточные задания (НСЗ) на плановый период
• загружает и контролирует выполненные объёмы работ непосредственно в 4D-модели с расчетом расписания
• формирует отчетные документы о выполнении целевого плана для различных участников проекта (недельно-суточный отчет, еженедельный отчет) с визуализацией на 4D/5D-модели проекта.

Информационное моделирование

Технологии BIM внедряли уже на ранних стадиях строительства бизнес-центра. Это позволило системно проанализировать альтернативные концепции проекта, оценить и выявить оптимальные решения, проработать организационно-технологические варианты поэтапной реализации. С BIM-моделью можно было эффективно решать проектные задачи, которые неизменно возникают при совместной работе большого количества специалистов из разных подразделений.

Как выстраивалась такая совместная работа?

• Единую информационную среду создали на базе сетевой клиент-серверной структуры UNITY*. Участники могли подключиться к нужным WEB-узлам через корпоративную сеть.
• Созданные 3D-модели наполнялись параметрами и показателями, экспортировались в UNITY. Затем через перекрестные гиперссылки в 3D-пространстве происходили коммуникации между различными информационными блоками системы.
• Для своевременного выявления проектных коллизий, расчета спецификаций, проектирования инженерных систем использовались Autodesk Navisworks, Revit и Civil 3D. Для отображения и визуализации всех элементов модели и последовательности их возведения и монтажа — UNITY.

Благодаря сводной BIM-модели все участники проекта могли детально изучать строительный объект через его наглядную визуализацию. Модель обеспечивала максимальную степень проработки деталей, начиная от уровня детализации LOD 300 и вплоть до LOD 500. Такой подход позволил проектировщикам, строителям и инженерам по эксплуатации своевременно выявлять и решать множество возникающих вопросов и проблем задолго до начала строительно-монтажных работ — уже на этапе подготовки и согласования рабочей документации.

Виртуальная реальность

К наиболее инновационным возможностям применения BIM в то время относились технологии виртуальной реальности (VR) и первые устройства от Oculus. В интерьерах, созданных с помощью таких VR-устройств, можно было проводить «виртуальные туры». Архитекторы видели все пространство и взаимодействовали с ним еще до начала фактического строительства.

Проект бизнес-центра предусматривал сдачу помещений в аренду без внутренней отделки («shell & core»). Арендаторы погружались в трехмерную виртуальную среду, оценивали свои офисы «напрямую», и согласования будущих рабочих пространств проходили гораздо быстрее.

Планирование и цифровой контроль

На этапе строительства BIM-модель использовалась, чтобы следить за соблюдением технологии, обеспечивать контроль сроков производства СМР, рассчитывать ресурсоемкость, своевременно выявлять отклонения от плановых показателей и бюджетов проекта.

Для стройконтроля применяли BIM Mobile и Navisworks. При этом формировалась исполнительная 3D-модель здания, которую сопоставляли с исходной (проектной) трехмерной моделью, чтобы выявить фактические отклонения. Полученные данные были необходимы для дальнейшей разработки эксплуатационной 6D-модели и оформления исполнительной и эксплуатационной документации для управляющей компании.

Применение BIM Mobile и строительный контроль

Визуальный контроль с использованием 3D-модели помогал решать текущие задачи: анализ плановых и фактических работ, формирование наглядных отчетов для проведения рабочих совещаний.

В Synchro планировали и вели структурированные графики производства СМР, собирали статистику фактически выполненных работ, формировали финансовые результаты в 5D-модели. В 4D-модели синхронизировали графики выпуска РД, поставок МТР и производства СМР, чтобы своевременно снимать все ограничения к началу выполнения того или иного вида работ.

Помимо традиционных геодезических приборов для формирования и ведения исполнительной BIM-модели применяли технологии лазерного 3D-сканирования от TOPCON. Облако точек обрабатывали в Autodesk ReCap.

Результаты лазерного сканирования

Активно задействовали в работе функцию программы Revit по созданию уникальных идентификаторов (ID) элементов инженерных систем. Затем их использовали при изготовлении специальных шильдиков с QR-кодами. Шильдики наносили непосредственно на оборудование. QR-коды серьезно облегчили ведение складского учета материально-технических ресурсов, мобильный контроль за их использованием, а также процесс монтажа оборудования. Кроме того, эта система позволила более эффективно проводить пуско-наладочные работы и впоследствии эксплуатировать инженерные системы и оборудование.

Маркировочные шильдики с QR-кодом на элементах воздуховодов

«Цифровой двойник» и эксплуатация

Когда строительство завершилось, специально для эксплуатирующей управляющей организации мы разработали 6D-модель — единую актуальную среду данных об объекте. Впоследствии такие виртуальные модели зданий получили широкое распространение и стали известны под названием «цифровые двойники».

Вся техническая документация представлена в виде электронного архива и оформлена как BIM-паспорт объекта в соответствии со стандартом обмена информацией по эксплуатации и обслуживанию зданий COBie. Он содержит ряд цифровых данных:

• перечень оборудования
• информацию о гарантийном обслуживании
• списки запчастей к оборудованию
• таблицы данных по эксплуатации инженерных систем объекта и т.д.

Применение стандарта обработки данных COBie

Вся информация передается с помощью параметров элементов BIM-модели в четырех основных форматах:

• электронные таблицы (*.xlsх), текстовые документы в (*.pdf)
• IFC
• ifcXML

Данные используются для импорта/экспорта в различные программные продукты и приложения для управления объектами недвижимости:

CAFM (Computer-Aided Facility Management). Система автоматизации эксплуатации зданий.

CMMS (Computerized maintenance management system). Компьютеризированная база данных для планового техобслуживания и ремонта оборудования.

В процессе эксплуатации объекта BIM-модель открывает доступ к инженерным системам и коммуникациям, скрытым за элементами интерьера и отделкой. С помощью индивидуального маркера (QR-кода) можно увидеть положение конкретного помещения в 3D-пространстве и перечень смонтированного в нем инженерного оборудования. Этикетки с QR-кодом и метки радиочастотной идентификации определяют внутреннее позиционирование пространства в соответствии техническим спецификациям помещений.

Всю необходимую информацию и техническую документацию можно получить здесь и сейчас через планшет:

Использование меток радиочастотной идентификации и этикетки с QR-кодом для позиционирования

«Интернет вещей» и «искусственный интеллект»

Еще одним важным требованием заказчика стало применение в проекте технологий «умных» устройств, которые бы в автоматическим режиме управляли системами инженерного обеспечения и безопасности.

Впоследствии такую технологию назовут «интернетом вещей» (Internet of Things, IoT), а оборудование — «устройствами IoT».

В рамках проекта удалось внедрить передовые технологии комплексной автоматизации и диспетчеризации: «умные» сенсоры, датчики, IoT-устройства, контроллеры и Wi-Fi-модули собственной разработки. Данные от этих устройств оперативно поступали через интерфейс SQL-сервера, затем анализировались и отправлялись в систему SCADA, которая обеспечивала обратную связь. Эта программная система работала в реальном времени и обрабатывала данные в установленные сроки с учетом приоритетов и заданных значений.

Контроль параметров вели через человеко-машинный интерфейс (Human Machine Interface — HMI) с помощью средств анализа и прогноза их реальных значений. Система передает сведения о ходе процессов человеку-оператору, который может ими управлять. Вся история и статистика собирается в единую базу через сервер архивирования и хранения больших данных.

Такие логические возможности программных и аппаратных средств, предназначенных для выполнения прикладных задач по автоматизации и повышению эффективности деятельности человека, вскоре назовут решениями в области «искусственного интеллекта».

Заключение

На проекте бизнес-центра «Кантри Парк III» нам удалось успешно применить передовые BIM-технологии. Сроки возведения объекта сократились на 6 месяцев по сравнению с плановыми показателями, что, в свою очередь, снизило и финансовые расходы на реализацию проекта.

Использование BIM в проектировании позволило значительно уменьшить площади технических и вспомогательных помещений с 15% до 5–7% без нарушений нормативных требований к размерам проходов и ремонтных зон.

Эксплуатационная 6D-модель здания, содержащая подробное описание и все основные технические параметры, совместно с системой «умного дома» упрощают работу службы эксплуатации и повышают ее производительность. Благодаря этому количество сотрудников и технических специалистов управляющей компании сократилось с 35 до 25 человек, а также снизилось энергопотребление и использование ресурсов.

«Кантри Парк III» стал победителем ежегодной премии в области коммерческой недвижимости Commercial Real Estate Moscow Awards 2014 в номинации «Многофункциональный комплекс».