Полный текст

Введение Building Information Modeling (BIM) - это информационное моделирование (или модель) здания. Е.В. Соловьева и М.А. Сельвиан в статье «Основные этапы внедрения технологии информационного моделирования (BIM) в строительных организациях» [1] делают акцент на том, что ключевым словом в названии BIM является «информация». Как отмечают авторы статьи, «это не просто объемная картинка объекта, созданная с помощью программы, это модель, которой можно пользоваться на протяжении всего срока строительства и эксплуатации здания». Стив Кук в журнале Midwest Construction за 2008 г. писал: «[BIM] кажется наиболее эффективным и действенным способом собрать все стороны за столом переговоров и принять решения по любым возникающим вопросам. На самом деле мы не создаем мастер-модель. Каждый владеет своей собственной информацией и делает свою собственную [модель]. Это просто способ кратко свести их вместе, определить необходимые изменения, а затем позволить каждой стороне вернуться и внести свои изменения до следующей встречи». Термин Building Information Modeling впервые ввел ученый из Америки Роберт Эйш в 1986 г. В это же время он сформулировал основные принципы BIM-технологий. Роберт Эйш доказал, что его теория работает на практике, использовав ее при восстановлении «Терминала 3» аэропорта Heathtow в Лондоне. Этот объект является первым случаем использования BIM-технологий в мировой проектно-строительной практике. Авторы статьи «Использование BIM-технологий в строительной отрасли России» [2] отмечают, что на практике много раз подтверждалось то, что чем дальше ушел процесс проектирования конкретного объекта от своей начальной стадии, тем труднее специалистам вносить в него корректировки. После завершения проекта, когда дело дошло до строительства, внести изменения без нанесения существенного вреда практически невозможно. На рис. 1 кривой 3 обозначен график наиболее эффективных усилий по разработке проекта здания - предпочтительный процесс проектирования, когда затраты на внесение изменений минимальны, а результат таких изменений наиболее значим. Рис. 1. Кривая наибольшей эффективности усилий при проектировании здания Fig. 1. The curve of the greatest effort efficiency in building design Одной из причин появления BIM стало стремление создать технологию, при которой процесс проектирования максимально шел бы по предпочтительному пути графика 3. Актуальность исследования Многие застройщики до недавнего времени сомневались, что внедрение информационных технологий и, в частности, BIM-технологий может сильно повлиять на судьбу проекта и на снижение расходов. В Российской Федерации существенный всплеск интереса к технологиям информационного моделирования связан с вынесением вопроса применения BIM на государственный уровень. 29 декабря 2014 г. глава Минстроя М.А. Мень подписал Приказ «Об утверждении плана поэтапного внедрения технологий информационного моделирования в области промышленного и гражданского строительства» [3]. В качестве доказательства необходимости внедрения BIM-технологий на территории РФ консалтинговая компания McGraw Hill Construction провела опрос среди компаний строительной отрасли и узнала, какие преимущества они получили c внедрением BIM. Так, исследование показало следующие результаты: 41 % опрошенных компаний отметили сокращение количества ошибок после внедрения технологии. В свою очередь, 35 % и 32 % обратили внимание на улучшение коммуникации между руководителями и проектировщиками и улучшение имиджа предприятия соответственно [4]. В целом каждый пример внедрения BIM указывает на определенные сложности перехода к информационному моделированию, но при этом результаты полностью стоят того. Важно отметить, что информационное моделирование зданий является не заменой классических методов проектирования, а их развитием. Е.С. Рахматуллина в статье «BIM-моделирование как элемент современного строительства» [5] стремится донести мысль о том, что «BIM не идеальна, она не работает автоматически, не заменяет человека. Более того, технология BIM требует от проектировщика большого профессионализма, комплексного понимания процесса проектирования. Но при этом BIM вносит в работу творческую составляющую, делает работу человека более эффективной». Проанализировав данные, предоставленные Минстроем РФ [6], и материал статьи «Развитие информационных технологий в строительстве» [7], можно сформулировать основные преимущества информационных технологий. Благодаря внедрению BIM-технологий возможно достичь и улучшить следующие показатели эффективности: 1) сокращение затрат на строительство и эксплуатационные расходы на 30 %; 2) снижение погрешности и ошибок в проектной документации до 40 %; 3) сокращение сроков реализации проекта до 50 %; 4) сокращение времени на проверку модели в 6 раз; 5) снижение показателя погрешности при планировании возможного бюджета будущего объекта в 4 раза; 6) сокращение времени и сроков на координацию и согласование до 90 %; 7) сокращение сроков строительства на 10 %; 8) сокращение времени, потраченного на ведение строительных работ от 20 до 50 %; 9) автоматизация трудоемких процессов по вычислению конструктивных показателей, определению применяемого материала и оборудования; 10) автоматическое внесение корректировок в чертежи, расчеты, при наличии изменений в проекте (любые изменения, внесенные на одном из этапов проектирования, будут видны сразу всем участникам строительства, использующим данную технологию, в этом и заключается принципиальное отличие BIM от 3D-визуализации). Все вышесказанные преимущества информационного моделирования достигаются исключительно за счет грамотной организации работы с BIM-технологиями на всех этапах строительства. Внедрение и применение BIM-технологий значительно упрощает и облегчает строительные процессы, однако процесс освоения таких технологий в нашей стране не быстрый, поскольку возникают трудности на начальных этапах внедрения. На основании магистерской диссертации [8] С.В. Бобкова, статьи [9] А.С. Лушникова и статьи Я.А. Алексеевской [10] выделены основные причины, замедляющие распространение технологий информационного моделирования в России: высокая стоимость первоначальных вложений (цена программного обеспечения и закупка оборудования), необходимость переподготовки персонала/необходимость поиска специалистов (BIM-менеджеров), создания новых рабочих мест, стандартов и принципов работы с создаваемыми и имеющимися моделями на конкретном производстве, нормативного обоснования использования и стандартизации. Так, процесс внедрения информационного моделирования и полной замены двухмерного CAD-проектирования является трудоемким и дорогостоящим. Как отмечают авторы статьи [11], для успешного развития отрасли информационного проектирования необходима поддержка государства путем выделения денежных средств, а также введения обязательных требований по созданию моделей для новых проектов и существующих зданий и сооружений. Анализ данных исследований показывает, что интерес к информационному моделированию неуклонно растет, хотя в настоящее время нет единых стандартов, которые позволили бы правильно сформировать, передать и использовать информацию, возникающую при информационном моделировании, что, в свою очередь, подтверждает актуальность исследования существующих и разработки новых методик автоматизированного проектирования. Задача данной статьи - анализ современного состояния BIM-технологий в строительной отрасли и постановка задач для дальнейшего исследования. Существующие решения в данной области С 2017 г. Министерство строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации планирует строительство объектов, финансируемых из госбюджета, с обязательным применением BIM-технологий. Согласно поручению президента РФ В.В. Путина от 19 июля 2018 г. председателю Правительства РФ Д.А. Медведеву необходимо внедрять технологии информационного моделирования в строительную отрасль для повышения качества строительства [12]. В первую очередь это будет касаться объектов социального назначения. Данная технология, по мнению главы государства, должна повысить культуру строительства и улучшить ответственность заинтересованных лиц. В России в настоящее время BIM-технологии используют 20 % строительных организаций и компаний. Сравним с Европой: например, в Великобритании эти технологии применяют 39 % организаций, а в Северной Америке - 79 %. BIM-технологии находят применение и в других странах, таких как Япония, Южная Корея и Австралия, что отражает заинтересовать проектно-строительных организаций в использовании информационного моделирования [4]. Масштаб внедрения BIM-технологий в упомянутых выше странах в первую очередь объясняется выгодами от применения данной технологии на различных этапах и уровнях реализации проекта (как на уровне отдельного предприятия, отрасли, так и государства в целом) [10]. Также можно процитировать М.Г. Король (Генеральный директор компании «Конкуратор», зам. председателя комитета по конкурсным процедурам инновациям и ценообразованию НОПРИЗ, профессор МААМ): «Путь, проделанный Великобританией, и накопленный там опыт, несомненно, представляют для нас большой интерес в связи с тем, что и мы с нашим планом поэтапного перехода на технологии BIM, как раз сейчас проходим очередной этап становления, подготовки, формируем свои организационные структуры, которые могли бы «поднять» эту работу, но уже в масштабах Российской Федерации. Ведь в планах Минстроя - начать постепенно заказывать строительство в системе BIM…». В России в 2017 г. были изданы первые нормативные документы, регламентирующие информационное моделирование в строительстве. Согласно [13] в настоящий момент утверждено 12, разработано (на стадии подготовки к утверждению) 6 и запланировано к разработке 9 нормативных документов, касающихся информационного моделирования. Также создана специальная рабочая группа, база, включающая 23 пилотных проекта. В ближайшие несколько лет проектные и строительные организации будут поставлены перед выбором - либо работать в технологии BIM, либо оставаться без объемов. Те компании, которые внедрили в сферу своей деятельности технологии, отмечают повышение эффективности работы и работу не в BIM уже не представляют и считают отсталой. Здесь хотелось бы процитировать Билла Гейтса: «В будущем останется два вида проектных организаций - те, которые перешли на BIM, и те, которые закончили заниматься бизнесом». Государственная поддержка позволит большей части из тех, кто пока не перешел на BIM, эффективно применять технологии информационного моделирования в архитектурно-строительной отрасли. В настоящее время чаще всего BIM-технологии применяются при реализации технологически сложных строительных проектов, таких как атомные электростанции, гидроэлектростанции, уникальные здания - небоскребы, стадионы, ТЦ и др. Применение BIM-технологий в этих случаях целесообразно в связи со сложностью возведения объекта, продолжительностью, большой стоимостью и сложной технологией строительства (например, стесненные условия). За рубежом с применением BIM-технологий построены: небоскреб One Island East в Гонконге, музей искусств в Денвере (США), «Бакинский олимпийский стадион» в г. Баку (Азербайджан), Олимпийские стадионы в Рио-де-Жанейро и другие. В России объектами, построенными с помощью информационного моделирования, являются: многофункциональный комплекс «Лахта Центр» в г. Санкт-Петербурге, многофункциональный комплекс «Ахмат Тауэр», г. Грозный, Керченский (или Крымский) мост, стадионы для Чемпионата мира по футболу 2018. С применением информационного моделирования также проектируются и строятся терминалы аэропортов, дворцы спорта, станции метро, больницы и заводы. Как правило, BIM-технологии использовались во многих случаях только для решения архитектурно-конструктивных задач, а сметы составлялись традиционным способом. Информационное моделирование нашло применение и в сметном деле, хотя 5D-моделирование является относительно новым видом информационных технологий, в котором существует достаточно широкий спектр проблем. Таким образом, возникает необходимость проанализировать современное состояние BIM-технологий для выпуска проектно-сметной документации с целью выявления проблем и дальнейшего их решения. BIM-технологии как инструмент составления сметной документации На своем базовом уровне BIM представляет собой эволюцию от традиционного 2D-проекта к динамической 3D-модели, построенной на основе базы данных физических и функциональных характеристик проекта. Чем больше данных пользователи добавляют в модель, тем больше преимуществ можно извлечь из нее. После 3D-визуализации проекта информация о конкретных объектах внутри модели может быть использована для оценки производительности, составления графика строительства и затрат [14]. На сегодняшний день 3D-моделирование является самым популярным использованием BIM, как отмечают архитекторы. Другие пользователи информационных технологий, такие как инженеры и подрядчики, отмечают удобство использования BIM в планировании строительства (4D) и в оценке затрат (5D), хотя их использование еще широко не распространено. 5D-модель объекта состоит из трехмерной пространственной модели объекта (3D-модель) с учетом временного планирования и финансовых затрат. В статье [15] авторы дают следующее определение 5D: «5D проектирование - это автоматизированный расчета объемов работ и назначение сметных норм элементам BIM-модели с возможностью выгрузки информации в любые сметные программы для составления сметных расчетов». Как отмечают А.В. Минеева и М.Е. Кочнева в работе [16], «совершенно очевидно, что технология BIM способна принципиально помочь в процессе автоматизации формирования смет». Следует отметить, что в настоящее время в Российской Федерации данная технология пока не получила широкого распространения, так как многие программы не протестированы на реальных объектах либо являются наработками конкретных компаний, создающих программные комплексы «под себя». Благодаря применению BIM-технологий в Российской Федерации возможно достичь более обоснованной и более точной стоимости строительства (устранить проблему «непрозрачных» смет), что приведет к решению задач своевременного и точного планирования, а гибкая привязка ценовых показателей к любому из параметров элемента модели позволяет автоматизировать процесс расчета. Благодаря взаимосвязи 3D-моделирования и сметных программ увеличивается конкурентоспособность участников строительного рынка, которая будет заключаться в снижении трудозатрат и повышении качества выпускаемой проектно-сметной документации. Сравнение инструментов составления сметной документации традиционным способом и инструментов, основанных на использовании BIM-технологий Проведем сравнение проверки сметы объемом на тысячи позиций традиционным способом и в электронном виде с применением BIM-технологий. При проверке сметы первым способом необходимо вручную пересчитывать все объемы работ, затем проверять правильность применения расценок, коэффициентов и индексации. С использованием 5D-моделирования есть возможность устранить эти особенности, а также исключить практически все ошибки, связанные с человеческим фактором, поскольку все данные загружаются в сметную программу из BIM-модели и в дальнейшем только дополняются инженером-сметчиком. Обычно окончательная стоимость проекта рассчитывается только после завершения процесса проектирования, когда проект на расценку передается сметному отделу. Использование BIM-технологий позволяет определить стоимость еще в процессе проектирования при взаимодействии с инженерами-проектировщиками. Если рассматривать традиционную схему проектирования, то инженер-сметчик приступает к определению стоимости лишь на последних этапах по уже готовой документации (рис. 2). Иногда для расчетов предоставляется вся информация: ведомости, спецификации с уже подсчитанными объемами работ и т.д., однако инженерам-сметчикам часто приходится определять все значения самостоятельно по чертежам или обращаться за разъяснениями к проектировщикам. Такой подход неизбежно ведет к ошибкам, неточностям и накоплению погрешностей. С помощью 5D-модели объекта формирование сметной документации можно автоматизировать, интегрировав инженеров-сметчиков в проектный процесс на правах полноценных BIM-участников (рис. 3). Рис. 2. Традиционная схема проектирования, при которой инженеры-сметчики выключены из проектного процесса Fig. 2. The traditional design scheme, in which the engineers-estimators are excluded from the design process Рис. 3. Схема проектирования с использованием BIM-технологий, при которой инженеры-сметчики участвуют в процессе проектирования с самого начала Fig. 3. Design scheme using BIM-technology, in which the engineers-estimators are involved in the design process from the very beginning Возможности BIM-технологий позволяют принимать более быстрые и простые решения задач, касающиеся управления строительством. Нельзя не согласиться с автором статьи [17], отмечающим, что «учитывая наглядность и скорость, с которой в данной технологии исключаются обнаруженные ошибки, преимущества BIM-технологий очевидны». Проблемы и преимущества 5D-моделирования Преимущества 5D-технологий при расчете смет: - оценка объема материалов и работ, а также стоимость строительства на начальных этапах строительного процесса; - создание точных планов-графиков возведения объекта, которые позволяют спланировать время поступления денежных средств; - сокращение погрешности расчетов потенциальной стоимости строительства на основе BIM-модели с погрешностью 5-10 %; - автоматическое формирование смет, а также проверка номенклатуры включенных в нее ресурсов; - возможность в реальном времени оценить необходимость в ресурсах и материалах, увидеть стоимость элемента здания и оценить бюджет проекта в целом или на любом отрезке времени; - сокращение времени, затрачиваемого на создание смет; - отражение любых изменений в модели в сметном расчете, нет необходимости переделывать сметы; - возможность подавать документы на электронную экспертизу, непосредственно через программу; - исключение вероятности возникновения ошибок при передаче данных в сметную программу; - сокращение трудозатрат на внесение изменений и уточнение исходных данных; - возможность принятия решений с учетом модели реальной ситуации на строительной площадке (происходит реализация принципа design-to-cost, когда не инвестиции адаптируются под строительство, а строительство (еще на этапе проектирования) адаптируется под инвестиции); - унифицирование процесса составления сметной документации; - сравнение стоимости и объема работ для разных вариантов проекта. По итогам опроса, проведенного агентством McGraw-Hill Construction [14], пользователи BIM-технологий определили преимущества (рис. 4), которые дает им внедрение информационного моделирования зданий. На основании вышесказанного очевидно, что с помощью BIM-технологий возможна автоматизация формирования смет, но для этого необходимо решить важный вопрос, связанный с кодированием и наименованием конструктивных элементов, которые используются в BIM-модели, а затем принимаются для выбора конкретного норматива. Главной проблемой кодирования является тот факт, что именно инженерам-сметчикам необходимо присваивать элементам модели коды классификатора. Для этого необходимо время для обучения таких специалистов, которые смогут работать в новых программах, что затягивает процесс перехода на технологии информационного моделирования и увеличивает список обязанностей инженеров-сметчиков. Идеальным решением данного вопроса является создание национального, адаптированного к BIM классификатора строительных элементов. В журнале [14] отражены вопросы о потенциальных рисках, которые могут возникнуть при внедрении и использовании BIM. К ним относят: 1. Ответственность и юридические вопросы. Поскольку BIM позволяет обмениваться данными для общего использования в проектах между всеми участниками строительного процесса, то возникает вопрос по поводу надежности этих данных. 2. Неопытность пользователей. Поскольку BIM - это развивающаяся технология, уровень владения у каждого участника строительства разный. Отмечается, что архитекторы имеют больше опыта работы с информационными технологиями, чем их коллеги. 3. Право собственности на модель. Дебаты о том, кому «принадлежит» модель проекта, были особенно распространены в последние годы. Рис. 4. Преимущества, которые дает внедрение информационного моделирования зданий Рис. 5. Факторы, которые являются значимыми для успеха внедрения BIM-технологий для владельцев фирм На рис. 5 представлены внешние факторы, которые, по мнению владельцев фирм, являются значимыми для успеха внедрения таких технологий у себя в фирме. Из диаграммы видно, что все факторы стали менее значимыми в период с 2009 по 2012 г., кроме одного - уменьшения стоимости BIM-программ. Заключение BIM-моделирование - это технология, позволяющая добиться больших конкурентных преимуществ в строительной отрасли. В связи с тем что информационная модель объединяет в себе всю информацию по проекту, возможна оптимизация всех процессов строительства объекта, получение актуальной информации об элементах здания, наглядная визуализация, а также контроль объекта на всех этапах жизненного цикла. Благодаря систематизации данных существует возможность учета типовых ошибок и недочетов при планировании и строительстве последующих объектов-аналогов. Однако данные технологии сложно внедрить в каждый уровень бизнеса, в частности, для малого и среднего бизнеса внедрение BIM-технологий является дорогостоящим в плане ведения каждого этапа, т.е. типовые проекты могут выполняться классическим 2D-способом, но для сложных и масштабных проектов целесообразнее использовать данную технологию информационного моделирования. Также использование BIM-технологии обеспечивает достижение высокой скорости формирования смет, оценку с целью отображения изменений в проекте и анализ различий между расчетными и фактическими затратами, а также значительную экономию финансовых средств. Несмотря на все достоинства 5D-моделирования, существует ряд проблем, связанных с внедрением и использованием этой технологии. Для их устранения необходимо дальнейшее изучение существующих международных и отечественных практик использования BIM-технологий в строительной отрасли. Таким образом, можно сформулировать цель и задачи для дальнейшего исследования. Цель исследования: разработка методических основ информационного моделирования в сметном деле для оптимизации и систематизации процесса проектирования. Задачи исследования: 1) разработать системы кодирования конструктивных элементов информационной модели с целью их последующего осмечивания в информационной модели; 2) разработать методику автоматизированного проектирования и стоимостного планирования с учетом ранее полученных данных; 3) разработать предложения по алгоритму передачи данных из электронного документооборота при составлении смет посредством информационного моделирования.

Об авторах

А. Ю Букалова

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

К. В Авдеева

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Список литературы

Статистика

Просмотры

Аннотация - 956

PDF (Russian) - 470

Ссылки

• Ссылки не определены.