Цифровые технологии в строительстве
Цифровые технологии все активнее внедряются в проектирование и строительство. И это не только информационное моделирование, но и другие современные решения, упрощающие работу специалистов и делающие ее более эффективной.
В том, что трансформация строительной отрасли невозможна без внедрения передовых цифровых технологий, уверены как чиновники Минстроя, так и игроки рынка. Ряд решений уже используется, другие еще ждут своей очереди.
Правило хорошего тона
При упоминании «умных» технологий в проектировании и в строительстве в первую очередь все вспоминают BIM. Еще пять-семь лет назад для многих российских компаний информационное моделирование было практически неизвестно. Сейчас эту технологию в своей работе используют уже более половины всех крупных проектных организаций. Застройщики BIM применяют пока реже. Тем не менее, есть стойкая тенденция роста.
По мнению заведующего кафедрой информационных технологий СПбГАСУ Алексея Семенова, использование BIM на стадии проектирования в ближайшие пять лет уже станет правилом хорошего тона. Все предпосылки для этого уже есть. Внедрение BIM на последующих стадиях, на его взгляд, займет больше времени. Здесь мы можем опираться на международный опыт внедрения BIM в строительную отрасль.
«В целом, если говорить о новых технологиях, в настоящий момент активно разрабатывается и дополняется программное обеспечение, в том числе и отечественное, для использования на стадиях строительства и эксплуатации. Кроме того, для работы с информационными моделями зданий могут использоваться технологии 3D-сканирования, 3D-печати, виртуальной и дополненной реальности. Все это звучит как научная фантастика, но в отдельных организациях уже используется. Работа с этими технологиями приводит к необходимости формирования новых компетенций у выпускников вузов, к модернизации старых и открытию новых специальностей. В СПбГАСУ в этом направлении ведется активная работа. Поэтому, когда технологии получат широкое распространение, наши выпускники будут к этому готовы», – подчеркнул Алексей Семенов.
Многие проектные организации уже задействуют BIM, другие технологии – и сочетают их между собой. Как отмечают в компании «Ренейссанс Констракшн», специалисты в своей работе уже используют 4D-, 5D-проектирование, фотограмметрию и лазерное сканирование, а также технологии виртуальной и дополненной реальности. Причем и в облачных сервисах. Также туда уже уходят и платформы. Например, Autodesk делает фотограмметрию на облаке, там же происходит обработка моделей для forge viewer. В результате на компьютере проектировщика и строителя остается только браузер.
По словам главного специалиста по информационному моделированию зданий компании «Ренейссанс Констракшн» Павла Недвиги, для более глубокого внедрения данных новых технологий в проектирование понадобится два-три года. Также за этот период станет обыденной инвестиционная оценка проекта на основе информационной модели. Относительно нетиповыми технологиями останутся Machine learning & Data science. Пока имеются единичные примеры их использования. Но востребованность такого направления в ближайшие годы будет расти.
Заместитель генерального директора ООО «ПСС ГРАЙТЕК» Борис Воробьёв соглашается с коллегами. По его словам, сегодня технология BIM получила устойчивое распространение в проектировании и все больше внедряется в управление строительством. Он отмечает, что сейчас в отрасли получают распространение практика сдачи проектов на госэкспертизу в формате BIM, расчет стоимости объекта на ее основе. Также специалисты используют в работе 3D-координацию и обнаружение коллизий, автоматизированную проверку соблюдения норм в проекте и др.
В «едином окне»
По словам руководителя бизнес-направления компании Advalange Дмитрия Мордвинцева, отдельно существует потребность в удобном механизме представления отчетности. В этой сфере прекрасным инструментом, повышающим эффективность реализации проекта, является BPM-система. Она позволяет автоматизировать в формате «единого окна» взаимодействие между госзаказчиком, генподрядчиком, исполнителями на местах и оперативно предоставлять консолидированную отчетность проверяющим органам. Ключевым отличием BPM-систем является консолидация всех строительных процессов в формате «единого окна». Также возможно подключение сторонних систем, таких как видеонаблюдение объекта в режиме онлайн, картографических сервисов, и формирование различных информационных досок для всех участников процесса.
«Регионы, корпорации и проектные организации, которые уже внедрили подобные системы, отмечают существенное высвобождение ресурсов от рутинной работы. За всеми участниками процесса закрепляются формализованные зоны ответственности. Осуществляется полный контроль целевого исполнения бюджета проекта. Что особенно приятно, данные системы являются стопроцентно российскими разработками и внедряются отечественными компаниями», – добавил Дмитрий Мордвинцев.
Генеральный директор ООО «Дорианс» Сергей Луценко добавляет, что проектно-изыскательским компаниям, несомненно, в будущем помогут дроны в сочетании со спутниковыми тарелками. Уже сейчас на рынке есть несколько предложений, где беспилотник сверху снимает плановое положение, а стоящий на земле GNSS-приемник отслеживает его высотное положение. С помощью такой комбинации можно производить топографическую съемку и осуществлять сопровождение строительства. Также, на его взгляд, со временем в строительство ворвется технология 3D-печати. И это будет печать по заранее разработанным чертежам из различных материалов, не только из полимеров, но и из стали с бетоном.
Мнение
Кирилл Няшин, начальник отдела по информационному моделированию строительства компании «Ренейссанс Констракшн»:
– В настоящее время для небольших объектов наблюдается уход проектирования в облачные сервисы. Также для них задействуется лазерное сканирование. Это помогает получить более точные объемы работ, материала, а также рассчитать их стоимость. При этом 4D-моделирование в таких проектах обычно задействуется для разделов конструктивных решений и фасадов. Для крупных и ответственных объектов уход в облако пока сомнителен с точки зрения безопасности. Кроме того, существует вероятность закрытия облачных решений для объектов госзаказа. Соответственно, данный фактор будет тормозить развитие облачных решений на всех этапах проектирования в данном сегменте.
Тем не менее, в целом технологии развиваются очень быстро. Все более обыденными становятся использование эксплуатационной модели здания, безбумажный прием объектов в экспертизу. Также все более активно задействуются на строительной площадке AR-технологии для контроля монтажа, проводятся VR-конференции между географически отдаленными офисами для обсуждения модели объекта.
Тимофей Татаринов, генеральный директор IТ-компании «Мобильные решения для строительства»:
– В проектировании действительно все активнее заметен переход на BIM. В строительстве же цифровые технологии стоит делить на «человеческие» и инструментальные. Инструментальный контроль осуществляется при помощи дронов, лазерного сканирования, облака точек. Хотелось бы верить, что через пять лет в строительной сфере нас ждет повсеместное использование компактных лазеров, сканеров или дронов, которые будут оперативно передавать статус текущего хода строительства. Тем более, что многие из используемых сейчас технологий становятся с каждым годом доступнее.
«Человеческие» технологии – это визуальный контроль качества, к которому наблюдается растущий интерес. Судя по нашим клиентам, компании с большими объемами застройки нацелены на создание единого информационного пространства для обмена данными. Особенно важно для развития отрасли, чтобы аналоговый общий журнал работ перешел в цифровой формат. Технически для этого все готово.
Новых IT-технологий в строительной сфере не появлялось давно, все было разработано в 1990-х, 2000-х и 2010-х годах. Сейчас нужно смотреть на то, какие решения появляются на основе этих технологий: искусственный интеллект, Big Data, VR/AR. Но например, VR на строительной площадке пока не находит нормального применения, в лучшем случае – используется в обучении.
Искусственный интеллект и Big Data – это то, куда все идет. Все это может применяться как руководителями, директорами по строительству, генеральными директорами, так и непосредственно исполнителями, инженерами. Однако сейчас таких решений нет не только в России, но и за рубежом.
Купол как уникальная конструкция
Лаборатория деревянных конструкций ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко АО «НИЦ «Строительство» совместно с ООО «ЦНИПС ЛДК» разрабатывает проекты большепролетных каркасов покрытия из клееных деревянных конструкций (КДК). По их проектам построено более 10 аквапарков по всей России. Крупнейший из них – аквапарк «Питерлэнд» в парке 300-летия Санкт-Петербурга. Об особенностях проекта «Строительному Еженедельнику» рассказал заведующий лабораторией деревянных конструкций ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко Александр Погорельцев:
– В бассейнах и аквапарках КДК имеют преимущества перед конструкциями из металла или железобетона. Для них хлорирование или озонирование воды создает агрессивную среду, нейтральную для древесины.
В ТРК «Питерлэнд» смонтирован ребристый купол диаметром 90 м и высотой 45 м. Особенности конструкций связаны в основном с его габаритами. В плане меридиональные ребра купола опираются с шагом 14,5 м на нижнее железобетонное кольцо и на стальное верхнее кольцо диаметром 5 м. Основные ребра длиной около 60 м выполнены в виде серповидных сборных ферм и сами по себе являются уникальными в части принятых конструктивных решений, изготовления, сборки и монтажа. На эти ребра с шагом 6 м опираются девять криволинейных кольцевых элементов, из которых два – верхний и нижний – являются опорами для 60 промежуточных меридиональных ребер. Нижний кольцевой элемент выполнен в виде горизонтальной фермы, воспринимающей реакции опор от промежуточных ребер и нагрузки от кольцевой технологической площадки. Остальные кольца являются распорками между меридиональными ребрами для обеспечения их устойчивости.
В конструкции купола реализованы основные принципы «системы ЦНИИСК», все основные узлы и стыки поясов серповидных ребер выполнены на наклонно вклеенных стержнях и V-образных анкерах. Это уникальная система узловых соединений, основанная на вклеивании в древесину арматурных стержней периодического профиля. Россия обладает приоритетом в области подобных узловых соединений деревянных конструкций.
Все жесткие стыки ребер и соединения закладных деталей со стержнями, вклеенными на заводе и на монтаже, выполнены ручной сваркой. Экспериментальные исследования, проведенные в ЦНИИСК с целью оценки влияния сварки на соединения, показали, что существующий «психологический» барьер при сварке деревянных конструкций успешно преодолевается. При соблюдении нескольких рекомендаций сварка практически не сказывается на несущей способности соединений.
Меридиональные ребра состоят из четырех отправочных блоков полной заводской готовности, соединяемых на монтаже жесткими стыками на сварке. Все блоки по торцам снабжены выпусками V-образных анкеров и закладными деталями.
Проблемы допусков по длине для меридиональных ребер решены с помощью зазоров около 40 мм между торцами поясов, заполняемых полимербетоном после сварки V-образных анкеров и стальных полос. Этим достигается плотный контакт по площадкам сжатия.
Треугольная решетка меридиональных ребер включает горизонтальные и вертикальные элементы. Горизонтальные соединены с поясами на цилиндрических нагелях и шпильках, а вертикальные – с усилием растяжения до 40 т – путем сварки выпусков вклеенных стержней и закладных деталей на раскосах.
Сборка и монтаж меридиональных ребер производились в три этапа: сначала на жестком горизонтальном стенде производилась предварительная сборка блоков в проектных габаритах, затем окончательная сборка в вертикальном стальном стенде с последующей установкой блоков в проектное положение.
Из-за кризиса 2008 года после монтажа каркаса купола строительство было приостановлено – и возобновлено только в 2011 году. В результате влажность древесины, не защищенной от атмосферных осадков, значительно превысила величину равновесной влажности, соответствующей условиям эксплуатации. Быстрое завершение строительства и ввод в эксплуатацию могли привести к неравномерной усушке древесины и, как следствие, к появлению значительных трещин и расслоений. Разработанные в ЦНИИСК рекомендации по обеспечению температурно-влажностного режима при завершении строительства позволили избежать этих проблем.
Цифровые технологии – спорту
Олимпиада в Сочи и Чемпионат мира по футболу – 2018 задали новые требования к проектированию и строительству спортивных сооружений в России. О том, как создать современный спортивный объект мирового класса и уложиться в жесткий дедлайн, рассказывает руководитель отдела ОВиКВ компании «Метрополис» Сергей Брюзгин.
Проектирование спортивных сооружений – задача сложная и ответственная. Объекты такого рода сочетают в себе яркую, запоминающуюся архитектуру и комплекс сложнейших инженерных систем. Именно поэтому проектировщики постоянно находятся в поиске новых эффективных решений для работы с такими проектами.
В основе – технологии
Одними из наиболее успешных разработок, активно используемых проектировщиками, являются BIM-технологии. Их применение при проектировании современных сложных объектов, к числу которых относятся и спортивные сооружения, является одним из ключевых условий успешных инвестиций заказчика, ведь технология BIM-проектирования позволяет существенно сэкономить время и средства, необходимые для реализации проекта.
Эта технология дает возможность повысить качество проектирования и на раннем этапе представить полную картину того, как будет выглядеть и функционировать объект. При необходимости заказчик может своевременно внести корректировки в проект на той стадии, когда изменения не влекут за собой больших затрат. Это отличная возможность для всех участников проекта получить практически идеальный продукт, обладающий внешней привлекательностью, комфортом и безопасностью среды и, что самое главное, инвестиционной привлекательностью.
Сейчас все проекты нашей компании разрабатываются с применением этой технологии. Например, Центр художественной гимнастики имени Ирины Винер-Усмановой еще в 2016 году получил первое место на конкурсе BIM-технологий, организованном Минстроем РФ.
Другая многообещающая разработка – достаточно молодая в строительной сфере технология математического моделирования (CFD-моделирование). До ее появления то или иное техническое решение можно было обосновать либо опираясь на накопленный опыт (чаще всего используя решения, принятые ранее для подобных объектов), либо при помощи натурных испытаний (создание макета, испытательного стенда и т.п.). Первый вариант – рискованный (аналогичный объект может достаточно сильно отличаться по своим характеристикам от проектируемого, что может дать свою погрешность и привести к неработоспособности решения). Второй – затратный как по деньгам, так и по времени, не говоря о том, что далеко не все макеты можно физически реализовать. Технология CFD дает возможность за пару дней, а иногда и за несколько часов решить нестандартный узел, внести в него требуемые корректировки и добиться эффективности и работоспособности решения.
Мы применяли CFD-моделирование при проектировании таких объектов, как Центр художественной гимнастики в Москве, многофункциональный плавательный центр «Лужники», крытый каток Москомспорта, а также при проектировании жилых зданий.
До того, как мы освоили эту технологию, нам казалось, что ее применение будет востребовано только на уникальных объектах, однако практика показала, что использование CFD-моделей полезно для объектов любого уровня сложности. С его помощью можно решать такие задачи, как распределение температур в сложных трехмерных многослойных конструкциях, расчет параметров микроклимата помещений, воздухораспределение, расчет потерь давления в нестандартных сетевых элементах и т. д.
Данная технология дает специалисту возможность на раннем этапе проектирования отследить вероятные недочеты потенциальных инженерных решений, а иногда и понять, что предлагаемое решение слишком затратно (как энергетически, так и финансово) или вовсе нежизнеспособно. Например, для проверки условий, создаваемых для зрителей и спортсменов, наша компания выполняла оценку проектных решений систем вентиляции и кондиционирования главной арены Центра художественной гимнастики в Москве при помощи CFD-моделирования. Для достижения оптимального результата нам пришлось провести 8 итераций расчетов, в результате чего системы вентиляции и кондиционирования были значительно переработаны. Это еще раз подтверждает: CFD-моделирование и проектирование при помощи BIM-технологий позволяет на раннем этапе выявить проблемы и оптимизировать проектные решения. А заказчик, в свою очередь, получает наглядное, интуитивно понятное обоснование принимаемых решений. Вот несколько примеров выполненных расчетов:
В гармонии со стройкой
Посмотрим, как применение этих технологий реально отражается на строительном процессе. В качестве примера возьмем Центр художественной гимнастики. Для проектируемого объекта выполнялись следующие стадии проекта:
- концептуальные решения (стадия «К»);
- стадия «Проектная документация» (стадия «П»);
- стадия «Рабочая документация» (стадия «Р»);
- авторский надзор.
Проект стадии «К» стартовал в конце мая 2016 года и длился примерно 2 месяца. Последующая стадия «П» длилась примерно 3,5 месяца. Стадия «Р» длилась примерно 2 года, при этом строительные работы на объекте велись с запаздыванием от проекта всего на 2–3 месяца, иногда этот разрыв становился еще меньше, так что можно сказать, что проект стадии «Р», строительство и авторский надзор шли практически параллельно.
Основные сложности при проектировании как раз и связаны с малым разрывом в сроках между разработкой проектного решения и выдачей его для реализации на стройплощадку. У инженеров и архитекторов остается очень немного времени на принятие и согласование решений, и ошибки при таких малых сроках недопустимы. Именно использование BIM-технологий и, в частности, CFD-моделирования позволяет проектировщикам достаточно комфортно чувствовать себя в процессе взаимодействия со всеми заинтересованными сторонами. При этом есть, конечно, одно обязательно условие, с чем нам повезло: в арсенале всех участников проекта были современные технологии и подходы к проектированию, что позволило выполнить поставленную задачу в требуемый срок.
