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.
Качественный подход
Инновационные технологии позволяют ускорить дорожное строительство и повысить сроки службы асфальтобетонного покрытия. Однако их масштабному внедрению мешают устаревшие нормативы.
Премьер-министр РФ Дмитрий Медведев порекомендовал регионам активнее внедрять в дорожное строительство новые технологии. С этим предложением он выступил на прошлой неделе в Екатеринбурге на совещании по вопросам реализации национального проекта «Безопасные и качественные автомобильные дороги». По его словам, в этом году на эту программу из федерального бюджета было выделено 110 млрд рублей. Однако ряд регионов страны (Приморье, Чукотка, Крым) освоили менее трети предоставленных средств.
Глава российского правительства также предложил наращивать в дорожной отрасли долю контрактов на принципах полного жизненного цикла. «Это мировая практика, она позволяет существенно улучшить качество работ и обеспечить последующий мониторинг. Она, конечно, дисциплинирует подрядчиков, которые не заинтересованы в том, чтобы свой брак постоянно переделывать. К концу 2019 года на принципах жизненного цикла в России должен заключаться каждый 10-й контракт на дорожные работы, то есть 10%. Пока удалось достичь показателя приблизительно 7%, поэтому нужно с подготовкой этих документов в целом ряде регионов поторопиться», – подчеркнул Дмитрий Медведев.
Экспериментальный образец
Стоит отметить, что Петербург и Москва в нацпроекте «Безопасные и качественные автомобильные дороги» не участвуют. В соседней Ленобласти на данный момент по годовому плану данная программа реализована приблизительно на 70%. Параллельно идет подготовка проектов, которые должны стартовать в 2020-м. В целом же в Петербурге и Ленобласти власти стараются активно заниматься ремонтом и строительством дорог и вне федеральных программ. Особое внимание чиновники сейчас уделяют качеству проводимых работ. Многие крупные подрядные организации обоих регионов на своих объектах стараются задействовать инновационные технологии, в том числе и собственные. Правда, чаще всего пока в качестве эксперимента или теста.
В частности, компания «ВАД» совместно с «Газпромнефть – Битумные материалы» летом этого года на тестовом участке в Ленобласти задействовала в работе технологию нанесения защитно-восстанавливающего состава «Брит» (ЗВС-Р) на дорожное покрытие. Этот продукт изготавливается на основе раствора битумно-полимерного вяжущего вещества в органических растворителях и восстанавливает поверхностную структуру асфальтобетона, эффективно защищая его покрытие. Предполагается, что использование ЗВС-Р на автомобильных дорогах поможет продлить срок службы асфальтобетонного покрытия на два-три года и снизит затраты на обеспечение межремонтного периода.
Также этим летом компания «ДСК АБЗ-Дорстрой» уложила километровый экспериментальный участок асфальта на трассе Огоньки – Стрельцово – Толоконниково в Ленобласти, по методу объемного проектирования. В данной технологии был использован ЩМА-19 (щебеночно-мастичный асфальт), а не ЩМА-20, требуемый по ГОСТу. Новая смесь призвана помочь снизить колееобразование, возникающее из-за высокой интенсивности движения на дорогах. Отмечается, что срок эксплуатации дорожных одежд с использованием данного материала в полтора-два раза выше, чем у традиционных смесей.
Необходима актуализация
По мнению первого заместителя директора компании «Стройтех» Сергея Ивашова, качественное строительство дорог невозможно без актуализации действующих государственных стандартов. В настоящее время они меняются, но недостаточно быстро, не успевая за появлением все новых технологий, начиная от проектирования, заканчивая повседневной эксплуатацией дорог. Также необходимо своевременно обновлять различные подзаконные акты.
«Другая боль дорожников – это конкурсы. Сейчас заказчику требуется выбрать подрядчика с наибольшим снижением начальной максимальной цены. При этом демпингующая организация – не обязательно «Рога и копыта». Минимизирование цены приводит к тому, что работы выполняются некачественно, а иногда и вовсе не могут быть завершены. Соответственно, проект остается нереализованным, а проведение дополнительного конкурса требует дополнительных средств и времени. Необходимо отходить от проведения аукционов к прямым договорам, но для этого необходимо существенно менять все законодательство», – полагает Сергей Ивашов.
Мнение
Максим Хрипунов, директор Департамента «3D-системы автоматического управления TOPCON» ООО «Геостройизыскания»:
– В настоящее время при проектировании и строительстве активно применяются различные сканирующие системы, предназначенные для оперативного сбора данных, на основе которых создаются проекты. Получение реальных данных о поверхности дороги входит в часть задач системного рабочего процесса, включающего работу системы 3D на асфальтоукладчиках и дорожных фрезах. Преимущества такой технологии: быстрый сбор большого количества данных; четко спрогнозированное использование времени, оборудования и материалов; проектирование с учетом всех требований и критериев; выполнение работ по фрезерованию и укладке; работа с переменным слоем; интеллектуальное уплотнение.
Сергей Луценко, генеральный директор компании «Дорианс»:
– Сейчас все говорят о необходимости применения BIM-технологий при проектировании дорог. Эту позицию мы поддерживаем и в своих проектах задействуем информационное моделирование. Но в целом, чтобы эти технологии действительно показали свою эффективность, важно их задействовать всем, а не только проектировщикам. Сейчас, к сожалению, они почти не используются при согласовании с заказчиками, представителями ресурсоснабжающих организаций и др. В частности, специалист может с помощью BIM быстро подготовить проект, но далее экспертиза все равно от него попросит чертежи в PDF-файле. С одной стороны, мы внедряем прогрессивную программу, с другой – барьеры для ее эффективного использования сохраняются.
Михаил Смирнов, продакт-менеджер направления «Ремонт бетона» подразделения строительной химии Master Builders Solutions концерна BASF:
– Пока, на наш взгляд, распространение инновационных технологий в дорожной отрасли идет достаточно медленно. Несмотря на их очевидные плюсы, производителям все еще приходится убеждать дорожников, что подобные подходы оправдывают свою стоимость. В целом же решений, способных обеспечить быстрый и качественный ремонт мостов и дорог, на рынке достаточно много. Но хотелось бы отметить, что ставка должна делаться на комплексное использование существующих решений. В частности, составы для ремонта бетона, его вторичной защиты и гидроизоляции необходимо подбирать с учетом индивидуальных особенностей объекта.
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.