Информационное моделирование
Процессы, приходящие в окружающем мире, настолько сложны и многогранны, что для их изучения используется метод информационного моделирования. С помощью создания моделей появляется возможность представить реальность в упрощенном виде. Удобнее всего вести ее формирование с помощью компьютера. В результате появляется реальный образ объекта, позволяющий понять основные его свойства и использовать информацию для решения конкретной задачи. Построение и использования моделей ведется практически во всех социальных и естественных науках.
Назначение информационного моделирования
С помощью моделирования ведется познание окружающего мира путем создания заместителей исследуемых объектов, которые получили название моделей существующих прототипов или оригиналов. Примером могут служить имена реальных людей, манекены человеческие фигур, макеты действующих самолетов, парков или мостов. Сюда же можно отнести глобусы или карты.
Все выпускаемые модели не могут полностью отразить характеристики оригинала и только указывают на часть его свойств. Примером является модель автомобиля без двигателя и остальных агрегатов. При этом некоторые объекты сразу могут отражать несколько оригиналов, предоставляя информацию о присутствующих у них свойствах. Мяч можно сравнить с планетой, указывая, что она круглая. Если рассмотреть глобус, то здесь появляется информация о расположении материков.
Наиболее качественной моделью считается та, которая с максимальной полнотой отражает признаки объекта. При этом полностью охарактеризовать свой прототип не может ни одна модель. Однако часто этого и не требуется. При создании модели самолета, которая предназначается для коллекции, главным является воспроизведение его внешнего вида, а не летных характеристик.
При изготовлении модели необходимо заранее знать предъявляемые к ней требования, и какие признаки оригинала она должна отражать. Исходя из этих условий, модели бывают двух видов:
- Натурная или материальная. К ним относятся макеты или муляжи, которые являются уменьшенными копиями воспроизводимого объекта. В данном случае идет обычное копирование внешних признаков оригинала. При этом копии могут иметь разные размеры отличные от прототипа. Хорошим примером является модель солнечной системы, которая во много раз меньше реальных параметров объекта.
- Информационная. Сюда относится словесное описание, схема, чертеж или формула. В данном случае ведется предоставление набора признаков об объекте с содержанием всей необходимой информации.
Предназначения моделей состоят в следующем:
- Представление масштабных будущих проектов. Сюда может относиться план застройки жилого сектора или архитектурные особенности отдельного помещения.
- Показ сложнодоступной информации. Это касается макетов в биологическом кабинете.
- Проверка работы создаваемых в будущем агрегатов. Модель самолета проверяется в аэродинамической трубе с целью выявления всех недостатков на стадии проектирования.
- Для точного прогнозирования. Снимки, полученные из космоса, дают представление о перемещении воздушных масс.
- С целью получения необходимой информации. Наглядным примером является места указания движения поездов или автобусов.
Разновидности информационных моделей
Информационные модели отражают свойства объекта в определенной форме. По способу представления они делятся на виды:
- Образные. Такие модели несут в себе информацию об объекте с помощью зрительных образов. Это могут быть рисунки или фотографии, расположенные на носителе информации. Классическими примерами являются бумага с нанесенным на нее изображением, фотографии или спутниковые снимки. Образные модели широко используются в учебных заведениях. Здесь они присутствуют в учебниках или как иллюстрации на плакатах
- Знаковые. Выглядят в виде формул, текста или написанной на определенном языке программы.
- Смешанные. В таких моделях присутствуют как образные, так и знаковые элементы. Сюда относятся географические карты, различные диаграммы или графики.
Информационные модели широко применяются при разработке чертежей для строительных и механических конструкций, а также при формировании электронных схем.
Графические модели
С помощью графического моделирования есть возможность представить объект в виде различного вида изображений. К ним относятся:
- Схема. Это графическое изображение объекта, выполненного с помощью условных линий. В результате появляется информация о структуре системы, ее внешнем виде и данные о некоторых характерных признаках. При этом она носит ограниченный характер, поскольку схема не обладает рельефностью. Если речь идет о блок-схемах, то их задача состоит в предоставлении алгоритма определенных действий для решения проблемы.
- Карта. Здесь идет описание местности в виде ее моделирования. Карта выглядит как уменьшенное изображение участка поверхности Земли разной по размеру территории. В результате появляется наглядная информация о рельефе местности, расположении населенных пунктов, проложенных автомагистралях и расстояний между объектами.
- Чертеж. Это нанесенный на бумагу в уменьшенном виде объект. Особенность проекта заключается в том, что он ведется методом проецирования детали в определенном масштабе. Для предоставления более полной информации в чертеже присутствуют размерные линии с нанесенными числами и текст. Их созданием занимаются проектировщики, которые работают в конструкторских бюро.
- График. Сюда включаются диаграммы, содержащие статистические данные об исследуемом явлении. График представляет собой разного вида линии, отражающие тенденцию развития процессов, их рост или падение.
На бумагу можно наносить объемные изображения узлов и деталей. Это значительно облегчает восприятие модели предмета.
Математические модели
Любые процессы можно описать с помощью математической символики. Сюда относятся разной сложности уравнения или любые типы неравенств. Существенную помощь в создании математических моделей оказало появление ЭВМ. С использованием электронно-вычислительной техники появилась возможность не только убыстрить расчеты, но и значительно их углубить. Это дало мощный толчок для формирования таких видов моделей, которых раньше невозможно было создать на практике.
Компьютерное математическое моделирование проводится в 7 этапов:
- Первый. Определяются цели моделирования, и ведется понимание структуры будущего объекта, а также взаимодействия его с окружающей средой. Определяется способ управления процессом на основании существующих целей и прогнозирование будущих последствий такого воздействия.
- Второй. Определяется степень важности входных параметров, которые разделяются по рангам.
- Третий. Ведется непосредственно разработка математической модели на основании имеющейся абстрактной формулировки.
- Четвертый. Подыскивается наиболее удобный способ исследования построенной модели. Оптимальным вариантом является численный метод, который хорошо поддается программированию.
- Пятый. Отлаживается разработанная программа.
- Шестой. Готовая программа тестируется на основании заранее известного результата. Если проверка проходит успешно, программа запускается в работу.
- Седьмой. Начинается непосредственно эксперимент и если точность полученных результатов не соответствует ожидаемым реальным процессам, модель отправляется на доработку.
Основным преимуществом математических моделей является универсальность, поскольку их можно использовать на разных явлениях, а иногда даже на целом классе.
Моделирование глобальных процессов
Во время моделирования процессов, проходящих в отдельно взятых науках, решаются локальные задачи. При этом перед человечеством стоит цель получения информации о ближайшем своем будущем. Здесь рассматривается не политическая и экономическая ситуация в отдельных государствах, а развитие человечества в целом.
Такая необходимость заключается в том, что из-за непродолжительности жизни человека, изменения, которые наблюдаются в мире, малозаметны. На развитие человечества и планеты влияет огромное количество проходящих процессов, которые взаимосвязаны между собой, но конечные результаты их деятельности предсказать невозможно. Человеческому уму не под силу решить такую проблему и только с помощью компьютерного моделирования можно спрогнозировать итог взаимодействия глобальных факторов на ближайший период и сделать относительно верный прогноз.
Возможные трудности
Причиной нестабильности могут стать следующие факторы:
- Увеличение численности населения. По статистике количество человек на Земле удваивается через каждые 40 лет. Это приводит к истощению источников, поддерживающих существование населения.
- Уменьшение природных ресурсов. Связано это с высокими темпами развития промышленного производства. К ним относятся полезные ископаемые и источники чистой воды.
- Повышенный процент в воздухе соединений углерода диоксида. Происходит это из-за уменьшения количества лесов на планете, поскольку их вырубка ведется в неконтролируемом порядке.
- Глобальное потепление на Земле. Причиной является неправильное хозяйствование человечества.
Трудности ведения отслеживания проблем состоят в том, что все происходящие на Земле процессы необходимо рассматривать в комплексе. С одной стороны рост производства относится к положительному фактору. Однако он за собой тянет негативные последствия в виде загрязнению почвы и атмосферы, а также повышенному расходу невозобновляемых энергоресурсов. Увеличение численности людей позволяет развивать нашу планету, но это влечёт за собой ухудшение состояния атмосферы.
Чтобы хорошо понимать и прогнозировать будущее развитие человечества, возникает потребность в моделировании всех процессов.
Соблюдение правил
В результате моделирования появляется возможность избежать будущих катастроф. Для этого необходимо соблюдать следующие правила:
- В мире существуют возобновляемые ресурсы, к которым относятся вода, лес или рыба. Необходимо их расходовать так, чтобы они успевали восстанавливаться.
- К невозобновляемым ресурсам относятся различные виды руд, нефть или уголь. В процессе их потребления необходимо соблюдать меру, чтобы постепенно осуществлялся переход на потребление возобновляемых ресурсов, таких как солнечная энергия, или ветер. При организации научного подхода после исчезновения невозобновляемых видов природных источников произойдет плавный переход к использованию энергии от новых ресурсов.
- Загрязнение природы должно вестись такими темпами, чтобы она успевала очищаться. С этой целью на промышленных предприятиях обязательно требуется устанавливать очистительное оборудование.
Для охвата всех глобальных процессов ведется их моделирование, которое известно под названием WORLD. Полученные данные дают возможность наметить пути развития человечества для достижения благополучия и стабильности.
Современное строительное моделирование
Проектирование строительных объектов осуществляется с помощью цифрового моделирования. Обеспечивается это применением технологии BIM. Ее эффективность дает возможность существенно сэкономить финансовые и временные затраты. Такая технология позволяет создавать модели для ведения строительства объектов любой сложности, к которым относятся тоннели, мосты, высотные дома и скоростные трассы. BIM напоминает 3D моделирование с расширенной базой данных.
При создании модели 3D-объекта используются компоненты, загруженные в электронную базу. Сюда включаются стоимость используемых материалов, их физико-механические характеристики, данные инженерных изысканий. В том случае, когда параметры изменяются, программой в схему автоматически вводятся поправки.
С помощью моделирования BIM обеспечивается возможность архитекторам, проектировщикам, дизайнерам, коллективное ведение работы. Все вносимое ими данные тут же распределяются программой в нужные ячейки. Создание такой модели выражается в следующих преимуществах:
- комплексный расчет всех характеристик строительного объекта;
- устранение ошибок, которые возможны на стадии проектирования;
- выявление отклонений в заложенной технологии при ведении строительных работ;
- полная синхронизация всего процесса;
Любая задумка заказчика перед началом возведения объекта за счет использования системы моделирования предварительно просматриваются на экране. Это позволяет устранить все недопонимания между участниками проекта еще на стадии его разработки.
Функционирование модели BIM осуществляется на всех этапах:
- Проектирование. Сначала создается непосредственно 3D-модель. Это все подробные чертежи, спецификации и расчеты. Затем данные заносятся в программу, и после обработки формируется список предстоящих работ. Кроме того, на этой стадии с помощью компьютера проект дополняется такими данными как устройство подъездных путей, площадок для разгрузки и хранении, а также обслуживание спецтехники.
- Строительство. Наличия созданной 3D модели позволяет на этом этапе вести полный контроль возведения объекта. В случае выявления отклонений происходит их фиксации и корректировка. Такая работа ведется всеми участниками: заказчиком, застройщиком, инвестором и контролирующими органами.
- Эксплуатация. Технологии BIM даже после сдачи строительного объекта обладают возможностями контроля состояния строения в последующий период. Обеспечивается это наличием датчиков, подающих необходимую информацию на компьютерное оборудование.
Использование моделирования BIM позволяет сэкономить на постройке объекта до 20% средств. При этом время на его возведение сокращается на 12%, что придает проекту повышенную привлекательность.
Информационное моделирование относится к процедуре формирования и построения моделей различного формата, которые представляют собой хранилища, легко воспринимаемые человеком. Разрабатываются они абсолютно для всех сфер жизни и дают возможность получить данные о наиболее слабых сторонах объекта или текущего процесса, что позволяет принять меры для исправления ситуации.
Набирая высоту. Высотное строительство подтягивает новые технологии
В современном высотном строительстве активно применяются новые технологии, которые помогают ускорить работы и реализовать самые смелые архитектурные решения.
В России продолжает расти высота жилых зданий. По данным исследования ЕРЗ.РФ, проведенного совместно с Комиссией Российского союза строителей и предпринимателей по строительству и жилищной политике и Национальным объединением застройщиков жилья, на конец ноября средняя этажность возводимых жилых объектов в нашей стране составила 17,8 этажа. В сравнении с аналогичным периодом прошлого года высотность увеличилась на 0,7 этажа.
Всего доля строящихся жилых зданий высотой от 25 этажей составляет сейчас 22,9% (в квадратных метрах). За год прирост показателя составил 3,3%. Наибольшая доля жилищного строительства приходится на дома высотой 18–24 этажа. Лидер высотного строительства – Свердловская область. Это единственный регион страны, где доля высотного строительства превышает 50%. Средняя этажность возводимого жилья составляет 22,4 этажа. Москва в рейтинге заняла только четвертое место. «Высотки» в столичном жилищном строительстве занимают 42,4% в общем объеме. Но при этом Москва лидирует по максимальной средней высотности новостроек – 23,9 этажа.
Петербург, по оценке экспертов, не входит в десятку регионов, занимая только 11-е место в рейтинге. Средняя высотность домов здесь достигает 18,1 этажа, что близко к общероссийскому значению. Высоту жилых объектов ограничивает местное законодательство. Тем не менее, у Петербурга есть своя высотная достопримечательность. Правда, не относящаяся к жилым зданиям. Высота многофункционального комплекса «Лахта Центр» составляет 462 м. В настоящее время это самое высокое здание в регионе.
По жестким стандартам
Эксперты отмечают: в современном высотном строительстве постоянно зарождаются и развиваются новые тренды. Связаны они как с архитектурой объектов, так и с их технологической начинкой. Это касается и жилых объектов, и административных зданий. Причем применение новых технологий в проектировании, использование инновационных материалов позволяют построить «высотку» в более сжатые сроки, чем 10–15 лет назад. В частности, при возведении таких объектов применяются сверхпрочный бетон, особый вид армирования и т. д.
По словам главного инженера проектов компании «Метрополис» Дениса Дубинина, высотные здания не зря считаются уникальными: при проектировании к ним предъявляются более строгие требования из-за повышенной опасности в случае непредвиденных и нештатных ситуаций. Кроме того, эти особые правила объясняются потребностью обеспечить комфорт пребывающих в здании людей и снизить затраты на эксплуатацию объекта. Так, при проектировании высотных объектов особенно важно правильное зонирование, чтобы сократить количество перемещений людей между этажами. При этом лифтовое оборудование должно подбираться тщательно. Желательно, чтобы оно имело высокую степень автоматизации, когда система определяет наиболее выгодное использование имеющихся лифтов в определенной ситуации. Обязательными для высотных объектов являются аэродинамические испытания, чтобы определить ветровые нагрузки – зачастую они превышают сейсмическую нагрузку. Особые требования также предъявляются к системам пожаробезопасности, эвакуации людей, к молниезащите. Системы должны быть не только эффективными, но и более износостойкими, чем у обычных объектов.
«Многие высотные здания обладают обширной поверхностью или даже целиком стеклянным фасадом. Для соответствия принципам энергоэффективности такие фасады должны быть выполнены из стекла, которое обладает минимальной потерей тепла. Это необходимо для того, чтобы не создавать дополнительных нагрузок на вентиляционные и отопительные системы летом и зимой соответственно. Особые требования предъявляются и к обслуживанию фасадов. В целом для высотных объектов очень важна энергоэффективность, так как затраты на инженерные системы увеличиваются с каждым метром высоты. Для оценки принятых решений здания проходят сертификацию различных типов, например, по стандарту LEED», – подчеркивает Денис Дубинин.
Тренд энергоэффективности
Основатель проектного бюро Rumpu Евгений Богданов отмечает, что сейчас в основном строят металлокаркасные высотные здания. Такое решение позволяет увеличить скорость строительства. «Если говорить о технологиях для высоток в целом, они связаны с использованием фасадных материалов, новых систем остекления, а также инженерии, например, для вентиляции и центрального холодоснабжения. В настоящее время доступно много энергоэффективных решений, например – рекуперация, что является необходимостью в высотных зданиях, особенно с учетом того, что окна в них не открываются. Рекуперация при этом – самое энергоэффективное решение, которое дает 30% экономии тепла, самого дорогого энергоресурса в России. Такое решение должно стать нормой в любом жилищном строительстве», – считает эксперт.
Представитель ГК «Пенетрон-Россия» Ирина Лутфиева рассказывает, что обобщая опыт этой группы компаний по работе с высотными зданиями, можно отметить: для таких объектов важны локация, близость к различным водоемам, отличные виды на прилегающую местность. Как правило, это сочетается прежде всего со сложной гидрогеологией, высоким уровнем грунтовых вод. Однако современные технологии позволяют нивелировать практически полностью эти неблагоприятные условия, они в настоящее время не являются критичными. Качественная гидроизоляция позволяет решить весь комплекс задач по строительству на сложных грунтах и обеспечить сооружению безопасность и долговечность. В первую очередь – герметичность фундамента и подземных уровней, на которых, как правило, размещаются паркинги, инженерные коммуникации, лифтовые шахты и т. п. Все эти помещения нуждаются в надежной гидроизоляции.
Игроки рынка демонтажа рассчитывают на рост
По мнению экспертов, активизировать рынок демонтажных работ можно только с помощью крупных проектов редевелопмента и реновации застроенных территорий.
Рынок демонтажных услуг, «просевший» после 2014 года вслед за всей строительной сферой, пока не восстановил свои позиции. Так считает ряд его игроков, хотя другие его представители говорят о небольшом подъеме отрасли. Также специалисты считают, что рынок сейчас «задемпингован» из-за высокой конкуренции и присутствия на нем непрофессионалов.
Определяя показатели
По словам исполнительного директора ФГИК «Размах» Руслана Семенова, рынок демонтажа в Петербурге и Ленинградской области в последние три года показывает небольшой, но неуклонный спад как по количеству контрактов, так и по их цене. В частности, по сравнению с 2018 в 2019 году он потерял в количестве тендеров около 3%. При этом суммарная емкость рынка Петербургской агломерации по итогам текущего года составит около 2,3 млрд рублей против 2,7 млрд в прошлом.
«В дальнейшем мы не прогнозируем положительную динамику, учитывая стремительное сокращение строительного рынка и числа застройщиков как таковых. Ведь в Петербурге и Ленобласти 70% заказов приходятся на гражданский, а не промышленный демонтаж. Количество демонтажных компаний также неизбежно сократится. В последние годы мы уже наблюдаем процесс ухода с рынка многих компаний, которые на пике рынка в 2011–2012 годах могли считаться лидерами», – добавляет Руслан Семенов.
Стоит добавить, что ранее аналитический центр ГК «Размах» отмечал, что по итогам первого полугодия 2019 года емкость демонтажного рынка РФ оценивалась в 118,5 млрд рублей. При этом прирост проектов по сравнению с аналогичным периодом прошлого года составил 4%. Лидерами среди федеральных округов РФ по емкости рынка по убыванию являются ЦФО, СЗФО и ЮФО.
Между тем генеральный директор ГК «КрашМаш» Виктор Казаков охарактеризует текущее состояние рынка демонтажных услуг как позитивное. По его мнению, после кризиса 2014 года и стагнации в 2015–2016 годах спрос на данный сегмент строительной отрасли постепенно пошел вверх и в настоящий момент показывает хорошую динамику роста.
«Все это отражается как в количестве, так и в качестве заказов. Причем под качеством я подразумеваю не только объемы, но и комплексность. В числе последних таких объектов, где был проведен полный или частичный демонтаж, – Ховринская больница, гостиница «Спутник» и «Люблинский ЛМЗ» в Москве, нефтехимический комбинат «Сибур» в Тобольске, «Выксунский металлургический завод» в Выксе Нижегородской области, химпредприятие «НАК АЗОТ» в Новомосковске и многие другие объекты», – перечислил он.
С перспективой на будущее
Эксперты предполагают, что именно крупные и комплексные проекты редевелопмента и реновация застроенных территорий помогут существенно активизировать демонтажный рынок в стране. Также на руку игрокам отрасли может сыграть реализация регионами национальных проектов, связанных с жилищным строительством.
Как отмечает генеральный директор ООО «ЕвроТрансСтрой» Сергей Ракчеев, рынок демонтажа в России – очень перспективное направление. С одной стороны, в стране растет доля изношенности основных фондов промышленных предприятий, с другой – требуются площадки для возведения новых строительных объектов. Поэтому основным драйвером роста рынка в ближайшие годы будет потребность в модернизации индустриальных объектов и сносе аварийного жилья. Сейчас много аварийных объектов находится в Центральном, Приволжском, Северо-Западном, Сибирском и Дальневосточном федеральных округах.
«Также имеет перспективы связанный с демонтажом рециклинг строительных отходов. Сейчас доля строительных отходов, использованных в качестве вторсырья, в РФ составляет не более 30%. При этом в Германии, Нидерландах, Франции такие отходы практически полностью востребованы при строительстве новых объектов», – рассказывает эксперт.
Стоит отметить, что рециклингом некоторые ведущие российские демонтажные компании занимаются давно. Однако для них это был почти всегда вторичный бизнес, не приносящий серьезных доходов. Сейчас переработка строительных отходов для ряда игроков рынка стала одним из основных видов деятельности. Они работают не только с остаточным материалом с площадок, где провели демонтаж, но принимают его и от сторонних организаций. В частности, востребована услуга по преобразованию бетона, железобетона, кирпича во вторичный щебень. Он активно задействуется в дорожном строительстве.
К сожалению, подчеркивают специалисты, в настоящее время на демонтажном рынке остаются откровенно слабые, а иногда и непрофессиональные игроки. Как правило, они занимаются небольшими проектами, но иногда претендуют и на крупные заказы – с помощью демпинга. Не имея в своем штате необходимого числа специалистов и техники, они могут сорвать заказ, не справиться с ним по срокам или провести работы некачественно.
По словам Виктора Казакова, за последние несколько лет серьезные игроки рынка стали еще более крупными, опытными и технически оснащенными. А вот мелкие «однодневки» таковыми и остались. В любом случае, резюмирует он, выбор всегда остается за заказчиком, а его предпочтения между качеством и ценой в последнее время все больше склоняются к первому.
Мнение
Виктор Казаков, генеральный директор ГК «КрашМаш»:
– Очень важно, что за последние годы возросла техническая грамотность и самих заказчиков. Это отображается и в качестве проработки технических заданий по демонтажу объекта, и в объективном понимании сложности процесса и реальных сроков реализации, и в самом подходе к выбору подрядчика: высокие требования к уровню охраны труда и безопасности производства работ.