Как проверить BIM-модели и избежать ошибок в строительстве
Качественная BIM-модель — ключевой элемент при реализации строительных проектов. Она позволяет увидеть будущее сооружение еще до начала работ, спланировать их и убедиться в правильности проектных решений.
Проверка BIM-моделей
Не выявленные на ранних этапах ошибки могут привести к задержкам в строительстве, дополнительным затратам, а в некоторых случаях и к авариям на объекте.
Чтобы избежать этих проблем BIM-модель будущего объекта должна:
- быть пригодной для использования на последующих этапах проекта;
- отражать оптимальные проектные решения, отвечающие требованиям заказчика и нормативно-технических документов.
Очевидно, что для достижения этих целей, необходима тщательная проверка BIM-модели до начала ее использования: при определении стоимости строительства, планировании строительно-монтажных работ и других ответственных операциях.
Эффективное проведение таких проверок позволит:
- минимизировать вероятность срыва сроков;
- выявлять и исправлять неудачные проектные решения до начала строительно-монтажных работ;
- оптимизировать использование материалов для экономии ресурсов;
- обеспечивать возможность планирования строительно-монтажных работ на основе достаточных и достоверных данных;
- минимизировать вероятности непредвиденного удорожания строительства.
Larix.Manager, разработанный компанией Айбим, позволяет автоматизированно проверить модель как на геометрические коллизии, так и на соответствие информационным требованиям заказчика (EIR) и требованиям нормативно-технических документов.
Этот программный продукт является частью платформы Larix, которая также включает в себя модули:
- Larix.EST для формирования ведомостей объемов работ и бюджета строительства
- Larix.CDB для ведения справочников видов работ
- Larix.Tender для управления закупками
- Larix.Contract для взаимодействия с подрядчиками и контроля выполнения обязательств
Larix.Manager может использоваться как в связке с другими модулями платформы, так и в качестве самостоятельного инструмента для аудита BIM-моделей.
Сводная BIM-модель
Larix.Manager позволяет собирать сводную (федеративную) модель из частных моделей, выполненных в различных САПР. Это дает возможность проверять решения как внутри одного раздела, так и выполнять междисциплинарные проверки. Ведь плохая координация между моделями различных разделов, выполняемых разными специалистами, отделами и даже проектными организациями, как раз и порождает большую часть ошибок, всплывающих на этапе строительства.
Larix.Manager принимает на вход модели в формате IFC, в который могут экспортировать практически все широко используемые САПР. Модели, выполненные в Autodesk Revit, Bentley, Renga и модели, собранные в Autodesk Navisworks, могут экспортироваться во внутренний формат Larix – IMC – с помощью специальных плагинов. Это позволяет исключить формирование промежуточного файла IFC между нативным форматом САПР и Larix.Manager и, как следствие, исключить возможную потерю и искажение данных, вызванных особенностями конвертации в IFC отдельными программными продуктами.
Но даже наличие модели с геометрией не обязательно для проведения некоторых автоматизированных проверок: в Larix.Manager можно загрузить книгу Microsoft Excel, в которой содержится информация о немоделируемых элементах и их параметрах, и выполнить проверку параметров элементов без геометрии.
Проверка параметров
Одним из важнейших критериев качества BIM-модели является корректность заполнения параметров. Их наличие и значения определяют, как можно использовать модель на последующих этапах проекта, насколько это будет эффективно.
Larix.Manager позволяет проверить наличие требуемых параметров у элементов, наличие у них значений и соответствие этих значений требованиям EIR, сводов правил и ГОСТ.
Текстовые параметры можно проверить на заполнение, содержание определенной последовательности символов, числовые – также и на соответствие значений определенному диапазону.
Проверка коллизий
В режиме «Проверка коллизий» можно отследить:
- Пересечения. Например, пересечения элементов различных инженерных систем, отсутствие отверстий в стенах и перекрытиях и другие несоответствия, как правило, вызванные ошибками при моделировании и плохой координацией. Допуски пересечений можно задавать как по максимальному допустимому расстоянию, так и по максимально допустимому объему пересечения.
- Дублирование. Поиск элементов с одинаковой геометрией и положением. Такие ошибки приводят к задвоениям при подсчете объемов работ, и их сложно найти визуально.
- Минимальное расстояние. Поиск ошибок, выраженных в несоблюдении минимально допустимых расстояний между элементами. Например, несоблюдение нормативного расстояния между инженерными системами или недостаточная толщина слоя материала.
- Минимальное расстояние в проекции. Проверка соблюдения минимального расстояния между элементами в плане (в проекции на горизонтальную плоскость). Часто в нормативных документах ограничивается расстояние в плановой проекции, а не в трехмерном пространстве. С помощью данной проверки можно найти, например, нарушения минимального расстояния между наружными инженерными коммуникациями, габаритов мостов и тоннелей по ширине, параметров поперечного профиля автомобильной дороги, расстояний от зон с особыми условиями использования территорий.
- Расположение. Проверка вертикального расстояния между пересекающимися в плане элементами. Наряду с проверкой минимального расстояния и минимального расстояния в проекции помогает выявить проектные ошибки, выраженные в несоблюдении минимально допустимых расстояний. Также этот тип проверки позволяет найти такие трудные для обнаружения ошибки как неверное размещение элементов друг над другом (мокрое помещение над сухим, недостаточное возвышение низа пролетного строения моста над расчетным уровнем высоких вод).
Все описанные автоматизированные проверки реализуются с помощью гибко настраиваемых фильтров проверяемых элементов и условий проверки. Эти проверки сохраняются и загружаются из шаблонов, которые можно многократно использовать для моделей сооружений одного типа.
Результаты автоматизированных проверок формируются в отчеты в формате Microsoft Excel. Отчеты содержат в себе идентификаторы элементов, по которым к ним можно обратиться в программах разработки модели и в самом Larix.Manager. Отчеты по проверкам на коллизии сгруппированы по типам (пересечения, минимальное расстояние, проверка положения) и содержат эскизы элементов с обнаруженными коллизиями.
Визуальная проверка
К сожалению, не все можно проверить, пользуясь исключительно инструментами автоматизированного поиска ошибок. Многие проверки автоматизировать очень сложно или даже невозможно. Поэтому программный продукт, используемый для проверки BIM-моделей, должен также обладать удобными инструментами для визуального контроля.
Larix.Manager позволяет гибко управлять визуализацией BIM-модели:
- Группировать элементы модели по значениям параметров и выстраивать дерево элементов любым удобным способом, отображая только элементы, необходимые для определенной задачи. Для различных целей можно создавать несколько типов группировки одной модели, сохранять их и применять, когда это необходимо.
- Использовать инструменты скрытия, изоляции элементов, сечения.
- Сохранять виды и добавлять комментарии к сохраненным видам, т.е. формировать замечания, выявленные в результате визуальной проверки.
Импортозамещение
Многие иностранные программные продукты, предназначенные для проверки BIM-моделей, например, Autodesk Navisworks и Solibri, ушли с российского рынка.
Со временем все труднее легально работать с зарубежным программным обеспечением. У многих компаний и вовсе нет возможности выбрать иностранные инструменты для работы ввиду специфики их объектов. Вопрос поиска отечественных инструментов взамен привычных зарубежных встает все острее.
Larix.Manager – полностью российская разработка, не использует Autodesk Forge и сервера, расположенные за пределами Российской Федерации. Это десктопное приложение, работающее с файлами на компьютере пользователя или сервере на усмотрение пользователя.
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.
