Строительство дорог: новые материалы, технологии, решения
Первую четверть XXI века можно без преувеличения назвать эпохой бурного развития технологий и создания новых материалов. В ногу со временем идет и дорожно-строительная отрасль. О разработке инновационной продукции, реализации новых технологий и внедрении в свою практику передовых технических решений рассказывают эксперты отраслевых компаний, специализирующихся на проектировании и строительстве дорог, а также производстве материалов для дорожного покрытия.
Первый вопрос на повестке дня
Очевидно, что хорошая дорога начинается с грамотного проекта, а сегодня в области разработки проектной документации одним из первых на повестке дня стоит вопрос внедрения и применения технологий информационного моделирования (ТИМ).
Информационное моделирование позволяет получать модели в едином формате и создавать проектную и рабочую документацию более высокого качества, — констатирует директор по проектированию и инновациям холдинга «Автобан» Олег Лесюта. — Информационная модель объекта позволяет удобно связать проектные решения по всем разделам и проверить их на возможные коллизии и несоответствия. Благодаря ТИМ дорожники исключают риск получить несогласованные проектные решения, которые могут негативно сказаться на сроках и качестве строительства.
Татьяна Помельникова, руководитель группы отдела технологий информационного проектирования АО «Институт ”Стройпроект”». — Хотя есть успешный опыт в промышленном и гражданском строительстве, условия внедрения здесь другие.
Татьяна Помельникова обозначила основные факторы, влияющие на процесс внедрения информационного моделирования.
Первое — развитие ТИМ в строительной отрасли приводит к появлению новых нормативных документов. Некоторые из них полезны, другие — наоборот. При этом часть документов устаревает, становится сложно их применять, особенно в транспортном проектировании.
Второе — переход с зарубежного программного обеспечения на российское особенно повлиял на проектирование мостов, для которых нет идеально подходящей ТИМ-программы. С одной стороны, это усложняет работу, с другой — позволяет развивать отечественные продукты под нужды отрасли.
Третье — ТИМ требует участия всех сторон проекта. Заказчики и подрядчики не всегда видят все преимущества ТИМ, а это замедляет внедрение.
— Когда имеется высокоточная модель, основанная на топографической съемке и принятых технических решениях, качество выполняемой работы выходит на принципиально иной уровень, — убежден Олег Лесюта. — Геодезическая служба имеет возможность ежедневно контролировать ход строительно-монтажных работ с минимально допустимой погрешностью, применяя в том числе технологии лазерного сканирования и аэрофотосъемки. На этапе эксплуатации на искусственных сооружениях можно применять высокочувствительные системы мониторинга, датчики которых определяют деформацию, вибрации и малейшие отклонения от нормативных показателей.
По его словам, у холдинга «Автобан» накоплен хороший опыт разработки информационных моделей по крупным транспортным объектам, и компания не останавливается на достигнутом — ведет собственные разработки совместно с партнерами. В качестве примера Олег Лесюта привел проект «Цифровая экосистема для автомобильных дорог на базе цифрового двойника», который представляет собой виртуальную модель, наполненную необходимой атрибутивной информацией: документами, файлами, чертежами и спецификациями.
В ответ на запросы рынка
Каждый инженер отдает себе отчет в том, что проектирование и производство новых материалов базируется на достижениях науки, и сегодня возрастает роль научных центров, в том числе организованных на базе производственных компаний. Рассказывает эксперт Научно-исследовательского центра компании «Газпромнефть — Битумные материалы» Илья Кудряшов:
— Ассортимент продукции нашей компании насчитывает больше 300 наименований современных битумных материалов, в том числе уникальные разработки для строительства и текущего содержания дорог. Например жидкая стыковочная лента — специальный битумно-полимерный состав для герметизации шва, образующегося при укладке асфальтобетонной смеси. В отличие от привычной «твердой» ленты ее уже не нужно вручную разматывать и фиксировать на кромке покрытия. Для более эффективного нанесения применяется специальный автоматизированный модуль для асфальтоукладчика. Технология позволяет существенно улучшить качество холодных стыков и защитить их от попадания воды, которая при замерзании может вызвать появление трещин. В результате возрастает срок службы покрытия и межремонтный период. Еще одно решение — специализированные гранулы на основе битумного вяжущего и вторичной целлюлозы. Эта добавка надежно скрепляет компоненты асфальтобетонной смеси и предотвращает образование колеи.
Постоянно совершенствует рецептуры битумно-полимерных герметиков «ТЕХНОНИКОЛЬ», где также создан свой научный центр. По словам Антона Федькаева, руководителя направления «Горячие битумные материалы» ТН-Инжиниринг ТЕХНОНИКОЛЬ, компания выпускает более 30 модификаций дорожных герметиков, которые применяются во всех климатических зонах страны.
— Считаем важным достижением тот факт, что для обеспечения сырьем нам удалось добиться полного импортозамещения, — подчеркивает он.
Эксперт рассказал об одной из ключевых новинок компании в области дорожного строительства — битумно-полимерном герметике ТЕХНОНИКОЛЬ СОТА. Он способен глубоко проникать в трещины и швы и сегодня активно используется в дорожном ремонте для герметизации усталостных и отраженных трещин в асфальтобетонном покрытии.
— Независимо от причины происхождения любая трещина может привести к локальному разрушению дорожного полотна, — поясняет Антон Федькаев. — Рынку был нужен продукт, способный санировать небольшие повреждения на ранних стадиях. Раньше эта проблема решалась путем заполнения трещин битумом. Однако эффекта от такого способа хватало максимум на два года. Отвечая на запрос рынка, мы разработали продукт с выносливостью в 30 000 циклов, то есть столько раз он может выдержать переход через ноль градусов — от положительных температур к отрицательным и обратно.
Коротким путем
Пожалуй, важнейшей стадией жизненного цикла любого инновационного решения становится реализация его на практике. В строительстве, в том числе дорожном, многое зависит от успешного сотрудничества ученых, проектировщиков, производственников и подрядчиков. Однако различные организации не всегда взаимодействуют так быстро и эффективно, как хотелось бы и разработчикам новой техники и технологий, и отрасли в целом.
Одним из путей по преодолению препятствий на пути внедрения инноваций стала диверсификация бизнеса компаний-производителей, которые основывают собственные строительные подразделения. Так действует, например, ГК «АБЗ-1», работающая в дорожно-строительной отрасли уже более 90 лет.
Мы одними из первых пришли к пониманию того, что для сохранения лидерских позиций в конкурентной среде необходима диверсификация бизнеса и освоение новых сегментов, — рассказывает Леонид Гиндин, генеральный директор АО «АБЗ-Дорстрой», которая входит в ГК «АБЗ-1». — Сегодня компания уверенно развивает свои компетенции не только в производстве дорожных материалов, внедряя инновационные продукты по самым высоким стандартам, но и в строительстве дорог и мостов, укрепляя свое присутствие в новых регионах.
По его словам, «АБЗ-1» за текущий год проделала огромный объем работ в этом направлении. На финальной стадии идет реконструкция улицы Крисанова в Перми, включая строительство четырехполосной развязки. Компания продолжает активное строительство путепровода в Кудрове и реализует проект трамвайной линии «Славянка», который включает в себя возведение семи современных искусственных сооружений. Сейчас возводится крупнейший путепровод ферменной металлической конструкции длиной более 1200 м, который уже прошел над Московским шоссе и скоро преодолеет третьим уровнем петербургскую КАД. Такое решение значительно сократит путь трамвая.
Источник: пресс-служба АО «АБЗ-Дорстрой»
Сравнение механических соединений арматуры с конической резьбой
В прошедшем 2023 году механические соединения арматуры вышли на новый уровень в России, после активного использования на десятках сооружений трассы М-12 «Москва-Казань», торжественно открытой в конце декабря. По мнению экспертов, работавших на данном проекте и опрошенных АСН, муфты для арматуры позволяют сокращать затраты на арматурные работы, а главное гарантируют надёжность конструкции даже в сейсмоопасных регионах. В России производятся муфты всех типов, включая обжимные, с цилиндрической и конической резьбой.
У всех видов соединений есть свои достоинства, как и в целом у технологии МСА. С каждой из них построено множество значимых объектов, о которых писал «Строительный еженедельник». При этом у компании, производящей даже широкой номенклатуры муфт могут быть свои предпочтения, основанные на их опыте. Так по мнению специалистов завода ПромСтройКонтракт по технико-экономическим обоснованиям муфты с конической резьбой могут быть оценена как более экономичные по цене за стык, вне зависимости от производителя, а в силу самой технологии. Опрошенные эксперты описывают это так:
- Деформативность конических муфт показывает более низкие значения на разных диаметрах арматуры, что подтверждается протоколами испытаний НИИЖБ и НИИОСП им. Н.М. Герсеванова
- Монтаж муфт с конической резьбой, по мнению инженеров ПСК, позволяет легче монтировать конструкцию, не нужно скручивать резьбу на всю длину муфт, арматурный стержень практически до конца устанавливается за счёт формы конуса, когда достаточно несколько оборотов ключа для затяжки
- Большая номенклатура производимых муфт c конической резьбой для различных конструктивных решений. На рынке существует несколько видов позиционных муфт, которые не только позволяют соединять арматурные стержни без возможности вращения арматуры, но и компенсировать разбежку арматуры при тыковке каркасов
- Т.н. «Равнопрочность» в конусе, которая по мнению производителей таких муфт, достигается за счёт угла резьбы в муфтах. В самом тонком сечении на арматуре нагрузки перераспределяются на муфту и наоборот, в результате чего не происходит разрушения.
Эти аргументы приводятся различными производителям рекомендовать подобную технологию, без привязки к конкретным брендам или патентам. Следует помнить, что у других технологий арматурного соединения есть свои достоинства и апологеты: от обжимных муфт до технологии сварки, популярной, например, во многих республиках Северного Кавказа. Выбор в итоге всегда остается за проектировочной организацией, которая часто учитывает мнение подрядчика. Факторы, оцениваемые подрядчиком, бывают самые разные: от облученности персонала и ранее полученном опыте (включая скорость поставок) до анализа последних крупных проектов с той или иной технологией.
В 2023 году была открыта трасса М-12, включающая мосты через Оку и вокруг Казани, построенные как с коническими, так и с цилиндриечскими муфтами для арматуры. Среди выдающихся объектов, достроенных с муфтами в этом году: небоскреб «Moscow Towers» в и десятки высотных ЖК в Санкт-Петербурге и других крупных городах. Одновременно через реку от «Москва-Сити» началось строительство уникального жилого комплекса на территории Бадаевского завода, также с муфтами с конической резьбой под маркой «КонКон». В 2024 года завершится строительство новой Олимпийской спортивной арены на севере Москвы. При этом немало крупных объектов строятся с цилиндрическими и обжимными муфтами. Рост числа таких грандиозных объектов с различными технологиями для соединения арматуры покажет в будущем какая технология победит.
ТИМ на стройке
Ровно десять лет назад отрасль познакомилась с технологиями информационного моделирования. За это время ТИМ прочно освоился в сфере проектирования, стал обязательным для госзаказов, а сегодня делает первые уверенные шаги на строительной площадке. Эксперты отмечают, что к управлению проектом с помощью 4D-ТИМ готовы и заказчики, и разработчики отечественного софта.
Новый этап развития ТИМ начался 1 сентября 2023 года, когда приказ Росстандарта ввел в действие национальный стандарт ГОСТ Р 57363-2023 «Управление проектом в строительстве. Деятельность управляющего проектом (технического заказчика)». Документ сменил прежний ГОСТ Р 57363-2016, уточнив процессы, связанные с цифровизацией управления строительством и применением технологий информационного моделирования (ТИМ).
«В документе закреплены очень интересные зрелости заказчика, в том числе на стадии строительства», — обращает внимание Марина Романович, кандидат технических наук, доцент Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого, эксперт в области технологии 4D-моделирования. Так, в пункте 3.7 отмечается, что зрелость заказчика (застройщика, инвестора и технического заказчика) определяется готовностью организации к внедрению ТИМ на различных стадиях жизненного цикла инвестиционно-строительного объекта. Если говорить конкретно про этап строительства, то речь идет о визуализации до начала проведения работ; управлении рисками при реализации инвестиционно-строительного проекта; возможности контроля хода проектирования и строительства на основе информационной модели в режиме реального времени благодаря использованию облачных сервисов; оптимизации проектных и технических решений, а также контроле соответствия проектных решений и результатов строительства.
К внедрению ТИМ на стройплощадки активно приступают заказчики. Например, сегодня в Москве подведомственные организации столичного Департамента строительства реализуют уже 61 объект с применением ТИМ на этапе строительства. Речь идет о работах в части возведения жилья, дорожной инфраструктуры, объектов здравоохранения и образования. О необходимости использования технологий информационного моделирования на всех этапах жизненного цикла говорят и в Росавтодоре. «Действительно, цифровизация, и в частности информационное моделирование, — это наше будущее. Да, есть вопросы и проблемы, но есть и точки роста: это и вопросы обеспечения информационного моделирования на этапе строительства, и необходимость учета затрат как подрядных организаций, так и заказчика на этапе строительства, и, заглядывая в будущее, — это вопросы информационного моделирования на этапе эксплуатации автомобильных дорог», — отмечает Георгий Гончаров, заместитель начальника Управления научно-технических исследований, информационных технологий и хозяйственного обеспечения Росавтодора.
Экономия без ущерба качеству
Интерес со стороны заказчиков подтверждают и разработчики отечественного программного обеспечения. «Преимущества информационного моделирования в первую очередь заключаются в эффективном управлении данными, — считает Степан Воробьев, руководитель Департамента внедрения и технического сопровождения программного обеспечения АО «СиСофт Девелопмент» (CSoft Development). — Насколько удобнее труд любого специалиста и качество принимаемых управленческих решений, когда нужная для этого информация «под рукой» — правильно и удобно структурирована. И заказчик также несет меньше издержек на всех этапах — от проектирования до вывода из эксплуатации за счет контроля за различными параметрами и ресурсами объекта, а также ускорения формирования разных видов документации и повышения их качества. Одновременно ИМ выполняет требования законодательства и обеспечивает актуальными данными государственные информационные системы как часть цифровой вертикали».
Никита Чернов, директор по развитию «АР СОФТ», соглашается: для заказчика крайне важны сроки и расходы на этапе строительства. «Использование ТИМ-модели поможет как минимум на 10% сократить расходы за счет того, что она дает возможность обнаруживать коллизии и несоответствия на более ранних стадиях, чем при использовании 2D-чертежей. В этом им помогут различные CAD-программы, имеющие функционал автоматического поиска коллизий. То есть визуально можно оценить 3D-модель, насколько она реально соответствует плану реализации строящегося объекта. Также применение ТИМ-модели на этапе строительства приводит к тому, что по итогу самого строительства мы получаем соответствующую действительности 3D-модель, которую в дальнейшем можно использовать на этапе эксплуатации. Что нас приводит к системе 4D-BIM, 5D-BIM и т. д.», — говорит эксперт.
Отметим, что 4D-технология информационного моделирования относится к стадии строительства и активно применяется в России и мире. Для этого специалисты берут сводную информационную 3D-модель и синхронизируют ее с соответствующими работами в календарном плане строительства. По данным Марины Романович, клиент в 63% случаев запрашивает 4D-модель и оценивает результаты на четыре и пять баллов по пятибалльной шкале. Например, такую модель готовили для строительства спортивно-концертного комплекса на проспекте Юрия Гагарина в Санкт-Петербурге и для реконструкции ТЭЦ в Краснодаре. В других странах 4D-модель чаще всего заказывают для объектов стоимость от 20 млн евро и выше.
«4D-технология позволяет нам решать очень сложные задачи. Например, при строительстве подземно-надземного тоннеля, который пересекал существующие железнодорожные пути, мы разрабатывали несколько 4D-моделей, чтобы найти оптимальную стратегию строительства и разделить объект на участки. В результате выбрали оптимальную по срокам, стоимости и, конечно, соблюдению необходимого уровня качества», — приводит пример Марина Романович.
Эффективность от подобного подхода используют и крупные подрядчики сферы дорожного строительства. Например, специалисты «Автобан-Digital» разработали собственное программное решение с учетом специфики возведения линейных объектов. В результате внедрения на 25–30% сократилось время на формирование и согласование производственной программы, а на 35–40% повысилась точность распределения работ между подрядчиками. Впрочем, в целом по строительной отрасли цифры эффективности использования ТИМ на стройке несколько отличаются. Эксперты констатируют сокращение ошибок проектирования на 80%, сроков обработки документов в ЕИП — на 50%, повышение точности определения объемов СМР — на 45% и сокращение сроков строительства — на 10–15%.
«Застройщик может получить колоссальный эффект, — уверена Анна Николаева, генеральный директор компании-проектировщика ТИМ «БИМПРО». — Но когда мы говорим “ТИМ”, то нужно рассматривать два основных варианта, которые могут использоваться на стройке. Они дают примерно равный эффект, но в сумме определяют двойной». Первый — использование трехмерной модели, которая создается проектировщиком на специализированном ПО. Уже сейчас по ней застройщики проводят тендеры, то есть из модели автоматизированно выгружается большинство укрупненных объемов работ, в результате чего качество смет и расчетов становится выше, а тендеры проводятся более достоверно. Второй вариант использования ТИМ относится к оптимизации строительства. Это автоматизация процессов (может проходить с информационной трехмерной моделью или без нее), которая содержит цифровой график работ, стоимость работ, ведение электронной документации, электронный документооборот, выдачу заданий, просмотр проекта, выдачу итераций исполнительной документации и другие показатели. По расчетам «БИМПРО», эффект от ее использования варьируется от 7 до 20% экономии от стоимости строительства объекта.
Богатство отечественного рынка
Разработчики отмечают, что на рынке достаточно отечественных решений для активного использования информационного моделирования на стройке. «В качестве иллюстрации уровня готовности российских ТИМ можно назвать объекты, реализованные на основе информационного моделирования в отечественных продуктах. Это и бесперебойное электроснабжение на Крайнем Севере с помощью строительства воздушных линий электропередачи в Югре и Ямало-Ненецком автономном округе, и энергоцентр в Тульской области, и нефтеперекачивающая станция АО «Гипротрубопровод» площадью 12 000 кв. м, энергообъекты и котельные компании «Энерготехмонтаж», промышленные объекты АО «Гипровостокнефть»… Все это лишь небольшая часть проектов из нашего портфолио, созданных с помощью ТИМ и воплощенных в жизнь, — говорит Степан Воробьев, добавляя, что сфера гражданского строительства внедряет в работу новые технологии значительно медленнее. — Возникает встречный вопрос: а насколько эта отрасль строительства готова в плане финансов и кадров обращаться к ТИМ и использовать информационную модель? Динамика здесь очень неоднородная, и именно в этом поле находится значительная часть препятствий на пути к тому уровню массового применения ТИМ, которого всем ратующим за цифровизацию российского строительства хотелось бы достичь».
Анна Николаева добавляет, что на рынке присутствуют две группы продуктов для внедрения ТИМ в процесс строительства. Первая касается информационной модели, а вторая — оптимизации и автоматизации строительных процессов, которые могут и не использовать трехмерную модель. И картина по этим двум продуктам разная. «Если мы говорим о ТИМ-модели, ее внедрении и авторском надзоре по ней, то пока что недавно созданные российские продукты проигрывают конкурентам на международном рынке, особенно тем, что были разработаны давно: Autodesk, Revit Civil 3D. У них есть, конечно, российские аналоги (Renga Software), но на данный момент проектный бизнес не подтверждает соразмерность данных программ, российские ПО пока что отстают на пять-десять лет от зарубежных аналогов. Но если мы обратимся к стороне оптимизации строительства, а именно к стройке и автоматизации процессов, то здесь достаточно хорошего российского ПО», — говорит эксперт.
В то же время можно с уверенностью сказать, что российский рынок богат ПО российского производства. Многие ведущие застройщики выпускают собственные продукты, которые появляются в открытом доступе для изучения. Например, такое имеется у SetlCity, «Самолета» и других крупных застройщиков. Для компаний поменьше отечественная IT-отрасль предлагает готовые продукты, например для управления строительством подойдут «Адепт» и его аналоги.
«Интерес заказчиков к качественному ПО не просто есть, он активно реализуется нами и нашими коллегами по IT-отрасли. Российские компании, которые стремятся к технологическому лидерству, поэтапно цифровизируют свои подразделения, производственные процессы и процессы управления. Все это верно и для строительной сферы. Не так давно «Самолет» сообщал о тестировании робособак для мониторинга работ на площадке. Очевидно, что собранная роботами информация должна передаваться и обрабатываться с помощью IT-решений и в идеале интегрироваться в ту самую информационную модель. Чем доступнее будут становиться компоненты цифровых комплексов, тем более массовым станет такой подход. И мы готовимся к этому уже сейчас», — резюмирует Степан Воробьев.
При этом некоторые компании начали внедрять отечественное ПО еще до введения санкций. «За прошедшие три года произошли качественные изменения в области контроля СМР и управления строительством; работы и ведения документооборота в ЕИП и СОД; формирования и ведения ИД в электронных форматах. Мы это наблюдаем и на примере своих продуктов: постоянно растет количество пользователей Plan-R (календарно-сетевого планирования) и платформы Larix (от проверки BIM-моделей до формирования ведомостей и проведения тендеров), — говорит Андрей Андреев, главный инженер-технолог строительства Айбим. — Однако для большинства строительных организаций малого и среднего бизнеса достижение цифровой «зрелости», внедрение ТИМ и формирование команды специалистов — сложная и затратная задача. И проблема даже не в замещении иностранного ПО, а в выживании на конкурентном рынке. Впрочем, компании, которые затягивают с цифровизацией, рано или поздно станут точно не конкурентоспособными».
Никита Чернов подчеркивает, что проблемы внедрения ТИМ на стройку могут возникнуть не от нежелания заказчика, а от неготовности подрядчика, хотя сегодня программные продукты уже подстроены под разный уровень цифровой зрелости: «Чаще всего на строительных площадках возникают проблемы, что кто-то неправильно прочитал чертеж либо вообще его некачественно сделали. В итоге смонтировали, как поняли. А если бы у застройщика было визуальное представление об объекте, то таких проблем можно было бы избежать. И следовательно, когда объект будет на более поздней стадии строительства, не нужно будет исправлять какие-либо замечания. В “АР СОФТ” часто поступают запросы на разработку подобного ПО. Сейчас мы кастомизируем свои программные решения под запросы клиента. В итоге получается более качественный программный продукт для строительства». Например, уже сейчас компания располагает решением, которое позволяет сжать файл 3D-модели в 11–20 раз с сохранением всех атрибутов, чтобы была возможность открыть его на строительной площадке буквально на ноутбуке или мобильном устройстве с поддержкой LiDAR.
Впрочем, пока государство не обязывает всех привносить ТИМ на стройку. Чтобы не усугублять проблему нехватки квалифицированных кадров, в пункте 5.7 нового стандарта ГОСТ Р 57363-2023 оговаривается: уровень применения технологии определяется заказчиком в зависимости от потребностей проекта, квалификации и компетенции команды проекта, интегрального показателя зрелости применения ТИМ.