В статье рассматриваются общемировые тенденции внедрения BIM-технологии в строительную отрасль: перспективы их использования в области производства строительных материалов, изделий и конструкций. Описаны основные способы применения BIM для производства, приведены примеры использования технологии в реальной практике и разобраны перспективные направления развития внедряемой инновации. Также в статье указывается на состояние процесса интеграции технологии информационного моделирования в России, приводится вывод о потребности учета мировых тенденций при дальнейшем ее развитии в сфере строительной индустрии.
Ключевые слова: BIM-технология, информационное моделирование, инновации в строительной отрасли, интеграция BIM, цифровая модель здания, производство строительных материалов, изделий и конструкций, производственный процесс в строительной отрасли.
Технология информационного моделирования прочно вошла в сферу проектирования и в настоящее время наблюдаются тенденции её более широкого внедрения в строительную сферу. И участники индустрии, и представители правительства, в особенности Минстрой, демонстрируют решительность в вопросе потребности интеграции BIM-технологии для обеспечения конкурентных преимуществ на рынке ЕАЭС сферы производства строительных материалов и следованию общемировой концепции бережливого производства и устойчивого развития. Очевидно, что плюсы от применения такого рода технологии, не поддаются сомнениям. Они неоднократно описаны в различных научных статьях и на практике доказаны примером стран-передовиков в данной области [1, 2].
Однако несмотря на лоббирование данной технологии, позитивный настрой со стороны бизнеса и расширение нормативной базы, следует признать значительное отставание процесса интеграции BIM-технологии в сферу производства строительной продукции [3, 4, 5]. Проблемы и барьеры, с которыми сталкивается индустрия, на пути к введению широкого использования рассматриваемой инновации, также неоднократно отмечены и разобраны в различных научных статьях [6, 7]. Одним из таких барьеров является отсутствие понимания о BIM как об универсальном инструменте, применяемом на всех этапах жизненного цикла проекта, начиная от предварительного проектирования и заканчивая периодом эксплуатации объектов строительства [6]. Данная проблема рассматривается не только в России. Например, в национальном отчете по BIM Великобритании « UK National BIM Report », выпускаемом каждый год с 2011, также указывается, что у большинства опрошенных, данная технология связана только с созданием 3D-модели. И учитывая, что Великобритания в разы опережает Россию по объемам внедрения данной технологии, следует сделать некоторый вывод: вопрос расширения спектра применения BIM в РФ будет еще долго являться проблемой, требующей решения для дальнейшего его более полного использования.
Применение BIM в процессах производства строительных материалов, изделий и конструкций — это одна из современных тенденций, активно развивающихся в некоторых зарубежных странах, и имеющая заметно отставание в России. Очевидно, производственный процесс — один из самых трудоемких этапов строительства. Производителю или производственной компании очень важно работать над оптимизацией своих затрат и окупаемостью существующих операций. И с появлением такой новой технологии как BIM промышленность может извлечь выгоду, применяя инновационные методы организации рабочих процессов.
Существует огромный спектр использования BIM в производственных отраслях. Одним из самых развитых на сегодня вариантов интеграции BIM в производственный сектор — это включение в реструктуризацию общего потока информации на всех этапах создания как самой строительной продукции, так и строительства объекта в целом. Создание информационной модели здания — это процесс, который помогает в совместной работе данных или информации об объекте с трехмерной визуальной геометрией конструкций. И так как этот процесс может включать в себя все этапы строительства, то производители строительных материалов и конструкций могут получить информацию о своей продукции в общей модели и извлекать из нее требования для производственных процессов. Таким образом, выполняется самая главная цель использования BIM — это информационный обмен между всеми участниками проектирования и строительства.
Очевидно, правильный обмен информацией между участниками проекта — это один из самых трудных процессов. И данная задача, в нынешних реалиях, становится еще большим барьером, если сталкиваться с эффектом от глобализации в строительной отрасли. На практике, все чаще встречаются ситуации, когда проектировщики, производители и заказчики могут находиться в разных странах и иметь различную строительную культуру. Именно тогда и возникает острая проблема нехватки информации между сторонами производственного процесса. И приведенный ранее вариант применения BIM производителями направлен на решение именно этой задачи.
Прежде чем переходить к конкретному примеру, следует теоретически описать на чем основан принцип упрощения обмена информацией между производителями и другими участниками проектов. Часть работы производителей состоит в создании, в зависимости от используемого программного обеспечения, «компонентов» или «семейств», именуемые в дальнейшем «компоненты». Тут важно отметить, что большинство разработчиков программного обеспечения для BIM-проектирования, понимая перспективы, успешно интегрировали и предоставили в пользование все что нужно для работы в этом направлении. Это означает, что отдельным крупным или мелким производителям не понадобиться разрабатывать собственное программное обеспечения для рассматриваемого способа обмена информацией. Вся работа происходит непосредственно на тех платформах, где осуществляется BIM-моделирование. Из этого также следует, что сами инструменты будут максимально унифицированными по многим параметрам. Данный факт сразу же облегчает работу и предупреждает возникновение множества возможных барьеров. Работа над созданием компонента в BIM-среде, строится на основе спецификации. Таким образом, условный продукт будет добавлен в модель, как деталь, которую можно будет изменять, вводя определенную параметрическую информацию, что в свою очередь, автоматически заполнит спецификацию данной детали. Другими словами, проектировщик, моделирующий в BIM, выбирая определенную продукцию, уже внутри модели имеет исходные данные от производителя. После выбора или ввода требуемых для проектировщика настроек для компонента, помимо отображения в модели, автоматически заполняется и спецификация на данный элемент. Причем информация в автоматической спецификации будет четко структурирована так, как это необходимо производителю.
Стоит отметить, что существует множество компаний, в том числе и в России, которые уже проделали большой объем работ в этом направлении. В качестве практического примера можно рассмотреть компонент от одного из лидеров BIM-интеграции среди производителей передовой зарубежной компании Peikko Group, выпускающей продукцию для сборного железобетонного и монолитного строительства. В самой компании неоднократно отмечали, что их сильная позиция на мировом рынке связана с успешной интеграцией выпускаемой продукции с BIM-пространством. И учитывая широкую номенклатуру выпускаемой продукции сейчас сложно придумать иное решение, которое действительно позволило бы так качественно структурировать обмен информации между потенциальными пользователями и изготовителем.
Предположим, стоит задача запроектировать базу металлической колонны на классическом железобетонном монолитном подколоннике, выбрать тип и расположить анкерные болты (3D-модель базы представлена на рис. 1). После расчета конструкции определяются усилия, возникающие в опорном узле колонны и на анкерных болтах проектируемой базы. Далее проектировщику остается лишь вставить в 3D-модель разработанный производителем анкерных болтов компонент (пример моделей анкерных болтов разного типа, выбранных в компоненте, представлен на рис. 2). Стоит отметить, что саму деталь в модели проектировщик может сделать и самостоятельно, вручную, однако весь смысл в подготовленном меню, включающем в себя параметрические настройки. Как указывалось выше, самое главное достоинство данной технологии в легкой доступности информации. На рис. 3 представлен пример меню с настройками для компонента анкерных болтов от «Peikko Group». Очевидно, первое, на что стоит обратить внимание, в меню — это ссылки на интернет-ресурсы производителя. Для проектировщика, в первую очередь, в этом варианте через ссылки дают всю нужную информацию о компании, инструкции по использованию, способе и правилах установки в видеоформате. Таким образом, зная усилия на анкерные болты и имея данный компонент, проектировщик легко найдет актуальную информацию, выберет тип и правильно расположит закладную деталь. После введения в меню некоторых заранее предложенных на выбор параметров, а также уточнения нескольких геометрических размеров, работа с анкерными болтами со стороны конструктора будет завершена. Объема проделанной работы будет достаточно, чтобы в дальнейшем на чертежах и в спецификациях удалось получить полную и актуальную информацию для заказчика и производителя о применяемых анкерных болтах.
Рис. 1. 3D-модель базы колонны
Рис. 2. Пример 3D моделей анкерных болтов разных типов, выбранных в компоненте от производителя
Рис. 3. Меню с параметрическими настройками компонента от производителя анкерных болтов
Описанный выше процесс показывает, каким образом производители строительных материалов, изделий и конструкций могут с легкостью предоставлять информацию о своей продукции в BIM-модель. Преимуществ для индустрии строительных материалов от интеграции такой технологии множество. Обмен актуальной информацией не только снижает возможное количество ошибок при проектировании, но и делает продукцию более конкурентоспособной. Очевидно, что на данный момент использование BIM-контента некоторыми производителями является исключительной особенностью и отличает их от остальных. Однако, в ближайшие годы существует большая вероятность, что множество компаний будут ускорять свою интеграцию в эту технологию, поскольку возможности применения очень широки. Например, одна из последних идей, мало где реализованных, но широко распространяющихся, примерная стоимость используемого продукта. Это когда помимо всей информации об элементе или материале, существует графа с актуальной ценой непосредственно в модели. Условная стоимость будет идти напрямую от производителя и постоянно обновляться при изменениях. Это значительно повышает экономичность выбранных проектировщиком решений, а также обеспечивает прозрачность процессов для заказчика (инвестора).
Пример с анкерными болтами, конечно, не единичный. Так, при проектировании в настоящее время все чаще применяют компоненты от производителей различных сборных железобетонных конструкций целиком. Например: пустотные плиты, сборные стеновые панели, сборные колонны и балки. Также, технологию начали применять производители различного оборудования и строительных материалов. В теории, любая промышленная компания, участник строительной индустрии, может представить свою продукцию в BIM-инфраструктуре. Например, компании по производству гидроизоляции, бетона, металлоконструкций, ОВиК оборудования или проч.
Другим серьезным преимуществом от применения BIM-технологии, как уже говорилось ранее, является возможность компаний не только предоставлять информацию, но и брать ее из модели. Это может влиять уже непосредственно на производственный процесс в цехах. На данный момент, существует 3 основных способа обратного получения информации из модели для производителей строительных материалов, изделий и конструкций. Один из них, всегда присутствующий в рассмотренных далее опциях, это выгрузка чертежей. В этом процессе нет ничего инновационного для производств. Но можно еще раз отметить, что создание и выгрузка чертежей из информационной модели, при использовании компонентов, значительно облегчает процесс как для проектировщика, так и для изготовителя. Информация о используемой продукции в спецификациях на чертежах идет напрямую от производителя, что снижает возможность возникновения ошибок у проектировщика в обозначениях, и тем самым облегчает работу предприятий, имеющих большую номенклатуру продукции.
Следующий способ передачи информации из BIM для производителей, позволяет им работать непосредственно с моделью, копию которой проектировщики выгружают вместе с чертежами. Применение такого вида обмена информацией полезно тем, что производитель строительных материалов, изделий или конструкций может самостоятельно вывести нужные ему спецификации. В некоторых случаях, компании производят проверку принятых решений на предмет возможности исполнения и правильности применения. В том числе производителем могут предлагаться корректировки решений для правильной работы изготавливаемой конструкции или оборудования. Очевидно, вышеперечисленные процессы значительно упрощаются при применении копии 3D-модели. На практике в зарубежных странах передача, для компании производителя, BIM-модели совместно с чертежами является постоянной практикой и всегда прописывается в задании на проектирование. Причем не только для производителей сложного технологического оборудования, но и для производителей различных строительных материалов и конструкций.
Последний из самых популярных метод взаимодействия производителей с проектом дает возможность работы непосредственно в модели, наравне с проектировщиками. Очевидно, это позволяет наилучшим образом реализовать идею BIM-технологии. Помимо описанных выше доступных инструментов, компания производитель может в том числе вносить изменения в информационную модель. Если быть точнее, команда проектировщиков от производителя любых материалов или конструкций может самостоятельно работать в общей модели, изменять ее, загружать и выгружать информацию. Рассматриваемый вариант позволяет наполнить BIM-модель совершенно различной информацией от производителя, такой как: сметы, стадии готовности, 3D-модели готовых конструкций для сравнительного анализа и т. д.
На практике все чаще встречаются проекты, в которых проектировщики из компании производителя конструкций, изделий, материалов или оборудования могут самостоятельно проектировать свою часть в общей модели. Например, при работе над большим по объему объектом, включающем в себя сложное фасадное остекление. В таком случае собственная команда проектировщиков от производителя алюминиевых систем остекления фасада может работать в общей BIM-модели. Очевидно, что это значительно повысит скорость и качество производственного процесса, а также позволит создать точные и «прозрачные» сметы на продукцию.
Отдельная ветвь развития данной технологии направлена на то, чтобы извлекаемая из BIM-моделей информация могла применяться непосредственно на производственном оборудовании или станках. В последнее время появляются новейшие производственные технологии, способные загружать из BIM-моделей специальные форматы и передавать их на оборудование, например, станки ЧПУ. Которое в дальнейшем изготавливает продукт или компонент так, как он смоделирован. Это ветвь развития BIM-технологии только начинает применяться и имеет существенный барьер. В данном случае, разработчики программного обеспечения для BIM могут предоставить только инструмент передачи информации — форматы. Для реализации такой идеи нужна полная модификация производственных предприятий. Нужно добиться, чтобы оборудование и станки сумели прочесть информацию, выделенную из модели. Таким сейчас могут похвастаться только единичные компании, которые предлагают собственное программное обеспечение для своего оборудования. Так, одна из финских компаний еще в 2016 году представила программу, которая позволяла выдавать задание на станки ЧПУ для производства ЛСТК профилей. Программа опиралась на выгрузку из BIM-модели в специальном формате.
Однако несмотря на сложности, уже сейчас во многих компаниях настроена автоматизация процессов передачи задания из моделей. Это выполнимая задача, если не прибегать к самонастройке станков и оборудования для создания уникальных деталей, профилей и компонентов, а предварительно завести в них всю производимую номенклатуру продукции. Тогда оборудование будет способно прочесть спецификацию, выделить оттуда, например, серийные номера, требующихся на проекте продуктов, их количество и пустить в производство.
Такое взаимодействие, так или иначе, будет усиливаться по мере развития программного обеспечения и производственного оборудования. Но общая тенденция четко просматривается и формулируется многими разработчиками ПО для BIM и передовыми компаниями, производителями строительных материалов, изделий и конструкций. Цель заключается в создании автоматической системы оборота информации, непосредственно в BIM-модели. Проектировщики и изготовители строительной продукции уже сейчас имеют возможность прямого общения через модель, а в дальнейшем все будет автоматизированным. Станки или оборудование, будут самостоятельно забирать нужную для производства информацию. А после выпуска продукции информация уже от производителя будет автоматически добавляться в BIM-модель проекта. И все это тотчас будет сопровождаться возможностью мониторинга со стороны заказчика.
В конечном счете тенденция интеграции BIM-технологии в компаниях, производящих строительные материалы, изделия и конструкции, имеет большие перспективы. Обширность применения сложно даже представить. Помимо приведенных в статье способов использования такого инновационного подхода уже сейчас обсуждаются идеи, которые найдут отражение в ведении логистики производственных предприятий, изменят систему продажи продуктов. Но даже имеющиеся наработки значительно повышают конкурентоспособность и качество выпускаемой продукции, улучшают результаты проектов, решают множество проблем, которые были актуальны долгое время. С большой долей вероятности «локомотивом» в этой области для мировой строительной индустрии станут все новые и новые мегапроекты, в которых применение рассматриваемой технологии всеми участниками является необходимостью. Однако параллельно с этим все связано с уровнем развития программных обеспечения и оборудования.
В индустрии строительных материалов РФ на данный момент сложилась сложная ситуация с процессом интеграции BIM-технологии: нехватка собственного программного обеспечения как для автоматизированного производственного оборудования, так и для самой технологии информационного моделирования, кадровый голод специалистов в этой области. По мере решения перечисленных проблем следует также учитывать передовой опыт ведущих мировых компаний в этой сфере. Обучение новых специалистов и разработку программного обеспечения следует производить с пониманием о BIM как об инструменте, применяемом на всех этапах и всеми участниками строительства, в том числе изготовителями. В производственных процессах это не только повысит стабильность качества выпускаемой продукции и выполняемых проектов, но и даст толчок на модернизацию предприятий, производящих строительные материалы, изделия и конструкции в России.
Литература:
- Юшкин, И. И. Проблемы и преимущества внедрения BIM на предприятиях строительной отрасли / И. И. Юшкин, Ш,Г Аламиди, Н. А. Сташевская. — Текст: непосредственный // Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. — 2022. — № Т. 18. № 2. — С. 172–182.
- BIM-технологии / Е. Н. Рыбин, С. К. Амбарян, В. В. Аносов [и др.]. — Текст: непосредственный // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. — 2019. — № 9. — С. 98–105.
- PwS в России. PropTech в России 2020: Обзор практики применения BIM-технологий и инновационных решений в области проектирования.
- Пухаренко, Ю. В. Цифровой мониторинг как способ защиты рынка строительной продукции от фальсификата / Ю. В. Пухаренко, В. Д. Староверов, А. Л. Дмитриев. — Текст: непосредственный // Жилищное строительство. — 2022. — № 4. — С. 3–8.
- Пухаренко, Ю. В. Повышение безопасности и качества строительных материалов на основе оценки опыта и деловой репутации предприятия / Ю. В. Пухаренко, В. Д. Староверов, А. А. Герасименко. — Текст: непосредственный // Строительные материалы. — 2019. — № 5. — С. 3–8.
- Абалтусов, Ю. А. BIM-технологии. Проблемы их внедрения и перспективы развития в строительстве и проектировании / Ю. А. Абалтусов, В. В. Чатуров. — Текст: непосредственный // Молодой ученый. — 2019. — № 25 (263). — С. 151–153.
- Чегодаева, М. А. Функциональность информационной модели на этапах проектирования, строительства и эксплуатации здания / М. А. Чегодаева. — Текст: непосредственный // Молодой ученый. — 2016. — № 25 (129). — С. 102–105.
