1.3.2. Технология информационной модели здания BIM

Интенсивное развитие информационных технологий в конце ХХ – начале XXI в. ознаменовалось появлением принципиально нового подхода в архитектурно-строительном проектировании, заключающемся в создании технологии информационной модели здания – Building Information Model (BIM), на основе которой создается компьютерная модель нового здания, несущая в себе все сведения о будущем объекте. Несмотря на то, что идея была сформулирована впервые еще в 1975 г. профессором Технологического института Джорджии Чаком Истманом, а также частично реализована в ранних программах САПР (например, RUCAPS), именно на текущий период, благодаря программным системам Revit, Graphisoft и Bentley Autodesk, приходится массовое обсуждение и внедрение BIM-технологии в проектировании и строительстве [88–92].

1.3.2.1. Основные положения технологии BIM

Построение информационного моделирования (BIM) – это преобразование архитектуры, проектирования и строительства путем предоставления точной, своевременной и актуальной информации в течение всего жизненного цикла здания (рис. 1.12). Технология BIM находится в постоянном развитии. Если потенциал ее применения для повышения эффективности управления жизненным циклом строительства ясен, то ее применение для управления объектами находится в стадии развития.

Рис. 1.12. Стадии жизненного цикла здания по технологии BIM

Проблемой, с которой сталкиваются профессионалы в управлении объектами, является разрыв между информацией, используемой для проектирования зданий и строительства, и информацией, необходимой для эффективного управления объектами.

BIM трактуется как единая технология. Ведущие разработчики программного обеспечения, такие как Autodesk, Graphisoft и Bentley Systems и отечественные компании АСКОН и «Нанософт», разработали очень удачные программы, которые служат для проектирования зданий, включают инженерные и строительные этапы, но пока не охватывают всех этапов жизненного цикла здания. Разработчики программного обеспечения быстро продвигаются по пути достижения интеграции между различными системами. Скорее всего, результатом будет не единый пакет программного обеспечения, а наборы совместимых программ, которые поддерживают функциональную совместимость.

Внедрение BIM в архитектурно-строительную практику осуществляют наиболее прогрессивные проектировщики, в основном архитекторы, которые поняли все преимущества новой технологии и потянули в информационное моделирование зданий по цепочке всех остальных участников процесса проектирования и строительства. Основные группы таких специалистов показаны в схеме, приведенной на рис. 1.13.

Рис. 1.13. Основные пользователи информационной модели здания

Достоинство BIM – комплексная работа с объектом, т. е. тесное взаимопонимание и взаимодействие специалистов разных направлений проектирования, производства изделий и конструкций, строительства, управления и эксплуатации зданий и многих других.

Главными в этой схеме являются собственники здания, потому что только они самым объективным образом заинтересованы в комплексном и эффективном подходе к решению проблем сооружения, которым владеют.

Архитекторы в информационном моделировании здания создают основу этой модели, а главный архитектор проекта объекта является тем системным специалистом, который генерирует идею проекта, ответствен за целесообразность, целостность проекта и согласованность сразу всех его деталей, обеспечивающих комфортабельность, безопасность, капитальность и экономичность здания. Для выполнения взаимосвязанных друг с другом отдельных частей проекта, он организует и координирует коллективную творческую работу команды из архитекторов, дизайнеров, инженеров строительных и других специальностей, которых убеждает в своих технических решениях, а затем анализирует и принимает решения по результатам их работы таким образом, чтобы получить в итоге качественный многофункциональный объект, отвечающий требованиям заказчика, в том числе по времени исполнения.

Слева на рис. 1.13 указаны группы специалистов, связанных с первоначальным проектированием здания, а также возможными дальнейшими реконструкциями и реставрациями. Внизу этого рисунка указаны специалисты, непосредственно связанные с возведением и оснащением здания. На рис. 1.13 справа указаны специалисты, напрямую не связанные с возведением здания, но работающие с ним все остальное время его существования.

1.3.2.2. Преимущества технологии информационной модели здания

BIM доказала практически свою ценность в проектировании и строительстве. Реализовано большое количество новых строительных проектов с программным обеспечением BIM. Накоплен огромный объем информации, позволяющий значительно улучшить практику управления объектами. Необходимые технологии для использования BIM в управлении объектами со временем, в результате их разработки, позволят архитекторам, инженерам, подрядчикам, владельцам зданий и руководителям предприятий повысить их эффективность деятельности.

Роль архитекторов в информационном моделировании здания заключается в создании основы этой модели и в координации действий всех остальных участников проектного процесса. Другие специалисты: конструкторы, проектировщики инженерных систем и инженерного благоустройства территории – работают с проектом практически параллельно, первоначально разделив зоны своей ответственности и ориентируясь по архитектурной части информационной модели. Последовательность участия специалистов в информационном моделировании диктуется самой логикой проектирования.

Для специалистов, непосредственно связанных с возведением и оснащением здания, создаваемая информационная модель является источником практически всей используемой информации. С помощью BIM можно заниматься изготовлением для строительства с необходимой «машиностроительной» точностью опалубки, несущих конструкций (колонн, балок, плит перекрытий и т. п.), строительных материалов, оборудования для оснащения здания (лифты, насосы, воздуховоды, электросети, системы отопления, кондиционирования и пр.). Также BIM служит основой для организации строительства, взаимодействия субподрядчиков, составления графиков, схем и календарных планов, смет; используя BIM, можно формировать заказы, управлять потоком поставок материалов и оборудования и последовательностью монтажа, финансового обслуживания процесса строительства и т. п. Она же позволяет оперативно вносить коррективы в конструктивную часть объекта и сам процесс возведения здания, если в этом возникает необходимость (практика показывает, что такие ситуации возникают почти всегда).

В условиях высокой плотности городской застройки и стесненности участка строительства, единственно возможным вариантом работы является такая технология строительства, когда монтаж конструкций и оборудования ведется прямо «с колес». Такая организация строительства, разработка и изготовлений конструкций, оборудования с высокой сборочной готовностью, относящихся как непосредственно к зданию, так и к обеспечению процесса строительства обусловлена использованием информационной модели здания.

Это же относится и к тем частям конструкций здания, которые изготавливаются непосредственно на месте, например монолитный железобетон. С помощью BIM можно спроектировать и рассчитать армирование, характеристики железобетона, собрать или на месте изготовить опалубку, а затем под управлением той же информационной модели здания производить и само бетонирование.

Кроме того, определенные в BIM размеры деталей и их форму можно напрямую или через специализированные программы использовать для получения документации на изготовление в заводских условиях элементов конструкций или инженерного оснащения, что уменьшает сроки строительства и повышает его качество. Особенно это эффективно там, где используются робототехника и станки с ЧПУ (например, при производстве металлоконструкций), – задание на изготовление идет практически напрямую из BIM. Точность работы также требует для решения неминуемо возникающих общих вопросов высокого уровня взаимодействия и двусторонней связи проектировщиков, изготовителей, всех подрядчиков и субподрядчиков, а также организаторов строительного процесса.

Главными требованиями для успешной работы архитектурно-строительного комплекса на общем объекте является абсолютно точная информационная модель здания и совершенное владение технологией BIM всеми участниками проектирования и строительства.

Когда архитекторы и специалисты строительной отрасли разрабатывают проект здания, они обычно уверены в его экономической перспективе, т. е. известен заказчик и финансист объекта.

Успешный строительный бизнес экономически эффективен тогда, когда есть деньги на строительство, а построенные объекты продаются. Действия по привлечению инвесторов и продаже площадей в новом здании начинаются задолго до завершения его проектирования. В идеале их даже надо закончить до завершения проектирования. Работе с инвесторами давно уже придают первостепенное значение. В этой области деятельности информационное моделирование зданий также зарекомендовало себя наилучшим образом.

Перед началом проектирования предполагается, что как минимум три обязательных условия согласованы:

? заказчик должен иметь максимальную ясность по всем компонентам здания: его оснащении, организации строительства и т. п.;

? проектировщик, учитывая постоянно возникающие новые пожелания заказчика, должен иметь возможность оперативно вносить изменения в проект, насколько можно не изменяя отведенных сроков;

? в каждом новом варианте изменений проекта необходимо оперативно получать его экономическую характеристику и всю остальную техническую информацию.

В строительстве малоэтажных жилых домов эффективность технологии BIM также проявляется для индивидуального застройщика в экономии строительства, который обычно ограничен в средствах. Это обеспечивается как информационным моделированием и оптимизацией стоимости здания, так и правильной организацией строительства. При этом BIM позволяет еще и спрогнозировать последующие расходы на эксплуатацию здания, что в большинстве случаев может иметь решающее значение при покупке или строительстве нового дома.

Обслуживание и ремонт зданий является очень важным и весьма затратным видом повседневной деятельности, в котором информационному моделированию зданий предстоит еще выполнить положительную роль. Например, управляющая компания всегда будет знать, сколько штукатурки или водопроводных труб потребуется для капитального ремонта здания, сколько будет стоить облицовка здания новыми материалами, где их найти по более выгодной цене и в какой срок можно осуществить все работы и т. д. Количество ошибок (в том числе «преднамеренных») при возможности проверки собственниками жилья, которые будут иметь доступ к используемой в ЖКХ модели здания, будут снижены. При существующем же сейчас положении дел только специалист, имеющий доступ к соответствующей бумажной или компьютерной документации и обладающий достаточным уровнем квалификации, может осуществить проверку. В масштабах всей страны, региона, микрорайона и даже отдельного дома прогнозируется огромная экономия.

Внесение изменений в существующее здание – дело очень хлопотное и деликатное. Для исторического сооружения часто добавляется и необходимость его адаптации к эксплуатации в современных условиях. А это уже новые требования к прочности и теплозащите, комфорту, новым системам отопления, электро- и водоснабжения, пожаротушения, телекоммуникации, вентиляции и т. п.

Для памятника архитектуры, который строился без учета всех этих новых веяний и требований, становится актуальным и даже единственно возможным компьютерное экспериментирование с уже существующим объектом, подбор и компоновка оборудования, оптимизация проектных решений и т. п. Вовлечение старых зданий в новую жизнь можно эффективно решить с BIM.

Как правило, архитектурные и строительные элементы исторических памятников уникальны: декоративное украшение фасадов, кирпичная кладка, оконные рамы, наличники, двери, лестницы, ограждения и т. п. Воспользоваться готовыми библиотеками этих элементов или предшествующими наработками невозможно. Практически для каждого памятника архитектуры все базовые элементы приходится делать заново, а моделирование такого объекта в применении BIM является сложной задачей. Полученные в процессе моделирования фрагменты и детали здания образуют новую библиотеку элементов, характеризующих тот или иной стиль или историческую эпоху. Этой библиотекой можно затем пользоваться при реставрации других памятников архитектуры того же периода, а также при создании новых современных зданий стилистически учитывать уже существующие рядом с ними памятники архитектуры. То есть появляется мощный и удобный инструмент для решения важной архитектурной задачи – сохранения средового единства внешнего облика находящихся рядом зданий различных эпох. Благодаря возможностям технологии BIM новым объектам обеспечивается современное конструктивное и инженерное наполнение, проектная работа с памятниками архитектуры становится столь же технологичной и производительной, как и при создании новых объектов.

Одна из главных особенностей сегодняшней жизни – повышение требований к зданиям по комфортабельности, безопасности конструкций и надежности систем. Повышение требований к энергоэффективности зданий связано с необходимостью экономии энергоресурсов, повышения экологичности, а требование к безопасности конструкций и жизнеспособности современных построек вызвано изменившейся сейсмической активностью и климатическими условиями, приводящими к природным катаклизмам, техногенным катастрофам и террористической угрозе.

Ранее построенные сооружения проектировались для работоспособности в совершенно иных условиях эксплуатации, и возможности их усиления может просто не быть. Главный вопрос, который интересует специалистов по работе в чрезвычайных ситуациях, – как поведет себя конкретное здание при тех или иных экстремальных воздействиях, иначе говоря – сколько оно продержится до потери несущей способности в случае катастрофы и каков характер возможных разрушений.

Одной из главных задач МЧС сегодня является создание информационных моделей объектов самого повышенного внимания – промышленные предприятия с особо опасным производством, энергетические сооружения, крупные общественные здания, мосты и многое другое, на которых можно быстро смоделировать возникшую проблему и оперативно выработать защитные мероприятия.

Например, при пожаре очаг и сила возгорания устанавливаются прибывшими пожарными, а информационная модель здания поможет быстро ответить на вопросы, связанные с вероятным направлением перемещения огня, огнестойкостью конструкции, возможным наличием времени на эвакуацию людей и имущества, возможными путями эвакуации и рекомендациями схемы тушения пожара.

Завершающим этапом жизненного цикла здания является его снос для освобождения территории под новое строительство, а также утилизация его материалов и конструкций. Этим вопросам уделяется серьезное внимание в связи с высокой плотностью застройки в городах, большим количеством подземных и наземных коммуникаций, а также экономическим и экологическим аспектами. В настоящее время снос старых зданий уже проектируется, просчитывается и прорабатывается, в том числе и на компьютерных моделях.

В самом названии BIM говорится о моделировании отдельных зданий, диапазон же применения данной технологии значительно шире. Она может быть применена также для решения градостроительных задач. Город состоит из комплекса различных объектов: группы зданий со всеми коммуникациями; автодороги с их мостами, развязками и ограждениями; городское метро и т. п. В этом случае итоговая модель складывается: из моделей каждого отдельного объекта; общих инженерных систем всего комплекса объектов; модели местности с рельефом, коммуникациями (надземными и подземными) и благоустройством территории.

Для городских дорог это еще и определение уровня шума и загазованности, а также последующее проектирование мер по устранению этих и других негативных факторов.

Уже сейчас в Европе проводятся эксперименты по созданию информационных моделей некоторых, пока небольших, городов, где учитываются также численность и возраст населения, коммуникативные расстояния и многие другие градостроительные параметры, играющие важную роль при планировании и управлении городом.

Таким образом, для архитекторов и инженеров при внедрении технологии BIM появляются следующие преимущества.

1. Преимущества на этапе проектирования:

? Для архитектурных и дизайнерских фирм разработанное программное обеспечение, основанное на достижениях в области управления информацией, поддерживает лучший способ проектирования зданий, учитывает сложность современных зданий и трудности подготовки проектно-сметной документации.

?Способность программного обеспечения BIM легко создавать реалистичные трехмерные изображения и анимацию движения в пространстве здания. Это не только дает ценные указания для проектировщика, но и является чрезвычайно полезным в общении дизайнера с клиентами.

? Программное обеспечение BIM поддерживает анализ различных типов зданий. В частности, в начале процесса проектирования интеграция с программами энергетического анализа здания позволяет иметь необходимую информацию для принятия решений по строительным материалам и конструкциям.

2. Преимущества на этапе строительства:

? Способность BIM-инструментов отслеживать и координировать этапы строительства.

? Для координации строительства генеральным подрядчиком, в частности, являются очень эффективными графики работ, особенно для крупных проектов на городских участках.

? Программные средства позволяют выявить ошибки компоновки заранее, тем самым обеспечивая более эффективные решения и уменьшение дорогостоящих изменений в процессе строительства и при эксплуатации.

И это далеко не полный перечень тех задач, видов деятельности и преимуществ, где информационное моделирование зданий найдет свое применение.

Эффективность BIM – залог качества реального здания; она зависит от полноты систематизации комплекса свойств конструктивных частей здания и выбора обоснованных критериев качества для оптимизации видов архитектурных конструкций и материалов, из которых они сложены.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.