Анализ и особенности применения технологий информационного моделирования (ТИМ) на этапах жизненного цикла объектов капитального строительства

В статье рассмотрен технический подход к управлению бизнес-процессами жизненного цикла инвестиционного-строительного проекта (ИСП) объекта капитального строительства (ОКС), реализуемого за счет средств федерального бюджета, а также бюджетов субъектов Российской Федерации и муниципальных образований.

Потребность инвестиционно-строительного проекта в использовании инструментов информационного моделирования

Технологии информационного моделирования (ТИМ) — это система, включающая в себя программно-технические средства, документы, результаты, процессы и участников инвестиционно-строительного проекта, обеспечивающих создание, сбор, накопление, обработку, контроль, хранение, представление и распространение информации в виде цифровых информационных моделей и электронных документов. С помощью ТИМ происходит формирование единого источника данных для получения информации о здании, сооружении, необходимой при принятии обоснованных решений на протяжении всего жизненного цикла объекта.

Инвестиционно-строительный проект представляет собой комплекс правоотношений, действий участников ИСП и документации, направленный на реализацию строительства, реконструкцию и последующую эксплуатацию ОКС.

В современных экономических условиях реализация ИСП связана с необходимостью быстрого внесения изменений в процессы управления проекта. Готовность участников ИСП эффективно управлять процессами СП является одним из важнейших факторов надежности инвестиционно-строительного проекта. В этой связи целесообразно использовать и развивать технологии информационного моделирования на различных стадиях жизненного цикла объекта капитального строительства (ЖЦ ОКС), когда вся информация о проекте рассматривается как единый объект – полноценная цифровая информационная модель (ЦИМ).

ИСП подразделяется на следующие стадии:

1. Стадия предпроектной подготовки – обоснование экономической целесообразности проекта, формирование концепции, расчет затрат, сроков и прогнозируемых показателей экономической эффективности, разработка планов финансирования, получение разрешительной документации;
2. Стадия проектирования — получение исходно-разрешительной документации для проведения изысканий, проектирования;
3. Стадия строительно-монтажных работ — проектно-изыскательские и пусконаладочные работы, возведение или реконструкция объекта, ввод в эксплуатацию;
4. Стадия эксплуатации — оформление разрешительных и правоустанавливающих документов, эксплуатация актива.

Использование ТИМ на стадии предпроектной подготовки

При классической подготовке проекта инвестор последовательно вручную определяет экономические и технические характеристики, а также целесообразность реализации проекта. Данный подход ограничен и трудоемок в части анализа и обоснования целесообразности концепций проекта.

С помощью ЦИМ и информационных систем городского планирования, основанных на нейронных сетях и машинном обучении, инвестор получает достоверную информацию по расположению зданий и сооружений в границах застройки земельного участка, использует комплексный учет различных факторов и концепций проекта, которые могут оказывать положительное или отрицательное влияние на конечные потребительские свойства объекта.

Формирование и ведение ЦИМ позволяет сократить сроки разработки концепта моделей проекта и изменять исходные данные и конфигурацию в режиме реального времени с учетом различных факторов и требований.

Использование ТИМ на стадии предпроектной подготовки также позволит сформировать комплект исходно-разрешительной документации, подготовить мероприятия для проведения конкурсных процедур, оперативно просчитать технико-экономические показатели в соответствии с требованиями Градостроительного плана земельного участка (ГПЗУ), оценить эффективность принимаемого решения о начале проектирования и экономического обоснования.  При условии, когда ресурсоснабжающие организации, ГБУ «Мосгоргеотрест», Москомархитектура и другие участники ИСП подключены к СОД, сокращение временных интервалов может составить с 21 дня до 5 дней.

С целью повышения эффективности применения ТИМ на данной стадии планируется разработать типовые решения, стратегии, и регламентирующие документы, базирующиеся на передовых методиках опыта внедрения ТИМ и объединяющие их для формирования единых рамок разработки и принятия договорных и регулирующих документов ТИМ.

Формируя ЦИМ на стадии предпроектной подготовки, участники ИСП получают возможность автоматизировать расчеты инсоляции, подключения к центральным инженерным сетям (водоснабжение, канализация, электроснабжение, связь), подготовить техническое задание для проведения изысканий.

В ходе пилотного проекта Департамента строительства были получены следующие данные: использование цифровых сервисов по расчету инсоляции для объекта многоквартирного дома (МКД) 50 000 м² позволяет, при наличии ЦИМ, ускорить расчет для прохождения экспертизы до получаса по сравнению с «ручным» расчетом, занимающим, как правило, несколько дней.

Таблица 1

Применение ТИМ на данном этапе ИСП обеспечивает следующие преимущества относительно классического подхода:

• концепт-модель будущего объекта c возможностью на следующую стадию без потери данных;
• многовариантное проектирование;
• автоматизированное получение ТЭО;
• оптимальное размещение объекта капитального строительства в условиях существующей городской застройки;
• возможность оценки стоимости ИСП на ранних стадиях строительства;
• оперативное изменение и воплощение концепции проекта планировки и объемно-планировочного решения в 3D-модели, что позволяет сократить трудозатраты на обновление ценовой информации до 30%;
• удобная визуальная оценка предлагаемых проектных решений, что позволяет сделать проект и ценообразование на 100% прозрачнее для подрядчиков;
• возможность изучения нескольких вариантов и выбор оптимального решения на основе проектных данных и оценочной стоимости строительства, что позволяет сократить погрешность инвестиционных расчетов до 20%;
• предварительный анализ энергоэффективности, видимости, инсоляции, планировки местности, что позволяет повысить качество документации на 100%.

Использование ТИМ на стадии проектирования

При классическом проектировании проектировщики сталкиваются с множеством проблем, среди которых:

• ошибки, коллизии проектирования из-за отсутствия общей информации по проекту;
• непоследовательная и неполная передача данных, когда смежные специалисты не получают актуальных изменений проекта;
• срывы сроков из-за внесения изменений и новых данных из предпроектных изысканий.

При проведении пилотного проекта Департамента строительства применение ТИМ на стадии проектирования позволило решить следующие задачи:

• качественное проектирование согласно установленным срокам;
• создание информационной модели;
• ускорение коллективной работы территориально удаленных коллективов;
• координация всех разделов;
• ускорение получения проектной и рабочей документации;
• отслеживание изменений проекта, возможность отслеживания лиц, внесших изменения в данные и идентификации способов внесения изменений в ИМ.

В ходе пилотного проекта были рассмотрены два аналогичных объекта: «Жилой Дом площадью до 20 000 м²», и выполнены разделы рабочей документации как с применением традиционного способа на основе САПР, оформленных листов, ручных спецификаций, так и с применением ТИМ в 3D с использованием среды общих данных, результаты и сравнение подходов занесены в таблицу 2.

Таблица 2

Применение ТИМ обеспечивает следующие преимущества:

• полное устранение ошибок в проекте за счет сборки всех разделов в едином пространстве;
• устранение потерь проектной информации при передаче данных между отделами и платформами за счет работы в едином информационном пространстве;
• повышение эффективности коллективной работы за счет работы с единой информацией по проекту, что позволяет ускорить сроки проектирования до 30%;
• повышение наглядности и качества передаваемой информации за счет использования цифровых информационных моделей, что позволяет ускорить сроки согласования и принятия решений до 50%;
• уменьшение сроков рассмотрения технических вопросов по проекту и принятия актуальных решений до 20%;
• поиск проектных ошибок на ранних стадиях разработки проекта за счет использования инструментов проверки коллизий в сводных цифровых информационных моделях, что позволяет сократить непредвиденные расходы до 90%;
• выпуск унифицированной и актуальной (реальной) проектной документации за счет отслеживания внесения изменений в цифровых информационных моделях, что позволяет повысить эффективность управления ресурсами и процессами до 35%.

Использование ТИМ на стадии строительно-монтажных работ

При классических строительно-монтажных работах, как правило, возникают следующие проблемы:

• большое количество документации на бумажных носителях, препятствующей получению актуальной информации о проекте;
• внесение изменений и контроль качества строительства, сопряженные с заполнением и согласованием большого массива документов;
• трудности с хранением и использованием архивов рабочей документации (информация о строительстве фактически не используется).

В процессе применения ТИМ информационная модель объекта капитального строительства аккумулирует в себе сведения обо всех элементах, в том числе данные по характеристикам элемента и решения, принятые в соответствии с проектной документацией.

Таким образом, использование СОД специалистами строительного контроля и подрядных организаций в случае возникновения вопросов и неувязок со смежными разделами позволяет обмениваться заданиями и замечаниями непосредственно в ЦИМ.

В процессе реализации пилотного проекта Департаментом строительства было выявлено, что применение ТИМ на стадии строительно-монтажных работ решает задачи:

• взаимодействия проектировщика со строителями;
• подготовки организации и управления строительством;
• оптимизации календарного и сетевого графика производства работ;
• расчета стоимости строительства;
• расчета потребности в материалах;
• организации и управления строительством;
• осуществления строительного надзора;
• отслеживания динамики выполнения работ;
• сравнения плана и факта;
• контроля отклонений (совмещение облака точек с моделью);

На примере процесса проведения строительного контроля с использованием ТИМ рассмотрим применение технологии лазерного сканирования и выгрузки облаков точек.

В ходе пилотного проекта был организован выезд на объект специалиста геодезической службы с лазерным сканером ТОПКОН. За 2 часа работы сканера на площадке был полностью отснят 1 этаж детского учреждения общей площадью 1550 м². Еще 2 часа потребовалось на обработку облака точек и наложение его на информационную модель раздела КР.

Готовые результаты анализа можно загрузить в модель непосредственно на площадке посредством использования среды общих данных, а также отправить в офис организации для дальнейшей обработки, подготовки актов либо иных документов, относящихся к ведомству строительного контроля.

Данные анализа облака точек подгружаются в среду разработки модели (СОД). Это дает проектировщику наглядное представление происходящих на стройплощадке процессов.

По результатам сканирования были выявлены отклонения в монолитных конструкциях более чем на 40 миллиметров, что выходит за допустимые рамки при производстве монолитных работ. На данном этапе проектировщику необходимо будет пересчитать фасадную систему и часть оконных блоков. Все отклонения имеют цветовую градацию.

Результаты анализа доступны на площадке строительства объекта и в офисе организации. Строительный контроль позволяет увидеть результат сразу же и принять обоснованное решение о необходимости дальнейших действий.

Полный доступ к информации о входных журналах, актах, сертификатах качества, для всех служб заказчика и контрольных органов позволяет отлеживать расход средств и организации строительства. Увязывание актов и закрытий с ЦИМ и данными лазерного сканирования позволило выявить отклонения в монолитных конструкциях от 20 до 40 миллиметров на пилотных проектах Департамента строительства, проектировщикам вовремя представилась возможность скорректировать проектные решения.

При строительстве объекта, с учетом имеющейся возможности лазерного сканирования, возможно получить облако точек по выполненным объемам, при накладывании их на проектную модель, и автоматически проверить отклонения факта от модели.

Сравнительная характеристика строительного контроля традиционным способом и с применением лазерного сканирования.

Таблица 3

Применение ТИМ на данной стадии обеспечивает следующие преимущества:

• наложение календарных графиков из программ планирования на модель, уменьшение задержек и простоев в строительстве до 40%;
• возможность создания и корректировки инвестиционного плана на основе точных цифровых данных, благодаря чему стоимость строительства сокращается до 10%;
• поиск и устранение пространственно-временных коллизий, что позволяет снизить риск возникновения непредвиденных затрат в будущем до 0%;
• доступ всех участников к информации с централизацией данных: связь проектного бюро, административно-управленческого персонала, строителей и подрядных организаций, что уменьшает сроки координации и согласования работ до 90%;
• отслеживание процессов ввода оборудования в эксплуатацию;
• обеспечение комплекса мер по цифровому строительному контролю, что позволяет в 4 раза быстрее устранять замечания по работам;
• обеспечение комплекса мер по охране труда, что позволяет сократить риск происшествий и нарушений на строительной площадке до 45%;

Использование ТИМ на стадии эксплуатации

При введении объекта в эксплуатацию классическим способом составление технологических карт учета оборудования, составления графиков ремонтов требует большого количества времени и ведет к принятию малоэффективных решений.

Одной из целей проведения пилотного проекта Департамента строительства явилось выявление возможности решения ряда задач, возникающих на стадии эксплуатации актива посредством применения технологий информационного моделирования.

На данной стадии решаются задачи:

• быстрого поиска информации по объекту;
• создания технологических карт оборудования;
• создания графиков обслуживания и обхода оборудования;
• связи с системами материального обеспечения;
• связи с системами эксплуатации.

На стадии эксплуатации при наличии цифровой информационной модели объекта капитального строительства имеется возможность установить системы мониторинга несущих конструкций (акселерометры, инклинометры, геодезические датчики), инженерных сетей и оборудования.

Наличие раннее принятых требований к модели позволяет автоматизировать создание технологических карт, составить графики обходов обслуживания и ремонтов оборудования, получить цифровой двойник здания для учета нагрузки заполняемости и износа объектов капитального строительства.

Таблица 4

Применение ТИМ обеспечивает следующие преимущества:

• возможность получения и внесения информации по эксплуатируемому объекту, что позволяет сократить расходы на обслуживание зданий до 15%;
• наглядность, наличие технологических карт оборудования в привязке с ЦИМ, что позволяет сократить время технического обслуживания до 25%;
• построение системы эксплуатации на основе точных цифровых данных об объекте, что позволяет сократить время простоя оборудования до 50%;
• увеличение скорости, повышение качества и точности технического обслуживания и планового, капитального ремонтов за счет сокращения и оптимизации учета оборудования и людей до 10%.

Благодаря использованию ЦИМ на этапе эксплуатации на объектах Департамента строительства удалось автоматизировать процесс непрерывного мониторинга состояния объекта, планирования технического обслуживания в зависимости от состояния износа оборудования и его частей.

Выводы

В ходе проведения пилотных проектов Департаментом строительства города Москвы была доказана эффективность применения ТИМ в исследуемых процессах каждой стадии жизненного цикла ОКС.

Комбинированное использование технологий информационного моделирования на различных стадиях жизненного цикла ОКС приводит к кратному увеличению результативности процессов и их унификации.

Использование ТИМ при планировании и строительстве ИСП позволит избежать большого количества разногласий и конфликтов между участниками ИСП, обеспечить лучшие результаты, снизить риски, ускорить принятие решений, повысить достоверность и доступность информации о проекте, предоставить всем заинтересованным лицам доступ к данным на протяжении всех этапов жизненного цикла  ОКС.

Результаты, полученные при проведении пилотных проектов Департаментом строительства, наглядно показывают безусловные преимущества использования ТИМ в строительстве и эксплуатации по сравнению с традиционными способами осуществления строительных работ. Это позволяет оптимистично смотреть на перспективы применения ТИМ в строительной отрасли.  Более того, за счёт высоких показателей эффективности применения технологий информационного моделирования, планируется внедрение ТИМ не только в уже существующие инвестиционно-строительные проекты, но и применение их при реализации будущих ИСП по итогам заключения государственных и муниципальных контрактов.