Применение технологий информационного моделирования на этапе проектирования строительства

Рыбакова А.О., руководитель отдела Координации проектных работ ООО «АМДтехнологии», старший преподаватель кафедры Информационных систем, технологий и автоматизации в строительстве НИУ МГСУ, победитель национальной премии «ЦОДы.РФ» в номинации DCLady-2023

Применение технологий информационного моделирования (ТИМ) активно распространяется на всех этапах жизненного цикла объекта. В настоящее время разрабатывается множество инструментов для работы как с информационными моделями уже существующих объектов, так и
с поверхностью земли. Так как для данного формата необходимо не только программное, но и аппаратное обеспечение, набирает популярность деятельность, связанная получением цифровых данных местности и их обработкой.

На фоне стремительной популяризации использования ТИМ на других стадиях, проектирование постепенно становится менее интересным для исследователей и практиков. Однако несмотря на этот факт, модель этапа проектирования – это фундамент информационного моделирования в целом, в том числе и на последующих стадиях жизненного цикла объекта. Без качественной проектной модели – использование ТИМ в будущем менее эффективно и рационально.
Таким образом, информационное моделирование на этапе проектирования поменяло вектор актуальности: из обширного распространения в направление повышения качества работы.
В связи с этим формируются новые направления развития инструментов ТИМ для работы на стадии проектирования: от функциональных до когнитивных.

Основными нормативными документами, регламентирующие деятельность по части ТИМ на этапе проектирования являются СП 333.1325800.2020 «Информационное моделирование в строительстве. Правила формирования информационной модели объектов на различных стадиях жизненного цикла» и СП 404.1325800.2018 «Информационное моделирование в строительстве. Правила разработки планов проектов, реализуемых с применением технологии информационного моделирования». Согласно ключевым положениям данных сводов правил, работа проектной команды осуществляется в определенных рамках и на основе формализованных требований. Рассмотрим их подробнее.

1. Уровни проработки цифровых информационных моделей (ЦИМ).

Понятие «уровень проработки» пришло на смену понятию «уровень детализации» – LOD (Levels
of Detail), которое было введено в предыдущей версии документа. Уровень проработки информационной модели – это основной компонент «языка ТИМ», который позволяет определить, насколько детализирована рассматриваемая модель, т. е. набор требований, определяющий полноту проработки для данного объекта капитального строительства (ОКС).

Обзор и взаимосвязь уровней представлены в таблице:

Модель уровня проработки в рамках каждого этапа жизненного цикла представляет собой основу для модели следующего уровня проработки, с учетом установленных атрибутов уровня.
Однако для модели на этапе проектирования исходных данных в требуемом цифровом формате
не существуют, модель необходимо разработать с нуля. Из чего следует важность и сложность работы проектного этапа, а также необходимость более расширенной методической поддержки
в отличие от других этапов.

2.  Требования к составу информационной модели объекта капитального строительства на различных этапах жизненного цикла.

 Состав информационной модели соответствует составу ключевых элементов в рамках разделов проектной документации (Постановление Правительства РФ от 16.02.2008 N 87 (ред. от 06.05.2023) «О составе разделов проектной документации и требованиях к их содержанию»).

Типы элементов цифровой информационной модели и их атрибуты коррелируют с перечнем базовых элементов рассматриваемого раздела проектной документации. Перечень элементов информационной модели с заданными значениями атрибутов одновременно соответствуют уровню проработки модели. В зависимости от функционального назначения объекта капитального строительства, а также от значений его технико-экономических показателей набор тех или иных элементов может отличаться.

• План реализации проекта.

План реализации проекта с использованием информационного моделирования или BEP (англ. BIM Execution Plan) – это технический документ, который отражает требования заказчика к моделям, задачи применения информационного моделирования, требуемые уровни проработки, роли и функциональные обязанности участников процесса информационного моделирования.
Он разрабатывается, как правило, генеральным проектировщиком. План реализации проекта включает в себя минимум 15 разделов, каждый из которых содержит соответствующую информацию, которая обеспечивает эффективное функционирование определенной группы проектной команды. Обобщенно План реализации проекта включает в себя группы требований по управлению, моделированию и совместной работе.

Данный документ определяет правила и требования к обмену информацией и требования к ресурсам, обеспечивающим информационное моделирование. Аналогичным документом плана реализации проекта со стороны Заказчика являются «Информационные требования заказчика» – Employer`s Information Requirements (EIR).

• Верификация и валидация информационной модели.

Верификация заключается в проверке соответствия требований атрибутивному составу и геометрической детализации. Валидация информационной модели осуществляется в соответствии с параметрами валидации в рамках этапа жизненного цикла. Для этапа архитектурно-строительного проектирования параметры валидации заключаются в трех составляющих:

• полнота модели в соответствии с требованиями верификации (атрибуты и геометрическая детализация) и требованиям к уровню проработки информационной модели;
• отсутствие пространственных коллизий;
• соответствие обязательным нормативно-техническим документам.

Следовательно, высокий уровень верификации и валидации обеспечивает как функциональное качество и полноценность информационной модели, так и минимизирует количество замечаний экспертизы.

Сложность верификации на сегодняшний день заключается в низком уровне оцифровки нормативных документов для выполнения автоматизированной проверки соответствия.
Однако с точки зрения проверки на предмет пространственных коллизий существует несколько инструментальных средств в рамках программного комплекса ТИМ.

Перспектива развития ТИМ в части нормативно-правового регулирования основывается на ГОСТ Р 10.00.00.00-2023 «Единая система информационного моделирования. Основные положения», вступающим в силу с 01.07.2023. Данный ГОСТ является первым государственным стандартом в области информационного моделирования и самым актуальным документом, что вызывает повышенный интерес к его рассмотрению. ГОСТ охватывает широкий перечень антропогенных и природно-антропогенных объектов по функциональному назначению, обеспечивая максимальную универсальность документа.

Стандарт предназначен для использования в организациях служб технического заказчика, застройщика генерального подрядчика и эксплуатирующих организаций, сотрудники которых непосредственно взаимодействуют с информационной моделью в процессе решения своих профессиональных задач. Также стандарт ориентирован на работу разработчиков информационных продуктов в области информационного моделирования.

Назначение Единой системы информационного моделирования (ЕСИМ) заключается в установлении единых правил информационного моделирования, которые обеспечивают:

• взаимосвязь положений других связанных стандартов и положений;
• унификацию ключевых понятий и элементов в составе модели;
• организацию обмена данных между участниками как проектной команды, так и участниками процессов жизненного цикла здания;
• использование новейших инструментов современных средств и методов информационных технологий;
• интеграцию составляющих стандартов ЕСИМ с международными стандартами в области информационного моделирования.

Основная часть документа посвящена составу и классификации ЕСИМ с правилами обозначения и оформления, а также порядку разработки и применения стандартов ЕСИМ. Максимально детализированно рассмотрен перечень задач для классификационных групп. С целью наиболее широкого охвата отраслей экономики, в рамках которых осуществляется применение ТИМ, положения ЕСИМ учитывают деления на этапы или фазы, учитывающие конкретную отраслевую специфику объекта в рамках установленных этапов жизненного цикла.

Рассмотренные положения на этапе проектирования формируют методический фундамент и ограничения для организации работы заинтересованных лиц в рамках разработки проектной документации объекта капитального строительства с применением технологий информационного моделирования, образующие достаточную основу для работы проектной команды в условиях цифровизации.

Однако существуют области, которые на данный момент не могут быть эффективно охвачены и формально учтены, чтобы укреплять теоретическую и практическую базу проектирования на основе ТИМ.

1. ТИМ-навыки.

Учитывая факт, что проектирование на основе ТИМ распространяется только последние годы, навыки работы еще достаточно не сформировались и не закрепились в профессиональной среде. В условиях ТИМ полноценно трудятся пока только в рамках одного поколения специалистов во взаимодействии с другими специалистами, не имеющими ТИМ навыков. Этим объясняется слабый уровень профессионального сообщества в области ТИМ. Поэтому участники проектного процесса   весьма заинтересованы в активной реализации:

• программ обучения ТИМ для всех участников независимо от специализации;
• программ подготовки координирующих ТИМ-специалистов;
• обучающих ТИМ-курсов различного уровня и образования;
• трансфера ТИМ-знаний.

С учетом рассмотренных в предыдущем пункте проблем, связанных с уровнем ТИМ-навыков, возникает необходимость формирования эффективной системы передачи знаний и навыков в области ТИМ как из поколения в поколение, так и между специалистами в одном временном промежутке. В рамках работы крупных компаний часто формируются образовательные системы для методологической поддержки сотрудников, однако прецедентов более высокого уровня пока не наблюдалось.

Трансфер ТИМ-знаний представляет комплекс практических и теоретических основ по вопросам всех ТИМ процессов, которые оказывают влияние на результат. С увеличением опыта и количества реализованных проектов потенциал ТИМ-знаний среди профессионального и научного сообщества естественным образом будет накапливаться, однако важно выстроить эффективную систему для трансфера ТИМ. Следующее положение будет основываться на этой же цели.

• Организация коммуникации и обмена данными.

Трансфер и аккумулирование ТИМ-знаний и навыков невозможен без качественной организации коммуникации и обмена данными. Благодаря существующим ТИМ-инструментам уровень коммуникации в рамках работы над одним проектом значительно выше: облачные технологии, среда общих данных, организация коллективной работы, хранение и анализ проектных данных, электронный документооборот. С распространением дистанционной работы в последние годы эти инструменты получили еще большее распространение, что поспособствовало их дополнительному росту. Однако, для межпроектной организации существуют еще направления для развития, которые могут использовать в качестве основы положительного опыта автоматизации внутрипроектной работы.

• Нормативная база.

Несмотря на наличие принятых нормативных документов в области ТИМ, часто возникают определенные нормативные пробелы и коллизии. Основная проблема ТИМ-нормативной базы –
ее «молодость» и обособленность от других документов.  Со временем произойдет естественная интеграция нормативных документов, однако данный процесс целесообразно ускорить и систематизировать по следующим направлениям:

• интеграция основ ТИМ в специализированные документы для разработки всех разделов проектной документации;
• разработка общепринятых шаблонов и проектов документов;
• разработка локальных нормативных документов в рамках специализации, назначения объекта, способа проектирования, строительного объема и т.д.;
• разработка нормативных документов для автоматизации проектирования и разработки скриптов;
• программирование в проектировании.

Одно из новейших направлений в области ТИМ – это визуальное программирование для повышения уровня автоматизации и минимизации рутинных процессов. В данном случае процесс проектирования представляется как набор действий определенного алгоритма, в результате которого автоматически выполняется комплекс стандартных инструментов и функций в рамках программного комплекса ТИМ.

Использование этого подхода позволяет как ликвидировать рутинные задачи для проектировщика (повтор действий, расстановка, компоновка), так и за короткий срок выполнять построение нескольких вариантов модели при изменении исходных данных. Однако для реализации некоторых задач и функций стандартного функционала может быть недостаточно, и для достижения поставленной цели необходима дополнительная программная разработка в рамках конкретного языка программирования. Как правило, специалисты в области проектирования редко обладают должным уровнем квалификации в программировании. Поэтому формируются два направления развития специалистов: программисты со знанием архитектурно-строительных основ и проектировщики-программисты.

Каждый новый проект ТИМ – делает следующий ТИМ-проект еще лучше и качественнее. Перспективы ТИМ на сегодняшней день – одни из самых масштабных в инженерной сфере.
ТИМ объединяет в себе как технические знания, так и знания смежных отраслей, новейшие инструменты автоматизации и человеческий потенциал. ТИМ на этапе проектирования – это не только практический инструмент для разработки проекта, но основа для научных исследований, программно-технического развития и профессионального роста всех заинтересованных в проектировании лиц.