Информационные модели зданий (BIM)

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГБОУ ВО «Российский экономический университет им. Г.В. Плеханова»

Информационные модели зданий (BIM)

Дерюпина А.Е.

Джапаридзе Д.А.

В современном мире проектировщики и архитекторы зданий и сооружений сталкиваются со множеством проблем, таких как реконструкция или реставрация архитектурных объектов в срочном порядке, ускорение темпов строительства, необходимость срочного перепроектирования новых объектов, высокая плотность строительства, необходимость контролировать экономические показатели и издержки во время построения или перепроектирования здания, исследование конструкции сооружения и ее пересмотр в сторону усиления из-за возрастающих сейсмических угроз, необходимость международной кооперации или круглосуточного проектирования, проектирование сооружения с повышенной ценой ошибки, введение в строительную практику концепции «умный дом» и т.д.

Для решения этих проблем и правильного построения здания необходимо разработать подробную и корректную модель, от которой можно без лишних действий перейти к строительству. Картонный или нарисованный вручную на бумаге макет здания не сможет отразить все характеристики проекта и передать важную информацию о будущем сооружении. Также у проектировщика не будет возможности вносить в него корректировки неограниченное количество раз. Вся информация, отраженная на модели должна быть востребованной на протяжении всего периода ее существования.

Необходима такая модель проекта будущего здания, которая будет полноценной копией здания со всеми необходимыми геометрическими, математическими и технологическими характеристиками. Вся информация, отраженная на модели, должна быть востребованной на протяжении всего периода ее существования, а изменение любых данных должно повлечь за собой автоматическое изменение всей модели [12].

Понятие BIM

Информационные технологии не стоят на месте и развиваются в ногу со временем. Теперь каждый архитектор имеет шанс построить необходимую модель здания при помощи компьютера.

В практику входит новое направление развития проектирования - информационной моделирование зданий (BIM, Building Information Modeling или Building Information Model). А вместе с тем появляется все больше программ, которые поддерживают процесс моделирования сооружений и могут помочь проектировщикам решить проблемы и справиться с поставленными целями.

Сформировалось данное направление на рубеже 20-21 веков, как принципиально новый подход в строительном проектировании, в основе которого создается компьютерная модель со всей необходимой информацией об объекте. Итак, Building Information Model - это виртуальная модель сооружения, в которой каждая деталь связана с базой данных и имеет подробное описание своих характеристик (материал, размеры, технология монтажа, долговечность, стоимость, и т.д.) [3]. Впервые термин был использован архитектором в области строительных приложений Филом Бернштейном [9].

В наши дни информационные модели зданий очень актуальны и широко применяются по всему миру. Но действительно ли именно BIM так необходимы при проектировании, или вместо них можно применять другие технологии моделирования сооружений? Для того, чтобы ответить на данный вопрос, познакомимся поближе с функционалом и возможностями данного направления в проектировании, определим положительные и отрицательные стороны, выявим преимущества относительно конкурирующих направлений в моделировании, рассмотрим примеры спроектированных зданий с использованием данной технологии.

Информационные модели зданий имеют множество функций, но в основном используются для: составления необходимой проектной документации, смет и строительных планов, принятия решений, оценки стоимости строительства, предсказания будущих качеств моделируемого объекта, выпуска чертежей на всех стадиях, заказа и изготовления оборудования и материалов, календарного планирования возведения здания, выбор оптимального варианта строительства, управления строительством сооружения, эксплуатации здания и средств технического оснащения, управления возведенным сооружением, проектирования и управления реконструкцией или ремонтом здания, демонтажа и утилизации здания. Из этих возможностей следует, что BIM остаётся актуальной на протяжении всего жизненного цикла здания, от создания модели до произведения его сноса (рис. 1).

Рисунок 1. Жизненный цикл модели здания

Положительные стороны BIM

Возможность технологии BIM справляться со всеми вышеперечисленными функциями обуславливается тем, что модель здания является объектно-ориентированной цифровой моделью как всего проектируемого сооружения, так и самого процесса его строительства. Это является одним из главных достоинств данной технологии. Обычно пользователь проектирует в два условных этапа, сначала объединенные блоки - первичные элементы проектирования (строительные изделия, элементы оснащения и все, что имеет отношение к зданию вне рамок стройплощадки), потом все, что создается непосредственно на самой стройплощадке (крыши, фундаменты, стены, фасады) [11]. Но во время создания модели или после он может изменять любые детали неограниченное количество раз и весь шаблон будет автоматически адаптироваться под новые параметры, меняя необходимые данные размеров, веса, углов наклона и т.д. [15].

Все это приводит к еще одному достоинству BIM технологии - многократному уменьшению вероятности ошибки, путем исключения человеческого фактора. При проектировании программа сама проверяет все вводимые архитектором данные, анализирует все возможные варианты построения и сообщает о возможных или совершенных ошибках [2]. Сама модель предстает перед проектировщиком динамичным и постоянно развивающимся организмом, который способен адаптироваться под любые вносимые изменения и корректно адаптировать их под себя. Благодаря этой возможности даже большое количество сложных ошибок и неточностей при проектировании можно исправить за полчаса - час.

Во время использования BIM технологии пользователь, корректируя модель много раз путем ввода новых данных или изменения старых, может запрашивать у программы 4D модели и изображения в виде чертежей. Таким образом, архитектор может посоветоваться со своим коллегой о правильности принятия решения использовать определенные материалы или дизайны, показывая ему несколько вариантов сооружений с этими небольшими изменениями. Также проектировщик имеет возможность воспользоваться различными способами предоставления информации для отчетности: видеоматериалами, отражающими процесс моделирования; чертежами и картинками любых фрагментов проектируемого сооружения; документами и файлами для 3D печати; чертежными 2D и 3D моделями; всевозможными спецификациями, таблицами и ведомостями; документами с характеристиками и данными для изготовления какой-либо детали для строительства на станках, лазерных резках и других подобных инструментах.

Еще одним достоинством BIM технологии является налаженный процесс совместной работы большого количества сотрудников. Несколько пользователей в любой момент могут управлять данными модели и получить любую информацию об объекте, а также отслеживать актуальность проектной документации, менять пункты в техническом задании. Архитекторы одновременно могут проектировать разные части будущего сооружения, а потом наложить полученные шаблоны друг на друга слоями и получить готовую модель объекта.

Коммерческим достоинством применения информационного моделирования зданий является то, что большинство программ недорогие, и их могут использовать как крупные корпорации, так и небольшие по размерам компании. И при всем при этом они сокращают производственное время в десятки раз, способствуют ускорению процесса принятия решения и не допускают простоя оборудования благодаря тому, что строитель получает очень подробный план и не прерывает работу, чтобы задавать проектировщику вопросы. Хорошим примером этого достоинства служит строительство одного из корпусов Музея искусств в Денвере (Америка), при проектировании которого использовалась методология BIM. Это была модель с очень сложным дизайном, электрической и сантехнической системами. Но благодаря BIM технологии предполагаемый срок строительства сократился на 14 месяцев, что привело к снижению затрат на 400 000 долларов. А стоимость строительства американской высшей музыкальной школы New World Symphony со сложными дизайнерскими проектами музыкальной библиотеки, студии диджея, а также двадцати шести индивидуальных репетиционных аудиторий методология сократила с 200 до 160 миллионов долларов [11].

Отрицательные стороны BIM

Помимо бесспорных преимуществ, BIM технология имеет и существенные недостатки. Главным производственным недостатком является проблема объектно-ориентированной цифровой модели с функционированием в полной мере на различных платформах. Большинство информационных моделей зданий привязаны к определенной программе, и отсутствующий единый стандарт препятствует переносу информационной модели с одной программной платформы на другую без потери важной информации и данных. Поэтому архитекторам и проектировщикам необходимо уже на начальном этапе просчитать, подойдет ли им выбранное программное обеспечение на протяжении проектирования объекта и сопровождения на всем его жизненном цикле.

Хоть BIM технологии в основном и облегчают процесс проектирования, многие архитекторы сталкиваются с такой ситуацией, когда задуманный ими дизайн будущего объекта невозможно воплотить в определенной версии программы или в программной платформе в целом [10]. Все дело в том, что проектировщики в своей профессиональной деятельности загнаны в определенные рамки программистов и зависят от их мастерства создания программ и понимания архитектуры в целом. К примеру, если архитектор хочет сделать замысловатый барельеф, возможность моделирования которого программой не предусматривается, то у него не получится осуществить свою задумку, так как программа, в которой он работает, будет выдавать сообщение об ошибке. Поэтому процесс проектирования всецело зависит от уровня развития программирования.

Очень важным аспектом для любой организации является и то, что опытные и профессиональные проектировщики с большим стажем работы в компании, которым доверяют самые важные заказы, могут не уметь работать с программами, основывающимися на использовании BIM технологии. А процесс их обучения займет немало времени, так как пользователю, который никогда не сталкивался с такого рода приложениями или вообще не привык пользоваться компьютером, будет непросто научиться в них работать с нуля и понять принцип работы многочисленных функций.

Но даже несмотря на долгий процесс обучения неопытного пользователя есть еще один недостаток в проектировании информационных моделей зданий, который негативно сказывается на проектировщика. Ему постоянно приходится перерабатывать, потому что уже на начальных стадиях, таких как «Создание концепции» и «Анализ возможностей», он уже должен сделать работу в объеме, равному стадии «Готовый проект». Это обуславливается тем, что при разработке модели, основанной на BIM технологии, предполагается пропускать многие моменты, которые архитектор, без наличия программы, делал бы на бумаге. Потому что само построение объектноориентированной модели предполагает практически сразу переходить к процессу моделирования самого объекта.

Итак, мы рассмотрели различные достоинства и недостатки данного метода построения информационных моделей зданий, выяснили, как работает данная технология, определили ее сильные и слабые стороны. Теперь, чтобы более полно оценить работоспособность методологии и ее актуальность в современном мире, проведем сравнительный анализ с другими схожими направлениями в информационном моделировании.

BIM и его основные конкуренты

В 1998 году компания Dassault Systemes сформулировала свою концепцию информационного моделирования PLM (Product Lifecycle Management, Управление Жизненным Циклом Изделия). В основном технология используется для построения сложных технических объектов, таких как машины, двигатели, самолеты, ракеты, здания, системы и т.д. [11]. Концепция предполагает использование единой информационной базы и описывает жизненный цикл моделируемого объекта с точки зрения последовательности из трех компонентов (Продукт, Процессы и Ресурсы) и описания связей между ними. Если сравнивать BIM и PLM технологии, то можно прийти к выводу, что они очень похожи. Обе технологии рассматривают и анализируют полный жизненный цикл объекта, предоставляют широкие возможности проектирования и позволяют использовать документацию и чертежи на любом этапе моделирования. Отличия заключаются в том, что в BIM технологии можно проектировать только сооружения, но при этом делать это намного проще, быстрее и масштабнее. Тогда как PLM методология позволяет пользователю эффективно связывать и оптимизировать цепочку жизненного цикла, основанную на трех компонентах, о которых упоминалось ранее.

Главным конкурентом BIM технологии оставалась и продолжает оставаться CAD-система (Computer-Aided Design, Компьютерная Поддержка Проектирования) - это система автоматизированного проектирования, предназначенная для выполнения проектных работ с применением компьютерной техники, а также позволяющая создавать конструкторскую и технологическую документацию на отдельные изделия, здания и сооружения [1].

Если сравнивать BIM с его предшественником CAD, который до сих пор используется на многих предприятиях и остаётся эффективным методом построения информационных моделей объектов, то можно выяснить, что BIM является методологией следующего поколения, которая намного сложнее, чем CAD, обладает множествами дополнительных функций, улучшенным документооборотом, возможностью работать в режиме реального времени над проектом большому количеству людей и т.д. [14]. Но при этом многие компании не спешат переходить на BIM технологию из-за дороговизны обучения персонала, стоимости самой системы, да и просто потому, что функционала CAD методологии до сих пор хватает, чтобы спроектировать сооружение со всеми нужными организации функциями.

Использование BIM в вопросах ЖКХ РФ

Современное состояние дел в ЖКХ РФ показывает, что зачастую требуется провести оперативное прогнозирование состояния зданий (многоквартирных домов). Для осуществления оперативного прогнозирования состояния зданий необходима информация, поступающая от большого количества датчиков, контролирующих состояние зданий. Но такое оперативное прогнозирование настоящее время невозможно провести так как информационные системы, используемые для управления ЖКХ в Российской Федерации, не обладают таким функционалом [5, 6, 7]. В связи с повсеместным внедрением устройств Интернета вещей можно предположить, что в качестве направления совершенствования функциональных возможностей информационных систем для управления ЖКХ, в дополнение к направлениям, указанным в [13], может быть использование программного модуля, реализующего BIM и использующего информацию, получаемую от устройств Интернета вещей, установленных в зданиях. Вопросы, связанные с возможностью использования устройств Интернета вещей для управления ЖКХ, рассмотрены в [4, 8].

В результате проведения анализа технологии BIM, можно сделать вывод, что она очень удобна в проектировании информационных моделей зданий, оснащена всем необходимым функционалом, который помогает проектировщикам проявить себя и свои умения в создании сооружений разного типа, подготовить любую документацию относительно будущего здания, а также внедрение BIM в управление ЖКХ позволит усовершенствовать управление состоянием и текущим ремонтом зданий (многоквартирных домов). Но при всем при этом, методология должна постоянно развиваться, выпускать новые и улучшенные программные платформы, которые будут исправлять недочёты прошлых версий, улучшать интерфейс, делать его «дружелюбнее» для пользователя, вводить новые методы моделирования и детали для проектирования, чтобы не ограничивать фантазию архитектора, а самое главное, сделать общий стандарт виртуальной модели, который позволит открывать ее на различных программных установках и изменять, не теряя качеств объекта и информации. Технология BIM очень актуальна в наше время, и по своим свойствам и показателям она обходит конкурентов в своем сегменте. Но программистам необходимо продолжать работать над ее совершенствованием, чтобы все отрицательные моменты превратились в положительные, а технология с легкостью продолжала обгонять своих конкурентов и через десятки лет.

Список литературы

информационный модель здание проектирование

1. Мыйня В.Ю. Понятие о системе автоматизированного проектирования. Электронный ресурс. URL: https://www.scienceforum.ru/2016/2135/25929 (дата обращения: 20.11.2017).

2. Новоковский Константин. Так ли эффективны BIM технологии проектирования, как об этом говорят? Электронный ресурс. URL: https://maistro.ru/articles/stroitelnye-konstrukcii.proektirovanie-i-raschet/obzor-bim-tehnologij (дата обращения: 20.11.2017).

3. Пашинцева Татьяна. BIM не за горами. Электронный ресурс. URL: https://archi.ru/russia/69222/bim-ne-za-gorami (дата обращения: 18.11.2017).

4. Попов А.А. Анализ возможности использования устройств Интернета вещей для формирования единого информационного пространства жилищно-коммунального хозяйства // Креативная экономика. 2017. Том 11. № 2. с. 223-240.

5. Попов А.А. Определение направлений, форм и способов перспективного развития инновационной инфраструктуры организаций по управлению многоквартирными домами (товариществ собственников жилья). - М.: Издательство «ИРИСБУК». - 2012. - 213 с.

6. Попов А.А. Разработка облачного информационного сервиса для функционирования инновационной ИТ-инфраструктуры организации по управлению многоквартирными домами // Известия Российского экономического университета им. Г.В. Плеханова. 2013. № 4(14). С. 19-57.

7. Попов А.А. Разработка системы поддержки принятия решений для формирования рациональной структуры единого информационного пространства жилищно-коммунального хозяйства региона: монография/ А.А. Попов. М.: РУСАЙНС, 2017. 170 с.

8. Попов А.А. Формирование информационной системы для управления многоквартирным домом на основе устройств Интернета вещей. // Известия Российского экономического университета им. Г.В. Плеханова. 2015. № 2 (20).

9. Попов Владимир. BIM -информационная модель здания: пора или не пора. Электронный ресурс. URL: http://scadsoft.com/download/BIM2011.pdf (дата обращения: 20.11.2017).

10. Талапов В.В. Информационная модель здания: основные заказчики и пользователи.

11. Электронный ресурс. URL: http://sapr.ru/article/21728 (дата обращения: 18.11.2017).

12. Талапов В.В. Информационное моделирование зданий -- современное понимание.

13. Электронный ресурс. URL: http://www.cadmaster.ru/magazin/articles/cm_54_info_model_build.html (дата обращения: 18.11.2017).

14. Талапов В.В. Основы BIM: введение в информационное моделирование зданий. - М.: ДМК Пресс, 2011. - 392 с.: ил.

15. Телемтаев М.М., Попов А.А. Совершенствование отечественных информационных систем управления недвижимостью на основе зарубежного опыта // «Прикладная информатика». 2012. № 2 (38). С. 18-25.

16. Martin Day. BIM -- это не CAD, или почему ваш CAD-менеджер не должен нести ответственность за вашу BIM-стратегию. Электронный ресурс. URL: http://isicad.ru/ru/articles.php?article_num=15928 (дата обращения: 20.11.2017).

17. D. Knight, S. Roth, S.L. Rosen. Информационные модели зданий в проектировании систем ОВК. Электронный ресурс. URL: https://www.abok.ru/for_spec/articles.php?nid=5056 (дата обращения: 19.11.2017).

Размещено на Allbest.ru