Цифровізація як фактор інтенсивного розвитку виробничого потенціалу підприємств будівельної індустрії

Размещено на http://www.allbest.ru/

Цифровізація як фактор інтенсивного розвитку виробничого потенціалу підприємств будівельної індустрії

Садовяк М.Б., аспірант; Мазник Ю.І., аспірант; Секретар І.В., аспірант; Старецький А.О., аспірант НУ «Львівська політехніка»; Волос М.В., аспірант ЗВО «Львівський університет бізнесу та права»

Анотація

У статті досліджено сучасний стан та перспективи цифровізації підприємств будівельної індустрії. Виявлено, що цифровізація є ключовим фактором підвищення конкурентоспроможності та інтенсивного розвитку виробничого потенціалу будівельних компаній. Встановлено, що основними трендами світового ринку в цій сфері є впровадження BIM-технологій, хмарних сервісів, штучного інтелекту, робототехніки, BD-друку тощо. Прогнозується, що попит на передові цифрові технології в будівництві буде й надалі зростати. В статті також розглянуто бар'єри, які можуть загальмувати цифрову трансформацію будівельної галузі в Україні. Зокрема, до них відносяться: низький рівень інвестицій у цифрові технології, нестача кваліфікованих кадрів, недосконалість законодавства та бюрократія. Впровадження запропонованих у статті заходів сприятиме цифровізації будівельної індустрії України та інтенсивному розвитку її виробничого потенціалу.

Ключові слова: цифровізація, будівництво, BIM, хмарні сервіси, штучний інтелект, робототехніка, BD-друк, будівельна індустрія.

Abstract

Digitization as a factor of intensive development of production potential of construction industry enterprises

The current stage of development in the construction industry is characterized by the rapid implementation of digital technologies, significantly affecting all its operational aspects. Digitization has become a key factor in enhancing competitiveness and the intensive development of the production potential of construction companies.

The article explores the current state and prospects of digitization in construction industry enterprises. It has been found that digitization is a key factor in enhancing competitiveness and intensively developing the production potential of construction companies. It is established that the main trends in the global market in this field include the implementation of BIM technologies, cloud services, artificial intelligence, robotics, 3D printing, etc. The demand for advanced digital technologies in construction is expected to continue to grow. The article also discusses the barriers that could slow down the digital transformation of the construction sector in Ukraine. These include a low level of investment in digital technologies, a shortage of qualified personnel, imperfections in legislation, and bureaucracy. The implementation of the measures proposed in the article will facilitate the digitization of the construction industry in Ukraine and the intensive development of its production potential.

In summary, the following conclusions can be drawn. Digitization is an inevitable trend in the development of the construction industry. The introduction of digital technologies significantly enhances the competitiveness and intensifies the development of the production potential of construction enterprises. There are certain barriers that hinder the digital transformation of the construction industry in Ukraine. Overcoming these barriers and promoting the digitization of construction requires joint efforts from the state, business, and the scientific community.

It is important to note that the digitization of the construction industry is not just about introducing new technologies. It is a comprehensive task that requires a systematic approach.

Keywords: digitization, construction, BIM, cloud services, artificial intelligence, robotics, 3D printing, construction industry.

Вступ

Сучасний етап розвитку будівельної індустрії характеризується стрімким впровадженням цифрових технологій, що значною мірою впливає на всі аспекти її функціонування. Цифровізація стає ключовим фактором підвищення конкурентоспроможності та інтенсивного розвитку виробничого потенціалу будівельних компаній.

Питанням цифровізації будівельної індустрії присвячено значну кількість наукових досліджень. Останнім часом цю тему досліджували такі автори, як: Х. Едесесс, М. Він, Р. Хасленер, Ф. Жоберт, Ж. Брунеллі, А. Ногара та ін.

Метою даної статті є дослідження сучасного стану та перспектив цифровізації підприємств будівельної індустрії, а також визначення шляхів інтенсифікації розвитку їх виробничого потенціалу на основі впровадження цифрових технологій.

Результати

Цифровізація охоплює всі етапи життєвого циклу підприємств будівельної індустрії: планування, проектування, зведення, експлуатацію та знос. «Ядром» цифрової трансформації галузі є технології інформаційного моделювання, або BIM-технології (Building Information Model), початок впровадження яких припадає на 2000-ті роки. BIM -- це не просто комп'ютерна 3D-модель будівлі, що прийшла на зміну двовимірним паперовим кресленням. Крім «геометрії», BIM інтегрує безліч шарів інформації в розрізі елементів об'єкта, в тому числі використовувані матеріали, специфікації, вартість, план-графік будівельних робіт, функціональні та експлуатаційні характеристики та навіть умови навколишнього середовища. При цьому зміна будь-якого з параметрів будівлі веде за собою автоматичну зміну пов'язаних з ним показників та об'єктів. BIM дозволяє передавати віртуальну інформаційну модель від команди розробників генеральному підряднику та субпідрядникам, а потім власникам або операторам будівлі.

Цифрове моделювання міст (City Information Modeling, CIM) - це порівняно новий тренд, який з'явився завдяки об'єднанню BIM, GIS (геоінформаційних систем) з цифровими двійниками на базі Інтернету речей, а також удосконаленню технологій оцифрування місцевості та міських об'єктів за допомогою лазерного, ультразвукового сканування. CIM (або цифровий двійник міста) містить просторові та тематичні дані. Просторові дані описують фізичну структуру міста та формують його 3D-модель, включаючи цифрову модель місцевості, CAD- або BIM-моделі будівель, інфраструктури, інженерних систем тощо. Тематичні дані охоплюють соціальні, економічні та екологічні параметри території - дані перепису населення, відомості про транспортні потоки, щоденні переміщення жителів за даними мобільних операторів, реєстри об'єктів, технічну інформацію та інше.

Бережливе будівництво (Lean Construction, LC) - це один із напрямків підвищення ефективності управління будівельними проектами, який досягається, в тому числі, за допомогою збору та максимального використання корисної інформації про проекти (сьогодні збирається лише 5% проектних даних), а також застосування таких методів, як поставки "точно в строк", "останній планувальник" (Last Planner System) та ін. Розвиток цифрових технологій сприяє реалізації принципів LC [3].

Так, за допомогою комп'ютерного зору, Інтернету речей та носимих пристроїв можна: алідкувати за наявністю матеріалів, станом обладнання та діями робітників в режимі онлайн; оцінювати ефективність, якість та безпечність робіт; виявляти потенційні ризики на будмайданчику. Штучний інтелект дає можливість автоматизувати рутинні завдання; прогнозувати терміни виконання робіт; оптимізувати використання ресурсів; підвищувати загальну продуктивність будівництва. Застосування LC може призвести до зменшення витрат на будівництво; скорочення термінів виконання робіт; підвищення якості будівництва; покращення безпеки праці.

Широкого застосування набувають хмарні цифрові рішення для спільної роботи в режимі реального часу та управління будівельними проєктами, доступні через мобільні додатки або зі спеціальних планшетів. Вони створюють єдине середовище взаємодії всіх учасників (включно з архітекторами, проєктувальниками, інженерами, виконробами, майстрами, постачальниками і підрядниками), можливість розподілу і моніторингу виконання завдань на будмайданчику, обмін документацією, розміщення звітності про перебіг робіт (включно з фотографіями), можливість спільного редагування документів, формування планів-графіків та ін.

Цифровізація зачіпає безпосередньо роботи на будмайданчику: автоматизуються або роботизуються рутинні або фізично важкі операції, наприклад, зварювання, встановлення і скріплення арматури, підйом і переміщення вантажів, оздоблювальні роботи тощо. Тестуються роботизовані комплекси для укладання цегли [6]. Впроваджується безпілотна важка будівельна техніка. За допомогою дронів здійснюється моніторинг ходу будівельних робіт. 3D-друк як перспективний у довгостроковому періоді метод зведення будівель також ґрунтується на цифрових технологіях. Трансформується індустріальне, або модульне, домобудівництво. Дедалі ширше застосовується принцип DIMC (designing for industrialized methods of construction) - дизайн для індустріального виробництва, в рамках якого в проєкт від самого початку закладаються можливості використання елементів (модулів), виготовлених на цифрових фабриках безпосередньо за інформаційною моделлю будівлі.

Цифрові технології потенційно можуть вирішити безліч традиційних проблем підприємств будівельної індустрії. Застосування BIM-технологій знизить до 40% ймовірність помилок і похибок у проєктній документації порівняно з традиційними методами проєктування, на 20-50% скоротить час на розроблення проєкту, у 6 разів зменшить час на його перевірку. Згідно з опитуваннями, понад 60% українських організацій будівельної сфери відзначають серед основних ефектів від упровадження BIM поліпшене розуміння проєкту всіма учасниками, вищу якість проєкту, доступність інформації, швидке передавання даних і обмін інформацією. У 81% організацій ефект від використання BIM, реально отриманий під час роботи з проектами, перевершив очікування. CIM допомагають планувати забудову, мінімізувати містобудівні помилки, визначати навантаження на інфраструктуру (комунальну, транспортну, соціальну та ін.) і необхідність створення нових об'єктів, зокрема з урахуванням особливостей ландшафту, розташування будівель і доріг, зростання населення і потреб жителів. CIM також дає змогу оцінювати в режимі реального часу й аналізувати стан міських об'єктів і систем, керувати процесами онлайн, оцінювати реакцію на можливі зміни.

Ощадливе будівництво скорочує витрати і дає можливість подолати низку типових для будівельної галузі проблем, таких як затримка поставок матеріалів, зрив термінів, оперативне внесення змін до плану робіт тощо. Наразі лише 50% проєктів укладається в графік, а із застосуванням LC, заснованого на цифрових технологіях, ця частка може зрости до 70% [3].

Автоматизація, роботизація, використання дронів, безпілотної будівельної техніки та префабрикація дають змогу подолати специфічні проблеми розвитку будівельного комплексу - високу трудомісткість, фізичну складність операцій на будмайданчику, а також високий рівень травматизму (рис. 1).

Рис. 1. Автоматизації та роботизації будівельної індустрії

Зазначені рішення також прискорюють будівництво, допомагають знизити витрати. За нашими оцінками, у перспективі до 50% робіт у будівельній галузі може бути автоматизовано. Поєднання цифрових фабрик, BIM, принципу модульного дизайну (DIMC) і нових екологічних матеріалів (зокрема CLT панелей із деревини) здатне трансформувати малоповерхове житлове будівництво, реалізувавши в ньому принцип масової кастомізації, знизивши водночас собівартість і одночасно підвищивши якість і рівень стандартизації.

У розвинених країнах уже понад 50% будівельних організацій застосовують BIM-технології, що часто зумовлено введенням випереджальних вимог з боку держави. Так, у Великій Британії рівень впровадження BIM у 2019 р. становив 70%, тоді як у 2011 р. - тільки 10% [5]. Таке різке зростання пов'язане з тим, що уряд Великої Британії затвердив вимогу про використання "fully collaborative 3D BIM" у державних проектах. У Сінгапурі вже з 2015 р. застосування інструментів BIM визнано обов'язковим під час розроблення та реалізації будівельних проектів площею від 5 тис. кв. м. Якщо раніше проєктування з використанням BIM коштувало в 2-3 рази дорожче, ніж звичайне, то зараз різниця у вартості становить близько 30%.

Цифрові моделі (CIM) є у багатьох міст (Сінгапура, Бостона, Гельсінкі, Роттердама, Стокгольма, Ренна, Антверпена, Джайпура тощо). Так, за підтримки уряду Сінгапуру створено цифровий двійник міста, який охоплює майже 95% його площі [4]. Використання різної робототехніки, дронів і безпілотної техніки на будмайданчиках набирає обертів у таких країнах, як Китай, Німеччина, Велика Британія, Японія, Південна Корея, США. В Україні також є пілотні проєкти, здебільшого з моніторингу ходу будівництва за допомогою дронів. Слід відзначити певний прогрес у цифровізації виробничих і бізнес-процесів індустріального будівництва в Україні - наприклад, найбільші компанії використовують програми-планувальники для оптимізації логістики та постачання "точно в строк", хмарні рішення для моніторингу робіт на будмайданчику і постановки завдань, роботизують виробництва залізобетонних фасадних панелей.

Цифровізація зачіпає не тільки наявні в галузі компанії, а й супроводжується появою нових стартапів. Так, за оцінками, близько 57% світових стартапів у сфері житлового будівництва безпосередньо пов'язані з розвитком і впровадженням цифрових технологій (переважно програмного забезпечення та ІТ-додатків для проєктування і спільного управління проєктами). Ще близько 10% нових компаній впроваджують передові методи зведення будинків (передусім малоповерхових), також засновані на цифрових технологіях, включно з 3D-друком.

Серед найбільш затребуваних будівельним сектором передових цифрових технологій у майбутньому - технології віртуальної та доповненої реальності (VR/AR), ШІ, технології бездротового зв'язку та нові виробничі технології (табл. 2).

Таблиця 1 Кейси впровадження цифрових технологій у галузі світової будівельної індустрії

Таблиця 2. Перспективи використання передових цифрових технології в будівництві

Незважаючи на загалом позитивні глобальні тенденції, цифровізація будівництва ускладнюється низкою чинників, таких як:

- гостра нестача кваліфікованих кадрів для роботи з новим обладнанням і цифровими рішеннями, включно з програмним забезпеченням для BIM;

- тривалість перебудови виробничих і бізнес-процесів, яка ускладнюється відсутністю чіткого розуміння економічних ефектів на короткостроковому горизонті планування;

- відсутність загальноприйнятих стандартів використання цифрових рішень та їхня низька функціональна сумісність із наявним парком машин і обладнання;

- складність поєднання інформаційних моделей, створених кількома командами за допомогою різних програмних інструментів (що частково вирішується в рамках концепції OpenBIM, що передбачає взаємодію великих команд без прив'язки до конкретного програмного забезпечення;

- складність координації різних учасників у комплексних проєктах створення CIM, наповнення шарів даних, розвитку механізмів обміну ними (ринок даних);

- різний рівень цифрової зрілості великих будівельних компаній і малих та середніх підприємництв, які є субпідрядниками.

У нашій країні в будівельному секторі переважають малі і середні компанії, локалізовані на регіональних ринках. Через відсутність інвестиційних ресурсів, кваліфікованих кадрів і прямих стимулів для цифровізації більшість з них виявляються фактично "замкненими" на низькому технологічному рівні.

Для здійснення трансформації повномасштабної цифровізації в будівництві необхідно подолати інформаційні, нормативні, кадрові та фінансові бар'єри. Для цього доцільна реалізація таких заходів, як:

- актуалізація та розроблення нових нормативно-технічних документів для впровадження цифрових технологій у будівництві та встановлення обмежень на використання застарілих;

- коригування нормативної бази у сфері містобудування, розвиток цифрових платформ і механізмів обміну даними, необхідних для забезпечення можливості створення якісних інформаційних моделей міст, ухвалення рішень у сфері містобудування та планування розвитку територій;

- формування мережі регіональних центрів навчання та консультування з питань впровадження цифрових технологій у будівництві, зокрема на базі профільних ЗВО;

- демонстраційні проєкти будівництва та експлуатації житла із застосуванням цифрових технологій (BIM, роботи, "розумний дім" та ін.) з вільним доступом до техніко-економічної та іншої інформації (інформування забудовників про успішний досвід застосування цифрових технологій);

- субсидування придбання цифрових рішень малими та середніми будівельними компаніями (насамперед у регіонах);

- пільгові банківські продукти для забудовників і покупців житла із застосуванням цифрових технологій (система "Розумний будинок", зокрема датчики і сенсори для моніторингу конструкцій, управління освітленням, опаленням, вентиляцією).

Висновки

Підсумовуючи вищевикладене, можна зробити такі висновки. Цифровізація є невідворотним трендом розвитку будівельної індустрії. Впровадження цифрових технологій дозволяє істотно підвищити конкурентоспроможність та інтенсифікувати розвиток виробничого потенціалу будівельних підприємств. Існують певні бар'єри, які стримують цифрову трансформацію будівельної галузі в Україні. Для подолання цих бар'єрів та сприяння цифровізації будівництва необхідні спільні зусилля держави, бізнесу та наукової спільноти.

Важливо зазначити, що цифровізація будівельної індустрії - це не лише питання впровадження нових технологій. Це комплексна задача, яка потребує системного підходу.

цифровізація будівництво конкурентоспроможність

Список використаних джерел

1. Akinci T., Tunali О., Altini^ik M. Dezeen (2019). Robot Science Museum in Seoul Will Be Built by Robots and Drones. 2019. Febr. 20.

2. Edesess H. Archi Expo E-Mag (2020). Making a 3D-Printed House into a Home.

3. Haslehner R., Jobert F., Brunelli J., Nogara A., Rodio R., Veroux D. BCG (2018). Boosting Productivity in Construction with Digital and Lean.

4. National Research Foundation (2021). Virtual Singapore.

5. NBS (2020). UK National BIM Report 2019.

6. Winn М. Construction Executive (2021). What Automation and Robotics Will Bring to Construction.

Размещено на Allbest.ru