IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Для управления строительством, а именно планированием, существует много специализированных программных комплексов, нацеленных на эффективное управление ресурсами. Относительно новой, но очень перспективной в строительстве считается технология 4D-моделирования Synchro, которая обладает массой преимуществ и значительно облегчает работу всем участникам строительного процесса.

Безусловно, есть хорошо известные программные комплексы, такие как Microsoft Project, Oracle Primavera, разрабатываемые специально под решение конкретных задач (например, программные продукты для контроля сроков и качества строительства). Такие программы обладают схожим функционалом и используют классические инструменты проектного менеджмента: метод критического пути, построение диаграммы Ганта, постановку задач, отслеживание эффективности выполнения и т. д. Однако все эти комплексы имеют один очень важный недостаток: описывая последовательность, взаимозависимость, состав работ и необходимые для выполнения этих работ ресурсы, они не дают возможности увидеть в прямом смысле этого слова, как работы будут выполняться и какой результат будет получен, перекладывая данную задачу на пользователей системы. Таким образом, при формировании календарно-сетевого графика планировщик представляет у себя в голове процесс строительства и перекладывает его на бумагу в виде наименований работ, их последовательности и т. д., по сути, зашифровывая. Пользователи такого графика на строительной площадке – инвестор, заказчик, подрядчики, поставщики, строительный контроль – вынуждены расшифровывать его и держать у себя в голове, представляя весь процесс строительства. Отсюда и огромное количество ошибок – пространственно-временных коллизий, которые просто невозможно быстро обнаружить в графике из тысяч взаимосвязанных работ. Именно для решения этой проблемы формируются 4D-модели. Взаимная увязка классических систем проектного менеджмента и трехмерных моделей дает потрясающий синергетический эффект.

Концепция BIM, берущая начало в 70-х годах прошлого века, уже давно заняла прочные позиции в строительной индустрии, в то время как непривычная пока для большинства инженеров технология 4D-моделирования (метод визуального планирования – МВП) еще только начала осторожно проникать на рынок. Эту новую технологию также часто называют 4D BIM, или «визуальным моделированием», ссылаясь на то, что она объединяет в себе 3D-модель и план работ в виде календарно-сетевого графика, дополняя тем самым привычную трехмерную модель четвертым — временным — измерением. Получаемые в результате 4D-модели позволяют проследить всю последовательность выполнения работ по реализации проекта во времени. Сегодня такие модели уже используются во многих проектах, причем как проектировщиками, так и строителями.

В России на МВП на системной основе реализуют предприятия Росатома при строительстве и реконструкции своих объектов.

Использование 4D-моделей существенно расширяет возможности 3D-моделей, обеспечивая дополнительные преимущества. Прежде всего, это происходит благодаря тому, что 4D-модели содержат в себе данные календарно-сетевого графика, которые в совокупности с 3D-моделью позволяют получить наглядный план работ. Это, в свою очередь, способствует улучшению взаимопонимания между всем участниками процесса выполнения работ. Кроме того, одним из главных плюсов таких моделей является опция «а что, если…», которая позволяет тестировать и совершенствовать имеющиеся варианты плана работ проекта.

Рис. 1. 4D-модель строительства автомобильной дороги

С помощью 4D-модели может быть проведен анализ всей последовательности выполнения работ по проекту, а также выполнен поиск возможных пространственных коллизий в проектных решениях. Кроме того, она позволяет обнаружить пространственно-временные коллизии, которые могут возникнуть в процессе строительных работ. Таким образом, применение 4D-моделей помогает проанализировать и предотвратить многие проблемы заранее, еще до начала строительства.

Визуальная модель последовательности выполнения строительных работ создается для того, чтобы проектировщики, подрядчики и даже владельцы смогли проанализировать весь процесс и принять необходимые эффективные решения по его реализации. Создавать 4D-модели можно как для всего проекта в целом, так и для отдельных его частей, представляя проект в виде отдельных моментов времени. При этом любые корректировки плана или 3D-модели отражаются и в самой визуальной модели. Например, такие технологии могут применяться для планировок в пространстве, установки оборудования и т. д. Навигация в реальном времени помогает увидеть и оценить весь проект и процесс его реализации в целом.

В настоящий момент инструменты 4D-моделирования в основном представлены внутри «тяжелых» САПР, выпускаемых такими компаниями, как Intergraph или Dassault Systemes, которые обычно работают только с собственной 3D-моделью. Однако среди этих систем стоит выделить решение Synchro (Synchro Software, Великобритания), специально разработанное для 4D-моделирования. МВП увязывает трехмерную модель строящегося объекта, импортированную из внешней системы 3D-проектирования, с календарно-сетевым графиком, созданным в системе управления проектами (например, Primavera или Microsoft Project).

Рис. 2. 4D-модель строительства объекта ПГС

МВП позволяет моделировать широкий набор параметров: использование рабочих зон, размещение кранового хозяйства и при площадочных складов, транспортные потоки и многое другое. В результате может быть получена наглядная визуализация плана и факта выполнения работ, очевидная даже неспециалисту. Кроме того, МВП может являться полноценной системой планирования, содержащей алгоритмы расчета расписания по методу критического пути, календари и сметы. Также эта система обеспечивает возможность ввода фактической информации и анализа хода выполнения проекта по методике освоенного объема.

Процесс создания 4D-модели может быть достаточно прост в том случае, если 3D-модель, на основе, которой разрабатывается 4D-модель, имеет детализацию, сопоставимую с детализацией плана работ. Отдельные элементы (или группы) в 3D-модели должны быть привязаны к задачам, которые, в свою очередь, привязаны к определенным срокам. Сами задачи при этом обычно содержатся в плане подрядчика. Создатель 4D-модели просто привязывает элементы модели к элементам плана. Если 3D-модель строится так, что отдельные ее элементы могут быть сопоставлены с отдельными задачами плана строительства, то процесс «сочленения» отдельных элементов (или групп элементов) упрощается. Однако если 3D-модель не соотносится с четким планом строительства (является укрупненной или, наоборот, имеет более глубокую детализацию), то придется приложить немало усилий к тому, чтобы «сочленить» все элементы со сроками. Именно по этой причине важно создать модель, максимально приближенную к условиям планирования, то есть 4D-модель.

Разработчики программного обеспечения позаботились о 4D-планировщиках и создали инструменты, позволяющие объединять объекты 3D-модели непосредственно внутри ПО для увязывания с одним видом работ или же, наоборот, разбивать элемент модели «на захватки». Это позволяет работать с уже существующей моделью, не переделывая ее под график.

Созданная 4D-модель (рис. 1, 2) может быть визуализирована как полностью, так и по частям. Это позволяет увидеть все события, происходящие в нужный пользователю отрезок времени, в том числе и с учетом внесенных изменений.

Визуализация всего процесса строительства в контексте реального времени на строительной площадке – это возможность для проектировщиков, собственников, исполнителей и всех остальных участников проекта увидеть весь процесс строительства практически «вживую», что во многом упрощает понимание происходящих событий. Как следствие, в большинстве случаев это отражается и на простоте принятия решений, в том числе и при решении логистических задач. Другими словами, визуализация способствует интуитивному восприятию и пониманию всего процесса.

Проанализировав различные специализированные решения для 4D-моделирования, компания «РосГеоПроект» остановила свой выбор на Synchro по следующим причинам:

• Данная система изначально предназначена для использования в процессах управления строительными проектами, а следовательно, содержит все средства, необходимые для планирования, включая расчет расписания, календари, возможность разбивки элементов модели «на захватки» и т. д.;

• Система позволяет объединять в рамках единой 4D-модели 3D-элементы и фрагменты календарно-сетевых планов, разработанные в различных сторонних системах. На сегодняшний день обеспечена поддержка около 30 источников получения 3D-моделей (рис. 3), а для импорта календарно-сетевых графиков могут быть использованы, например, системы Primavera и Microsoft Project;

• Использование системы не предполагает длительного процесса внедрения и отказа от других систем. В большинстве случаев она просто дополняет существующие САПР и систему управления проектами;

• Информация аккумулируется в виде семантических данных каждого элемента модели (объекта строительных работ) и может быть извлечена нажатием одной кнопки в любой момент (при традиционном «аналоговом» подходе, когда вся эта информация хранится на бумаге, восстановить, кем выполнялась конкретная работа, с каким качеством и в какой срок, практически невозможно. Более того, вышеназванные параметры сейчас учитываются в совершенно разных системах учета и контроля: проектной документации, строительных журналах, исполнительной документации, бухгалтерии и т. д. Соответственно, просто собрать объективную картину даже непосредственно после окончания строительства достаточно сложно, а по истечении 5 лет – просто невозможно).

Рис 3. 3D-модель, импортированная в систему визуальногопланирования из IndorCAD для 4D-моделирования

В настоящее время специалисты компании «РосГеоПроект» совместно с компанией IndorSoft ведут активную работу по интеграции проектных 3D-моделей автомобильных дорог в систему 4D-моделирования для последующего планирования и управления процессом строительства. Уверены, расширение использования BIM и 4D — это близкое будущее строительной индустрии.

Текущий спад в российской строительной отрасли лишь отчасти обусловлен внешними неблагоприятными факторами (падением цен на нефть, международными санкциями и т. д.). Воздействие кризисных явлений проявлялось бы существенно легче, если бы производительность труда строителей была хотя бы сопоставима с производительностью труда отечественной промышленности в целом. По оценкам аналитиков, в строительном секторе России производительность труда сегодня составляет около 21 % относительно соответствующего уровня США и 33 % относительно уровня Швеции.

Российские строительные компании остро нуждаются в повышении рентабельности, уровень которой по причине низкой производственной культуры близок к нулю. Достичь этого в современных условиях, когда исчерпаны возможности экстенсивного развития, допустимо только через увеличение эффективности использования имеющихся ресурсов, интенсификацию процессов строительства и повышение производительности труда. Иными словами, бизнес в условиях дороговизны кредитных ресурсов и снижения покупательной способности должен научиться зарабатывать на обороте, а не за счет высокой маржи.

С этой задачей невозможно справиться без научного подхода к решению прикладных управленческих и технических задач, но отечественная наука также находится в глубоком системном кризисе, выражающемся в отсутствии путей социализации и практического применения научных наработок. Изобретение — техническое, административное, финансовое — ничего не стоит без его социализации. Необходимо сделать так, чтобы открытие было подхвачено экономикой и обществом: новый продукт сначала вписывается в социум, становится востребованным и известным, а затем находит широкое распространение в стране и за ее пределами как готовый экономически эффективный образец (паттерн). Следовательно, необходимо связать науку и реальное строительство с помощью системных управленческих решений, свежих подходов к внедрению технологий и научных разработок (методик организации проектно-строительного производства, системы мониторинга процессов и менеджмента качества и многих других), а также автоматизации и координации взаимодействий всех участников и создания единой информационной среды строительства.

В последние годы на мировом рынке (в США, Великобритании, Японии, Китае) активно применяются соответствующие решения, способные преобразить всю инвестиционно-строительную деятельность — это BIM & 4D-моделирования, позволяющие:

• значительно сократить издержки и сроки проектирования и строительства;

• заранее узнать характеристики объекта и точную его стоимость;

• обеспечить строго целевое использование средств;

• осуществлять полный и исчерпывающий контроль процесса реализации проекта;

• обеспечить высокое качество проектирования и производства работ.

Мировая архитектурно-строительная отрасль динамично переходит на 4D-моделирования: проектирование уже сейчас повсеместно проводится в 3D. Сначала трехмерный проект насыщается данными. Таким образом формируется информационная модель, с помощью которой затем осуществляется координация и управление всеми ресурсами, строительством и эксплуатацией.

В настоящее время в США и Великобритании крупнейшие государственные строительные и инфраструктурные проекты реализуются только через информационное моделирование. Органы законодательной власти этих стран определили значения системы BIM как соответствующие государственным стратегическим интересам, разработаны соответствующие национальные стандарты, методики и нормы. Китай также узаконил обязательность применения информационного моделирования при выполнении государственного заказа в крупнейшем мегаполисе страны — Шанхае.

Код для цитирования: Скопировать