Russian Federation
from 01.01.1989 until now
Moscow, Russian Federation
UDK 69 Строительство. Строительные материалы. Строительно-монтажные работы
UDK 721.021.23 Моделирование. Проектирование с применением макетов и моделей
The article discusses the advantages of the joint use of information modeling technology and modular construction technology. The object of research is the design of high-voltage substations buildings. The subject of the research is the application of information modeling technologies and block-modular construction in the design of high-voltage substations buildings. The design features of block-modular buildings for high-voltage substations are considered and the features of their design with the use of reuse projects are considered. It is noted that in the process of information modeling it is possible to use catalogs and libraries of digital information models of standard structures, as well as elements of electrical equipment. It is proposed to evaluate the quality of the digital information model in accordance with the requirements of state expertise. A scheme for checking the quality of the model in the software Renga using the IFC format is presented. It is concluded that the joint use of information modeling technologies and modular construction technologies increases the efficiency of these technologies.
building information modeling, modular constructions, block-modular buildings, high-voltage substations buildings, engineering, design
Введение
Цифровая трансформация строительства предполагает объединение преимуществ сквозных цифровых технологий, а также эффективных производственных технологий. К эффективным производственным технологиям относят информационное моделирование объектов строительства, а также модульное строительство. Каждая из этих технологий дает экономический, экологический и социальный эффект.
Модульное и блочно-модульное строительство сокращает время создания проекта, а также повышает его эффективность, поскольку сборные компоненты могут быть использованы при проектировании новых объектов, что значительно сократит время на разработку и согласование решений [1]. Эффективность модульного подхода обеспечивается за счет применения типовых проектных решений для повторного использования, предварительного размещения оборудования, заменимости и возможности усовершенствования модулей, уменьшения загрязнений на строительной площадке [2,3].
Модульное строительство зданий постоянно совершенствуется, за последние годы данный вид возведения зданий стал невероятно популярным и уже сейчас является лучшей альтернативой стандартному строительству [4,5,6,7]. Тем не менее, организация и изготовление механических, электрических и сантехнических систем в модульном строительстве всегда были одной из наиболее сложных задач, возникающих в процессе проектирования и изготовления модульных конструкций [8]. Решить эту задачу помогает использование технологий информационного моделирования (ТИМ).
Эффективность ТИМ обусловлена созданием цифрового прототипа будущего строительного объекта, на основе которого различные специалисты могут согласовывать технические и технологические решения. При этом значительно повышается качество проекта и увеличивается скорость внесения согласованных изменений [9,10,11,12,13,14]. Программные комплексы, которые применяются при информационном моделировании на этапе проектирования, обеспечивают возможность создания моделей, наполненных необходимой информацией, а также возможность управления данной информацией. Программные продукты могут быть ориентированы на проектирование объектов энергетики [15], при этом они должны учитывать российские строительные нормы и требования. Требование импортозамещения программных продуктов повысило внимание, которое уделяется использованию и развитию функционала российского программного обеспечения ТИМ. В статьях [16,17,18] анализируются возможности существующего российского программного обеспечения информационного моделирования.
ТИМ в значительной мере изменяют сами процессы проектирования [19], в том числе процессы проведения экспертизы проектов [20]. Необходимо отметить, что совместное использование ТИМ и модульного строительства увеличивает эффективность этих технологий.
В России на государственном уровне определена задача скорейшего внедрения технологии информационного моделирования (ТИМ) в управление жизненным циклом объектов капитального строительства. Внедрение ТИМ в проектные организации – первоочередная задача, которая уже успешно решается для жилищного строительства, но еще недостаточно проработана для других видов строительных объектов.
Обсуждение вопросов практического применения ТИМ при проектировании высоковольтных подстанций проводилось на собрании в ФАУ «ГГЭ» 18 апреля 2022 года. Специалисты, участвовавшие в этом собрании, продемонстрировали свои наработки и поделились опытом внедрения электронных каталогов оборудования. В результате обсуждения было одобрено взятое направление на развитие и внедрение ТИМ при проектировании объектов электросетевой отрасли промышленности.
Одним из основных элементов высоковольтной подстанции является здание, в котором размещено электротехническое оборудование. Часто при выборе типа здания отдается предпочтение блочно-модульному исполнению.
Объект исследования — проектирование зданий высоковольтных подстанций.
Предмет исследования — применение технологий информационного моделирования и блочно-модульного строительства в проектировании зданий высоковольтных подстанций.
Цель данной работы — анализ состояния и перспектив внедрения технологии информационного моделирования при проектировании блочно-модульного здания высоковольтной подстанции.
Материалы и методы
В процессе исследования был проведен поиск и анализ публикаций, представленных в российской научной электронной библиотеке, интегрированной с РИНЦ, а также данных из открытых источников. Выборка публикаций была произведена по трем критериям.
- Год публикации: рассматривались статьи из рецензируемых научных журналов, материалы конференций, монографии, нормативные документы, которые были опубликованы за последние 5 лет, т.е. в период с 2018 года по 2023 год;
- Ключевые слова: информационное моделирование объектов строительства, блочно-модульное строительство, информационное моделирование на этапе проектирования, технологии информационного моделирования.
- Использование российского программного обеспечения в процессах проектирования.
Анализ публикаций показал, что блочно-модульные здания (БМЗ) широко используются при строительстве различных производственных зданий в разных отраслях промышленности:
- в электроэнергетике, нефте- и газовой отрасли и в других отраслях добывающей и перерабатывающей промышленности;
- при строительстве, где возведение капитальных зданий и сооружений нерационально.
Модули БМЗ определяют объемно-планировочные решения здания. В зависимости от того, каким образом будет выполнено БМЗ, можно выделить три основные группы объемно-планировочных решений:
- объекты из одного модуля БМЗ;
- объекты из набора модулей БМЗ;
- комплексы модульных зданий.
Проектирование модульных зданий осуществляется за счет типовых решений. Поэтому применение программных комплексов информационного моделирования при проектировании можно осуществлять, взяв за основу предварительно проработанные типовые проекты с информационными моделями, прошедшими государственную экспертизу, либо используя проработанные шаблоны проектов.
Наполнение таких проектов и шаблонов осуществляется за счет подготовленных библиотек или каталогов элементов (оборудования) зданий, в зависимости от выбранного программного комплекса.
Российская разработка Renga (компании АСКОН) имеет функционал, позволяющий выполнить проектирование конструкций БМЗ и его электротехнического оборудования. Существуют и постоянно пополняются каталоги инженерного оборудования зданий. Программный продукт поддерживает импорт и экспорт данных в формате IFC4.
Следует отметить, что в настоящее время предусмотрена проверка соответствия требований госэкспертизы к информационным моделям зданий только непроизводственного назначения, т.е. по зданиям производственного назначения экспертиза в формате цифровой информационной модели (ЦИМ) не проводится.
Результаты
Для высоковольтных подстанций используются модульные здания, сформированные из одного модуля БМЗ или из набора модулей БМЗ. Это обусловлено тем, что эти здания предназначены для установки в них сложного электротехнического оборудования, такого как трансформаторы собственных нужд (ТСН) и комплектные распределительные устройства (КРУ).
Конструктивные особенности БМЗ при проектировании здания высоковольтной подстанции представлены в таблице 1.
Таблица 1 Конструктивные особенности блочно-модульного здания подстанции
| Конструкция | Вид конструкции |
| Каркас | Жесткий стальной сварной каркас, окрашенный краской, стойкой к механическим воздействиям |
| Основание модуля | Сварная рама из стальных швеллеров. Покрыт листом стали или алюминия, типа "чечевица", обеспечивающие защиту от скольжения, пол изготавливается двухслойным с размещение утеплителя между слоями по всей площади. Для ввода и вывода кабелей, при необходимости, предусматривается двойной пол. При установке внутри здания силовых трансформаторов пол усиливается дополнительными швеллерами, пространство двойного пола под трансформатором используется в качестве маслоприемника. Для закатки трансформатора устанавливаются направляющие, пространство чистового пола непосредственно под трансформатором закрывается металлическим листом "просечкой" |
| Кровля | В зависимости от требований заказчика может быть выполнена из панелей типа "Сэндвич", либо покрыта профлистом |
| Ограждающие конструкции (Стена) | Обшивка сэндвич-панелями в соответствии с климатическими нормами |
| Ограждающие конструкции (Входные двери и ворота) | Противопожарные (EI30, EI60) двери и ворота |
| Ограждающие конструкции (Окна) | ПВХ окна |
| Перегородки | Могут быть выполнены из листовой стали, профлиста или панели типа "сэндвич". |
На рисунке 1 наглядно показан состав конструкции модуля БМЗ.
Рис. 1. Конструкция модуля блочно-модульного здания
Система информационного моделирования Renga позволяет работать с ЦИМ проекта БМЗ повторного применения. Для этого в программе необходимо открыть ЦИМ БМЗ, внести в нее необходимые изменения, при необходимости скомпоновать несколько БМЗ, а затем автоматизировано сформировать актуальные чертежи, спецификации и проанализировать необходимые данные.
При блочно-модульном исполнении здания подстанции рабочая документации разрабатывается заводом-изготовителем. Поэтому основными требованиями при разработке и сопровождении информационной модели для ТИМ проектировщиков и ТИМ менеджеров в проектной организации являются требования заказчика к информационной модели (EIR), план реализации ТИМ-проекта (BEP), а также требования госэкспертизы, так как проектная документация должна получить положительное заключение.
Несмотря на то, что экспертиза проекта в форме ЦИМ не проводится, необходимо рассмотреть возможность формирования и проверки модели здания подстанции согласно требованиям госэкспертизы.
Подготовка модели к экспертизе в ПК Renga осуществляется согласно схеме, представленной на рисунке 2.
Рис. 2. Схема работы с моделью для экспорта в IFC4 по правилам госэкспертизы
В процессе проектирования необходимо учитывать, что для экспертизы цифровой информационной модели здания необходимо экспортировать модель в формат IFC4 (Reference View 1.2 (IFC4 RV-1.2)), при этом все элементы модели должны быть экспортированы по соответствующим классам, описанным в IFC, согласно СП 333.1325800.2020.
Выводы
Блочно-модульное строительство является эффективной технологией для возведения зданий высоковольтных подстанций, в том числе на основе проектов повторного использования. В результате исследования были выявлены общие принципы информационного моделирования и особенности моделирования конструкций блочно-модульных зданий высоковольтных подстанций. В процессе информационного моделирования зданий высоковольтных подстанций удобно использовать ЦИМ блочно-модульных зданий. Эффективность информационного моделирования повышается при наличии каталогов и библиотек элементов электротехнического оборудования, а также типовых ЦИМ блочно-модульных зданий. Проект повторного применения может стать шаблоном для моделирования новых подстанций. Возможности российского программного комплекса Renga соответствуют целям информационного моделирования зданий высоковольтных подстанций и поддерживают экспорт-импорт данных в формате IFC4. Для обеспечения качества ЦИМ здания при ее формировании следует учитывать требования государственной экспертизы.
Совместное использование ТИМ и модульного строительства увеличивает эффективность этих технологий. При информационном моделировании блочно-модульного здания высоковольтной подстанции за счет использования информационной модели проекта повторного применения эффективно решаются такие задачи, как снижение стоимости, снижение времени на разработку и согласование решений.
1. Malaeva, P. Y. Modular building structures: prospects for use/ P. Y. Malaeva, E. V. Erohina // Economics and innovations management. - 2020. - № 2 (28). - pp. 33-36.
2. Bolshakova, P. V. Functions of a technical customer (developer) during the implementation of an investment project and factors affecting their implementation / P. V. Bolshakova // Construction production - 2020. - № 1. - pp. 27-32. DOI:https://doi.org/10.54950/26585340_2020_1_27
3. Kuzmina, T. K. Features of the construction of buildings from large-sized modules (Part 1) / T. K. Kuzmina, R. T. Avetisyan, A. T. Mirzakhanova // Izvestiya Tula State University. Technical sciences. -2022. -№ 5. -pp. 95-101. DOI:https://doi.org/10.24412/2071-6168-2022-5-95-102
4. Sundetova, A. Zh. Block-modular construction as an alternative to capital construction. Constructive solutions of block-modular construction / A. Zh. Sundetova // E-Scio. - 2022. - № 11(74). - pp. 414-424.
5. Rybakova, A. O. Analysis of design features based on the application of modular elements of maximum readiness / A. O. Rybakova // Construction: Science and education. - 2021. - V. 11, № 2. - pp. 65-77. DOI:https://doi.org/10.22227/2305-5502.2021.2.5
6. Alekseeva, N. A. The concept of the modular building life cycle / N. A. Alekseeva, Y. A. Tolkachev // Education. Transport. Innovation. Construction. Sbornik materialov V Nacional'noj nauchno-prakticheskoj konferencii. Omsk - 2022. - pp. 479-483.
7. Skvorcov, M. E. Modular building potential / M. E. Skvorcov // Scientific, information and analytical journal "Herald of the MITU-MACI". - 2021. - № 3. - pp. 34-46. DOI:https://doi.org/10.52470/2224669X_2021_3_34
8. Eskaliev, M. Zh. Implementing information modeling in modular building: benefits and challenges /M. Zh. Eskaliev // Fundamental and applied research of young scientists. Sbornik materialov V Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii studentov, aspirantov i molodyh uchyonyh. Omsk. - 2021. - pp. 286-290.
9. Kanev, V. V. The experience of using information modeling technologies for the analysis of architectural and structural solutions of buildings / V. V. Kanev, D. V. Laptev // Innovations. Science. Education. - 2020. - № 21. - pp. 1147-1152.
10. Loginova, E. V. Prospects for the use of building information modeling technologies in Russia / E. V. Loginova, I. A. Belyaev // Molodoj uchenyj. - 2023. - № 4(451). - pp. 381-385.
11. Glukhanov, A. S. Application of information modeling when designing buildings and facilities with the purpose of increasing their security / A. S. Glukhanov, D. A. Molochnikova // Safety in construction: Materialy V Vserossijskoj nauchno-prakticheskoj konferencii. Sankt-Peterburg. - 2021. - pp. 102-112.
12. Gorovoj, N. V. Methodology of interdisciplinary interaction Of specialists in the development of a building Information model / N. V. Gorovoj, I. A. Rudnyj, I. A. Mardanov // BIM in construction & architecture. Proceedings of V International Conference BIMAC 2022. - 2022. - pp. 58-63.
13. Sumskaya, O. A. Specialized software functions for buildings and structures information modeling / O. A. Sumskaya, D. A. Sokolovskij // Advanced technological developments: prospects for introduction into production and efficiency : Materialy II Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii studentov, aspirantov i prepodavatelej. Armavir. - 2022. - pp. 116-119.
14. Pionkevich, V. A. Information modeling technologies for the design, construction and operation of energy infrastructure of various facilities and industries. Monograph./ V. A. Pionkevich // Proceeding of Irkutsk National Research Technical University. Irkutsk. - 2020
15. Kievsky, I. L. Experience in using domestic and imported bim products when designing residential buildings / I. L. Kievsky, A. Y. Krutyakov, O. A. Ivanova [et al.] // Industrial and Civil Engineering. - 2020. - № 11. - pp. 42-48. DOI:https://doi.org/10.33622/0869-7019.2020.11.42-48
16. Kornickaya, M. N. The possibility of using Russian software for building information modeling in the design organizations of the city of Barnaul / M. N. Kornickaya, I. A. Makarevich, A. E. Tyryshkin // Polzunovskij al'manah. - 2020. - V. 1, № 2. - pp. 96-99.
17. Petrov, D. S. Import substitution of information modeling software for buildings and structures / D. S. Petrov, K. A. Shumilov // Industrial and Civil Engineering. - 2022. - № 5. - pp. 55-60. DOI:https://doi.org/10.33622/0869-7019.2022.05.55-60
18. Plahutina, A. A. Analysis of effective use of domestic software products for BIM / A. A. Plakhutina, V. A. Kuzheleva, M. N. Shutova // Modern applied research: Materialy shestoj Vserossijskoj (nacional'noj) nauchno-prakticheskoj konferencii. Novocherkassk. - 2022. - V. 1. - pp. 72-76.
19. Fedorov, S. S. Information modeling process at the stage of designing a construction project / S. S. Fedorov, S. D. Kazakov // Science and business: ways of development. - 2021. - № 5(119). - pp. 13-17.
20. Lazareva, N. V. Formalized description of the decision-making procedure based on information models within the framework of construction and technical expertise / N. V. Lazareva, A. Yu. Zinov'ev // Biospheric compatibility: human, region, technologies. - 2022. - № 2 (38). - pp. 50-62. DOI:https://doi.org/10.21869/2311-1518-2022-38-2-50-62
