Введение
Усиление в мировом масштабе конкурентной борьбы за высококвалифицированные кадры и инвестиции, а также невозможность потерь конкурентоспособных кадров, технологий, идей и капитала, диктуют необходимость создания и развития в регионах России целой «сети» из быстроокупаемых инновационных центров, способных выполнять научные исследования и технологические разработки мирового уровня.
В Российской Федерации инновационные научно-технологические центры (ИНТЦ) функционируют довольно давно. Еще до подписания Федерального закона № 216-ФЗ от 29.07.2017 г. «Об инновационных научно-технологических центрах и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» были образованы центры «Сколково» и «Сириус», затем были подписаны постановления Правительства Российской Федерации об ИНТЦ «Русский», «Композитная долина», «Парк атомных и медицинских технологий» «Интеллектуальная электроника – Валдай», «Балтийская долина Хьюмантек», «Квантовая долина», «Долина Менделеева», и конечно же «Воробьевы горы».
Под инфраструктурой инновационного научно-технологического центра принимается совокупность зданий, сооружений и иных объектов, в том числе объектов коммунальной, социальной, транспортной инфраструктур, находящихся на территории инновационного научно-технологического центра.
Инфраструктура ИНТЦ для деловой активности включает офисные и лабораторные здания, коворкинги, а также малоэтажные кампусы, коттеджи и комфортные апартаменты с современным интерьером, мебелью и техникой для проживания гостей и резидентов.
Социальная инфраструктура ИНТЦ включает зоны общественного отдыха, комплекс объектов для бытовых, медицинских, образовательных услуг, обеспечения потребностей гостей и резидентов в здоровом питании, занятиях творчеством, физкультурой и спортом.
Рассмотрим особенности ИНТЦ на примере технологической долины МГУ, архитектурный эскиз которой представлен на рис. 1а. Научно-технологическая долина МГУ «Воробьёвы горы» — проект инновационного научно-исследовательского и образовательного комплекса на базе кампуса Московского государственного университета им. Ломоносова. Основу проекта научно-технологической долины МГУ составляют семь научных направлений, каждое из которых предполагается выделить в отдельный кластер. Главной целью проекта является разработка и внедрение востребованных бизнесом технологий, а также удержание и привлечение высококвалифицированных специалистов.
На рис. 1б представлена информационная модель ИНТЦ МГУ «Воробьевы горы».
|
|
|
|
Архитектурный эскиз |
Информационный модель |
Рис. 1. Инновационный научно-технологический центр МГУ «Воробьевы горы»
Здание представляет собой прямоугольник в плане. Форма здания продиктована особенностями технологического процесса и конфигурацией участка. Такая пространственная организация позволяет максимально эффективно использовать площадь участка, а также поддерживает квартальную структуру застройки.
Здание кластера состоит из двух основных объемов – прямоугольного стилобата высотой в 3 этажа и П-образного офисно-исследовательского корпуса высотой 9 этажей. Две части объединены объемом Конгресс-зала. Офисно-исследовательский корпус ориентирован в сторону главного здания МГУ и имеет две вертолетные площадки на кровле. На кровле стилобатной части организован ландшафтный парк с крытыми остекленными галереями.
Очевидно, что для реализации подобных крупных технологически сложных проектов необходимо использовать передовые цифровые технологии. В настоящее время наиболее активное распространение получили технологии, относящиеся к Индустрии 4.0 (четвертой промышленной революции), к которым можно отнести технологии информационного моделирования, интернет вещей, большие данные и др.
Внедрение технологий информационного моделирования в процесс реализации строительного проекта позволяет обеспечить принцип ресурсосбережения и снизить трудозатраты, поскольку появляется возможность смоделировать процесс строительства объектов заранее и выявить возможные коллизии. Сэкономить ресурсы также позволяет применение на строительной площадке БПЛА.
В этой связи целью статьи является анализ теории и практики внедрения технологий информационного моделирования и БПЛА при реализации технологически сложных строительных объектов.
Динамика роста публикаций, представленных в международной базе Scopus, по ключевым словам BIM (технологии информационного моделирования) и UAV(БПЛА) представлена на рис.2.
Рис. 2. Динамика роста публикаций по ключевым словам
Как видно из представленного рисунка интерес к использованию указанных технологий растет, при этом внедрению технологий информационного моделирования внимания уделяется больше, а использование БПЛА находится на стадии своего становления.
Анализ использования технологий информационного моделирования
Анализ особенностей строительства объектов, типа ИНТЦ, свидетельствует о том, что строительная отрасль невозможна без реализации технологически сложных проектов, где ключевой является проблема срыва сроков строительства [1]. Кроме того, рынок становится все более требовательным, а проекты – все более масштабными. В качестве решения значительного количества проблем при реализации подобных объектов в строительную отрасль активно внедряются информационные технологии, что способствует более продуктивному и эффективному управлению проектами [1]. Строительную отрасль охватила цифровая трансформация и привела к внедрению новых цифровых технологий, таких как инструменты статического анализа, расчета, планирования и мониторинга строительства, обслуживания зданий и т.д. Несмотря на растущее развитие многочисленных информационных инструментов для нужд строительства и растущее их применение, цифровая трансформация строительной отрасли находится на этапе своего становления, что подтверждается низким показателем индекса оцифровки Mckinsey Global Institute (MGI) для Европы, который показывает, что гражданское строительство является очень локализованной и фрагментированной отраслью [2], где цифровая трансформация сильно отстает от других отраслей [3].
При этом значительное количество информационных технологий на рынке относится к концепции информационного моделирования зданий, которая может объединить специалистов различных отраслей для работы в единой среде. BIM-модель или информационная модель, то есть общая база данных, позволяет эффективно управлять проектами на стадии инициирования, проектирования, строительства и эксплуатации зданий [4]. Учитывая преимущества применения технологии информационного моделирования [5, 6], концепция использования BIM в строительстве широко применяется в США, в то время как в некоторых странах ее использование все еще невелико. Согласно отчету Smart Market Reportu [7] за 2013 г. в США 55% исполнителей проектов использовали BIM технологии на очень высоком уровне, во Франции этот показатель составил 39%, Германии – 37%, Австралии –33%, Канаде – 29%, Великобритании – 28%, Японии – 27%, Бразилии – 24%, Южной Корее и Новой Зеландии – 23% [7]. Другое исследование, результаты которого приведены в NBS International BIM Reportu [8], показывает, что в 2016 г. в Дании 81% строительных компаний применяло BIM, в Канаде 71%, Великобритании 50%, Японии 49% и в Чехии 30% [8]. Также участники опроса прогнозировали, что процент применения BIM в 2019 г. во всех государствах, принявших участие в опросе, составит от 73% (Чехия) до 93% (Дания) [8]. Однако, на практике данные показатели пока не достигнуты.
В Великобритании в соответствии с отчетом NBS National BIM Reportu 2019 69% респондентов активно применяют BIM технологии в своей проектной деятельности, 29% знают о необходимости применения технологий информационного моделирования, и только 2% респондентов не применяют и не осведомлены о BIM технологиях [9]. Кроме того, авторы [10] провели сравнительный анализ внедрения BIM технологий, который показал, что применение BIM наиболее распространено в Северной Америке, где процент применения BIM технологий составляет 73%, и активно внедряется уже более 8 лет. Далее идет Северная Америка, Океания (уровень внедрения 65,5 %, более 7 лет внедрения), Ближний Восток и Африка (уровень внедрения 60%, более 7 лет внедрения), Европа (уровень внедрения 55,9 %, более 6 лет внедрения), Южная Америка (уровень внедрения 55,7 %, более 4 лет внедрения) и Азия (уровень внедрения 46,4%, более 5 лет внедрения) [10]. При этом наиболее распространено применение технологий информационного моделирования на этапе проектирования.
Исследование применения BIM технологий на Ближнем Востоке [6] показывает, что только 20% организаций в строительном секторе применяет технологии информационного моделирования, а лидером являются Объединенные Арабские Эмираты, наименьший процент внедрения BIM технологий наблюдается в Ливане и Иордании [6].
Таким образом, несмотря на то, что BIM признан новым способом оцифровки работ в строительстве, его применение по-прежнему очень сильно зависит от компани и проектов [11, 12]. Одной из причин сложившейся ситуации является то, что отсутствует единый универсальный стандарт для внедрения и применения технологий информационного моделирования (таких, как стандарт PAS, стандарты ISO и т. д.) [2, 11].
Вместе с тем, тесное экономическое сотрудничество между государствами со слабым уровнем внедрения BIM технологий и государствами, в которых применение BIM является обязательным, повышает осведомленность специалистов строительной отрасли о важности применения BIM технологий (например, широкое применение BIM в Великобритании оказало влияние на расширение применения этой технологии в странах Ближнего Востока) [6, 11].
Рассмотрим факторы, оказывающие влияние на уровень внедрения технологий информационного моделирования в организациях.
Первой причиной, которая оказывает влияние является необходимость в адаптации или модернизации предприятия для применения BIM технологий, иногда это приводит к изменению всего бизнес-процесса компании [2, 12].
Поскольку не всем клиентам важна среда выполнения проекта, высокая цена BIM-инструментов и соответствующего аппаратного обеспечения затрудняет применение технологий информационного моделирования в малом бизнесе, который часто работает исключительно над небольшими проектами [2, 11]. Таким образом, еще одним фактором, оказывающим влияние на развитие внедрения технологий информационного моделирования, является высокая стоимость инструментария, а также нехватка экспертов в этой области [6].
Стоит также отметить, что проекты могут быть уникальными (тип проекта, бюджет и т. д.) [11], и тем самым процедуру работы сложно стандартизировать.
При этом применение различных САПР инструментов и применение BIM разных уровней зрелости затрудняет сотрудничество между участниками проекта, что является одной из ключевых идей концепции BIM [11, 13-17, 18].
Вышесказанное происходит из-за фрагментированности отрасли и участников проекта, а также несовместимости BIM-инструментов, которые препятствуют интероперабельности, а этим и сотрудничеству специалистов [2, 11].
Вместе с тем внедрение BIM технологий вызывает необходимость изменения задач и ответственности отдельных участников проекта [2, 11] и приводит к появлению новых профессий в отрасли (например: BIM-менеджер, BIM-координатор, BIM-проектировщик и т. д.) [19, 20].
Позицию Европейского парламента и Совета относительно будущего BIM технологий в строительной отрасли отражает Европейская директива 2014/24/EU [21]. В 2016 г. Европейским союзом была основана EU BIM Task по BIM с целью создания общеевропейского подхода к развитию цифрового строительного сектора, узнаваемого на мировом уровне [22]. Однако частичное изучение опыта некоторых стран говорит об очень низкой осведомленности о BIM технологиях и уровне их внедрения в рамках Европейского союза и за его пределами [2, 6- 8, 10, 11, 22-24]. Применение BIM технологий во многих странах прописано законодательно, что сильно влияет на рост уровня внедрения технологии в строительных компаниях [2, 11, 22, 23]. Однако, чтобы прийти к принятию и внедрению нормативных актов, BIM технологии сначала необходимо внедрить на рынке и создать благоприятную среду, в которой предприятия осознают свою собственную потребность в его применении [25, 30]. Вторым шагом является разработка стандартов, положений и правил и стандартизация применения BIM [25, 30].
Последним шагом является организация обучения специалистов основам применения технологий информационного моделирования, а также субсидирование и предоставление стимулов для приобретения BIM-инструментов и соответствующего аппаратного оборудования компаниям [25]. При этом большую роль при внедрении технологий информационного моделирования играет сотрудничество экспертов в области науки, образования и практики (строительных компаний и реальных проектов) [19, 26]. Суть заключается в том, чтобы выявить проблемы, возникающие в реальных проектах и стимулировать ученых к развитию инженерного образования [19, 26]. При этом проведенный анализ подтвердил, что исследования в области применения BIM технологий на различных рынках и сравнение его применения в различных государствах стало очень распространенным предметом научных исследований [2, 6, 7, 8, 10, 11, 22-24].
Использование БПЛА для контроля планирования и мониторинга хода строительства
Все более востребованным становится применение дронов или беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) в проектировании, строительстве и других смежных к строительству областях. Технический прогресс в проектировании и навигации легковесных и автономных беспилотных летательных аппаратов и дронов привел к их более практичной и экономически эффективной работе в областях архитектурного проектирования, управления строительством и мониторинга за строительством объектов [17, 25, 30]. Этот тренд отмечается во всех развитых странах мира.
В настоящее время более 35% рабочего времени практически любой команды строительного проекта тратится на неоптимальные действия – сбор данных, разрешение и устранение ошибок, что создает задержки по времени выполнения проекта [25, 30]. Таким образом, актуальной становится задача по формированию реальной картины процесса возведения строительного объекта.
При этом при использовании дрон-технологий, инжиниринговые и строительные компании получат больше контроля над выполнением проектных решений за счет:
• снижения нагрузки на геодезическое сопровождение и контроль качества строительных работ;
• увеличения производительности труда строительных подразделений;
• снижения рисков, связанных с планированием и качеством работ.
Сегодня заложены важные основы для разработки полностью автоматизированной системы интеллектуального строительства и отчетности, основанной на данных в реальном времени, полученных строителями непосредственно с БПЛА и дронов [26, 30].
Данные в виде фотографий, полученных дронами из разных мест и облаков точек [27, 30] (трехмерного сканирования строительной площадки), могут быть использованы для построения трехмерной модели методами фотограмметрии [28, 30] (рис. 3).
Рис. 3. Трёхмерная модель здания, полученная методом фотограмметрии по фотографиям с использованием БПЛА [28]
В настоящее время наиболее распространено применение БПЛА или дронов при топографической съемке, мониторинге строительных площадок и инспекции производственных объектов, а также для наблюдения за состоянием рабочих. Рассмотрим каждый из указанных случаев более подробно.
До недавнего времени топографическая съемка была сложной в реализации и дорогостоящей операцией, за счет того, что необходимо было брать в аренду дорогостоящее оборудование.
С помощью дронов можно получить все необходимые данные о ландшафте окружающей местности. Благодаря этому сокращаются трудовые затраты и расходы на оборудование, а строительные компании получают необходимую информацию для оценки будущих площадок и могут принимать взвешенное решение о составе работ на проекте. Таким образом, благодаря беспилотникам топографическая съемка стала дешевле и эффективнее [29].
Руководители строительных объектов редко могут оставаться на одной площадке на протяжении всего проекта. Обычно они руководствуются информацией от прорабов и инспекторов. В определенной степени этот подход работает, но дроны предоставляют новый способ мониторинга нескольких объектов без необходимости тратить время на поездки.
Важная часть производственного процесса – инспекция, так как надо соблюдать не только государственные, региональные и местные законы и нормативы, но и учитывать интересы инвесторов и общественности. Использование дрона с фото- или видеокамерой позволит изучить объект детально. При этом, с практической точки зрения неважно, над каким именно проектом ведется работа.
Вместе с тем работодатель заинтересован в безопасности своих сотрудников и эффективности их труда. В этом случае беспилотники могут быть использованы для мониторинга стройплощадки и состояния рабочих.
Выводы
В современных реалиях строительство уникальных технологически-сложных объектов является очень востребованным, при этом реализация таких проектов невозможна без использования новых цифровых технологий и подходов, поскольку внедрение информационных технологий в строительную отрасль способствует более продуктивному и эффективному управлению проектами.
В то же время оцифровка строительной отрасли находится на начальном уровне и сильно отстает от других отраслей (например ИТ, фармацевтика и пр.). Однако, существующие сегодня проблемы решаемы, а преимущества комплексного использования технологий информационного моделирования и БПЛА позволит организовать эффективное управление и планирование строительства технологически-сложных объектов.
