Аннотация и ключевые слова
Аннотация (русский):
В статье рассмотрены преимущества совместного использования технологии информационного моделирования и технологии модульного строительства. Объект исследования — проектирование зданий высоковольтных подстанций. Предмет исследования — применение технологий информационного моделирования и блочно-модульного строительства в проектировании зданий высоковольтных подстанций. Рассмотрены конструктивные особенности блочно-модульных зданий высоковольтных подстанций и особенности их проектирования с использованием проектов повторного применения. Отмечено, что в процессе информационного моделирования можно использовать каталоги и библиотеки цифровых информационных моделей типовых конструкций, а также элементов электротехнического оборудования. Предлагается оценивать качество цифровой информационной модели в соответствии с требованиями госэкспертизы. Представлена схема проверки качества модели в программе Renga с применением формата IFC. Сделан вывод, что совместное использование технологий информационного моделирования и технологий модульного строительства увеличивает эффективность этих технологий.

Ключевые слова:
информационное моделирование зданий, модульное строительство, блочно-модульные здания, проектирование высоковольтных подстанций
Текст

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. 

  1. 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; 
  2. Ключевые слова: информационное моделирование объектов строительства, блочно-модульное строительство, информационное моделирование на этапе проектирования, технологии информационного моделирования.
  3. 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.

Список литературы

1. Малаева, П. Ю. Модульные строительные конструкции: перспективы использования / П. Ю. Малаева, Е. В. Ерохина // Инновационная экономика и современный менеджмент. – 2020. – № 2 (28). – С. 33-36.

2. Большакова, П. В. Функции технического заказчика (застройщика) при реализации инвестиционного проекта и факторы, влияющие на их выполнение / П. В. Большакова // Строительное производство. – 2020. – № 1. – С. 27–32. DOI:https://doi.org/10.54950/26585340_2020_1_27

3. Кузьмина, Т. К. Особенности строительства зданий из крупногабаритных модулей (часть 1) / Т. К. Кузьмина, Р. Т. Аветисян, А. Т. Мирзаханова // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. –2022. –№ 5. –С. 95-101. DOI:https://doi.org/10.24412/2071-6168-2022-5-95-102

4. Сундетова, А. Ж. Блочно-модульное строительство как альтернатива капитальному строительству. Конструктивные решения блочно-модульного строительства / А. Ж. Сундетова // E-Scio. – 2022. – № 11(74). – С. 414-424.

5. Рыбакова, А. О. Анализ особенностей проектирования на основе применения модульных элементов максимальной готовности / А. О. Рыбакова // Строительство: наука и образование. – 2021. – Т. 11, № 2. – С. 65-77. DOI:https://doi.org/10.22227/2305-5502.2021.2.5

6. Алексеева, Н. А. Концепция жизненного цикла модульного здания / Н. А. Алексеева, Ю. А. Толкачев // В сборнике: Образование. Транспорт. Инновации. Строительство. Сборник материалов V Национальной научно-практической конференции. Омск – 2022. – С. 479-483.

7. Скворцов, М. E. Потенциал модульного строительства / М. E. Скворцов // Вестник Московского информационно-технологического университета - Московского архитектурно-строительного института. – 2021. – № 3. – С. 34-46. DOI:https://doi.org/10.52470/2224669X_2021_3_34

8. Ескалиев, М. Ж. Внедрение информационного моделирования в модульном строительстве: преимущества и проблемы /М. Ж. Ескалиев // В сборнике: Фундаментальные и прикладные исследования молодых учёных. Сборник материалов V Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых учёных. Омск. – 2021. – С. 286-290.

9. Канев, В. В. Опыт применения технологий информационного моделирования для анализа архитектурно-конструктивных решений зданий / В. В. Канев, Д. В. Лаптев // Инновации. Наука. Образование. – 2020. – № 21. – С. 1147-1152.

10. Логинова, Е. В. Перспективы использования технологий информационного моделирования зданий в России / Е. В. Логинова, И. А. Беляев // Молодой ученый. – 2023. – № 4(451). – С. 381-385.

11. Глуханов, А. С. Применение информационного моделирования при проектировании и строительстве промышленных зданий с целью повышения их безопасности / А. С. Глуханов, Д. А. Молочникова // Безопасность в строительстве : Материалы V Всероссийской научно-практической конференции. Санкт-Петербург. – 2021. – С. 102-112.

12. Горовой, Н. В. Методика междисциплинарного взаимодействия специалистов при разработке информационной модели здания / Н. В. Горовой, И. А. Рудный, И. А. Марданов // BIM-моделирование в задачах строительства и архитектуры : Материалы V Международной научно-практической конференции, Санкт-Петербург. – 2022. – С. 58-63.

13. Сумская, О. А. Специализированные функции программ для информационного моделирования зданий и сооружений / О. А. Сумская, Д. А. Соколовский // Передовые технологические разработки: перспективы внедрения в производство и эффективность : Материалы II Международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и преподавателей. Армавир. – 2022. – С. 116-119.

14. Пионкевич, В. А. Технологии информационного моделирования для проектирования, строительства и эксплуатации энергетической инфраструктуры различных объектов и отраслей промышленности. Монография./ В. А. Пионкевич // Издательство Иркутского национального исследовательского технического университета. Иркутск. – 2020

15. Киевский, И. Л. Опыт использования отечественных и импортных BIM-продуктов при проектировании жилых зданий / И. Л. Киевский, А. Ю. Крутяков, О. А. Иванова [и др.] // Промышленное и гражданское строительство. – 2020. – № 11. – С. 42-48. DOI:https://doi.org/10.33622/0869-7019.2020.11.42-48

16. Корницкая, М. Н. Возможность использования российского программного обеспечения для информационного моделирования зданий в проектных организациях города Барнаула / М. Н. Корницкая, И. А. Макаревич, А. Е. Тырышкин // Ползуновский альманах. – 2020. – Т. 1, № 2. – С. 96-99.

17. Петров, Д. С. Импортозамещение программного обеспечения информационного моделирования зданий и сооружений / Д. С. Петров, К. А. Шумилов // Промышленное и гражданское строительство. – 2022. – № 5. – С. 55-60. DOI:https://doi.org/10.33622/0869-7019.2022.05.55-60

18. Плахутина, А. А. Анализ эффективности применения отечественных программных продуктов для BIM / А. А. Плахутина, В. А. Кужелева, М. Н. Шутова // Современные прикладные исследования : Материалы шестой Всероссийской (национальной) научно-практической конференции. Новочеркасск. – 2022. – Том 1. – С. 72-76.

19. Федоров, С. С. Процесс информационного моделирования на этапе проектирования объекта капитального строительства / С. С. Федоров, С. Д. Казаков // Наука и бизнес: пути развития. – 2021. – № 5(119). – С. 13-17.

20. Лазарева, Н. В. Формализованное описание процедуры принятия решений на основе информационных моделей в рамках строительно-технической экспертизы / Н. В. Лазарева, А. Ю. Зиновьев // Биосферная совместимость: человек, регион, технологии. – 2022. – № 2 (38). – С. 50-62. DOI:https://doi.org/10.21869/2311-1518-2022-38-2-50-62


Войти или Создать
* Забыли пароль?