Строительная отрасль страдает от высокого уровня ошибок, перерасхода бюджета и времени. Основной причиной является неэффективное управление информацией, которая в основном основана на двумерных (2D) чертежах. Информационное моделирование зданий (BIM), связанные с ней методы и технологии позволяют заменить традиционные нецифровые методы интегрированным управлением информацией о проектировании, строительстве, эксплуатации и техническом обслуживании на протяжении всего жизненного цикла здания [1-3]. Использование BIМ способствует улучшению реализации проектов, особенно с точки зрения затрат и времени, поскольку несоответствия в проектах обнаруживаются на ранней стадии, а вероятность ошибочного проектирования, а также связанные с ними затраты и потеря времени устраняются [4].
Образование играет ключевую роль в распространении BIM, об этом говорит растущий отраслевой спрос на выпускников университетов с навыками работы в данной области [5-7]. Внедрение BIM в качестве основного, факультативного или интегрированного предмета в рамках установленной учебной программы бакалавриата является сложной задачей из-за таких ограничений, как доступное время обучения и гибкость учебной программы для адаптации к быстро развивающимся технологиям. В последние годы принимаются различные стратегии преподавания и обучения для студентов строительной отрасли при применении BIM для своих индивидуальных или групповых проектов [8-10]. Многочисленные исследования предложили более комплексный подход к обучению, направленный на преодоление традиционных границ между профессиями в строительной отрасли, которые существуют в образовательных структурах [11-13].
Информационное моделирование зданий (BIM) получает широкое распространение как интегрированный способ управления информацией. BIM – это область слабо связанных систем информационных технологий для моделирования (инструменты разработки), контроля (инструменты проверки моделей) и управления (инструменты планирования) построения информационных потоков внутри и между организациями [14].
Информационное моделирование зданий (BIM) обладает потенциалом создания огромных цифровых данных [15] благодаря своей реализуемой многофункциональности и интеграционным возможностям [16,17]. Оцифровка зданий с помощью информационного моделирования зданий (BIM) набирает обороты в областях архитектуры, проектирования и строительства. Основные преимущества лазерного сканирования: эффективность, высокая точность и прецизионность, малые временные затраты, безопасность и неинвазивность. Для сложных объектов ручное моделирование может потребовать нескольких недель рабочего времени, что делает 3D-моделирование довольно неэффективным. Применяя фотограмметрический процесс, последовательность изображений используется для восстановления геометрии пространства или объекта в 3D-модели [18]. В статье [19] рассматриваются измерения и моделирование зданий с использованием наземного лазерного сканирования, а в качестве вспомогательного метода проводилась ближняя фотограмметрия с беспилотного летательного аппарата. Использование технологии 3D-лазерного сканирования для измерения зданий позволяет получить облако точек и впоследствии создать цифровую документацию, которая позволит создать BIM-модель сканируемого объекта [20]. Исследование [21] показывает, что использование трехмерных моделей, могут порождать многочисленные инновации в технологиях и методах.
Развертывание BIM для модернизации существующих зданий еще не достигло зрелости из-за таких проблем как: отсутствующие или устаревшие данные. Большая часть существующего фонда зданий не имеет ранее существовавшей или обновленной информации о строительстве. В исследовании [22] была проведена фотограмметрическая съемка здания культурного наследия с беспилотного летательного аппарата, сгенерированное 3D-облако точек послужило основой для виртуальной реконструкции модели. Применение BIM вместе с передовыми информационными и коммуникационными технологиями может стать способом решения проблем проектов реконструкции [23], а также реставрации [24].
В строительной отрасли наблюдается стремительная эскалация спроса на использование цифровых инноваций [25] поскольку существует необходимость со стороны инженерных фирм реагировать на правительственный дискурс в отношении отрасли, которая в значительной степени основана на технологических перспективах [26]. Экспериментальное исследование [27] с использованием стандартного программного обеспечения для информационного моделирования зданий (BIM) показывает, что иерархическая структура архитектурных объектов может поддерживать как разработку, так и процесс настройки платформ.
При стремительно развивающихся BIM-технологиях и создании информационных моделей объектов капитального или линейного строительства возникает потребность в создании методик работы с накапливаемым массивом данных [28]. Одним из способов создания структуры полученных BIM-моделей может служить геоинформационная система сначала земельных участков, а затем и городов, созданная на основе CIM-технологий [29]. Применяя CIM на разных этапах жизненного цикла территории и реализуя программы по их развитию, возможно получение необходимой документации на всех ее стадиях [30]. В [31] рассмотрена идея создания при помощи CIM моделей инженерных коммуникаций и вопросы разработки программного обеспечения с учетом импортозамещения программного обеспечения.
В исследовании [32] сформулированы принципы и методы интеграции технологий информационного моделирования зданий (BIM) и цифровых двойников (DT), которые выступают инструментами цифровой трансформации и представления строительных и производственных технологий. Развивая DT возможно решить проблему исследования состояния конструкций здания и получения их прочностных характеристик [33]. На основе цифровых двойников моделей строений возможно применение дополненной реальности (VHR), данная технология является достаточно плохо изученной, в результате чего может начаться угнетение психики человека [34].
Существует множество программных комплексов: AutoCAD Architecture, Autodesk Revit, Renga, Civil 3D и т.д., данное разнообразие программного обеспечения поддерживает обучение BIM, доминируют при этом продукты Autodesk [35-38]. Существует Российская платформа Renga, которая предоставляет возможность совмещения свободного моделирования с объектным представлением конструктивных элементов, аналогично, как и ПК Revit. Данные программы предназначены для архитектурно-строительного проектирования, проектирования металлических и железобетонных конструкций, инженерных систем, совместной работы и документирования результатов проектирования [39]. Рассмотрим функциональные возможности программных комплексов Revit и Renga на примере проектирования промышленного здания. Результаты исследования представлены в таблице 1.
Промышленное здание – строящийся деревообрабатывающий цех в респ. Ингушетия.
Несущие конструкции покрытия — стропильные фермы пролетом 12 м, высотой в коньке 2 м. В уровне верхнего пояса расположены металлические прогоны покрытия из швеллера № 16. Опирание ферм покрытия шарнирное.
Жесткость каркаса обеспечивается установкой вертикальных портальных связей между колоннами.
Жесткость покрытия обеспечивается установкой вертикальных связей по верху стропильных ферм и системой горизонтальных связей по нижнему поясу ферм.
В торце производственного цеха устанавливаются фахверковые колонны из квадратной трубы 200 × 8.
Обрамление ворот, оконных и дверных проемов из квадратной трубы 100 × 4 и гнутого швеллера 100 × 50 × 3.
Внутри деревообрабатывающего цеха устанавливаются стойки под перегородки из двутавра 20Ш1.
Таблица 1 Результаты моделирования
|
План 1 этажа |
ПК Revit |
|
|
ПК Renga |
|
|
|
Фасад 1-6 |
ПК Revit |
|
|
ПК Renga |
|
|
|
Общий 3d вид |
ПК Revit |
|
|
ПК Renga |
|
При проектировании промышленного здания в ПК Revit были выявлены следующие преимущества: наличие стандартной базы семейств с готовыми объектами; наличие функции добавления в семейства индивидуально разработанных объектов. Однако, были выявлены и недостатки: отсутствие возможности разработки чертежей в пространстве модели.
Преимущества проектирования в ПК Renga: программа изначально ориентирован на трехмерное проектирование, когда как двухмерное проектирование рассматривается как дополнительные возможности системы.; в отличии от ПК Revit более простой и интуитивный интерфейс, что позволяет сократить время для ее изучения. Renga Architecture идеально подходит для создания различных моделей: от самых простых до самых сложных и ориентирован на проектные организации различного масштаба.
В результате проведенной работы были подробно рассмотрены функциональные возможности программных комплексов Revit и Renga, а также выявлены их преимущества и недостатки. Также обзор литературы выявил основные инновационные технологии, связанные с информационным моделированием зданий на протяжении всего жизненного цикла здания.
