В рамках направления МинСтроя РФ по цифровизации строительной отрасли и создания государственной информационной системы обеспечения градостроительной деятельности РФ (ГИСОГД РФ) актуальным является методика создания и работы с цифровыми моделями зданий и сооружений, опасными производственными объектами, в которых проектирование проведено с учетом деградации свойств конструкций в зависимости от степени реализации негативных факторов (рисков) [1].
Правительство РФ предполагает к 2030 году переход на системы «Цифровое строительство» (создание цифровых двойников или BIM-моделей всех строящихся объектов) и «Строим в один клик» (упрощение и ускорение процедур согласования документации по строительству между участниками строительного производства и органами Минстроя). Для этого предусматривается развитие отечественных программных продуктов для ТИМ, применение технологии ТИМ в жилищном строительстве для обеспечения поэтапного перехода застройщиков, осуществляющих деятельность в соответствии с №214-ФЗ, к обязательному использованию ТИМ с 2023. К 2030 году 100% МКД должны быть оснащены общедомовыми приборами учёта, интегрированными в интеллектуальные системы, также должна быть создана «умная» экосистема строительной отрасли [2].
Цифровой двойник здания создается на основе исследования текущих характеристик конструкций и высокоточного определения размеров и положения в пространстве при помощи 3-д сканирования или фотограмметрии [3].
Информационное моделирование зданий (BIM) и управление жизненным циклом (PLM) становится инновационным способом виртуального проектирования и управления проектами. В последние годы были достигнуты соответствующие успехи в области моделирования, анализа, проектирования, мониторинга и технического обслуживания объектов. Строительная отрасль в настоящее время переживает переход к философии проектирования, ориентированной на жизненный цикл [4-5].
BIM представляет собой новую парадигму в строительной отрасли, которая способствует интеграции всех заинтересованных сторон в проект.
Целью перехода на информационное моделирование является создание модели здания, в которая состоит из трех частей: архитектурная, конструктивная, коммуникационная, позволяющей учитывать множество факторов, возникающих при обследовании, проектировании, строительстве и реконструкции, ремонте, эксплуатации и сносе объекта капитального строительства. Задача создания BIM-модели состоит из необходимости моделирования 3D визуализации, задания объектам существующих или проектируемых характеристик материалам и конструкциям, то есть создание исходных данных для дальнейшего осуществления какого-либо строительного процесса [6, 7].
Зарубежный опыт доказывает, что даже несмотря на множество исследований и инвестиций в разработку и внедрение BIM, его использование не является основной строительной практикой, а практичность процесса внедрения не совсем понятна. BIM нарушает привычный план проектирования с точки зрения его организации, поэтому предлагается использовать концептуальный подход и дорожную карту, выполняемых работ по проектированию [8, 9]. Приемлемый процесс информационного моделирования может быть достигнут только путем целенаправленного согласования планов вмешательства в модель, которые полностью поддерживают цели нескольких конечных пользователей. В исследовании [10] делается вывод о том, что обычно применяемая логика успешной линейной адаптации стандартных инструментов к институциональным моделям не работает в контексте строительства; скорее, пользователи BIM должны позиционироваться как учащиеся с постоянным циклом, чтобы знакомиться с постоянно развивающимися артефактами BIM и сопутствующими рабочими процессами для поддержания согласованности систем [11, 12].
В рамках работы было создано несколько BIM моделей зданий архитектурного ансамбля ЮРГПУ (НПИ) имени М. И. Платова в г. Новочеркасске, Ростовской области. Здания и сооружения архитектурного ансамбля являются Памятником архитектуры Федерального значения.
Для построения BIM-моделей было использовано несколько программных комплексов.
BIM-модель здания главного корпуса НПИ была разработана в ПК Archicad [13] (Рис. 1).
Рис.1. 3D-модель главного корпуса, созданная в программе Archicad.
Вид с лицевого фасада
В процессе разработки модели выявилось, что программа ArchiCAD изначально была создана для архитекторов и дизайнеров, а не для строителей. Большинство ее функций направленны на создание интерьера и элементов ландшафта. В сфере строительства и моделирования двухмерных и трехмерных конструкций программа ArchiCAD не может быть полноценно использована для создания BIM- моделей, таким образом для создания цифрового двойника здания главного корпуса необходимо выполнить моделирование здания в другом программном комплексе [14].
Робототехнический корпус ЮРГПУ (НПИ) (рис. 2 – рис. 5) был представлен в виде BIM-модели в ПК Renga.
Процесс проектирование в Renga можно разделить на несколько этапов:
- Рассмотрение и изучение объекта. Изучение технического паспорта проектируемого учебного корпуса и выполнение обмеров здания с помощью дальномера, поиск недостающей информации;
- Параметрическое моделирование, наполнение модели физическими свойствами для дальнейшего использования в расчетах, а также визуализации;
- Оформление планов, разрезов, по данным 3D-модели, сведение необходимых данных по проектируемому корпусу в таблицы [15].
При проектировании выявились следующие недостатки:
- Плохо реализована функция линейного размера при работе в пространстве 3D-модели;
- Имеющих инструментов недостаточно, что ограничивает более точное визуальное представление инженерных решений модели.
Также можно заметить следующие достоинства системы:
- Простой и интуитивно-понятный интерфейс, минимальный набор инструментов, позволяют освоить программу в короткие сроки;
- С помощью системы фильтров можно быстро и без особых усилий создать спецификации, ведомости и экспликации зданий. Что не только упрощает работу, но и позволяет быстро проводить корректировки и вносить изменение в проект, исключает ошибки и неточности.
Рис. 2. BIM-модель робототехнического корпуса в ПК Renga.
Вид со стороны лицевого фасада
Рис.3. BIM-модель робототехнического корпуса в ПК Renga.
Горизонтальный разрез на уровне третьего этажа
Рис.4. BIM-модель робототехнического корпуса в ПК Renga.
Вид с бокового фасада
Рис.5. BIM-модель робототехнического корпуса в ПК Renga.
Горизонтальный разрез в уровне перекрытий первого этажа
Также в ПК Renga было представлено здание бассейна ЮРГПУ (НПИ) (рис. 6 – рис. 8).
На стадии эксплуатации было проведено обследование строительных конструкций здания спортивного комплекса с плавательным бассейном ЮРГПУ (НПИ), которое выявило, что конструкции находятся в ограниченно-работоспособном состоянии.
На стадии реконструкции были выполнены соответствующие мероприятия, обеспечивающие восстановление несущей способности и эксплуатационных характеристик здания, утраченных в ходе эксплуатации.
Рис. 6. Аксонометрия здания бассейна ЮРГПУ (НПИ) в ПК Renga
Рис. 7. Полы 1-го этажа здания бассейна в ПК Renga
Рис.8. Колонны на фасаде 1-13 здания бассейна в ПК Renga
Таким образом, проведен анализ исследований, ориентированных на внедрение информационного моделирования зданий (BIM) и цифровых двойников при строительстве и модернизации существующих зданий (на примере Sodis Building и BIMIT) [16], выполнено моделирование жизненного цикла зданий на стадии проектирования, эксплуатации и реконструкции для трех корпусов комплекса, изучены способы обнаружения коллизий, выявлены преимущества и недостатки при работе с BIM-моделями в разных программах.
