МЕТОДИКА ФОРМИРОВАНИЯ МОДЕЛЕЙ ВИЗУАЛИЗАЦИИ СТРОИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

МЕТОДИКА ФОРМИРОВАНИЯ МОДЕЛЕЙ ВИЗУАЛИЗАЦИИ СТРОИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ

С. В. Бовтеев Е. С. Евстифеева

Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, г. Санкт-Петербург

Аннотация

Визуализация строительных процессов или 4D моделирование начинает активно применяться в международной практике строительства. Для эффективности использования 4D моделей необходимо заранее обозначать цели, задачи моделирования, ответственных лиц и пользователей моделей. Визуализация решений технологических карт, календар-но-сетевых графиков, стройгенпланов позволяет участникам строительства более качественно отслеживать процесс строительства, тем самым повышая надежность строительного производства. Сценарий разработки 4D модели влияет на определение основных этапов ее формирования.

В статье предложен процесс разработки 4Б модели и требования к 3D моделям и к календарно-сетевым графикам как исходным данным для визуализации процесса строительства, необходимые для эффективного применения 4D моделирования в современной практике строительства.

Ключевые слова

технологии информационного моделирования, 4В модель, визуализация строительных процессов, календарно-сетевой график, строительство

Дата поступления в редакцию

30.01.2023

Дата принятия к печати

16.02.2023

Введение

Процесс внедрения информационных технологий в строительство в России набирает обороты с каждым годом. Переход от 2Б чертежей к технологиям информационного моделирования (ТИМ) является логичным этапом развития строительства. Помимо уже привычного трехмерного моделирования или 3Б, сейчас становится особо актуальной тема визуального представления строительных процессов или 4Б моделирования.

Плоские чертежи не являются достаточно информативными для отображения всех данных, поэтому проектировщики переходят на трехмерное моделирование. Если 3Б модель объекта отображает, что строить, то 4Б модель наглядно показывает, каким образом строить [1]. Возможности применения моделей визуализации положительно влияют на развитие индустрии строительства. Внедрение 4Б повышает эффективность рабочих процессов на этапах проектирования и возведения объекта [2, 3].

Постановка задачи

Внедрение в строительные организации 4Б моделирования требует большого количества трудовых и материальных ресурсов. Зачастую предприятия, которые слабо знакомы с 4Б, не могут грамотно определить цели моделирования. В результате 4Б модель начинает только мешать участникам строительства и не оправдывает ожидания представителей заказчика и руководства организации. Поэтому создание 4Б модели только лишь для самого факта ее наличия - бессмысленно.

Непосредственно перед проектированием 4Б модели строительства необходимо четко обозначить цели, желаемые результаты, ответственных лиц за разработку 4Б модели, а также участников строительства, которые будут ее пользователями. В зависимости от целей формирования 4Б модели определяется степень детализации разрабатываемых 3Б модели и календарно-сетевого графика.

В работе [4] авторы рассматривают преимущества 4Б модели по сравнению с классическими планированием и организацией строительных процессов. Визуализация решений стройгенплана, технологических карт, календарно-сетевых графиков позволяет участникам проекта более тщательно отслеживать процесс возведения объекта, тем самым повышая надежность строительного процесса.

Решение

Процесс планирования и разработки 4D модели должен вовлекать всех участников строительного процесса. На этапе планирования необходимо выявить потребности будущих пользователей 4D модели, на основе которых определить основные цели визуального моделирования строительства.

Целеполагание разработки 4D модели является начальной точкой ее проектирования. Данный этап наиболее важен во всем процессе как для заказчика, как и для исполнителей. Цели можно структурировать в соответствии с этапами жизненного цикла строительного объекта: обоснования инвестиций, проектирования, строительства, эксплуатации.

На этапе предпроектных решений и обоснования инвестиций важна презентация проектируемого объекта. Результатом 4D моделирования может служить анимационный ролик. Визуальное представления хода строительства объекта помогает наиболее точно отобразить все процессы, а также продемонстрировать инвесторам понимание хода строительства. Особенно если имеет значение умение строительной организации применять новые инновационные решения в управлении строительством.

На стадии проектирования объекта одна из важных задач 4D моделирования является возможность выявления пространственно-временных коллизий. По результатам исследований Американской ассоциацией строительства и девелопмента (Association of Construction and Development) было подсчитано, что в промышленном строительстве выявление одной коллизии на раннем этапе экономит до 17 000 долларов. В крупных промышленных объектах в течение проекта может встречаться от 2 до 3 тысяч коллизий, что в сумме может нанести огромные убытки. На линейных объектах одна заранее выявленная коллизия сохраняет проекту до 9 600 долларов [5].

Для качественного отслеживания пространственно-временных коллизий необходимо соблюдать соответствующие требования к разработке календарного графика и 3D модели объекта.

Визуальное представление модели строительства объекта позволяет с наибольшей эффективностью организовать строительную площадку и качественно разработать строительный генеральный план. Особенно это важно учитывать при строительстве в стесненных условиях, условиях

и

Z н

Û -I н

D CD

s

s j

ra

m

s ç

ra >

m s u

>s

< s S|

I ï Ь i S3 s Ûâ

Ш

s I CÛ Q

S о

ш ■&

Eu y

О s

Ш 4

. о

CÛ I-■ £

и 2

существующей городской застройки, а также в случаях больших по площади строительных площадок. Отображение возведения объекта во времени может существенно облегчить организацию строительного хозяйства, включая размещение временных зданий и сооружений, временных дорог, мест стоянок строительной техники, а также схем ее движения.

Таким образом обеспечивается рациональное использование всей площади строительной площадки на протяжении процесса строительства, что уменьшает общие расходы, исключая дополнительные простои техники, устройство ненужных бытовых помещений, поставки материалов с неполным использованием складских пространств.

В настоящее время количество и номенклатура применяемых строительных материалов и изделий постоянно растет. Сложные объекты включают в себя большой перечень материалов и требуют тщательного планирования поставок, а также обеспечения строительной площадки необходимыми машинами и техникой. Применение 4D модели облегчает проверку графиков и планов за счет визуального отображения всех пространственных элементов во времени [6].

Известно, что в строительстве применение новых технологий часто вызывает большие трудности, поскольку это связано с дополнительными расходами и повышенными рисками. Экономическое обоснование не всегда убеждает заказчика и других участников строительного процесса внедрять в проект нововведения. Однако за счет применения 4D появляется возможность моделирования различных ситуаций. За счет вариативности методов возведения объекта, сроков и стоимости работ, визуальная модель позволяет наглядно проанализировать рациональность возможных сценариев строительства.

Анализируя опыт различных строительных компаний, можно увидеть, что многие из них применяют довольно неэффективные методы для контроля календарного графика на основе, например, электронных таблиц Microsoft Excel или даже обычных текстовых документов, что приводит к управленческим ошибкам. Наиболее надежным способом контроля возведения объекта может служить 4D модель. Для достижения этой цели не требуется высокая детализация, но при этом модель будет наглядно отображать процесс возведения объекта с точной привязкой к датам, с визуальным отображением отставаний или опережений утвержденных сроков как правило на этапе «внешних» работ: отрывки котлована, монтажа конструкций, закрытия теплового контура, прокладки внешних инженерных сетей, прокладки дорог и благоустройства.

Часто объекты строительства находятся в удаленной местности, поэтому прямой доступ к ним ограничен или сложен. Для оперативного отслеживания возведения таких объектов возможно применение 4D модели. Заказчик и другие вовлеченные в процесс строительства участники могут иметь доступ к реальной картине на строительной площадке. Таким образом, при использовании 4D модели можно мониторить прогресс строительства территориально удаленного объекта из офиса. Для данной цели необходимо наиболее детально разработать 3D модель и календарный график строительства, чтобы с точностью отслеживать ход возведения объекта.

Многие строительные процессы относятся к опасным, в связи с чем на строительной площадке предъявляются высокие требования к соблюдению безопасности. При больших площадях и объемах строительства трудно обеспечить должный уровень безопасности и отследить все возможные непредвиденные ситуации. В 3D модель объекта можно дополнительно включить элементы, обозначающие необходимые требования безопасности, при нарушении которых участник строительства всегда будет иметь возможность вовремя среагировать и устранить возникшие проблемы.

Визуальное представление строительных процессов позволяет проектировать технологические карты в анимационном виде с четкой последовательностью выполнения работ [7]. При этом

минимизируется возможность появления ошибок во время работ непосредственно на строительной площадке. Кроме этого, требуется меньше времени для обучения новых сотрудников и погружения их в ход строительства.

Для минимизации затрат и повышения эффективности разработки 4D модели необходимо заранее синхронизировать уровни детализации 3D модели и календарно-сетевого графика [8, 9]. Это необходимо для того, чтобы каждому элементу 3D модели четко соответствовали одна или несколько работ графика. Слишком подробный календарно-сетевой график и, наоборот, недостаточно детализованная 3D модель могут вызвать трудности при определении соответствия элементов 3D модели и сроков строительства.

Уровни проработки 3D модели согласно «2015 Level of Development Specification», соответствующие требованиям СП 333.1325800.2020 \ приведены на рисунке 1.

и

Z м

О

-I

м

D CD

Рис. 1. Уровни проработки 3D модели

Возникают ситуации, когда 3Б модель, наоборот, имеет слишком глубокую детализацию и некоторые ее элементы могут только увеличивать размер самой модели, но при этом не нести в себе важной информации. Известен метод, позволяющий удалять невидимые объекты, оптимизировать графический интерфейс, а также выполнять другие операции, приводящие к созданию эффективной модели для дальнейшего 4Б моделирования [10].

Календарно-сетевой график строительства также классифицируется в соответствии с глубиной его детализации. Уровни разработки календарного графика представлены на рисунке 2.

Рис. 2. Уровни календарного графика

1 СП 333.1325800.2020 Информационное моделирование в строительстве. Правила формирования информационной модели объектов на различных стадиях жизненного цикла.

S S J

га

m

s ц

га >

m s со

>s < с

I i

ь i

S3 S

ш

S

Z

со а Е о

ш ■&

Ё « ш у

О I

Ш 4

. о СО н

■ £ и Z

После постановки основных целей проектирования 4D модели и определения требований к исходным данным, а именно к 3D модели и календарно-сетевому графику, предлагается базовый сценарий (рис. 3) формирования 4D модели объекта на основе BIM-стандарта, разработанного Autodesk 2.

Рис. 3. Процесс разработки 4D модели

Кроме того, предложена систематизация требований к детализации 3Б модели и календар-но-сетевого графика в зависимости от целей 4Б моделирования, которые представлены в табл. 1 и табл. 2.

Таблица 1

Скорость нагрева бетона принимается для конструкций с модулем поверхности

Этап

Обоснование инвестиций

Проектирование

Строительство

Цель

Создание анимации для презентации

Поиск пространственно-временных коллизий

Организация строительной площадки

Планирование и организация материально-технического обеспечения

Анализ применение новых технологий

Контроль календарно-сетевого графика

Отслеживание процесса возведения объекта

Контроль соблюдения требований безопасности

Обучение рабочих

LOD

НМЛ

300 400 500

2 BIM-стандарт. Промышленные объекты. BIM-стандарт и набор сопутствующих практических шаблонов для проектных организаций и служб технического заказчика, применяющих в своих рабочих процессах технологию BIM. Версия 1.0. Москва. Autodesk, 2018.

Таблица 2

Требования к календарно-сетевому графику

Уровень календарного

Этап Цель графика

1 2 | 3 4

Обоснование инвестиций Создание анимации для презентации

Поиск пространственно-временных коллизий

Организация строительной площадки

Проектирование Планирование и организация материально-технического обеспечения

Анализ применение новых технологий

Контроль календарно-сетевого графика

Строительство Отслеживание процесса возведения объекта

Контроль соблюдения требований безопасности

Обучение рабочих

03

г

м О

Добавим, что проект не ограничивается одной только целью разработки 4Б модели. Как видно из табл. 1, требования к моделям могут дублироваться, соответственно, в случаях, если модель разрабатывается для нескольких целей, необходимо принимать максимальные требования.

СО

Выводы

Внедрение визуального представления строительных процессов безусловно положительно отражается на ходе проекта. Однако в первую очередь нужно заранее определить цели разработки 4Б модели и требуемые параметры исходных данных.

Сценарий разработки 4Б модели позволяет определить основные этапы ее проектирования. При учете поставленных целей и определения требуемых результатов, которые должны получить- ^

ся по итогам моделирования, появляется возможность сформировать подробное и четкое техни-

га

ческое задание для проектировщиков и специалистов по планированию для эффективного 4Б мо- Ц2

делирования. ¡5

В настоящей работе был разработан процесс 4Б моделирования, а также предложены требова- м

ния к 3Б модели и к календарно-сетевому графику строительства, необходимые для эффективного применения 4Б моделей при управлении строительством. < ®

со

ш « ш

4 § *

Е I

Библиографический список ю

1. Федоров О. С., Зайцева Т. А. Использование В1М-технологий как элемент перехода к инфор- ц О

мационному обществу // Заметки Ученого. № 13. — 2021. — С. 75 - 79. ш Ц

со £

Ш X

ш ■&

£ «

ш ^

2. Матвеева М. В., Адегбола А. А. К вопросу организации процессов 4Б-моделирования и управления ими в строительстве // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. Том 12. — № 2. 2022. — С. 190 - 195. О!

Ш 4

. о

СО н ■ £

и 2

3. . Бовтеев С. В. Применение 4D-моделирования в целях повышения эффективности календарного планирования строительства // BIM-моделирование в задачах строительства и архитектуры: материалы III Международной научно-практической конференции; Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет. — СПб.: СПбГАСУ. — 2020. — С. 81 - 87.

4. Нечипорчук Я., Башкова Р. Краткий обзор 4D моделирования в строительстве / Архитектура. Строительство. Образование. — 2020. — С. 35 - 41.

5. Руководство по информационному моделированию (BIM) для заказчиков на примере промышленных объектов. Рекомендации по применению технологии информационного моделирования службами заказчика при организации, планировании и управлении инвестиционно-строительными проектами. Методические материалы по разработке технического задания на проектирование. Версия 1.0. Autodesk. Москва, 2019. — 100 с.

6. Богданова О. В., Докудовская Д. И. Инновационные методы 4D моделирования в организации // Инженерный вестник Дона. — 2018. — № 2. — С. 219.

7. Бовтеев С. В. Применение 4D моделей в строительстве // Новые информационные технологии в архитектуре и строительстве: материалы IV Международной научно-практической конференции, Екатеринбург, 02 - 03 ноября 2021 года. — Екатеринбург: Уральский государственный архитектурно-художественный университет. — 2021. — С. 32.

8. Четверик Н. П. Инновационная система информационного управления архитектурно-строительными проектами // Наука и Безопасность. 2013. — № 3 (8). — C. 2 - 6.

9. Бовтеев С. В. Практика применения 4D-моделирования в строительстве // BIM-моделирование в задачах строительства и архитектуры: материалы IV Международной научно-практической конференции; Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет. — СПб.: СПбГАСУ. — 2021. — С. 77 - 84.

10. Семенов В. А., Шуткин В. Н., Морозкин Н. К. Эффективный подход к 4D-визуализации масштабных строительных проектов и программ на основе иерархических динамических уровней детализации // BIM-моделирование в задачах строительства и архитектуры: материалы IV Международной научно-практической конференции; Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет. — СПб.: СПбГАСУ. — 2021. — С. 385 - 393.

METHODOLOGY FOR CREATING VISUALIZATION MODELS OF CONSTRUCTION PROCESSES

S. V. Bovteev E. S. Evstifeeva

Saint Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering, Saint Petersburg

Abstract

Visualization of construction processes or 4D modeling is beginning to be actively used in international construction practice. For the efficient use of 4D models, it is necessary to designate in advance the goals, tasks of modeling, responsible persons and users of models. Visualization of solutions for process charts, schedules, site layouts allows construction participants to better monitor the construction process, thereby increasing the reliability of construction production. The scenario for developing a 4D model affects the definition of the main stages of its formation.

This article proposes the process of creating a 4D models and the requirements for 3D models and construction project schedules as initial data for visualizing the construction process, which are necessary for the effective use of 4D modeling in modern construction practice.

The Keywords

building information modeling, 4D model, visualization of construction processes, schedule, construction

Date of receipt in edition

30.01.2023

Date of acceptance for printing

16.02.2023

ID Z

H Û

Ссылка для цитирования:

С. В. Бовтеев, Е. С. Евстифеева. Методика формирования моделей визуализации строительных процессов. — Системные технологии. — 2023. — № 2 (47). — С. 66 - 73.

CÛ

s s J

га

m

s ç

га >

m s u

>s

< s S|

I ï Ь i S3 s

uâ

Ш

s I CÛ a

S о

ш ■&

Eu y

О s

Ш 4

. о

CÛ H ■ £

и 2