Научная статья на тему 'ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ЦИФРОВЫХ ДВОЙНИКОВ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ'

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ЦИФРОВЫХ ДВОЙНИКОВ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

CC BY
570
129
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
BIM ТЕХНОЛОГИЯ / ЦИФРОВОЙ ДВОЙНИК / ИНВЕСТИЦИОННО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ ПРОЕКТ / ЦИФРОВИЗАЦИЯ

Аннотация научной статьи по компьютерным и информационным наукам, автор научной работы — Крюков К.М., Шаповалов А.В.

В статье рассматриваются вопросы использования технологии цифровых двойников при реализации инвестиционно-строительных проектов. Целью данной статьи является определение положительных и отрицательных сторон внедрения данной технологии в деятельность проектной и строительной организации. Анализируются основные проблемы при внедрении информационных технологий в строительных организациях. Представляются основные отличия технологии информационного моделирования от технологии цифровых двойников. Приводятся преимущества для участников инвестиционно-строительной деятельности от внедрения цифровых двойников при реализации проектов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

THE USE OF DIGITAL TWIN TECHNOLOGY IN CONSTRUCTION

The transition of the construction industry to a higher level of competitiveness is due to the implementation and application of digital technologies. Traditional methods of processing incoming information are not effective for managing so much information that modern construction organizations produce. The article discusses the use of digital twins technology in the implementation of investment and construction projects. The purpose of this article is to identify the positive and negative aspects of the introduction of this technology in the activities of design and construction organizations. The main problems in the implementation of information technologies in construction organizations are analyzed. The main differences between information modeling technology and digital twins technology are presented. The advantages for the participants of investment and construction activities from the introduction of digital twins in the implementation of projects are given.

Текст научной работы на тему «ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ЦИФРОВЫХ ДВОЙНИКОВ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ»

Использование технологии цифровых двойников в строительстве

К.М. Крюков, А.В. Шаповалов Донской государственный технический университет, Ростов-на-Дону

Аннотация: Переход строительной отрасли на более высокий уровень конкурентоспособности обусловлен внедрением и применением цифровых технологий. Традиционные методы обработки поступающей информации не являются эффективными для управления таким количеством информации, которые вырабатывают современные строительные организации. В статье рассматриваются вопросы использования технологии цифровых двойников при реализации инвестиционно-строительных проектов. Целью данной статьи является определение положительных и отрицательных сторон внедрения данной технологии в деятельность проектной и строительной организации. Анализируются основные проблемы при внедрении информационных технологий в строительных организациях. Представляются основные отличия технологии информационного моделирования от технологии цифровых двойников. Приводятся преимущества для участников инвестиционно-строительной деятельности от внедрения цифровых двойников при реализации проектов.

Ключевые слова: BIM-технология, цифровой двойник, инвестиционно-строительный проект, цифровизация.

Заказчик, как субъект инвестиционно-строительной деятельности и конечный пользователь, заинтересован в качественной реализации проекта на всех стадиях жизненного цикла - включая проектирование, строительство и эксплуатацию объекта. Участники проекта, чтобы выиграть в конкурентной борьбе и не отставать от меняющихся ожиданий клиентов, должны использовать современные технологии, включая и технологии цифровой трансформации [1].

Новые технологические решения медленно осваиваются строительной отраслью. Строительство традиционно является последователем, внедряя технологии, которые уже доказали свою ценность в других отраслях промышленности. Например, современные технологии и оборудование для дронов разрабатываются и используются с 1980-х годов, использование дронов для сбора данных на строительных площадках является относительно новой тенденцией в последние годы.

Хотя существует несколько причин технологического отставания строительной отрасли в целом, одна из наиболее важных заключается в том, что принятие и внедрение новых технологий, как правило, сопряжено с большими затратами и с риском. По данным отчетности Росстата строительные организации имеют низкую прибыль (рентабельность около 3,5-4,5%) и плохо внедренная или неподходящая новая технология может привести к серьезным финансовым проблемам, если не к полному банкротству. По данным отчетности доля предприятий, не относящихся к малым и микропредприятиям в строительстве составляет около 5%. При этом необходимо отметить, что объем выполняемых ими работ составляет порядка 36-40%. Малым предприятиям, которых основное число в строительстве, не хватает финансовых ресурсов для инвестиций в новые технологии. Доля убыточных предприятий в строительстве доходит до трети от всех действующих строительных организаций. Однако, чтобы не отставать от меняющихся ожиданий заказчиков строителям необходимо будет использовать цифровизацию в своей деятельности, чтобы победить в жесткой конкуренции, и увеличить свою производительность. Цифровизация — ключ к будущему успеху строительной отрасли.

На стадии проектирования зданий и сооружений организации начинают использовать технологии информационного моделирования (BIM -Building Information Modeling) [2]. Как следует из названия, основой BIM является информация. BIM — это интеллектуальный интегрированный процесс создания SD-моделей проектирования зданий, основанный на скоординированной надежной информации, которая используется для создания скоординированной цифровой проектной информации и документации, необходимых для строительства здания.

Ведущие поставщики программного обеспечения BIM для строительной отрасли, а также основные пользователи-проектировщики

объясняют преимущества экономии средств за счет наличия единой цифровой SD-модели здания. BIM обеспечивает совместную работу и значительно упрощает координацию и сотрудничество между всеми участниками в ходе выполнения проектов.

Модель BIM представляет собой трехмерное цифровое представление здания, которое включает в себя как геометрическую, так и семантическую информацию об элементах. BIM обеспечивает беспрепятственную связь между специалистами в области проектирования и строительства благодаря общедоступной и согласованной базе данных и, таким образом, широко используется в управлении жизненным циклом здания, включая этапы проектирования и эксплуатации [3].

Кроме того, 4D-моделирование на основе BIM с подробной информацией о материалах и 5Б-моделирование с информацией о стоимости, может помочь в процессе строительства строительных объектов. Управление строительством здания также может быть оптимизировано с использованием 3Б-визуализации.

Однако, без дополнительных источников данных, BIM может предоставлять только статические данные о построенной среде и не может автоматически обновлять информацию в моделях в режиме реального времени. Информация, накопленная в процессе строительства, не используется в дальнейшем. Она остается частично у проектировщика, подрядчика и заказчика [4]. Созданная 3Dмодель объекта не обновляется на этапе строительства, произведенные изменения в проекте не объединяются.

Информации, получаемой в процессе строительства, очень много, но использовать ее в дальнейшем не представляется возможным. Она хранится в разных форматах, различных базах данных, имеет разную структуру. Технология BIM не предназначена для управления таким массивом данных [5]. Использование технологии цифрового двойника позволяет на основе

реальных данных объединить всю информацию об объекте и обеспечить обмен информацией между различными платформами.

Термин «цифровой двойник» (Digital Twin) относится к цифровому представлению физических активов, процессов и систем, а также их динамики, которое можно использовать для различных целей [6]. Цифровой двойник — это технология цифровизации, которая соединяет реальный и виртуальный миры. Он использует данные в режиме реального времени и другие источники для улучшения процесса принятия решений. Эта модель собирает данные и использует симуляции для создания модели, которая работает так же, как ее аналог из реального мира. Техника цифрового двойника заменяет все допущения при проектировании реальными данными, в результате чего создается рабочая модель объекта в реальном времени. Люди и процессы становятся важными источниками данных по мере развития цифрового двойника.

В России с 1 января 2022 года действует ГОСТ Р 57700.37-2021 «Компьютерные модели и моделирование. Цифровые двойники изделий. Общие положения», который дает определение цифрового двойника и определяет порядок разработки цифровых двойников, типовые требования к структуре и порядку их сопровождения и т.д. Данный стандарт разработан с учетом потребностей машиностроения, но может быть применен и для строительной отрасли.

BIM фокусируется на проектировании здания. Цифровой двойник — это симуляция того, как специалисты взаимодействуют со своим окружением в процессе строительства и эксплуатации здания или сооружения. Представляется неверным использовать технологию BIM как цифровое физическое пространство объекта. BIM позволяет создать качественный проект объекта, а цифровую копию реализованного физического объекта и его местоположения позволяет смоделировать цифровой двойник [7].

Создание цифрового двойника на основе данных дает заинтересованным сторонам проекта конкурентное преимущество, позволяя им принимать быстрые и обоснованные решения на основе данных в реальном времени, доступных в любое время и из любого места [8].

Хотя технологии В1М и цифрового двойника предназначены для улучшения координации участников проекта, повышения качества и производительности работ проектировщиков и подрядчиков, они различаются по ключевым параметрам (табл.1).

Таблица 1

Основные отличия технологии BIM и цифрового двойника

BIM Цифровой двойник

Использует информацию для проектирования зданий Использует информацию для управления процессами и персоналом

Исходная модель здания Приближенная к реальности цифровая копия объекта

База данных функциональных компонентов частей здания База данных действий в режиме реального времени

Не предназначен для оперативного управления строительством Так как используются данные возведения объекта в режиме реального времени, то имеется возможность оперативно управлять процессами

Возможность создания качественного и полного проекта строительства объекта, но невозможно осуществлять прогнозирование управления строительством здания. Используя реальные данные, позволяет управлять процессами и планировать дальнейшие действия в целях качественного строительства или обслуживания объекта

Визуализация проектирования Управление взаимодействием специалистов в процессе строительства

В1М является наиболее важным источником информации для любого цифрового двойника [9]. Внедрение В1М — это первый шаг к созданию цифрового двойника. Цифровой двойник — это реальная версия, которая создается как часть процесса цифровизации для создания виртуальной

модели. Затем этот искусственный цифровой двойник может развиваться в режиме реального времени с использованием данных в реальном времени [10].

Цифровой двойник объединяет данные в единой проверенной среде, к которой может получить доступ каждый участник инвестиционно-строительной деятельности [11].

К основным достоинствам внедрения цифровых двойников в инвестиционно-строительных проектах можно отнести:

- регулярный обмен реальными данными от строительной площадки к цифровому двойнику и обратно позволяет оперативно принимать решения всеми субъектами проектной деятельности;

- при сдаче объекта в эксплуатацию обеспечивается прозрачность для заказчика и данные могут быть использованы для оценки качества реализованного проекта;

- сокращение сроков строительства объектов путем своевременного реагирования на недостаточный запас материальных ресурсов на складах;

- сравнение проектных решений для каждого вида работ и конструкций с построенными позволяет сократить ошибки и уменьшить количество переделок;

- своевременное отслеживание требований по технике безопасности в режиме реального времени позволяет снизить риск несчастных случаев на строительной площадке;

- использование данных цифрового двойника после сдачи в эксплуатацию объекта позволяет своевременно проводить техническое обслуживание.

Проектировщики и строители могут использовать технологию цифровых двойников для улучшения своих производственных процессов и совместной командной работы в целях эффективного обслуживания

клиентов и разработки более качественных строительных продуктов. Строительные организации, которые начинают изучать и внедрять технологии цифровых двойников, которые еще развиваются, смогут позиционировать себя, как лидеры в данной области с получением долгосрочных конкурентных преимуществ.

Литература

1. Зеленцов Л. Б., Цапко К. А., Беликова И. Ф., Пирко Д. В. Совершенствование процесса строительства с использование BIM-технологий // Инженерный вестник Дона, 2020, № 3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N3y2020/6346.

2. Постнов, К. В. Подход к внедрению цифровых технологий в практику работы проектных организаций // Строительство и архитектура, 2021. Т. 9. -№ 4. - С. 61-65. - URL: DOI 10.29039/2308-0191-2021-9-4-61-65.

3. Ильинова, В. В., Мицевич В. Д. Международный опыт использования BIM-технологий в строительстве // Российский внешнеэкономический вестник, 2021, № 6. - С. 79-93. - URL: DOI 10.24412/2072-8042-2021-6-79-93.

4. Батова, А. В., Дубровская Т. Н., Пищугин Д. А. Внедрение цифровых технологий в строительство // Цифровая и отраслевая экономика, 2020, № 1. - С. 108-113.

5. Козлов, П. О., Рогачев Е. С., Шипелев И. Л. Цифровые двойники в строительстве на фоне развития технологий BIM // Материалы 61-й студенческой научно-технической конференции инженерно-строительного института ТОГУ: Материалы конференции, Хабаровск, 19-23 апреля 2021 года. - Хабаровск: Тихоокеанский государственный университет, 2021. - С. 275-279с.

6. Soderberg R., Wârmefjord K., Carlson J. S., Lindkvist L. Toward a Digital Twin for real-time geometry assurance in individualized production/ CIRP Annals URL: doi.org/10.1016/j.cirp.2017.04.038.

7. Иванова И. Б., Васильева А. Ю. «Цифровой двойник» здания: отличие от BIM-технологий, источники эффективности применения в жилищно-коммунальном хозяйстве // Социально-экономическое управление: теория и практика. 2021. № 2 (45). С. 43-49. URL: DOI: 10.22213/2618-9763-2021-1-4349

8. Череповская, Ю. А. Цифровые двойники для управления рисками цепей поставок в условиях пандемии COVID-19 // Инженерный вестник Дона, 2021, № 7. - URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n7y2021/7116.

9. Salem T., Dragomir M. Options for and Challenges of Employing Digital Twins in Construction Management. Applied Sciences. 2022, 12, 2928. URL: doi.org/10.3390/app12062928

10. Sacks R., Brilakis I., Pikas E., Xie H. S., Girolami M. Construction with digital twin information systems Data-Centric Engineering, 2020, URL: doi:10.1017/dce.2020.16

11. Кузнецова, С. В. Преимущества применения технологии "цифровых двойников" в зарубежном и отечественном производстве // Сборник научных трудов вузов России "Проблемы экономики, финансов и управления производством". - 2019. - № 45. - С. 49-57.

References

1. Zelencov L. B., Capko K. A., Belikova I. F., Pirko D. V. Inzhenernyj vestnik Dona, 2020, № 3.URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N3y2020/6346.

2. Postnov, K. V. Stroitel'stvo i arhitektura, 2021. T. 9. № 4. pp. 61-65. URL: DOI 10.29039/2308-0191-2021-9-4-61-65.

3. Il'inova, V. V., Micevich V. D. Rossijskij vneshnejekonomicheskij vestnik, 2021, № 6. pp. 79-93. URL: DOI 10.24412/2072-8042-2021-6-79-93.

4. Batova, A. V., Dubrovskaja T. N., Pishhugin D. A. Cifrovaja i otraslevaja jekonomika, 2020, № 1. pp. 108-113.

5. Kozlov, P. O., Rogachev E. S., Shipelev I. L. Materialy 61 -j studencheskoj nauchno-tehnicheskoj konferencii inzhenerno-stroitel'nogo instituta TOGU, 2021, Habarovsk: Tihookeanskij gosudarstvennyj universitet, 2021. pp. 275-279.

6. Söderberg R., Wärmefjord K., Carlson J. S., Lindkvist L. CIRP Annals URL: doi.org/10.1016/j.cirp.2017.04.038

7. Ivanova I. B., Vasil'eva A. Ju. Social'no-jekonomicheskoe upravlenie: teorija i praktika. 2021. № 2 (45). p. 43-49. URL: DOI: 10.22213/2618-97632021-1-43-49

8. Cherepovskaja, Ju. A. Inzhenernyj vestnik Dona, 2021, № 7. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n7y2021/7116.

9. Salem T., Dragomir M. Applied Sciences. 2022, 12, 2928. URL: doi.org/10.3390/app12062928

10. Sacks R., Brilakis I., Pikas E., Xie H. S., Girolami M. Data-Centric Engineering, 2020. URL: doi:10.1017/dce.2020.16

11. Kuznecova, S. V. Sbornik nauchnyh trudov vuzov Rossii "Problemy jekonomiki, finansov i upravlenija proizvodstvom", 2019, № 45. pp. 49-57.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.