CC BY
1
УДК 69.003.13; 006.057.2
DOI: 10.24412/2071-6168-2024-3-59-60
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЦИФРОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАДАЧ
СТРОИТЕЛЬНОЙ ОТРАСЛИ
С.В. Снимщиков, И.П. Саврасов, Е.В. Сумароков, М.А. Полякова
Технологическая независимость Российской Федерации может быть достигнута только при внедрении цифровизации в различные отрасли народного хозяйства, в частности в строительную отрасль. Для этого необходимо ускоренное развитие цифровых технологий в направлениях по практическому применению машиночитаемых стандартов, использованию автоматизации и роботизации процессов при изысканиях для определения фактического технического состояния конструкций зданий, а также применению количественного подхода по определению и использованию фактических характеристик качества строительных материалов и изделий с помощью разработанных программных комплексов.
Ключевые слова: цифровизация, машиночитаемый стандарт, качество, дефектоскопия, количественная оценка, конструкция, строительный материал.
Одним из ключевых вопросов экономики Российской Федерации является обеспечение ее технологического суверенитета. Технологическая независимость может быть достигнута только при развитии цифровизации процессов отраслей народного хозяйства. Важной отраслью для экономики РФ является строительство, в которой по ряду причин применение цифровые технологий в настоящее время достаточно ограничено [1].
Настоящая статья посвящена обзору практик цифровизации в ряде процессов строительной отрасли, а именно, рассмотрению возможности использования машиночитаемых стандартов, определение фактического технического состояния конструкций зданий с использованием современных средств машинного зрения, а также проведение количественной оценки качества строительных материалов с применением существующих компьютерных программ.
Значительное количество научных и исследовательских работ (статей, отчетов НИОКР и др.) описывают положительную составляющую применения «умных» стандартов [2-4]. Машиночитаемые документы должны на практике увеличить надежность конструкций, эффективность процессов проектирования, строительства, эксплуатации и утилизации зданий и сооружений, качество строительных материалов и изделий. На сегодняшний день большинство работ в строительной отрасли выполнятся, как и несколько десятилетий назад, с минимальными корректировками. Реализация машиночитаемых стандартов в практике строительства должна коренным образом изменить сложившуюся ситуацию.
Можно выделить следующие уровни развития стандартов по степени машиноориентированности без рассмотрения нормативов на бумажном носителе:
1 уровень — стандарт, воспринимаемый машиной в классическом цифровом формате, при котором возможны чтение и поиск оператором с экрана компьютера (PDF-формат);
2 уровень - документ в цифровом, машиночитаемом формате, структура и содержание которого могут быть обработаны программным обеспечением (например, стандарты в формате XML);
3 уровень — это стандарты с машинопонимаемым содержанием, то есть таким, при котором информационная система может самостоятельно воспринимать содержание одного или нескольких документов по стандартизации (стандарты в виде базы данных или программного кода);
4 уровень — принципиально новый. При взаимодействии с такими стандартами машина не только понимает содержание, но и может самостоятельно применять и трактовать их без участия человека-оператора. Эти стандарты по своей сути являются информационными моделями, способными строить самостоятельные взаимосвязи между элементами [5].
На момент подготовки статьи выявлено, что самым высоким реализованным уровнем развития для большинства стандартов является документ в цифровом машиночитаемом формате XML, то есть уровень 2 [6]. В настоящей работе рассмотрен уровень 3 развития стандартов (стандарт в виде программного кода) на примере актуализированной редакции ГОСТ 8478-81. Сетки сварные для железобетонных конструкций. Технические условия [7]. Стандарт содержит требования к эксплуатационным характеристикам изделий из арматурного проката, которые могут быть учтены при проектировании железобетонных конструкций, а также при производстве самих сеток с помощью специализированного оборудования.
На этапе проектирования железобетонных зданий и сооружений определение параметров армирования конструкций выполняется инженером-проектировщиком в основном методом конечных элементов с использованием программных продуктов SCAD, ANSYS, ATENA, ЛИРА и др., большинство из которых являются зарубежными разработками. В процессе проектирования создаются рабочие схемы зданий, задаются нагрузки на их элементы, назначаются классы по прочности бетона, армирования и прочие характеристики. Одним из результатов работ является мозаика площади арматуры на 1пм (см2/пм). В дальнейшем результаты работ учитываются при разработке рабочей документации. После утверждения проекта на строительной площадке выполняется заказ арматурного проката согласно спецификациям проекта.
Цифровизация в процессах строительства уже сейчас позволяет применить машиночитаемый стандарт: по результатам расчета армирования возможно автоматически определить параметры и количество сварных сеток заводского изготовления согласно действующей нормативной документации, а также сформировать файл для отправки на производство с последующим изготовлением металлических изделий с оптимальными характеристиками без возможных финансовых потерь с экономией времени на выполнение итераций процесса.
Как было отмечено ранее, в настоящее время при проектировании используются зарубежные программные комплексы. Разработка и актуализация отечественных программ позволяет уже на этапе расчета конструкций применять машиночитаемые стандарты, а именно, использовать расчетные и нормативные характеристики проката арматурного и изделий из него не в самой программе, а с помощью обращений комплекса к цифровой базе знаний
59
машиночитаемых норм с применением актуальных значений. Кроме того, существует возможность формирования файла необходимого формата для завода-изготовителя металлических изделий, который может войти в пакет проектной документации для получения цифровой информационной модели (ЦИМ/В1М) зданий (сооружений). Реализация описанного выше позволяет обеспечить уровень 3 развития стандартов в строительстве.
В настоящее время для оценки качества эксплуатируемых конструкций зданий и сооружений специалист в области осуществления надзора выполняет фотофиксацию с последующим описанием полученного изображения, т.е. фактически ручным вводом данных, и подготовкой дефектной ведомости. Цифровизацию данного процесса может обеспечить технология по использования компьютерного зрения и использования искусственного интеллекта (рис. 1).
Рис. 1. Пример применения специализированного оборудования при обследовании конструкций: а - определение ширины раскрытия трещин; б - определение габаритов поверхностного дефекта бетонной конструкции (откол бетона); в - определение характеристик системы армирования
Компьютерное зрение позволяет обнаружить, классифицировать и определить характеристики дефектов в строительных материалах и конструкциях, такие как трещины, изломы, деформации и другие несоответствия требованиям к качеству изделий. Для этого необходимо использовать камеры и специальное программное обеспечение, которые выполняют анализ изображения с определением наличия и характеристик дефектов. В некоторых случаях также может быть использовано машинное обучение, чтобы улучшить точность анализа изображений и уменьшить количество ложных срабатываний.
Кроме того, компьютерное зрение может быть использовано для автоматического контроля качества материалов и изделий на производстве, например, для проверки качества поверхности бетонных блоков или стеновых панелей [8]. Техническая оснащенность для реализации компьютерного зрения предполагает соответствующие затраты, которые снижаются с появлением нового оборудования и программного обеспечения, а также увеличение конкуренции производителей. Окупаемость затрат реализуется за счет большего объема и скорости выполненных работ, сокращения ручного труда, управления информацией на стройплощадке, а также дальнейшего использования зданий (сооружений).
Отдельным для рассмотрения вопросом является определение и использование фактических характеристик качества строительных материалов и изделий [9-13]. В настоящее время, в основном, результатом оценки качества и соответствия строительных материалов требованиям нормативной и технической документации является получение сертификата о качестве в рамках сертификации продукции. Описанный выше процесс является качественным исследованием (ответ на вопрос: хорошо/плохо), то есть подтверждаются характеристики продукции по ограниченному количеству испытаний, чаще всего, в рамках приемочного контроля. Значительное количество органов по сертификации и условия проведения работ дают возможность получить сертификат соответствия практически всем производителям строительных материалов. Сертификат соответствия не отражает характеристик количественного исследования, т.е. нет ответа вопрос: на сколько хорошо/плохо. Таким образом, производители, которые имеют современное оборудование, высококвалифицированных специалистов, используют передовые технологии изготовления, требующие финансирования и времени для реализации, имеют равные условия с компаниями, которые не прошли вышеуказанные этапы развития. Для объективной оценки продукции необходимо выполнение количественных исследований, что впервые для широкого круга производителей позволяет программный комплекс «StatBIM» (рис. 2). Данный электронный ресурс предназначен для выявления конкурентных преимуществ и при необходимости проведения производственных мероприятий в целях обеспечения стабильности эксплуатационных характеристик строительных материалов.
С помощью программного обеспечения <^МВ1М» имеется реальная возможность наглядно оценить статистические характеристики эксплуатационных свойств продукции, в первую очередь изменчивость ее свойств, описание закона распределения и величину обеспеченности.
В нормативных документах как Российской Федерации, так и зарубежных стран на строительную продукцию при статистической обработке результатов испытаний предполагается распределение значений только по нормальному закону с обеспеченностью от 0,90 до 0,95 [14, 15]. Несоблюдение данного правила не допустимо. Иной закон распределения данных по результатам испытаний свидетельствует о проблемах производства, которые возможно устранить с помощью рекомендаций от соответствующих специалистов области. При нормальном распределении значений по результатам испытаний строительной продукции и обеспеченности более 0,95 по механическим характеристикам существует возможность учета иных расчетных значений характеристик при проектировании строительных конструкций (рис. 3).
O Й ДА
5Га1В1М - ЦИФРОВАЯ ПЛАТФОРМА ДЛЯ МОНЕТИЗИ РОВАН ИЯ КАЧЕСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ
УСИЛЕНИЕ КОНКУРЕНТНЫХ ПРЕИМУЩЕСТВ ВАШИХ МАТЕРИАЛОВ
Производство
о
о о
StatBIM
о о
Обработка
О
Качественные материалы
Рис. 2. Программный комплекс «StatBIM»
Предел текучести, Н/м' ©
Временное сопротивление, Н/ммг*и
Относительное равномерное удлинение, % в
0.065 0.07 0.075 04» 0.0S5 0.09 0.095
m форнз ~0р»лв"0'0 р*с"рчделвичп
Форма отикал^чх-о (мспр«авлв"и
Рис. 3. Результаты обработки данных е программном комплексе «Н1Ш1НМ»
Программа «StatBIM» реализует следующие функции: авторизация и регистрация пользователей, скачивание и загрузка заполненных шаблонов с данными большого объема результатов испытаний (более 1000 шт.), построение графиков распределений значений, наглядная оценка фактических распределений значений, вычисление обеспеченностей значений по каждой эксплуатационной характеристики материалов, возможность запросить консультации и разработки рекомендаций по устранению внедрению в производства технологических процессов для устранения несоответствий по распределениям значений эксплуатационных характеристик, подтверждение данных и получение сертификата с фактическими данными по стабильности и качеству продукции, QR кодами для перехода к реестру заказчиков, прошедших процесс по оценке статистических характеристик.
Выводы. По результатам проведенной работы следует отметить следующее:
- определена необходимость ускоренного внедрения цифровых технологий в строительной отрасли;
- приведены данные по практическому использованию машиночитаемых стандартов уровня 3;
- представлены примеры использования компьютерного зрения и искусственного интеллекта при изысканиях для определения фактического технического состояния конструкций зданий;
- описан количественный подход по определению и использованию фактических характеристик качества строительных материалов и изделий с помощью существующего программного комплекса «StatBIM».
Список литературы
1. Провоторов И.А., Вторников А.В. Актуальные направления цифровизации строительной отрасли // Цифровая и отраслевая экономика. 2020. № 2 (19). С. 126-129.
2. Литвиненко Н.Ю., Исаенко А.П. Машиночитаемый документ как новый этап в развитии стандартизации // Современные тенденции и перспективы развития социально-экономических систем в условиях трансформации мировой экономики: материалы Международной научно-практической конференции. Москва, 2023. С. 244-247.
3. Матушкина И.Ю., Михалёва Е.А. Умный стандарт как инструмент цифровой трансформации // Техническое регулирование в едином экономическом пространстве: Сборник статей IX Всероссийской научно-практической конференции с международным участием / Под науч. ред. Б.Н. Гузанова. Екатеринбург, 2022. С. 44-48.
4. Краковская И.Н. Развитие бизнес-моделей промышленного сектора в условиях вызовов цифровой трансформации: Отчет о НИР № 22-28-00489. Российский научный фонд, 2022.
5. Макаров В.В., Волчик О.В. Особенности разработки и применения смарт-стандартов как основы реализации концепции «Качество 4.0» // Журнал правовых и экономических исследований. 2023. № 3. С. 285-289.
6. Онлайн-конференция «Машиночитаемые стандарты: перспективы применения в промышленности» // Комитет РСПП, Консорциум «Кодекс», Минпромторг, Росстандарт, ФГУП «Стандартинформ», Фонд «Сколково», представители промышленных компаний и научного сообщества. 25 февраля 2021 г.
7. ГОСТ 8478-81. Сетки сварные для железобетонных конструкций. Технические условия. М.: Изд-во стандартов, 1983.
8. Machine vision-based concrete surface quality assessment // Journal of Construction Engineering and Management. February 2010. V. 136(2). D0I:10.1061/(ASCE)C0.1943-7862.0000126.
9. Абдуллаев У.Д., Абдыганы уулу Н., Мамытбек уулу Б. Результаты натурных испытаний на статические воздействия сборных крупноразмерных панелей // Бюллетень науки и практики. 2022. Т. 8. № 3. С. 480-485.
10. Барабанщиков Ю.Г., Беляева С.В., Усанова К.Ю. Материаловедение и технология конструкционных материалов. Оценка качества строительных материалов. Санкт-Петербург: Издательство СПбГПУ, 2020. 150 с.
11. Микульский В.Г. Строительные материалы (Материаловедение. Строительные материалы). Москва: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2004. 536 с.
12. Наркевич М. Ю., Корниенко В. Д., Логунова О. С., Полякова М.А., Извеков Ю.А. Анализ эффективности существующей системы оценки качества материалов, изделий и конструкций на опасных производственных объектах // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2021. Т. 19. № 2. С. 103-111.
13. Наркевич М.Ю., Логунова О.С., Корниенко В.Д., Николаев А.А., Тюлюмов А.Н., Злыдарев Н.В., Дерябин Д.И. Качество материалов, изделий и конструкций в промышленной безопасности: эмпирическая основа // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2021. Т. 19. № 3. С. 90-101.
12. Гончаров А.А., Копылов В.Д.. Метрология, стандартизация и сертификация в строительстве. Москва: КноРус, 2018. .232 с.
14. СП 63.13330.2018. Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения. СНиП 52-01-2003 (с Изменением № 1).
15. ГОСТ 34028-2016. Прокат арматурный для железобетонных конструкций. Технические условия. М.: Стандартинформ, 2019.
Снимщиков Сергей Валентинович, канд. техн. наук, проректор по экономике и дополнительному профессиональному образованию, [email protected]. Россия, Москва, Московский государственный технический университет гражданской авиации,
Саврасов Иван Петрович, канд. техн. наук, помощник проректора, [email protected], Россия, Москва, Московский государственный технический университет гражданской авиации,
Сумароков Евгений Владимирович, начальник отдела цифровых технологий, [email protected]. Россия, Москва, НИИЖБ им. А.А. Гвоздева, АО «НИЦ «Строительство»,
Полякова Марина Андреевна, д-р техн. наук, профессор, m. polyakova@magtu. ru, Россия, Магнитогорск, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова
APPLICATION OF DIGITALIZA TION TO SOLVE PRACTICAL TASKS IN BUILDING INDUSTRY S. V. Snimshchikov, I.P. Savrasov, E. V. Sumarokov, M.A. Polyakova
Technological independence of the Russian Federation can be achieved only with the development of digitaliza-tion of national economy processes, in particular, the construction industry. For this purpose it is necessary to accelerate the introduction of digital technologies in the areas ofpractical use of machine-readable standards of the third level of development and above, the use of computer vision and AI in surveys to determine the actual technical condition of building structures, the use of quantitative approach to determine and use the actual quality characteristics of building materials and products with the help of developed software systems.
Key words: digitalization, machine-readable standard, quality, defectoscopy, quantitative assessment, design, construction material.
Snimshchikov Sergey Valentinovich, candidate of technical sciences, vice-rector for economics and additional professional education, [email protected], Russia, Moscow, Moscow State Technical University of Civil Aviation,
Savrasov Ivan Petrovich, candidate of technical sciences, assistant to the vice-rector, [email protected], Russia, Moscow, Moscow State Technical University of Civil Aviation,
Sumarokov Evgeniy Vladimirovich, head of digital technologies department, evgeni. sumarokov@yandex. ru, Russia, Moscow, A.A. Gvozdev NIIZhB, JSC «SIC «Stroitelstroy»,
Polyakova Marina Andreevna, doctor of technical sciences, professor, m. polyakova@magtu. ru, Russia, Magnitogorsk, Nosov Magnitogorsk State Technical University
