CC BY
224
M Инженерный вестник Дона, №2 (2021) ivdon.ru/ru/magazine/arcliive/n2y2021/6805
Осуществление строительного контроля с применением технологий информационного моделирования зданий и виртуальной реальности
З.Р. Тускаева, З.В. Албегов Северо - Кавказский горно-металлургический институт (ГТУ), Владикавказ
Аннотация: На фоне взрывного развития современных технологий и методов строительства, применения инновационных конструктивных материалов, растущего объема информации о строительном производстве, сложности и уникальности проектов, и учитывая низкую тенденцию переквалификации кадров и недостаточные компетенции привлеченной для производства работ рабочей силы, остро стоит вопрос качества выполнения строительно-монтажных работа (СМР). Применяемые методы организации строительного контроля по существующим и мало измененным методикам 80-90-х годов XX века не обеспечивают необходимый уровень контроля СМР. Учитывая актуальность данной проблемы, встает вопрос необходимости обеспечения проведения качественного и эффективного строительного контроля для исключения фактов нарушения технологии производства работ, предотвращения снижения эксплуатационных характеристик здания, минимизации затрат на устранение ошибок и т.д. С помощью применения сравнительных, статистических методов исследования, анализа и моделирования механизмов, применяемых инженерами строительного контроля российских и зарубежных строительных организаций, была обоснована необходимость внедрения и предложен метод строительного контроля, основанный на современных достижениях в технике и технологии, в частности, применение во взаимосвязи технологий информационного моделирования зданий (Building Information Modeling, BIM) и виртуальной реальности (Virtual Reality, VR), позволяющее повысить эффективность строительного производства и контроля, сократить время на принятие управленческого решения, нивелировать отклонения от проекта, которые в конечном итоге оказывают влияние на срок реализации, стоимость и качество проекта.
Ключевые слова: строительный контроль, технологии информационного моделирования зданий (Building Information Modeling, BIM), виртуальная реальность (Virtual reality, VR), жизненный цикл строительного проекта, 3D-модель.
Введение
Одним из основных и наиболее трудоемких и капиталоемких этапов реализации строительного проекта является этап выполнения строительно-монтажных работ. Ключевым критерием успешной реализации строительного проекта является контроль: внутренний, проводимый службой входного контроля, инженерами подрядной организации, заказчиками и т.д.; и внешний, проводимый надзорными органами.
Градостроительный кодекс Российской Федерации (п.1 ст. 53 ФЗ №190 от 29.12.2004 г. ред. от 31.07.2020) устанавливает назначение строительного контроля:
- Строительный контроль проводится в процессе строительства, реконструкции, капитального ремонта объектов капитального строительства в целях проверки соответствия выполняемых работ проектной документации (в том числе решениям и мероприятиям, направленным на обеспечение соблюдения требований энергетической эффективности и требований оснащенности объекта капитального строительства приборами учета используемых энергетических ресурсов), требованиям технических регламентов, результатам инженерных изысканий, требованиям к строительству, реконструкции объекта капитального строительства, установленным на дату выдачи представленного для получения разрешения на строительство градостроительного плана земельного участка, а также разрешенному использованию земельного участка и ограничениям, установленным в соответствии с земельным и иным законодательством РФ.
Существующие методы контроля морально устарели и не справляются с возложенной на них задачей по своевременному, оперативному и эффективному выявлению отклонений от проекта в виду сложности и широкого спектра функций строительного производства. Результатом таких методов контроля является фиксация ошибок по факту выявления, несоответствие, а порой и неактуальность отчетов о выполненной работе действительности, что впоследствии приводит к их устранению при удорожании проекта, затягивании сроков реализации, снижению скорости выполнения СМР и т.д. [1].
Возникает необходимость в создании такой системы (метода) строительного контроля, при которой своевременно происходит предупреждение, выявление, устранение причин, отклонений, которые могут
привести к браку в строительном производстве, при которой, в том числе, сокращается время и повышается эффективность производства контроля и, как следствие, сокращается срок и стоимость реализации строительного проекта.
Подобные методы, способные решить обозначенные проблемы, представлены на рынке в большом многообразии. При этом стоит подчеркнуть, что практически все системы направлены на решение локальных задач, комплексные системы либо отсутствуют, либо сложны, имеют высокую стоимость и сложно интегрируются с необходимыми интерфейсами.
В связи с актуальностью обозначенной проблемы, предпринята попытка создания метода строительного контроля с применением технологий информационного моделирования зданий (Building Information Modeling, BIM) и виртуальной реальности (Virtual Reality, VR).
Важно отметить, что в нашей стране BIM становится стратегически важным направлением в развитии строительной отрасли, это подтверждается на государственном уровне. Согласно поручению президента Российской Федерации от 19.07.18 Пр-1235, в срок до 1 июля 2019 года все компании, связанные со строительной областью, должны перейти на технологии информационного моделирования [2].
Все аббревиатуры, сокращения и условные величины расшифровываются в тексте. Например: Южный федеральный университет (далее ЮФУ). Названия иностранных фирм и организаций даются в оригинальном написании с указанием страны. Например: Nanotech Industries, INC (USA, California).
Материалы и методы
Эффективным инструментом, позволяющим решить поставленную задачу, является применение BIM в совокупности с возможностями VR [3].
Информационное моделирование зданий (BIM) — это процесс, который начинается с создания интеллектуальной SD-модели и обеспечивает возможности управления документами, координации и моделирования на протяжении всего жизненного цикла (ЖЦ) проекта (планирование, проектирование, строительство, эксплуатация и обслуживание) [4, 5]. Проще говоря, это удобная автоматизированная рабочая среда, ориентированная на взаимодействие всех участников процесса, позволяющая эффективно координировать проект, выстраивать рабочие процессы, проектировать, визуализировать и моделировать все процессы строительства, сократить риски и временные потери.
Технология BIM позволяет использовать данные на всем протяжении
Строительство
((Building)
'Jipoe\mupoeanue
(design)
Рис. 1. - Жизненный цикл проекта строительства (ЖЦ) [6] Преимущества технологии BIM перед традиционными методами проектирования и строительства:
- Наглядность при помощи SD-визуализации;
- Повышение качества и сокращение сроков проектирования;
- Увеличение производительности;
- Возможности совместной работы в системе в режиме реального времени;
- Использование созданных проектов в производстве;
- Возможность анализа с помощью лазерного сканирования (визуализация объектов, инженерные расчеты, отслеживания хода проекта, анализ безопасности и т.д.);
- Осуществление автоматизации работы строительной техники на площадке;
- Реализация процессов проектирования и контроля на единой платформе;
- Оптимизация процессов составления, обработки и выдачи большого объема и разнообразия документации;
- Возможность управления ресурсами и данными путем моделирования в BIM системе различных вариантов строительного проекта.
Традиционные методы проектирования предполагают работу с двухмерными данными (чертежи, планы, конструктивные решения, техническая и экономическая документация и т.д.). Информационное моделирование зданий подразумевает возможность создания одного или нескольких альтернативных вариантов цифровых 3-D моделей проекта, основанных на результатах обработки архитектурно-планировочных, конструктивных, экономических, технологических, эксплуатационных характеристик объекта. Подобная модель обладает как реальными физическими свойствами, так и временными и стоимостными показателями. Модель позволяет просчитать характеристики и параметры строительных процессов на стадии проектирования [7].
Работа с BIM происходит на всех этапах ЖЦ проекта:
1. Разработка 3D-модели строительного проекта с автоматической загрузкой необходимых разделов.
2. Интеграция в систему, рассчитывающую необходимые элементы проекта. При этом BIM на данном этапе способна сформировать рабочие чертежи, спецификации, рассчитать сметную стоимость и т.д.
3. Как и в традиционных методах проектирования, необходимо разработать проект организации строительства (ПОС) и проект производства работ (ППР), составить календарный график выполнения работ, график поставки материалов и комплектующих.
4. На стадии эксплуатации BIM модель также может быть использована для контроля.
Использование BIM существенно повышает эффективность проектирования и строительства, предоставляя более совершенный инструментарий для проведения строительного контроля.
Для решения задачи создания эффективной системы контроля строительного производства предлагается использование технологии VR в едином информационном пространстве с BIM.
В данном контексте VR рассматривается как созданный с помощью технического и программного обеспечения виртуальный проект, передающийся через зрение. Критерии, с помощью которых должен создаваться VR следующие [8]:
- аппаратное обеспечение, необходимое для работы в BIM системе;
- детализация, необходимая для изучения окружающего пространства;
- интерактивность.
Рис. 2. - Очки виртуальной реальности, интегрированные с BIM [9]
Описываемая система, интегрирующая BIM и VR, удобна работой с цифровыми данными об объекте, автоматическим составлением отчетов и выгрузкой информации, и может быть использована для осуществления строительного контроля, минимизации трудозатраты и, в отличие от традиционного контроля, проводимого с целью фиксации ошибок, позволяет упреждать и нивелировать ошибки [10].
Метод строительного контроля, предлагаемый в данном исследовании, заключается в том, что контроль осуществляется в системе с использованием технологии VR в едином информационном пространстве с BIM следующим образом. При исполнении контрольных функций на строительной площадке, инженер строительного контроля, оснащенный специальной гарнитурой -VR-очками, осуществляет обход строительной площадки, анализируя все интересующие части проекта. Гарнитура оснащена навигационной системой (возможна также комплектование двумя камерами, датчиками ускорения, гироскопами, излучателями, пространственными сенсорами и т.д.) [11]. GPS-приемник, компас, иные геолокационные приспособления, алгоритмы оптического распознавания позволяет четко устанавливать объекты, находящиеся в поле зрения инженера строительного контроля и непосредственном ракурсе камеры VR-очков. Проектные данные в режиме реального времени накладываются системой на изображение, полученное с
помощью VR [12]. В основном оцениваются метрические размеры, качество и состояние поверхностей, форма и др. VR позволяет проверить эргономику, узнать дополнительные характеристики каждой детали на объекте, провести замеры и т.д. Полученные с помощью гарнитуры данные в режиме реального времени сравнивается с данными BIM [13]. При несоответствии проектным данным элемент окрашивается в определенный цвет, выводится на экран (линзы) гарнитуры, нарушения автоматически регистрируются, формируются предписания (с фотографическими данными) в реальном времени с привязкой к элементам BIM-модели объекта. У инженера строительного контроля отпадает необходимость терять время на сортировку фотографий и составление отчета по результатам контроля.
BIM-модель содержит реестр предписаний, где хранятся все нарушения в электронном виде, контрольные карты проверок с описанием типовых дефектов по ГОСТам для упрощения регистрации отклонений при производстве строительного контроля. Задачи по устранению выявленных отклонений от проекта также привязываются к конкретному месту на электронной модели. Существует возможность фильтрации задач и замечаний.
В BIM системах также реализована функция «Заметки» - можно писать комментарии прямо на элементах макета.
Рис. 3. - Механизм функционирования системы
Результаты исследования
В рамках поставленной задачи был предложен эффективный метод строительного контроля с применением технологий BIM и VR.
Электронная SD-модель проекта представляет собой автоматизированную многопользовательскую рабочую среду, позволяющую координировать проект на всех стадиях ЖЦ, включающую в себя параметры и характеристики строящегося объекта, временные и стоимостные характеристики, необходимые ресурсы, ответственных исполнителей, взаимосвязи и взаимозависимости всех элементов проекта.
BIM-проектирование, предоставляющее SD-модель, является более качественным и наполненным информацией по сравнению традиционными методами проектирования [14]. А технология VR позволяет осуществить функции строительного контроля более эффективно и качественно в сжатые сроки, автоматизируя при этом не только процесс обнаружения отклонений
фактического состояния на строительной площадке от проекта, но и процесс создания отчетной документации.
Технологии, основанные на BIM, ввиду описанных в исследовании преимуществ, будут все чаще использоваться в строительной отрасли в ближайшем будущем.
К преимуществам применения BIM технологий также можно отнести: реализацию проектных решений в рамках календарного планирования, отсутствие простоев, возможность оперативного составления и корректировки смет и форм, обнаружение ошибок и дефектов на ранних этапах, а также причин, их вызвавших (начиная с инженерно-геологических изысканий и проектирования), упрощение процесса изучения документации и т.д. С этой точки зрения применение данной технологии имеет колоссальное преимущество перед традиционным подходом [10].
Учитывая вышеизложенное, можно сделать вывод о том, что метод, основанный на применении во взаимосвязи технологий информационного моделирования зданий и виртуальной реальности, является эффективным, современным и полностью соответствует требованиям строительной отрасли. Эксперты сходятся во мнении, что будущее строительной отрасли лежит за технологиями VR и BIM, которые представляют возможность точно, оперативно и в сжатые сроки принимать сложные управленческие решения, касающиеся строительного производства и, в частности, строительного контроля [15].
Выводы
Использование предложенного в статье метода строительного контроля на основе BIM и VR позволит повысить эффективность строительного производства и контроля. При этом время на анализ и принятие управленческого решения значительно сократится по сравнению с
используемыми на сегодняшний день методами проектирования, строительного производства и контроля.
Эксперты строительной отрасли сходятся на мнении, что менее 5% строительных компаний используют современные ИТ-технологии для автоматизации своих рабочих процессов. Компании, которые начнут внедрять инновационные методы управления, получат большое конкурентное преимущество, заключающееся в упреждении ошибок на строительной площадке, улучшении качества выполнения работ, сокращении сроков строительства (на 10-20%) и, ключевое преимущество - снижение расходов на строительство (до 10%) [16].
Благодарности: авторы выражают благодарность рецензентам.
Литература
1. Тускаева З.Р., Албегов З.В. Построение системы мониторинга (операционного контроля) качества строительной продукции // Системотехника строительства. Киберфизические строительные системы. Сборник научных трудов. 2018. С. 239.
2. Челышков П.Д., Бражников П.А. Решение расчетных электротехнических задач при проектировании систем электроснабжения в Revit // Системотехника строительства. Киберфизические строительные системы. Сборник научных трудов. 2018. С. 16.
3. Каденцева А.А., Кондратьев В.Ю., Попок Л.Е., Филоненко М.В. Обзор современных технологий распознавания образов и возможность их применения при создании информационных продуктов // Экономика устойчивого развития. Журнал. 2018. С. 301-306.
4. Бубнов Ю. Информационное моделирование зданий // Здания высоких технологий. Журнал. 2013. С. 81-85.
5. Митин М.М. Взгляд в будущее - Дроны в строительстве // Совзонд. Интернет новости, 2018. URL: sovzond.ru/press-center/news/corporate/4467/.
6. Коротков Д.Ю., Чулков В.О. Жизненный цикл строительного объекта // Мир науки. Научный исследовательский журнал. 2013. №1. С. 4.
7. Софонов М. BIM технологии в строительстве: что это такое и зачем они нужны // DMSTR, 2016. URL: dmstr.ru/articles/bim/.
8. Woodford C. Virtual reality // URL: explainthatstuff.com/virtualreality.html
9. Разработка AR приложений. AR /VR решения // URL: ar-vr.parkplay.ru/ar-vr/razrabotka-ar-prilozhenij/.
10. Волков А.А., Тускаева З.Р., Албегов З.В. Создание эффективного метода строительного контроля на основе аппаратно-цифровой платформы // Системотехника строительства. Киберфизические строительные системы. Сборник научных трудов. 2019. С. 100-103.
11. Fairhurst P., Glueckert U., Richter Leica B. Geosystems AG // Heerbrugg. 2011. pp. 2-4.
12. Кравцов А.А. Использование технологии дополненной реальности для визуализации виртуального объекта в реальном интерьере // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2012. С. 3-5.
13. Hearn D., Baker M. P. Computer Graphics with OpenGL 3/E // 2005. URL: ru.scribd.com/document/421182692/Donald-D-Hearn-M-Pauline-Baker-Computer-Graphics-with-0penGL-3rd-Edition-2003-Prentice-Hall-pdf /.
14. Lindab M. L. The next steps for BIM in the European building industry // 2017. URL: magicad.com/en/blog/2017/11/lindab-next-steps-bim-european-building-industry/.
15. Маливанов С.Ю. Виртуальная реальность в реальном строительстве // Инновации в строительстве, 2016. URL: ardexpert.ru/article/7963.
М Инженерный вестник Дона, №2 (2021) ivdon.ru/ru/magazine/arcliive/n2y2021/6805
16. Тумакова А. Как интеграторы развивают BIM: состояние рынка, опыт отечественных компаний, комментарии // 2019. URL: ict-online.ru/analytics/a171282/
References
1. Tuskaeva Z.R., Albegov Z.V. Sistemotexnika stroitel'stva. Kiberfizicheskie stroiteFny'e sistemy\ Sbornik nauchnyx trudov. 2018. p. 239.
2. Chelyshkov P.D., Brazhnikov P.A. Sistemotexnika stroitelstva. Kiberfizicheskie stroiteFny'e sistemy\ Sbornik nauchnyx trudov. 2018. p. 16.
3. Kadentseva A.A., Kadenceva A.A., Kondrafev V.Yu, Popok L.E., Filonenko M.V. Ekonomika ustojchivogo razvitiya. 2018. pp. 301-306.
4. Bubnov Yu. Zdaniya vy'sokix texnologij. 2013. pp. 81-85.
5. Mitin M.M. Sovzond. Internet novosti. 2018. URL: sovzond.ru/press-center/news/corporate/4467/.
6. Korotkov D.Yu., Chulkov V.O. Nauchny'j issledovatel'skij zhurnal Mir nauki. 2013. №1. p. 4.
7. Sofonov M. DMSTR. 2016. URL: dmstr.ru/articles/bim/.
8. Woodford C. Virtual reality. 2020. URL: explainthatstuff.com/virtualreality.html.
9. Razrabotka AR prilozhenij. AR /VR resheniya [Development of AR applications. AR/VR solutions]. URL: ar-vr.parkplay.ru/ar-vr/razrabotka-ar-prilozhenij.
10. Volkov A.A., Tuskaeva Z.R., Albegov Z.V. Sistemotexnika stroiteFstva. Kiberfizicheskie stroiteFny'e sistemy\ Sbornik nauchnyx trudov. 2019. pp. 100-103.
11. Fairhurst P., Glueckert U., Richter Leica B. Heerbrugg. 2011. pp. 2-4.
12. Kravczov A.A. Politematicheskij setevoj e'lektronny'j nauchnyj zhurnal Kubanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2012. pp. 3-5.
13. Hearn D., Baker M.P. Computer Graphics with OpenGL 3 / E. 2005. URL: ru.scribd.com/document/421182692/Donald-D-Hearn-M-Pauline-Baker-Computer-Graphics-with-OpenGL-3rd-Edition-2003-Prentice-Hall-pdf /.
14. Lindab M. L. The next steps for BIM in the European building industry. 2017. URL: magicad.com/en/blog/2017/11/lindab-next-steps-bim-european -building-industry /.
15. Malivanov S.Yu. Innovacii v stroitel'stve. 2016. URL: ardexpert.ru/article/7963.
16. Tumakova A. Kak integratory' razvivayut BIM: sostoyanie ry'nka, opy't otechestvenny'x kompanij, kommentarii [How integrators develop BIM: market conditions, experience of domestic companies, comments]. 2019. URL: ict-online.ru/analytics/a171282/
