CC BY
1УДК 69.059.7
doi: 10.52470/2619046X_2022_4_28
ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ ЦИФРОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
ПРИ ВОССТАНОВЛЕНИИ РАЗРУШЕННОЙ ГОРОДСКОЙ СРЕДЫ
А.С. Субботин, В.В. Бимбирис
Аннотация. Сегодня актуальна проблема, связанная с реконструкцией и строительством разрушенной городской среды. Особенно важен данный вопрос в связи с природными катаклизмами и военными конфликтами. Иногда строительные работы происходят на территории, где велись боевые действия. Жизненно необходимым фактором в этих условиях является восстановление и строительство инфраструктуры. Все это заставляет искать оптимальные пути решения проблемы, чтобы как можно скорее сократить сроки и затраты на строительное производство. Цифровые технологии, сразу после 2D-CAD технологий, сегодня являются следующим шагом в строительной сфере. Эта разработка уже сейчас получила широкое развитие во многих странах мира из-за своих многочисленных положительных аспектов, о которых будет сказано в данной статье. Но несмотря на это, остаются элементы, в которых опыт подобного проектирования является еще слабо изученным или вовсе не изученным. Такой сферой является восстановление разрушенной инфраструктуры, работа над которой сегодня осуществляется с использованием информационного моделирования локально из-за отсутствия умных моделей сооружений. Но даже такой опыт проектирования сегодня показывает потенциал развития за счет растущей выгоды как при производстве работ, так и на стадии проекта. Несмотря на важность проблемы, технологии информационного моделирования сложно набирать темп развития из-за проблем с обменом опыта такого проектирования с другими странами, что также создает проблемы с реализацией восстановления не только городской инфраструктуры, но и всего города в целом. Также есть проблемы развития информационного проектирования в странах со слабо развитыми технологиями, либо в странах, которые потрясли сильные катаклизмы или военные деформации.
Ключевые слова: реконструкция, строительство, информация, технологии, моделирование, город, развитие
POSITIVE ASPECTS OF THE USE OF DIGITAL TECHNOLOGIES WHILE RESTORING OF THE DESTROYED URBAN ENVIRONMENT
A.S. Subbotin, B.B. Bimbiris
Abstract. The problem of building and reconstruction of the destroyed urban environment is relevant today. The situation in the world with natural disasters and military conflicts makes this issue especially important. Sometimes construction works take place on the zone of former military operations. A vital factor in these conditions is the restoration and construction of infrastructure. All this makes us search for optimal solutions to the problem in order to reduce the time and costs of construction production as soon as possible. Digital technologies, right after 2D-CAD technologies, are the next step in the construction sector today. This technology has already been widely developed in many countries of the world because of its many positive aspects, which will be discussed in this article. But despite this, there are some elements in which the experience of such design still has been hardly studied. Such an area is the restoration of the destroyed infrastructure, which is currently being worked on using information modeling locally due to the lack of smart models of structures. But even this experience of design today shows the potential for development due to the growing benefits both during the production of works and at the project stage. Despite the importance of the problem, it is difficult for information modeling technologies to pick up the pace of development, due to problems with the exchange of experience of such design with other countries, which also creates problems with the implementation of restoration not only of urban infrastructure, but also of the entire city as a whole.
There are also problems with the development of information design in countries with poorly developed technologies or which have been shaken by severe cataclysms or military deformations.
Keywords: reconstruction, construction, information, technologies, modeling, city, development
Восстановление разрушенной городской среды и особенно инфраструктуры является актуальной проблемой в связи с возросшими масштабами стихийных бедствий, а также в связи с вооруженными конфликтами. Организация строительных работ на участках, где уже закончились, еще ведутся или могут продолжиться боевые действия, отличается от обычного гражданского строительства, а также сталкивается с рядом проблем на всех этапах. Также современные методы предупреждения чрезвычайных происшествий и минимизации их последствий часто оказываются неэффективными. Несмотря на опыт восстановления городской среды в целом, внедрение информационных технологий - это следующий шаг после 2D-CAD технологий с большим потенциалом развития. В этой статье поставлена следующая цель: узнать, как информационное проектирование помогает решать различные проблемы при реконструкции разрушенной городской среды. Для этого будут разобраны методы современной застройки, мировой опыт реконструкции, а также современные технологии, применяемые при восстановлении инфраструктуры после чрезвычайных ситуаций.
Материалы и методы. В экстренных ситуациях, когда люди остались без еды, воды и жилища, время является основным ресурсом: от скорости возведения зданий первоначальной инфраструктуры (таких, как больницы и временные жилые сооружения) зависят людские жизни. Большое количество людей можно было бы спасти, к примеру, за 10 лет в Сирии, если бы процесс возведения инфраструктуры ускорился. Результат конфликта показан наглядно на примере города Хомс (рисунок 1). Также положительную динамику можно было бы увидеть при восстановлении города после землетрясения: использовани лазерного сканирования или наличие модели умного города упростило бы эту задачу. Несомненно,
Рисунок 1. Город Хомс в Сирии, значительно пострадавший из-за протестных
выступлений весной 2011 г.
13 ли юоььк и1Ч1УЬКЫ I У <¿01»
Рисунок 2. График производительности при переходе на информационное моделирование
Источник: [7]
Рисунок 2. График производительности информационном моделировании
и 2D CAD технологиями
Источник: [7]
переход на новые технологии требует затрат и времени, что хорошо видно из графика, представленного на рисунке 2.
Несмотря на то, что на стадии обучения скорость проектирования значительно понижается, современные методы в перспективе характеризуются отличными показателями (рисунок 3).
Современный способ проектирования зданий в своей основе представляет собой BIM-технологии (информационное моделирование зданий). Данная технология позволяет моделировать любые строительные объекты, включая здания, железные дороги, мосты, тоннели, порты и т.д. На данный момент уже существуют модели целых городов. Сходство BIM и 3D-моделирования заключается в том, что в обоих случаях проект здания выполняется в трехмерном пространстве. Но в отличие от 3D-модели, BIM напрямую связан с базой данных. Такая модель включает в себя не только несущие линии и текстуру материалов, но и другие данные (технологические, экономические и прочие), которые имеют отношение к зданию. Например, BIM учитывает физические характеристики объекта, варианты размещения в пространстве, стоимость каждого кирпича, плафона, трубы. Стоит разобрать каждый этап строительства подробнее, так как их понимание пригодится далее для исследования
Этап проектирования. Для начала создается 3D-модель постройки с планами, разрезами, видами. При помощи специального конструктора данная модель вносится в программу, которая рассчитывает параметры всех элементов строительного объекта. Обширная база данных позволяет получить все рабочие чертежи, спецификацию, информацию об объеме будущих работ, планируемых затратах. На стадии проектирования также производится расчет инженерных и энергетических сетей, тепловые потери и уровень естественного освещения с учетом характеристики местности, рельефа, грунта и т.д. Начальная информационная модель здания дополняется логистическими данными, определяющими сроки доставки материалов, наиболее выгодные варианты доставки. BIM-моделирование позволяет также планировать социальную инфраструктуру и транспортную сеть в районе застройки. На завершающем этапе проектирования составляется детальный план работ и график их выполнения, определяется необходимое количество техники и ресурсов для выполнения работ.
Этап строительства. На данном этапе BIM-проектирование позволяет отследить состояние и ход выполнения работ. С его помощью возможно контролировать расходы средств и то, насколько реализовывается заложенный бюджет. BIM предоставляет информацию обо всех управленческих решениях и изменениях в строительстве в реальном времени.
Этап эксплуатации. После завершения строительства при помощи датчиков информационная модель может продолжить собирать нужные данные о здании, контролируя его функциональность и предсказывая потенциальные аварийные ситуации. Используя BIM, можно вести учет оборудования, контролировать гарантийные обязательства, а также расход ресурсов. Возможна интеграция с BMS-системой объекта. Более того, BIM-моделирование может быть полезно и для управления недвижимостью: данная модель позволяет вести учет аренды, сдачи помещений, плановых ремонтных работ, взаимодействий с различными инстанциями. Оценка управления, технический аудит, разработка плана развития строительного объекта [9].
Основная проблема заключается в том, что наибольшее внимание уделяется новому строительству, тогда как реставрация и реконструкция с применением информационной модели практикуется гораздо реже [5, с. 24-27]. Из этого исходит проблема - недостаток исходных данных. Для реконструкции в BIM-модели необходимо иметь трехмерное представление существующего объекта. Ещё относительно недавно его получали, выполняя вручную обмеры с помощью рулеток и дальномеров, создавая плоские обмерные чертежи, а затем, в редких случаях, по ним «поднимали» трёхмерную модель здания с коммуникациями. Но в последние несколько лет большое развитие получила технология лазерного сканирования зданий и сооружений, которая эту проблему успешно решает.
Рисунок 4. Результат наложения лазерного сканирования на трехмерную модель территории
Источник: [5, с. 25]
На данном плане (рисунок 4) можно увидеть контуры конкретных помещений и сооружений, которые позволяют реконструировать и создать новые инженерные сети, обходя уже существующие, что существенно сэкономит время и ресурсы при строительстве. Проблема заключается в том, что не всем странам в данный момент доступна эта технология, так как она требует наличия самого лазерного сканера (цена которого начинается от 2 млн руб.) либо приглашения опытного подрядчика со своим оборудованием, что также будет труднореализуемым в странах с низким развитием информационных технологий без помощи более развитых государств [2]. Будет выгоднее по всем аспектам сразу создать информационную модель города, но тут тоже есть свои проблемы, которые надо разобрать подробнее. На сегодняшний день в практике градостроительства очень актуален вопрос интеграции BIM и CIM (City Information Modeling). CIM является комплексом технологий и разнообразных данных, которые дают более широкий взгляд на здания и инженерные коммуникации. Создание из отдельных BIM-проектов зданий и сооружений одной общей модели даёт возможность создавать информационные двойники городов, которые можно использовать в целях проектирования новых объектов, управления градостроительной ситуацией и реконструкции старых сооружений. Обращаясь к международному опыту, следует отметить, что подобные проекты существуют в таких европейских городах, как Хельсинки, Ренна, Стокгольм, которые, в теории, можно брать за основу для разработки модели других городов. Однако, в силу того что подобные проекты создают государственные компании-разработчики, (например цифровой двойник Ренн во Франции создавала французская компания-разработчик), некоторые страны у которых нет своего необходимого программного обеспечения и команды проектировщиков, не будут готовы давать подобную задачу на подряд иностранной компании, ведь в информационную модель закладывают огромное количество данных, некоторые из которых могут быть секретными.
В связи с этим рассмотрим, как может CIM помочь в строительстве и реконструкции городов. Если CIM определенного разрушенного города нет, то необходимо создавать модель на основе уже разрушенного города с поэтапным планом реконструкции, но перед этим потребуется анализ всей территории города. Для информационной основы цифровой модели города нужна объективная информация о состоянии городских территорий, которая может быть получена на основе анализа данных дистанционного зондирования Земли с использованием технологий машинного обучения
После проведенного анализа необходимо спроектировать и построить:
1. Инженерные сети и коммуникации. Несомненно, реконструкция электросети и водоснабжения являются самым важным для нормальной работы по реконструкции города.
2. Дорожно-транспортные пути. Если поблизости нет местного промышленного предприятия по производству строительных материалов, а также возможности переработки строительных материалов из разрушенных зданий, то единственный способ подачи всех строительных ресурсов в город - это дороги и железнодорожные пути.
3. Типовая застройка. На месте разрушенных зданий для экономии времени необходимо возвести типовую застройку с дальнейшим заселением в неё рабочих.
Внедрение информационных технологий для реконструкции городов в странах, переживших природные катаклизмы, могло бы упростить реновацию города, ведь подобная работа требует серьезного инженерного труда по исследованиям, консультациям, надзору и внедрения. Однако при отсутствии у государства опыта проектирования подобных моделей и правовых норм, регулирующих каждый этап реконструкции, подобная страна обязательно столкнется с проблемой внедрения BIM, что подразумевает не только приобретение технологий и программного обеспечения, но и требует пересмотра системы строительной отрасли полностью. Как представлены жизненные циклы строительства в BIM-модели, можно увидеть в таблице 1.
Таблица 1
Жизненный цикл здания и чем он представлен в информационной модели
Наименование этапа жизненного цикла Наименование модели Примечание
Инженерные изыскания Модель инженерных изысканий в виде трехмерной модели
Архитектурно-строительное проектирование Проектная модель в виде трехмерной модели
Строительство, реконструкция, капитальный ремонт Строительная модель документы, акты, схемы, журналы спец., в виде трехмерной модели
Исполнительная модель
Эксплуатация Эксплуатационная модель фактическая исп., журнал экспл.
Снос и утилизация (ликвидация) Модель сноса и демонтажа обследования, проект орг. работ
В результате исследования можно отметить, что внедрение информационных технологий показывает высокий потенциал развития. Возможность дистанционной работы с информацией
позволяет всем участникам проекта бесперебойно и быстро получать обновленные данные о проекте, что сильно упрощает и ускоряет работу на строительном объекте, а также позволяет большему количеству его участников находиться удаленно от потенциально опасной зоны. Наглядная визуализация умной модели также способствует удешевлению строительства зданий и сооружений и скорости их реализации, что при восстановлении инфраструктуры является жизненно необходимым и определяющим фактором. Остается проблемой внедрение этой технологии в слаборазвитые страны из-за отсутствия нужного программного обеспечения и специалистов, но при современной тенденции гуманитарной поддержки развивающихся стран в скором будущем мы сможем увидеть решение данной проблемы, как минимум, в виде отдельных информационных моделей, которые не будут относиться к секретным объектам государства или как-либо затрагивать их.
Данные исследования применимы уже сегодня при реконструкции городов, даже когда зоны строительства могут быть еще потенциально опасны из-за возможных обвалов при зем-лятресениях или возможного продолжения боевых действий, из-за чего часть специалистов откажется посещать их даже ради заработной платы, которая, как правило, является выше среднерыночной. Информационное моделирование частично решает эту проблему, предоставляя возможность части специалистов минимизировать нахождение на объекте или отказаться от этого совсем. Также из-за ускорения процесса строительства понижаются затраты, что, в свою очередь, позволяет сэкономить ресурсы: как материальные, в виде капитала, так и человеческие, в виде рабочих и охраны на объекте, которая также может быть необходима. При наличии готовой CIM-модели уменьшится время строительства, а следовательно, и затраты на него, так как не будет необходимости проектировать и сканировать отдельные элементы инфраструктуры. Все это в совокупности даст сэкономить большое количество бюджетных средств, которые особенно ценятся в условиях катастрофы.
Библиографический список
1. Постановление Правительства РФ от 15.09.2020 г. N° 1431 (ред. от 27.05.2022 г.) «Об утверждении Правил формирования и ведения информационной модели объекта капитального строительства, состава сведений, документов и материалов, включаемых в информационную модель объекта капитального строительства и представляемых в форме электронных документов, и требований к форматам указанных электронных документов, а также о внесении изменения в пункт 6 Положения о выполнении инженерных изысканий» // СПС «Гарант». URL: https://base.garant.ru/74644278/ (дата обращения: 23.02.2022).
2. Али А., Хаммам Ф. Внедрение технологии информационного моделирования зданий (bim) при реконструкции в Сирии // Инновации и инвестиции. 2021. № 3.
3. Живая ткань: как восстанавливют разрушенные войной города. URL: https://www.forbes.ru/ society/466503-zivaa-tkan-kak-vosstanavlivaut-razrusennye-vojnoj-goroda (дата обращения: 23.02.2022).
4. Музаффарли (Иманов) Н., Исмаилов Э. К вопросу о восстановлении постконфликтных территорий // Кавказ и глобализация. 2009. Т. 3. № 2-3.
5. Особенности проектирования инженерных сетей в BIM для реконструируемых объектов // СОК 2021. № 2.
6. Рухматуллина Е.С. BIM-моделирование как элемент современного строительства // Российское предпринимательство 2017. Т. 18. № 19.
7. ТалаповВ. Внедрение BIM в проектную практику: десять тезисов для руководителей. URL: https:// integralsib.krivchun.ru/articles/vnedrenie_bim/vnedrenie_bim_v_proektnuy_praktiku/ (дата обращения: 23.02.2022).
8. Теплых А.В. Инженерные технологии построения расчетных моделей и анализа результатов в системе Scad Office: Модели металлокаркасов // CADmaster. 2006. № 5.
9. BIM-моделирование в задачах строительства и архитектуры // Материалы IV Международной научно-практической конференции / под общ. ред. А.А. Семенова. СПб., 2021.
A.С. Субботин
доцент кафедры строительства объектов тепловой и атомной энергетики Московский государственный строительный университет Е-mail: [email protected]
B.В. Бимбирис
студент
Московский государственный строительный университет Е-mail: [email protected]
