CC BY
47
Plotnikov Petr Kolestratovich, doctor of technical science, professor, plotnikovpk@mail. ru, Russia, Saratov, Yuri Gagarin State Technical University of Saratov,
Zaharov Yuri Anatolievich, candidate of technical science, docent, pribor@sstu.ru, Russia, Saratov, Yuri Gagarin State Technical University of Saratov,
Naumov Sergey Gennadievich, candidate o f technical science, docent, naumov_sstu@mail. ru, Russia, Saratov, Yuri Gagarin State Technical University of Saratov
УДК 004.94
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВОЗВЕДЕНИЯ МОНОЛИТНЫХ КОНСТРУКЦИЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ТЕХНОЛОГИИ ВИРТУАЛЬНОЙ И ДОПОЛНЕННОЙ РЕАЛЬНОСТИ
А.О. Хубаев, С.С. Саакян
Рассмотрена возможность внедрения технологий виртуальной и дополненной реальности при осуществлении комплекса работ по возведению монолитных бетонных и железобетонных конструкций. Предложена научно-техническая гипотеза, состоящая в предположении о возможности повысить эффективность возведения монолитных конструкций с применением данных интерактивных технологий.
Ключевые слова: строительство, монолитные конструкции, бетонные и железобетонные конструкции, инновации, технологии виртуальной и дополненной реальности.
Первые попытки создать устройства, позволяющие взаимодействовать с моделированной реальностью или дополняющией реальность настраиваемой информацией, предпринимались еще в начале XX века, сама идея в сегодняшнем представлении, является весьма молодой, также как и рынок технологий виртуальной и дополненной реальности. Учитывая, что понятия и концепции виртуальной и дополненной реальности существенно не изменились за последние 30 лет, технологии виртуальной и дополненной реальности преодолели относительно большой эволюционный путь как в плане улучшения устройств и программного обеспечения, так и контента.
Кроме сферы развлечений, технологии виртуальной и дополненной реальности сегодня широко используются для проектирования, обучения и переподготовки специалистов в строительной сфере, на сегодняшний день они воспринимаются как новшества [1].
В России наблюдаются во многом те же тенденции, что и в других странах. Основными потребителями технологий виртуальной и дополненной реальности являются высокотехнологичные государственные корпорации и частные предприятия, а основными разработчиками являются крупные 1Т-компании, создающие комплексные решения в сфере дополненной и виртуальной реальности.
Крупнейшие российские компании начинают интересоваться технологиями виртуальной реальности и в апреле 2017 года ЗАО «КРОК инкорпорейтед», международная ИТ-компания, один из лидеров российского рынка информационных технологий, представил универсальную систему виртуальной реальности для строительных компаний, проектных организаций, а также конструкторских бюро промышленных предприятий [2].
Программно-аппаратное решение ориентировано на потребности бизнеса в детальной визуализации инженерных данных и создании виртуальных прототипов промышленных изделий и строительных объектов. Внедрение профессиональной системы виртуальной реальности на предприятиях позволит ускорить разработку проектов, снизить затраты на производство классических макетов и сократить время принятия конструкторских решений [3].
В данной статье рассматриваются, прежде всего, виртуальная и дополненная реальность. Различие между ними состоит в том, что виртуальная реальность имитирует полностью цифровой мир, ограничивает доступ пользователя к реальному миру, тогда как дополненная реальность добавляет компоненты цифрового мира в реальный, трансформируя пространство вокруг пользователя.
В виртуальной реальности окружающая среда создается с помощью всестороннего воздействия на его восприятие с использованием шлемов виртуальной реальности или других технических средств, которые полностью обновляют видимое пользователем пространство.
Человеческий мозг реагируют на виртуальные элементы точно так же, как и на элементы реального мира, поэтому человек воспринимает виртуальную среду и реагирует на происходящие внутри виртуального мира события точно так же, как в существующей реальности [4].
Основные сходства данных технологий:
1) В их основе лежат схожие алгоритмы;
2) Взаимодействие с пользователем в режиме реального времени;
3) Отображение в 3D-пространстве передается посредством технических средств.
Дополненная реальность включает в себя реальный и виртуальный миры, дополняет реальный мир и расширяет его восприятие. Виртуальная реальность полностью виртуальна, заменяет реальный мир, стремится к абсолютной иммерсивности, т.е. достижению эффекта «полного погружения».
Строительство является одной из старейших отраслей в мире. С самых первых дней ученые и инженеры разрабатывают новые инструменты, чтобы способствовать ее развитию. Уже сейчас создаются прототипы автономных грузовиков и строительных роботов [5].
Неудивительно, что технологии виртуальной и дополненной реальности нашли свое место среди всего этого прогресса. Например, исследователи из Virginia Tech разрабатывают интерфейс на основе дополненной реальности для мощных экзоскелетов, которые будут способствовать повышению производительности работников в промышленном секторе. Однако даже сейчас уже есть решения, которые делают архитектуру, инжиниринг и строительство более простыми и эффективными, технологии дополненной реальности позволяют увидеть готовую конструкцию прямо на чертеже (рис. 1) [6].
Рис. 1. Трехмерный чертеж
Все больше и больше компаний используют технологии виртуальной и дополненной реальности, чтобы оживить трехмерные чертежи, использование данных технологий дают работникам возможность детально осмотреть и проверить трехмерный план здания.
Дизайнеры и архитекторы могут использовать эту технологию при выборе материалов и планировке территории. Когда цифровая модель накладывается на фактическую строительную площадку, рабочие получают возможность увидеть части конструкции в том виде, в каком они должны быть установлены. Они могут видеть монолитные конструкции еще до начала работ, а также заранее заметить части, нуждающиеся в усилении или модификации. Они также могут проводить измерения с высокой точностью, предотвращая дорогостоящие ошибки.
Дополненная реальность также позволяет накладывать поверх реальных объектов и оборудования цифровую информацию, к которой смогут получить доступ все остальные члены команды. Это повышает качество и эффективность коммуникации и совместной работы [7].
Увеличение объемов строительно-монтажных работ в ближайшие годы будет происходить без значительного увеличения численности рабочих, что в полной мере относится и к производству бетонных и железобетонных работ [8].
Основные направления развития технологии бетонных работ должны предусматривать мероприятия, которые позволили бы значительно повысить производительность труда на этих работах, что в свою очередь повышает интерес к технологиям виртуальной и дополненной реальности, которые во многом помогут в достижении данной цели [9].
Комплекс работ по возведению монолитных бетонных и железобетонных конструкций включает ряд процессов:
1) Приготовление бетонной смеси, в процессе чего совершаются множество ошибок, которые в дальнейшим приводят к необратимым последствиям. С использованием технологий виртуальной и дополненной реальности, количество данных ошибок можно не просто снизить, а полностью их искоренить. Человеческий фактор исключить невозможно, но благодаря новейшим технологиям, соотношение основных компонентов бетона - цемента, песка, щебня и воды, которые определяют его вид и целевое использование, можно навсегда забыть про погрешности и просчеты в пропорциях при приготовлении бетонной смеси.
2) Транспортировка бетонной смеси к месту укладки, довольно непростое мероприятие, которое может существенно сказаться на её качестве. На данном этапе, технологии виртуальной и дополненной реальности, также могут помочь исключить вероятность неправильной транспортировки бетона, при которой могут возникнуть обстоятельства, существенно снижающие его потребительские качества. Технологии помогут в том числе определять уровень тряски и вибрации, что в свою очередь, поможет избежать ряд проблем, связанных с расслоением бетонной смеси, при которой тяжёлые компоненты осядут вниз, а более лёгкие - цементное молоко и вода - расположатся вверху. Расслоившийся бетон запрещено использовать для укладки в конструкции, его необходимо будет переместить до полного восстановления однородности, что увеличивает время и затраты. Также, при неподвижности бетонной смеси в течение 50 минут может начаться её схватывание, этот процесс особенно ускоряется в жаркую погоду, технологии виртуальной и дополненной реальности, дают возможность все эти факторы учитывать, потому что они буквально будут статистически отображаться перед глазами.
3) Неотъемлемым элементом любых строительных сооружений является опалубка. Здесь, использование дополненной и виртуальной реальности, приведет к значительному снижению вероятных ошибок при установке опалубки, которые выражаются в том, чтобы избежать наклона фундамента и перекоса, зазоров и различного рода щелей, которые можно будет выявить, и до момента использования системы их устранить.
4) Изготовление и установка арматуры. В условиях строительной площадки выполняются: приемка арматурных изделий, сортировка и складирование; подготовка к монтажу, при необходимости укрупнение и объединение в арматурно-опалубочные блоки; установка, выверка арматуры и окончательное соединение стыков; приемка работ с составлением акта скрытых работ. В процессе приемки арматурных изделий технологии виртуальной и дополненной реальности помогут выявить следы коррозии, деформации, соответствие размерам.
5) В технологическом процессе укладки бетонной смеси также существует потребность в использовании технологий виртуальной и дополненной реальности, они очень нужны на данном этапе, так как перед укладкой бетонной смеси опалубка должна быть очищена от инородных частиц, в виде мусора, грязи и масел. С их помощью данные частицы будут непременно обнаружены и очищены.
6) На этапе подготовки забетонированных конструкций к сдаче, технологии виртуальной и дополненной реальности найдут широкое применение в качестве инструмента диагностирования соответствия проектных показателей и пространственных положений с фактическими характеристиками строительного объекта [9].
Технологии виртуальной и дополненной реальности уже постепенно интегрируются в данный комплекс работ, что позволяет, помимо повышения производственных мощностей, обеспечить безопасность людей на более качественном уровне (рис. 2) [7].
Рис. 2. Выявление потенциальных угроз безопасности
Строительные рабочие чрезвычайно часто получают серьезные и даже смертельные травмы. Дополненная реальность потенциально может снизить эту статистику. Например, технология позволяет рабочим видеть оборудование и строительные объекты, наложенные на еще пустую площадку. Это позволяет команде подготовиться и проверить территорию на предмет наличия угроз безопасности до официального начала работы.
Позже инспекторы могут обследовать рабочую площадку и сравнить в режиме реального времени реальную конструкцию с полномасштабной цифровой моделью. Они могут отметить любые различия, которые могут быть представлять собой опасность для работников.
Технология виртуальной и дополненной реальности также облегчает процесс обучения рабочих. Новые сотрудники могут тренироваться в использовании потенциально опасного оборудования в безопасной среде. Вместо голой теории, они получают практические знания и оттачивают мышечную память, что позволяет работникам учиться работать со строительной техникой быстрее и безопаснее [6].
Сейчас все больше заказчиков понимает ценность трехмерной модели вместо стандартных чертежей, получая максимум информации по каждой детали проекта. Для девелоперов, руководителей строительства это дает возможность решать вопросы в режиме реального времени, экономя время и ресурсы. Технология интегрирует цифровые и физические параметры, в результате чего исключаются ошибки, появляется больше гибкости и возможностей в процессе проектирования и строительства. В случае возникновения необходимости изменений в ходе работы над объектом - вносятся новые расчёты в соответствии с нормативами. Если раньше любые изменения требовали разработки каждого нового варианта практически с нуля, то с помощью новых технологий, выполнение анализов, расчетов, корректировка в проекте происходит быстро, с исключением коллизий и автоматическим изменением смет на строительство.
К 2030 году в строительной отрасли для помощи работникам уже должны появиться автономные машины и специальные костюмы. Виртуальная и дополненная реальность станет частью этого будущего. Технология поможет разработчикам визуализировать чертежи, максимально повысить эффективность и безопасность на рабочем месте.
Уже сейчас она доказывает свою полезность, что гарантирует ей прочное место в этой сфере на десятилетия вперед. По мнению, директора по развитию проектной компании «ГЕНПРОЕКТ» (ОБКРЯО), Андрея Ушакова: «Стремительный рост прогнозируют и экономисты, посчитавшие, что примерный прогноз прибыльности отрасли в мире составит около 120 миллиардов долларов уже к 2020
году. На практике использование программ и устройств дополнительной и виртуальной реальности требует существенных интеллектуальных и экономических вложений. Поэтому современные технологии сегодня не просто модный тренд, а плата за конкурентное преимущество» [6].
Список литературы
1. Иванова А.В. Технологии виртуальной и дополненной реальности: возможности и препятствия применения // Стратегические решения и риск-менеджмент, 2018. № 3 (108). С. 88-107.
2. Трачук А.В., Линдер Н.В. Адаптация российских фирм к изменениям внешней среды: роль инструментов электронного бизнеса // Управленческие науки, 2016. №1. С. 61-73.
3. Львов М.А. Виртуальная реальность становится реальной // Информационно-технический журнал MediaVision, 2016. № 08/68, С. 48-49.
4. Иванов М.А., Чеботов Н.А., Белоусов А.А. Сравнение VR, AR и MR-технологий для решения задачи визуализации // Издательский центр ФГБОУ ВО «Тамбовский государственный технический университет», 2018, С. 234-240.
5. Римшин В.И., Греджев В.А. Правоведение. Основы законодательства в строительстве // АСВ, 2015, 304 с.
6. Акулич М.В. Дополненная, виртуальная, смешанная реальность и маркетинг // Издательские решения, 2019. 122 с.
7. Gergana Mileva How Augmented Reality Is Transforming the Construction Industry = Гергана Милева Как дополненная реальность трансформирует строительную отрасль [Электронный ресурс] // Gergana Mileva. Prague, CZ [Электронный ресурс] URL: https://arpost.co/2019/05/08/how-augmented-reality-is-transforming-the-constшction-industry/.(дата обращения: 10.05.2019).
8. Сокова С.Д. Основы технологии и организации строительно-монтажных работ // ИНФРА-М, 2014, 208 c.
9. Дружинина О. Э. Возведение зданий и сооружений с применением монолитного бетона и железобетона. Технологии устойчивого развития. М.: КУРС, 2016. 128 c.
10. Указ Президента РФ от 09.05.2017. № 203 «О Стратегии развития информационного общества в Российской Федерации на 2017 - 2030 годы» // СЗ РФ, 2017. № 20. 2901 с.
11. Указ Президента РФ от 07.05.2018 № 204 «О национальных целях и стратегических задачах развития Российской Федерации на период до 2024 года» // СЗ РФ, 2018. № 20. 2817 с.
Хубаев Алан Олегович, старший преподаватель, alan_khubaev@mail.ru, Россия, Москва, Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет,
Саакян Севак Севакович, студент, 9099418565@mail.ru, Россия, Москва, Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет
IMPROVING THE EFFICIENCY OF THE CONSTRUCTION OF MONOLITHIC STRUCTURES USING VIRTUAL AND A UGMENTED REALITY TECHNOLOGY.
A.O. Khubaev, S.S. Saakyan
The possibility of introducing virtual and augmented reality technologies in the implementation of a set of works on the construction of monolithic concrete and reinforced concrete structures is considered. A scientific and technical hypothesis proposed, consisting in the assumption of the possibility of increasing the efficiency of the construction of monolithic structures using these interactive technologies.
Key words: construction, monolithic constructions, concrete and reinforced concrete constructions, innovations, virtual and augmented reality technologies.
Khubaev Alan Olegovich, senior lecturer, alan_khubaev@mail. ru, Russia, Moscow, National research Moscow state University of civil engineering,
Saakyan Sevak Sevakovich, student, 9099418565@mail. ru, Russia, Moscow, National research Moscow state University of civil engineering
