CC BY
19
УДК 658.5:624.05
doi: 10.55287/22275398 2022 3 14
РАЗРАБОТКА МЕТОДА СОЗДАНИЯ СЕМЕЙСТВ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАШИН И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ 3Э И 4Э МОДЕЛИРОВАНИЯ
С. В. Бовтеев Н. И. Веселова
Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, г. Санкт-Петербург
Аннотация
Технологии информационного моделирования позволяют сделать большой шаг вперед при проектировании и строительстве объектов. Внедрение данных технологий позволяет сократить сроки проектирования и повысить качество строительной продукции, поэтому в современных российских реалиях все больше организаций стремятся к их использованию. Как правило при В1М-проектировании используют различные типы семейств. В силу узкого применения 3Б и 4Б моделирования в архитектурно-строительной области семейства строительных машин и оборудования крайне слабо представлены на рынке.
В статье рассмотрен метод создания данных семейств в среде современного программного обеспечения. Полученные результаты позволят существенно улучшить и ускорить процесс проектирования за счет оптимизации трудозатрат.
Ключевые слова
технологии информационного моделирования, BIM, 3D моделирование, 4D моделирование, семейства, строительные машины и оборудование
Дата поступления в редакцию
05.11.2022
Дата принятия к печати
10.11.2022
Введение
Первые программы визуализации строящихся объектов появились достаточно давно. Со времени наиболее ранних упоминаний термина «BIM» в научной литературе в 1992 г. множество строительных компаний стали применять технологии информационного моделирования. Доказано, что переход к информационному моделированию сокращает сроки строительства, повышает качество строительных объектов и оптимизирует использование материальных и человеческих ресурсов [1 - 3].
Приказом Минстроя от 29.12.2014 года №926/пр1 был утвержден первый поэтапный план внедрения технологий информационного моделирования в области промышленного и гражданского строительства. C тех пор на государственном уровне было предпринято много шагов для развития BIM в
1 Приказ Минстроя России от 29.12.2014 № 926/пр «Об утверждении Плана поэтапного внедрения технологий информационного моделирования в области промышленного и гражданского строительства».
России. Постановление Правительства Российской Федерации от 5 марта 2021 года № 3312 утвердило обязательное применение информационной модели на всех проектах с бюджетным финансированием. На данный момент к применению технологии BIM перешло множество российских компаний, таких как GENPRO, АрхиПлюс, Девелоперская Группа 3С, Группа Эталон.
Процесс информационногомоделирования на каждом этапе решает конкретные задачи, а информационная модель здания или сооружения каждый раз является результатом решения этих задач. Модель наполняется информацией в процессе всего жизненного цикла здания, который состоит из следующих этапов [4]:
1. Этап планирования:
• информационное наполнение планирования проекта реализуется путем сочетания данных лазерного сканирования и реальных данных для формирования контекстной модели существующей природной и искусственной среды [5].
2. Этап проектирования:
• подготовительный — выдача технического задания, опреде ление сроков выполнения, определение сложности задачи, выявление целей заказчика, формирование плана исполнения модели (BEP) и структуры модели.
• наполнение модели — анализ модели, расчет инженерных систем, написание дополнительных скриптов, макросов и прочего, при необходимости.
3. Этап строительства:
• контроль качества модели, поиск коллизий (пересечений, наложений, недопустимых сближений) в процессе строительства.
4. Этап эксплуатации:
• на объекте устанавливаются специальные датчики, которые посылают информацию программному обеспечению и обеспечивают возможность обнаружить какие-либо проблемы и вовремя исправить их (такие технологии используются на олимпийских объектах в Сочи).
Таким образом с помощью информационного моделирования в одном проекте можно объединить всеобъемлющие данные по архитектуре, дизайну, инженерным, экономическим решениям и многому другому, что в итоге позволяет избежать ошибок, увеличить окупаемость и эффективность проекта [6]. Данные вносятся в соответствии с установленными стандартами, являются точными и обновляются регулярно. Одно из главных преимуществ модели - уменьшение времени и сокращение затрат со стороны застройщика, а также возможность корректировать и совершенствовать проект на всех этапах его подготовки.
Бывает так, что задумка инженера, разрабатывающего ПОС, ПОД или другие подобные документы, не всегда выполнима на практике: обычно строительство даже небольших объектов занимает боль-
2 Постановление Правительства РФ от 05.03.2021 № 331 «Об установлении случая, при котором застройщиком, техническим заказчиком, лицом, обеспечивающим или осуществляющим подготовку обоснования инвестиций, и (или) лицом, ответственным за эксплуатацию объекта капитального строительства, обеспечиваются формирование и ведение информационной модели объекта капитального строительства».
Z м
О
-I
м
D CD
х
i ^
(U н s
0 а н и
со н и >s
(U Z (U и
к
S
1
(Q
m о и
5 га
х§
, н
CQ (U Ш Z
¡Ü га I- *
Ш н
О °
ей го
■ га U tL
<
ш
О
с;
ш и ш ш
ше года по времени и невозможно учесть все факторы, способные повлиять на стоимость и продолжительность проекта. 4D моделирование — это добавление в классическое 3D представление ещё одного измерения — времени. При таком подходе еще не построенное здание «оживает» на экране компьютера, делая заметными любые недоработки и возможные проблемы: можно, например, наглядно увидеть пространственно-временные коллизии, возникающие во время строительства.
В работах [7, 8] показаны преимущества применения 4D моделей в реальной практике строительства. Визуализация организационно-техно логических решений, получаемая при 4D моделировании, выводит на новый уровень календарно-сетевые графики, технологические карты, строительные генеральные планы.
Постановка задачи
Для формирования эффективной 4D модели необходимо включить в ее состав применяемые в конкретном строительстве строительные машины и оборудование [9].
Современное программного обеспечение предоставляет широкие возможности для моделирования [10]. Оно позволяет создавать любые строительные объекты, включая здания, железные дороги, мосты, тоннели, порты и т. д. Однако из-за узкого применения технологии 3D и 4D моделирования в архитектурной-строительной среде, семейства строительной техники и оборудования крайне слабо представлены на рынке. К тому же строительные машины состоят из множества различных деталей сложной формы, что затрудняет их создание.
В данной статье рассмотрена задача разработки рационального метода создания семейств строительных машин и оборудования в среде наиболее распространённого в мире программного обеспечения компании Autodesk: Autodesk Revit и Autodesk 3DS Max.
Решение
Ряд строительных машин состоят из неповоротной части, являющейся опорной (основанием), и поворотной, на которой смонтированы рабочие органы и основные механизмы. Т. к. Autodesk 3ds Max предоставляет больше возможностей для корректного моделирования [11], то предлагается использование данного программного обеспечения для моделирования неповоротной части строительной машины.
Возможности же Autodesk Revit позволяют создавать поворотную часть строительной машины и при помощи параметров назначать ее частям возможности изменять размеры и пространственное положение.
Рассмотрим применение данного программного обеспечения на примере автокрана КС-55713 (рис. 1), созданного в Autodesk 3ds Max и загруженного в редактор семейств Autodesk Revit.
Рис. 1. Модель строительного автокрана КС-55713
О
Z н
Û
Как видно из рис. 1, автокран смоделирован достаточно точно: все его габаритные размеры соблюдены, а также добавлено множество деталей. Стрела автокрана вместе с поворотным механизмом добавлена в модель в качестве вложенного семейства. В свою очередь ее части состоят из нескольких деталей (стрелы, крюка, кабины машиниста и гидроцилиндра), смоделированных в Autodesk 3ds Max или созданных отдельными семействами при помощи базовых инструментов Autodesk Revit и загруженных в общее семейство. При помощи создания параметров (высота подъема крюка, угол 2
поворота, вылет стрелы, глубина опускания крюка) и привязки их к соответствующим элементам можно регулировать их положение в пространстве в зависимости от потребностей проектировщика.
Данный метод применим к другим видам машин и техники, таким как одноковшовые экскаваторы, грузовые автомобили, бетононасосы, вилочные погрузчики и т. д. и Однако не для всех строительных машин требуется применение Autodesk 3ds Max. Так, напри- н мер, ключевая особенность башенного крана в том, что он состоит из множества одинаковых секций
(рис. 2). В Autodesk Revit существует возможность создания групп из элементов. Регулирование ко- < щ
СО и
личества таких групп при помощи соответствующих параметров для вертикальной и горизонталь- q о;
ных секций позволяет задать длину и высоту башенного крана (рис. 3).
Рис. 2 см. на следующей странице
I Л
(U н s о а
Si
и ГО Ш 4
СО
m о
S °
Л го
xg
, H
ш и ш Z
I- Y cû н О °
to m ■ го U tL
Рис. 2. 3Б модель башенного крана
Размеры
Количество башенных секций (по умолчанию) 10 =
Количество секций стрелы {по умолчанию) 10 ^ =
Рис. 3. Регулирование количества групп
Также при помощи параметров можно рассчитать опасную зону крана, а затем автоматически отобразить ее на модели. Для этого необходимо создать контур опасной зоны, например, инструментом «Линия модели», а его радиус сделать параметром (рис. 4), значение которого рассчитывается исходя из других параметров элемента при помощи графы «Формула».
Свойст&а параметра X
Тип параметра О Параметр семейства
(не включается в спецификации и марки)
О фбщий параметр
(Доступен в нескольких проектах и семействах, может экспортироваться
в ODBC и включается в спецификации и марки)
Экспорт.,,
Данные параметра Имя:
ft опасной зонь^
Категория:
Общие
Хип параметра:
Длина
Группировка параметров: Размеры
Описание подсказки: <Описание подсказки отсутствует. Для создания
Редактировать подсхазку...
выбор...
ОТил
О Экземпляр
Параметр для отчетов
(Может использоваться для извлечэ-ия значения из геометрического успоеия и внесения его в формулу ит отображения в качестве параметра спецификации)
Как создать параметры семейства?
О
Z м
О
-I
м
D CD
Рис. 4. Свойства параметра «R опасной зоны»
Поскольку различные проектировщики по-разному прорабатывают «глубину» графической или цифровой информации, был разработан LOD (Level of Development) [12, 13] — набор требований, определяющий полноту проработки элемента цифровой информационной модели. LOD разбивают на две категории: LOD G, отвечающий за уровень геометрической проработки элемента и LOD I, отвечающий за информационное наполнение модели, иначе говоря — атрибутивные данные. Таким образом, уровень проработки задает объем геометрических, пространственных, количественных, а также любых атрибутивных данных, необходимых для решения задач информационного моделирования на конкретной стадии жизненного цикла объекта.
В результате можно сформулировать минимальные требования к детализации разрабатываемых семейств (табл. 1).
Таблица 1
Требования к детализации разрабатываемых семейств
Тип машины LOD (G) LOD (I)
1. Автокран Точное положение Марка
Габарит Максимальный габарит груза
Высота подъема крюка Отлет груза
Продолжение табл. 1 см. на следующей странице
X
i ^
(U н s
0 а н и
со н и >s
(U Z (U и
к
S
1
(Q
m о и
5 га
х§
, н со (U ш Z Ш га I- *
Ш н
О °
to m ■ га U tL
< Ш
О
с;
ш и ш ш
Угол поворота стрелы Вылет стрелы Глубина опускания крюка Радиус опасной зоны
2. Одноковшовый экскаватор Точное положение Габарит Угол основания манипулятора Угол стрелы (если применимо) Угол рукояти Марка Тип Вместимость ковша
3. Грузовой автомобиль Точное положение Габарит Угол поворота кузова Марка Вместимость кузова
4. Бетононасос Точное положение Габарит Углы между секциями манипулятора (в зависимости от их количества) Марка Объем подачи
5. Вилочный погрузчик Точное положение Габарит Высота подъема вилок Марка Грузоподъемность
6. Башенный кран Точное положение Габарит Количество башенных секций Количество секций стрелы Радиус опасной зоны Марка Вылет стрелы крана Максимальный габарит груза Отлет груза
Практическое использование
Визуализация строительной техники, при условии точного моделирования размеров этой техники вместо условного показа, позволит проектировщику оценить степень загруженности строительной площадки, т. к. строительные машины, техника и оборудование занимают достаточно много пространства. Также можно показать динамично образуемые опасные зоны, создаваемые работой строительных машин. Особенно это может быть полезно в случаях строительства в стесненных условиях.
Можно применять модели строительных машин и оборудования:
1. На этапе проектной и производственной подготовки для:
• определения пространственных и пространственно-временных коллизий с использованием визуализации строительных работ на 3Б и 4Б моделях;
• определения зон потенциально действующих опасных факторов;
• проработки различных сценариев развития событий и визуального отображения всех строительных и монтажных процессов;
• возможности визуально определять открывающиеся фронты работ.
2. На этапе строительства в процессе оперативного управления строительным производством для:
• координации действий участников строительного производства;
• выдачи подрядчикам и подразделениям материально-технического обеспечения конкретных плановых заданий на оперативный период;
• осуществления оперативного контроля за выполнением поставленных задач.
О
Z н
Û
Выводы
Для повышения эффективности и качества проектирования и строительства необходимо использовать технологии информационного моделирования, в т. ч. 3D и 4D моделирование. При этом следует обращать особое внимание на необходимость и качество моделирования строительных машин и механизмов в целях повышения эффективности моделирования строительства в целом.
Предлагается метод создания семейств строительных машин и оборудования, который с мини- CÛ мальными трудозатратами позволяет визуализировать сложные строительные процессы. Для создания семейств предлагается применять программное обеспечение Autodesk Revit и Autodesk 3ds Max, возможно применение российских аналогов. Сформулированы требования к детализации разрабатываемых семейств и показано практическое использование предлагаемого метода.
Авторы статьи заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Библиографический список К
Л
1. Батыщева Е. В. Анализ преимуществ использования BIM-технологий в строительстве / X
Е. В. Батыщева, М. А. Горлова // Моя профессиональная карьера. — 2019. — Т. 1. — № 4. — С. 90 - 94. §
н
2. Рыбаков Д. А. Анализ эффективности строительно-инвестиционных проектов с учетом о
Q,
применения BIM-технологий / Д. А. Рыбаков, Н. С. Астафьева // Инновации. Наука. Образование. — £
2021. — № 33. — С. 1565 - 1570. »
и
3. Свириденко В. А., Романович М. А. Методика снижения негативного воздействия стройма- 'щ териалов здания на окружающую среду / В. А. Свириденко, М. А. Романович // BIM-моделирование < g в задачах строительства и архитектуры. Материалы IV Международной научно-практической кон- О к ференции. СПб., 2021. С. 214 - 222. ш |
ш 4
4. Бородулина С. В. BIM проектирование в России / С. В. Бородулина, О. Г. Кузнецова, со g
■ и
М. К. Решетников // Информатика, управляющие системы, математическое и компьютерное мо- S
делирование (ИУСМКМ-2020) : Сборник материалов XI Международной научно-технической X о
конференции в рамках VI Международного Научного форума Донецкой Народной Республики, М ®
Донецк, 27 - 28 мая 2020 года. — Донецк: Донецкий национальный технический университет, jj^ го
2020. — С. 155 - 164. gg
£0 т
■ го и tL
5. Преимущества внедрения BIM-технологий в строительстве / Ю. С. Ягунова, А. А. Губанова, А. Ю. Ильин, М. В. Таничев // Молодые ученые — развитию Национальной технологической инициативы (ПОИСК). — 2021. — № 1. — С. 273 - 275.
6. Романович М. А., Сахтерева М. И. Особенности создания цифровых двойников — станций метро / М. А. Романович, М. И. Сахтерева // BIM-моделирование в задачах строительства и архитектуры. Материалы III Международной научно-практической конференции. СПб., 2020. С. 152 - 160.
7. Бовтеев С. В., Колесников С. В., Шерстобитова П. А. Календарно-сетевое планирование строительства на основе 4D моделей / С. В. Бовтеев, С. В. Колесников, П. А. Шерстобитова // Управление проектами и программами. — 2020. — № 4. — С. 276 - 284.
8. Бовтеев С. В. Применение 4D моделей в строительстве / С. В. Бовтеев // Новые информационные технологии в архитектуре и строительстве : материалы IV Международной научно-практической конференции, Екатеринбург, 02 - 03 ноября 2021 года. — Екатеринбург: Уральский государственный архитектурно-художественный университет, 2021. — С. 32.
9. Пименов С. И. Анализ современных программных комплексов для виртуального строительства (4ё-моделирования) / С. И. Пименов // Научный журнал строительства и архитектуры.—2022. — № 3(67).
10. Особенности семейств ПК Autodesk Revit Structure / Д. С. Назарова, Н. А. Переверзев, А. В. Васильев, Н. А. Васильева // Современные научные исследования и инновации. — 2019. — № 8(100). — С. 2.
11. Фазилов З. З. Возможности программы 3ds max при проектировании транспортно-техно-логических машин / З. З. Фазилов // Научно-образовательный потенциал молодежи в решении актуальных проблем XXI века. — 2019. — № 13. — С. 303 - 306.
12. Степанов А. В. Разработка уровней детализации (LOD) объектов в ПК Autodesk Revit / А. В. Степанов, Ю. В. Гильмиярова // Ползуновский альманах. — 2019. — № 2-2. — С. 100 - 102.
13. СП 333.1325800.2020 Информационное моделирование в строительстве. Правила формирования информационной модели объектов на различных стадиях жизненного цикла — М.: Министерство строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации, 2020. — 226 с.
DEVELOPING OF A METHOD TO CREATE FAMILIES OF CONSTRUCTION MACHINES AND EQUIPMENT FOR 3D AND 4D MODELING
S. V. Bovteev N. I. Veselova
Saint Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering, Saint Petersburg
Abstract
Information modeling technologies allow to make a big step forward in design and construction of facilities. The introduction of these technologies makes it possible to reduce the time of design and improve the quality of construction products as a whole, therefore in modern Russian realities more and more organizations are seeking to use them. Generally, different types of families are used during BIM designing. Due to narrow application of 3D and 4D modeling in the architectural-building environment, families of construction machines and equipment are extremely poorly represented in the market.
The article reviews a method for creating these families in a modern software environment. The obtained results will significantly improve and accelerate the engineering process by reduction of labor costs on the process itself.
Keywords
information modeling technologies, BIM, 3D modeling, 4D modeling, families, construction machines and equipment
Date of receipt in edition
05.11.2022
Date of acceptance for printing
10.11.2022
z
H Û
Ссылка для цитирования:
С. В. Бовтеев, Н. И. Веселова. Разработка метода создания семейств строительных машин и оборудования для 3D и 4D моделирования. — Системные технологии. — 2022. — № 3 (44). — С. 14 - 23.
CÛ
х
i j
ç
(U н s
0 а н и
со
H
и >s
(U Z (U и
к s
1
(Q
m о и
5 га
х§
, н ш и ш Z
I- Y cû н О °
tû m ■ ra U tL
< СО
о с;
ш и ш со
