РАЗРАБОТКА ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ НА ЭТАПЕ КАПИТАЛЬНОГО РЕМОНТА ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ОБЪЕКТА СТРОИТЕЛЬСТВА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ЕГО ЦИФРОВОЙ МОДЕЛИ Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Научная статья УДК 69.003.12

https://doi.org/10.21285/2227-2917-2022-2-196-205

Разработка организационно-технических решений на этапе капитального ремонта жизненного цикла объекта строительства с использованием возможностей его цифровой модели

© Виталий Владимирович Пешков, Иван Алексеевич Алексанин

Иркутский национальный исследовательский технический университет, г. Иркутск, Россия Автор, ответственный за переписку: Пешков Виталий Владимирович, pvv@istu.edu

Аннотация. Цель - разработка организационно-технических решений на этапе капитального ремонта жизненного цикла объекта строительства на примере автомобильной дороги А-331 «Вилюй» Тулун - Братск - Усть-Кут - Мирный - Якутск с использованием возможностей его цифровой модели. Методика исследования базировалась на изучении и оценке концепции BIM-моделирования, применяемой в отечественной и зарубежной практике на этапе капитального ремонта жизненного цикла объекта строительства, в том числе с использованием ПО Autodesk Revit и систем автоматизированного управления дорожно-строительной техникой. Проведение капитального ремонта автомобильных дорог - одно их приоритетных направлений дорожных работ, целью которого является восстановление верхних слоев дорожной одежды с учетом требований ровности и шероховатости. Для повышения эффективности принимаемых управленческих решений целесообразно интегрировать в общепринятые этапы капитального ремонта жизненного цикла объекта строительства средства 3D-моделирования, что оптимизирует проекты капитального ремонта и обеспечит их цифровую зрелось. На основании этого в статье представлена характеристика цифровой информационной модели объекта капитального строительства с учетом факторов, препятствующих ее массовому применению. Проанализированы этапы формирования организационно-технологической документации в разрезе аспектов применения автоматизированных средств проектирования. На примере автомобильной дороги А-331 «Вилюй» проведен анализ интеграции BIM-технологий в этап капитального ремонта жизненного цикла объекта строительства. На основе применения цифровой модели объекта строительства разработаны графики производства работ, поставки материалов, потребности в машинах и механизмах, потребности в трудозатратах для производства работ. Доказано, что применение средств автоматизированного проектирования при осуществлении капитального ремонта объектов строительства позволяет получать фактическое распределение объемов ремонтных работ, определять плановый промежуток времени их выполнения и оптимизировать расход бюджетных сред и иных ресурсов.

Ключевые слова: капитальный ремонт, 3D-моделирование, технологии информационного моделирования, цифровизация, график работ

Для цитирования: Пешков В. В., Алексанин И. А. Разработка организационно-технических решений на этапе капитального ремонта жизненного цикла объекта строительства с использованием возможностей его цифровой модели // Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2022. Т. 12. № 2. С. 196-205. https://doi.org/10.21285/2227-2917-2022-2-196-205.

Original article

Management and engineering solutions at the overhaul stage in the life cycle of constructing facilities using their digital models

Vitaly V. Peshkov, Ivan A. Aleksanin

Irkutsk National Research Technical University, Irkutsk, Russia Corresponding author: Vitaly V. Peshkov, pvv@istu.edu

Abstract. The study is aimed at the development of management and engineering solutions at the overhaul stage of a construction facility represented by A-331 "Vilyui" highway (Tulun - Bratsk - Ust'-Kut - Mirny -Yakutsk) using its digital model. The research methodology is based on the BIM modelling concept used in

Том 12 № 2 2022

Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость с. 196-205 Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate Vol. 12 No. 2 2022 _pp. 196-205

ISSN 2227-2917

domestic and foreign practice during the overhaul of construction facilities using Autodesk Revit software and automated control systems for road construction equipment. The overhaul repair of highways represents one of the priority directions in road construction, which is aimed at the restoration of upper road structural layers taking into account the evenness and roughness requirements. In order to improve the efficiency of management decisions, it is advisable to integrate 3D-modelling tools into the generally accepted overhaul stages in the life cycle of construction facilities, which optimizes the overhaul projects and ensures their digital maturity. On this basis, the article presents a digital information model for a capital construction object taking into account factors impeding its wide application. The stages of forming management and engineering documentation using automated design tools are analysed. An analysis of the integration of BIM technologies into the overhaul stage in the life cycle of construction objects was carried out using the example of A-331 "Vilyui" highway. Based on the applied digital model, the schedules of works and material supply were developed, along with the specification of requirements for machines, mechanisms and labour costs. The automated design tools applied during the overhaul of construction facilities were shown to be applicable for obtaining the actual distribution of the volumes of repair works, determining the planned time interval of their fulfilment, as well as optimizing the expenditure of the budgetary funds and other resources.

Keywords: overhaul, 3D modeling, information modeling technologies, digitalization, work schedule

For citation: Peshkov V. V., Aleksanin I. A. Management and engineering solutions at the overhaul stage in the life cycle of constructing facilities using their digital models. Izvestiya vuzov. Investitsii. Stroitel'stvo. Nedvizhimost' = Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate. 2022;12(2):196-205. (In Russ.). https://doi.org/10.21285/2227-2917-2022-2-196-205.

Введение

Жизненный цикл объекта капитального строительства представляет собой систему взаимосвязанных, структурированных этапов, направленных на изменение объекта от момента его создания до полной ликвидации. Жизненный цикл автомобильных дорог можно разделить на отдельные этапы, обозначенные на рис. 1. Этап жизненного цикла «капитальный ремонт» может быть реализован при возникновении на этапе эксплуатации объекта дефектов в таких элементах, как строительные конструкции, системы инженерно-технического оборудования и т.д. При этом необходимо учитывать, что состав работ

при капитальном и текущем ремонте различается во многих аспектах, в первую очередь он не изменяет несущей способности конструктивных элементов объекта капитального строительства и не влияет на их безопасность [1].

Методы

В соответствии со статьей 1 Градостроительного кодекса РФ капитальный ремонт объекта может затрагивать следующие элементы:

- строительные конструкции и их отдельные конструктивные элементы (за исключением несущих строительных конструкций);

- системы и элементы инженерно-технического обеспечения объекта1.

Рис. 1. Жизненный цикл автомобильных дорог Fig. 1. Life cycle of roads

■Градостроительный кодекс Российской Федерации от 29.12.2004 N 190-ФЗ (ред. от 01.05.2022).

Том 12 № 2 2022 ISSN 2227-2917

с. 196-205 Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость (print) Vol. 12 No. 2 2022 Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate ISSN 2600-164X _pp. 196-206_(online)

Таким образом, ремонтно-восстановитель-ные работы, выполняемые при проведении капитального ремонта линейного объекта, не изменяют изначально установленную категорию объекта, а в основном направлены на восстановление и изменения отдельно взятых параметров объекта.

В соответствии с этим, процесс выполнения работ можно разделить на три фундаментальных этапа: подготовка проектной документации (проект организации капитального ремонта и проект производства работ), проведение капитального ремонта и приемка выполненных работ. Необходимо отметить, что каждый из вышеприведенных этапов требует автоматизации и интеграции информационных технологий.

Результаты и их обсуждение

Представление технических и технологических данных об объекте капитального строительства в объектном и пространственном виде возможно получить посредством применения информационной модели объекта, которая обладает рядом преимуществ, позволяющих минимизировать риски производства работ [2-4]:

- проведение всестороннего анализа и утверждение технических решений при проектировании и производстве работ;

- моделирование сетевых и календарных графиков с поресурсной разбивкой;

- построение внутрипроектной коммуникации с обеспечением доступа для каждого заинтересованного субъекта;

- получение любой документации, необходимой для принятия управленческих и технологических решений за счет функционирования электронного документооборота;

- формирование бюджетов, ведомостей работ и иных документов, необходимых для последующей калькуляции стоимости работ;

- визуализация всех этапов проведения ремонтно-восстановительных работ;

- формирование электронного паспорта объекта капитального строительства.

Вышеобозначенные преимущества могут быть реализованы в первую очередь при выполнении наиболее трудоемкого этапа строительного проектирования - организационно-технологического проектирования (ОТП), целью которого является проектирование процесса строительства будущего объекта капитального строительства, составление

организационно-технологической документации на основании инженерных особенностей, конструктивных характеристик, архитектурных и иных решений2. Для комплекса работ, выполняемых на этапе ОТП, характерна многоас-пектность, что говорит о целесообразности разделения данного этапа на две составляющие: формирование проекта организации строительства и проекта производства работ. Вместе с тем необходимо отметить, что все исходные и вновь создаваемые данные при формировании обозначенной документации не упорядочены и в большинстве случаев не оцифрованы, что приводит к низкому качеству проектирования, удорожанию проекта и переносу сроков строительства3 [5].

На сегодняшний день рассматриваемый этап не автоматизирован в полной мере, что вызвано следующими факторами:

- строительство любых типов зданий, сооружений, комплексов непосредственно связано с землей и имеет привязку к местности, что генерирует ограничительные факторы в климатическом, природоохранном, экономическом, транспортном, социальном и других аспектах;

- каждая стройка уникальна, так как имеет отличительные характеристики, выражающиеся в назначении объекта, технологической и кадровой оснащенности организации и др., что усложняет интеграцию САПР;

- наличие значительного количества субъектов и иных ресурсов, задействованных при строительстве;

- на этапе проведения строительно-монтажных работ имеется большое количество комплектующих, что порождает вопросы их логистики, поставки и хранения;

- необходимость разработки актуального календарного планирования, которое будет учитывать не только наличие и мобильность того или иного механизма и ресурса при строительстве, но и их взаимодействие на этапе строительства;

- уникальность объектов строительства, что вызвано их архитектурными особенностями и дизайном, которые не поддаются формализации.

На сегодняшний день становится все более явной необходимость перехода на В1М-технологии, и можно наблюдать все больше примеров их использования при разработке и строительстве новых объектов, осуществ-

2НПК «Топоматик» [Электронный ресурс]. URL: http://www.topomatic.ru/ (10.03.2022).

3СП 48.13330.2019. СНиП 12-01-2004. Организация строительства (с изм. N 1): утв. приказом Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства РФ от 24 декабря 2019 г. N 861/пр.

ISSN 2227-2917 Том 12 № 2 2022 ипо (print) Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость с. 196-205 198 ISSN 2600-164X Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate Vol. 12 No. 2 2022 _(online)_pp. 196-206_

лении капитальных ремонтов объектов и т. д. [6-8]. На примере автомобильной дороги А-331 «Вилюй» (Иркутская область) рассмотрим применение технологий информационного моделирования на этапе капитального ремонта жизненного цикла объекта. Классификация объекта проведена по второй и третьей

категориям. Согласно разработанной документации необходимо было запроектировать: пересечения и примыкания (30 ед.), водопропускные трубы (23 ед.), водопровод, канализацию, участки освящения и подпорно-оседающие стенки (рис. 2).

Рис. 2. BIM-модель автомобильной дороги Fig. 2. BIM model of the road

Рассмотрим каждый этап проекта более подробно, с акцентом на автоматизацию проведения работ. Исходными данными для проектирования рассматриваемого объекта являются инженерные изыскания. Традиционно результаты инженерно-геологических изысканий передавались проектировщикам раздела «автомобильные дороги» («АД») в 2D-формате. Но при переходе на В1М-проектирование возникли и новые требования к исходным данным. Для обеспечения автоматизированного проектирования коридоры с реконструируемой дорожной одеждой в разделе «АД» проектировщикам необходимо обеспечить информационной 3й-моделью исходного дорожного полотна. В связи с этим возникла потребность разработки цифровой модели геологического строения существующей автомобильной дороги. Это позволит проектировщику максимально использовать существующую дорожную одежду, что даст значительную экономию средств заказчику при строительстве объекта [9].

Проектирование. Разработка В1М-модели капитального ремонта автомобильной дороги А-331 «Вилюй» - задача довольно специфичная и непростая при условии, что ранее не применялись технологии информационного моделирования при подготовке проектов для данной автомобильной дороги [10]. На заключительном этапе была разработана В1М-модель

капитального ремонта дороги протяженностью 15 километров, что позволило автоматически получить выгрузку чертежей, объемов работ и конструктив слоев дорожной одежды.

Создание элементов организации дорожного движения. Для создания дорожных знаков, пешеходных переходов, автомобильных остановок использовались средства и элементы автоматизации программного комплекса AutoCAD [11].

Искусственные сооружения. Разработаны информационные цифровые модели шумоза-щитных экранов и водопропускных труб. Использованы водопропускные трубы двух типов (металлические гофрированные и железобетонные), которые были разработаны в Autodesk Revit4. На основании вышеприведенных и иных проектных данных составляется календарный график производства работ и рабочая документация для конкретного типа строительной техники, планируется логистика закупок и поставок изделий и материалов. Разрабатываются графики производства работ (рис. 3), поставки материалов, потребности в машинах и механизмах (рис. 4), потребности в трудозатратах для производства работ (рис. 5) с применением цифровой модели объекта строительства. Благодаря цифровой модели есть возможность оперативной корректировки данных графиков.

4Autodesk construction [Электронный ресурс]. URL: https://www.autodesk.com/bim-360/ (20.03.2022).

Том 12 № 2 2022 ISSN 2227-2917

с. 196-205 Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость (print) Vol. 12 No. 2 2022 Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate ISSN 2600-164X _pp. 196-206_(online)

ISSN 2227-2917 Том 12 № 2 2022 мпп (print) Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость с. 196-206 200 ISSN 2600-164X Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate Vol. 12 No. 2 2022 _(online)_pp. 196-206

о р

о д

о со ьнол awh

s .s? б ih

O (U

со о £ =

го тн rh

О CD S >

CD О СР CD

ST f

мно no

-О

ьал rko

ак e

ê -с го

S I

бао rorf

CL CD ГО ^ СО CD

Ö £ Ч !-

0 Р

СО ч-

«о <л иро smi

с С

g i?

4 CD

х m а

" s

5 ГО m W

ха sen хме nih

м c

S ГО

их m

ГО !_

x P

S

3

1 S

с

m CD

О о X CD

б el

етр de

g О

* W ра .gi

.с и Р

Том 12 № 2 2022 ISSN 2227-2917

ISSN 2227-2917 Том 12 № 2 2022 r\nr\ (print) Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость с. 196-206 202 ISSN 2600-164X Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate Vol. 12 No. 2 2022 _(online)_pp. 196-206

Исходя из графиков, приведенных на рис. 3-5, формируется цифровая модель проекта автомобильной дороги А-331 «Вилюй» с детализацией фаз проведения капитального ремонта, реестром ресурсов, соотносящихся с календарным планированием проекта. Кроме того, при проведении этапа строительных работ, с целью оптимизации управления ремонтными работами, будут применяться системы автоматизированного управления дорожно-строительной техникой, функционирующие на принципах 2D- и 3D-моделирования, что

позволит обеспечить соблюдение этапов, качества и сроков выполнения работ.

Заключение

Технология информационного моделирования (ТИМ) на этапе строительства позволяет полностью отследить состояние и ход проведения строительных работ, в том числе расход финансовых средств. Автоматизация позволяет принимать как оперативные, так и стратегические управленческие решения и обеспечивать информативность для всех субъектов строительства.

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ

1. Дормидонтова Т. В., Золотых С. В., Климавичус Я. Э. Капитальный ремонт автомобильных дорог // Тенденции развития науки и образования. 2020. № 62-3. С. 73-78. https://doi.org/10.18411/lj-06-2020-67.

2. Талапов В. В. Технология BIM: суть и особенности внедрения информационного моделирования зданий. М.: ДМК-Пресс, 2015. 410 с.

3. Райкова Л. С., Петренко Д. А. Строительство автомобильных дорог на основе 3D-моделей // САПР и ГИС автомобильных дорог. 2014. № 2 (3). С. 81-85.

4. Боровлев А. О., Скрыпников А. В., Высоцкая И. А., Брюховецкий А. Н., Никитин В. В. Автоматизированное проектирование продольного профиля лесовозных автомобильных дорог с учётом влияния зрительно плавных и изломанных линий // Автоматизация. Современные технологии. 2021. Т. 75. № 10. С. 450-453.

5. Горячев М. Г., Лугов С. В., Калёнова Е. В. Анализ некоторых параметров зависимости для определения требуемой прочности нежёстких дорожных одежд при обосновании конструктивного решения по их усилению // Автомобиль. Дорога. Инфраструктура. 2020. № 2 (24). С. 4.

6. Leontiev DN, Ihnatenko AV, Synkovska OV, Ryzhikh LA, Smirnova NV, Aleksandrov YuV, et al. Fuel consumption of wheeled vehicle and

transportation costs during highway construction/reconstruction // Наука и техника. 2021. Т. 20. № 6. p. 522-527. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2021 -20-6522-527.

7. Шарипов Р. Х. ТРИЗ нужна России: проблемы технического творчества // ТРИЗ-2009. Вып. 2. Чебоксары: Новое время, 2018. 412 с.

8. Григорьев С. Н., Смуров И. Ю. Перспективы развития аддитивного производства в России и за рубежом // Инновации. 2013. № 10 (180). С.7682.

9. Жук А. Ю., Саблин С. Ю., Скрыпников А. В., Болтнев Д. Е., Высоцкая И. А. Исследование математической модели рельефа местности при проектировании автомобильных дорог // Системы. Методы. Технологии. 2021. № 2 (50). С. 88-93. https://doi.org/10.18324/2077-5415-2021-2-88-93.

10. Рябова О. В., Скрыпников А. В., Козлов В. Г., Тихомиров П. В. Изучение географической среды для целей дорожного проектирования // Научный журнал строительства и архитектуры. 2020. № 1 (57). С. 84-95. https://doi.org/10.25987/VSTU.2020.57.1.008.

11. Кулижников А. М., Ануфриев А. А., Колесников И. П. Нормативная база для САУ 3D // САПР и ГИС автомобильных дорог. 2014. № 2 (3). С. 37-42.

REFERENCES

1. Dormidontova TV, Zolotykh SV, Klimavichus YaE. Capital repairs of highways. Tendentsii razvitiya nauki I obrazovaniya. 2020;62-3:73-78. (In Russ.). https://doi.org/10.18411/lj-06-2020-67.

2. Talapov VV. Technology BIM: the essence and features of the implementation of building

information modeling. Moscow: DMK-Press; 2015. 410 p. (In Russ.).

3. Raikova LS, Petrenko DA. Road construction on basis of 3D models. SAPR I GIS avtomobil'nykh dorog. 2014;2(3):81-85. (In Russ.).

4. Borovlev AO, Skrypnikov AV, Vysotskaya IA, Bryukhovetsky AN, Nikitin VV. Computer-aided

Том 12 № 2 2022 ISSN 2227-2917

design of the longitudinal profile for logging highways, taking into account the influence of visually smooth and broken lines. Avtomatizatsiya. Sovremennyye tekhnologii. 2021 ;75(10):450-453. (In Russ.).

5. Goryachev MG, Lugov SV, Kalyonova EV. Analysis of some dependence parameters for determining the required strength of flexible pavements when justifying the constructive decision to strengthening them. Avtomobil'. Doroga. Infrastruktura. 2020;2(24):4. (In Russ.).

6. Leontiev DN, Ihnatenko AV, Synkovska OV, Ryzhikh LA, Smirnova NV, Aleksandrov YuV, et al. Fuel consumption of wheeled vehicle and transportation costs during highway construction/reconstruction. Nauka i tekhnika = Science and Technique. 2021;20(6):522-527. (In Russ.). https://doi.org/10.21122/2227-1031 -2021-20-6-522-527.

7. Sharipov RKh. Russia needs TRIZ: problems of technical creativity. TRIZ-2009. Iss. 2. Cheboksary: Novoe vremya; 2018. 412 p. (In Russ.).

8. Grigoriev SN, Smurov IYu. Prospects for the development of additive manufacturing in Russia and abroad. Innovatsii. 2013;10(180):7682. (In Russ.).

9. Zhuk AYu, Sablin SYu, Skrypnikov AV, Boltnev DE, Vysotskaya IA. Investigation of the mathematical model of the terrain in the design of highways. Sistemy. Metody. Tekhnologii. 2021;2(50):88-93. (In Russ.). https://doi.org/10.18324/2077-5415-2021 -2-88-93.

10. Ryabova OV, Skrypnikov AV, Kozlov VG, Tikhomirov PV. Studying a geographical environment for road design purposes. Scientific journal of construction and architecture = Russian Journal of Building Construction and Architecture. 2020;1(57):84-95. (In Russ.). https://doi.org/10.25987/VSTU.2020.57.1.008.

11. Kulizhnikov AM, Anufriev AA, Kolesnikov IP. Regulatory framework for ACS 3D. SAPR I GIS avtomobil'nykh dorog. 2014;2(3):37-42. (In Russ.).

Информация об авторах В. В. Пешков,

доктор экономических наук, профессор,

заведующий кафедрой экспертизы

и управления недвижимостью,

Иркутский национальный исследовательский

технический университет,

664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83,

Россия,

e-mail: pvv@ex.istu.edu https://orcid.org/0000-0001-7999-0999

И. А. Алексанин,

аспирант,

Иркутский национальный исследовательский

технический университет,

664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83,

Россия,

e-mail: va.aleksanin@yandex.com

Вклад авторов

Пешков В. В., Алексанин И. А. имеют равные авторские права. Пешков В. В. несет ответственность за плагиат.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Information about the authors

Vitaly V. Peshkov,

Dr. Sci. (Econ.), Professor,

Head of the Department of Expertise and Real

Estate Management,

Irkutsk National Research Technical

University,

83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia, e-mail: pvv@ex.istu.edu https://orcid.org/0000-0001-7999-0999

Ivan A. Aleksanin,

Graduate student,

Irkutsk National Research Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia, e-mail: va.aleksanin@yandex.com

Contribution of the authors

Peshkov V. V., Aleksanin I. A. have equal author's rights. Peshkov V. V. bears the responsibility for plagiarism.

Conflict of interests

The authors declare no conflict of interests regarding the publication of this article.

ISSN 2227-2917 Том 12 № 2 2022 ъпл (print) Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость с. 196-206 204 ISSN 2600-164X Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate Vol. 12 No. 2 2022 _(online)_pp. 196-206

Авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.

Статья поступила в редакцию 20.04.2022. Одобрена после рецензирования 11.05.2022. Принята к публикации 12.05.2022.

The final manuscript has been read and approved by the co-authors.

The article was submitted 20.04.2022. Approved after reviewing 11.05.2022. Accepted for publication 12.05.2022.

Том 12 № 2 2022 ISSN 2227-2917