CC BY
75УДК 721.021.2
Букунов Александр Сергеевич,
аспирант Высшей школы киберфизических систем и управления
ТЕХНОЛОГИИ РАБОТЫ С ДАННЫМИ ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ
ЗДАНИЙ
Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
sasbukunov@yandex.ru
Аннотация. Информационная модель здания — объектно-ориентированная параметрическая модель, интерактивно связанная с выходными данными, используемая как база данных и как объект взаимодействия со средой и другими объектами вычислений. Существует проблема, связанная с огромными размерами файлов и необходимостью сохранения целостности данных объекта по мере развития и изменения программного обеспечения. В статье рассматриваются способы обмена информацией для доставки данных в корректной форме; предложены новые технологии для эффективной передачи, хранения данных; проанализированы не встраиваемые в BIM чистые данные и перспективы их использования.
Ключевые слова: информационное моделирование зданий, база данных, чистые данные, BIM-технологии.
Alexander S. Bukunov,
postgraduate of High school cyber-physical systems and management
TOOLS OF DATA TRANSMISSION AT BUILDING MODELING
Russia, St. Petersburg, St. Petersburg Polytechnic University of Peter the Great sasbukunov@yandex.ru
Abstract. The building information model is an object-oriented parametric model, interactively associated with the output, used as a database and as an object of interaction with the environment and other objects of computation. There is a problem with huge file sizes and the need to preserve the integrity of object data as software evolves and changes. The article discusses ways to exchange information for the delivery of data in the correct form; proposed new technologies for efficient data transfer and storage; analyzed non-embedded in BIM clean data and prospects for their use.
Keywords: building information modeling, data base, pure data, BIM-technologies.
Введение. Технология информационного моделирования зданий (BIM - Building Information Modeling) в настоящее время широко применяется в проектировании, строительстве и начинает использоваться в сфере эксплуатации [1, 2, 3]. Основные преимущества BIM: возможность мониторинга элементов смежных разделов и получения оповещений о внесенных в них изменениях; наличие инструментов автоматизированной маркировки смоделированных объектов; автоматическое формиро-
вание спецификаций элементов систем и оборудования [4, 5, 6]. Важно, что улучшение структуры и обмена информацией между этапами ЖЦ обеспечивает минимизацию изменений в существующих системах управления эксплуатацией, управления активами, и другими системами при значительном повышении их эффективности [7, 8, 9].
Отставание внедрения BIM в России объясняют плохим пониманием технологии, отсутствием единых стандартов, методик и т. д. [10]. Разрабатываются стандарты передачи для встраивания данных в BIM во время проектирования, чтобы в будущем для управления рабочими заказами и обслуживания оборудования использовались обогащенные данными модели. Сегодня остается нерешенным вопрос с огромными размерами файлов и необходимостью сохранения целостности данных объекта по мере развития и изменения программного обеспечения (ПО). Данные построения гетерогенных информационных систем типичны для категории BIG DATA ("большие данные") [11]. Они должны храниться постоянно, поэтому объем данных строительного сектора будет огромным по мере реализации проектов и запуска новых [12]. Использование единой модели создает проблемы, особенно для крупных проектов. Эти проблемы связаны с аппаратными ограничениями, функциональной совместимостью программ и ограничениями администрирования модели [13]. Учитывая вышесказанное, областью исследований является единая информационная система, включающая модели, базы и банки данных и методы их взаимодействия в строительной области [13].
Цель исследовательской работы - анализ и совершенствование технологий передачи, хранения данных при реализации моделирования зданий. Для проработки системы взаимосвязи данных решались следующие задачи: предложение способов организации обмена информацией для доставки данных в корректной форме; разбор недостатков существующих и предложение новых технологий и облачного подхода для эффективной передачи, хранения данных; анализ не встраиваемых в BIM чистых данных и перспективы их использования.
• Методика интеграции на основе BIM. Предлагается создать единую систему управления на основе BIM. Как правило, отделы имеют собственную систему автоматизации и управления, оптимизированную для решения конкретных задач. Но локальные системы не повышают эффективность процесса управления. Руководители при анализе этих материалов не всегда получают желаемые результаты для оценки производства и принятия тактических и стратегических решений [10]. Предлагается выделить две основные информационные структуры в строительстве - систему для автоматизации учета и управления и BIM-систему.
Рис. 1. В1М-система в едином информационном пространстве для автоматизации проектных решений
• В единой среде строительного проекта система ERP (Enterprise Resource Planning System - система планирования ресурсов предприятия) связана через информационные потоки с составляющими BIM-системы - системой проектирования и расчетов архитектуры, конструкций и инженерных сетей, сметной системой и календарного планирования, а также общей базой данных (рис.1). База данных - общее хранилище, которое связывает проектные инженерно-технические модели и выступает как передатчик проектных решений в сметные и финансовые решения и аккумулятор данных (из БД материально-технического обеспечения, БД ERP, документов) для аналитического центра принятия решений. В БД мы можем выбирать из перечня имеющихся шаблонов то, что необходимо нам с оптимальными показателями по заданным параметрам и с позиции себестоимости и производственной логистики.
Стратегия обмена данными позволяет интегрировать расчет конструкций в ЭБ-модель. Передача параметрической информации геометрии объектов возможна за счет использования интерфейсов прикладного программирования (API), управляемых с помощью языков программирования (VBA, C # и т.д.). Обмен данными между САПР и ПО для конструкций или инженерных сетей, основанный на файлах в открытых форматах IFC (Industry Foundation Classes), gbXML, пока проблематичен из-за отсутствия унификации разных производителей ПО и разных видов файлов. Преимуществом обладает модель на единой платформе, например, Bentley, Autodesk. Собственный закрытый формат файла позволяет обмениваться данными между приложениями, входящими в единую линейку, что обеспечивает эффективную координацию информации [14].
Система календарного планирования строительства включает в себя «выбор технологии строительства, определение рабочих задач, оценку необходимых ресурсов, расчет длительностей задач и определение последовательности этих задач» [15,16]. Когда создаются типовые проекты, то удобно использовать ранее созданные шаблоны, чтобы не дублировать работу. Автоматическая связь компонентов 3D модели с рассчитанными данными и параметрами работ для создания графика завершают создание 4D-модели [17].
С помощью плагинов в BIM можно осуществлять расчет смет, используя объединение в модели программ проектирования и аудита смет с помощью интерфейсов прикладного программирования API от разных приложений. Посредством программной среды БД осуществляется связь с 3D-моделью по передаче результатов сметных расчётов. Сформированное сметное задание передается в 4D-модель.
Новые инструменты при обмене данными. Основная проблема при эксплуатации сводится к управлению оборудованием и пространствами, в которых оно находится. По данным статистического анализа «снижение затрат на эксплуатацию может достигать до 10%, а на ремонт
— до 50%. Сокращается и время простоя оборудования (до 25%), затраты на замену запчастей (до 35%) и объема сверхурочных работ (до 40%). Увеличивается производительность труда обслуживающего персонала
— в среднем от 15% до 20%» [18]. Главное преимущество встраивания данных в BIM в том, что они входят в систему, а не во внешние таблицы. При дополнении BIM новыми данными возникают проблемы: уменьшение производительности (нужны мощные компьютеры, специальное ПО), снижение совместимости данных (при передаче данных между пакетами ПО, при извлечении и загрузке в систему для управления операционными задачами) и ограниченное по времени сохранение архивированных данных. Может произойти «сброс» данных, приводящий к потере информации, невозможность сохранять данные в течение десятилетий при прекращении использования ПО. Поэтому предлагается новое «ориентированное на данные» решение — новые инструменты, в которых необработанные данные могут занимать центр оперативной информации. Эти инструменты визуализации данных устраняют недостатки встраивания данных и трансформируют способность использовать данные BIM без геометрической модели, но с возможностью видеть эти данные, например, в разных таблицах [19].
Например, Power BI является облачным инструментом для визуализации данных различных форматов из различных источников, а Tableau - система интерактивной аналитики, позволяющая в кратчайшие сроки проводить глубокий и разносторонний анализ больших массивов
информации и не требующая обучения пользователей и дорогостоящего внедрения. Эти инструменты обрабатывают большие объемы и могут их визуально обогащать, просто связывая таблицы. Их можно использовать для анализа данных, чтобы включить информацию о пространстве и местоположении в форме чистых данных. Новые инструменты упрощают и обогащают задачи агрегации и визуализации больших данных и становятся популярными среди групп разработчиков [19].
Формат COBie (Construction Operations Building information exchange) используется для экспорта из файлов BIM, включая обмен информацией о строительных работах, и эффективен для описания и определения местоположения компонентов здания. Это набор таблиц, в которых перечислены компоненты здания, пространства, уровни этажей и другие аспекты проекта. Если поля таблиц связать а основе реляционных БД (пространства, уровни этажей, свойства систем и компонентов), и применить новые визуальные инструменты, данные станут более интерактивными [19]. Предлагается подход, в котором данные образуют исходную основу структуры данных здания, чтобы затем связать их с моделью, а не извлекать из нее. Тогда данные можно использовать для различных конечных целей (не только для BIM) и без потерь, которые могут возникнуть, когда данные встроены в инструменты, изначально ориентированные на 3D. Технология поддержки ЖЦ на основе 3D-центричной модели (BIM) может использоваться для строительства типовых зданий. Для промышленных объектов BIM сложнее применять в масштабе всего предприятия [20].
Выводы. Если данные для построения находятся в программном обеспечении 3D, это ПО часто громоздко и подвержено устареванию, что приводит к невозможности открыть файл и извлечь данные. Но если получать данные из стабильного источника данных, то модель позволяет запрашивать данные в течение многих лет. Данные на основе таблиц требуют группы исследователей для их структурирования и анализа. Новые технологии анализа данных упрощают процесс просмотра чистых табличных данных. С их помощью создают интерактивные визуальные эффекты с данными для визуализации и осмысления информации.
Необходимо продолжить и расширить исследования по обмену информацией. Создание информационной системы — комплексная задача, распадающаяся блоки: трехмерное моделирование, ввод-вывод, обмен и хранение информации, техническое обслуживание, инфраструктура, проверка концепции через пилотные проекты, возможные направления развития.
Список литературы
1. Azhar S. et al., Building Information Modeling for Sustainable Design and Leed (R) Rating Analysis. Automation in Construction. - 2011. - 20(2). - P. 217-224.
2. Tardif M. and Smith K.D. Building Information Modeling: A Strategic Implementation Guide. John Wiley & Sons. - Hoboken: 2009. - 216 p.
3. Eastman C., Teicholz P., Sacks R., Liston K. BIM Handbook. Second edition. - NJ: Wiley, 2011. - 626 p.
4. Azhar S et al. Building information modeling (BIM): now and beyond. Australasian Journal of Construction Economics Building. - 2012. - №12 (4). - P. 15-28.
5. Гинзбург А.В. BIM-технологии на протяжении жизненного цикла строительного объекта // Информационные ресурсы. - 2016. - №5 (153). С.28-31.
6. Чиковская И. Внедрение BIM — опыт, сценарии, ошибки, выводы // САПР и графика, 2013. - № 8. // URL: http://isicad.ru /ru/ articles.phparticle_num=16407
7. Талапов В.В. Технология BIM: суть и основы внедрения информационного моделирования зданий - М.: ДМК-пресс. - 2015. - 410 с.
8. Jiao, Y., et al., A Cloud Approach To Unified Lifecycle Data Management In Architecture, Engineering, Construction and Facilities Management: Integrating Bims and Sns. Advanced Engineering Informatics, 2013. - 27(2): P. 173-188.
9. Gudgel J. Building Information Modeling: Transforming Design and Construction to Achieve Greater Industry. McGraw-Hill SmartMarket Report. - 2014. - 42
10. Букунов А.С., Букунова О.В. Интеграция технологии блокчейн и информационного моделирования объектов недвижимости // BIM -моделирование в задачах строительства и архитектуры: материалы Всероссийской научно-практической конференции. СПбГАСУ. - Спб. - 2018.- 239 с. (C. 45-51).
11. Succar, B., Building Information Modelling Framework: A Research and Delivery Foundation for Industry. Automation in Construction, 2009. - 18(3) - P. 357-375.
12. Антонов А., Емельянов А., Храпкин П. Использование САПР различных конфигураций. САПР и графика. - 2015. - №6. C. 25-38.
13. Рындин А., Александр Тучков А., Системы управления проектными данными в области промышленного и гражданского строительства: наш опыт и понимание // САПР и графика. - 2013. - № 2. - C. 35-51.
14. Талапов В.В. Что такое Open BIM? // URL:http://ardexpert.ru/article/5520 (дата обращения 15.02.2016).
15. Игнатова Е. B., Эльшейх А.М., Составление 4D графика строительства на основе BIM, Естественные и технические науки. - 2014. - №.9-10. - С. 268-272.
16. B. Koo, M. Fischer, Feasibility study of 4D CAD in commercial construction. Journal of const. Eng. & Manage. - 2000. - № 126 (4). - P. 251-260.
17. Guo, H.L., H. Li and M. Skitmore, Life-Cycle Management of Construction Projects Based on Virtual Prototyping Technology. Journal of Management In Engineering, 2010. - № 26(1). - P. 41-47.
18. Букунов А.С. Управление жизненным циклом объекта строительства на основе технологии информационного моделирования. Системный анализ в проектировании и управлении (SAEC): c6. науч. тр. XXII Междунар. науч. -практич. конф. 22-24 мая 2018. - СПб. - Изд-во Политехн. ун-та. - 2018. - 488 с. (C.324-330).
19. Tobin J. BI (m): BIM data without models. Building Design + Construction. -2019. - № 2. // URL:https://dmstr.ru/articles/bim-dannye-bim-bez-modeley/ (дата обращения: 08.02.2019).
20. Кривой С.А., Сёмин А.И., Попов А.В., Бебякин Б.О., Взаимосвязь BIM-сценариев в рамках инвестиционно-девелоперского проекта / Строительство уникальных зданий и сооружений. - 2018. - №2 (65). - C.20-39.
