CC BY
5Требования к разработке 3й-модели и календарно-сетевого графика для оптимизации процесса 4й-моделирования
СО CS
о
CS
Бовтеев Сергей Владимирович
кандидат технических наук, доцент, доцент ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет», sbovteev@lan.spbgasu.ru
Петелин Михаил Евгеньевич
магистрант ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет», p.mikhail25@yandex.ru
В рассматриваемой статье описываются функции 4D-моделирования и способы их реализации. Приводятся требования к разработке кален-дарно-сетевого графика и зD-модели, способные повысить эффективность использования 4D-модели. Исследование было проведено, основываясь на изученную научную литературу, опросы и интервьюирование опытных проектировщиков и планировщиков строительного проекта. На основании изученного описываются возможные способы решения проблем, возникающих при выборе формата для перевода модели в программу для 4D-моделирования, определении степени детализации 3D-модели, при синхронизации работ календарно-сетевого графика с элементами в трехмерном пространстве. Представлено обоснование актуальности применения 4D-моделирования в процессе проектирования, планирования и контроля строительного производства.
Ключевые слова: 3D-моделирование, календарно-сетевое планирование, 4D-моделирование, BIM, ТИМ, визуализация строительства, управление строительным проектом, требования к разработке 3D^-дели, требования к разработке календарно-сетевого графика.
С каждым годом технологии информационного моделирования (ТИМ) все активнее внедряются в процесс разработки и реализации инвестиционно-строительного проекта. Этому способствуют как законодательные требования, так и практическая демонстрация эффективности их применения. Одним из направлений ТИМ является 4D-моделирование. Этот процесс представляет из себя календарно-сетевое планирование, дополненное визуализацией строительных процессов. Благодаря этой функции, значительно расширяются возможности контроля и анализа за ходом строительства на всех стадиях жизненного цикла [1].
4D-модель позволяет более детально изучить производимые работы, проанализировать альтернативные способы их выполнения, найти решения, позволяющие снизить риски срывов сроков производства, за счет способности рассматривать каждый процесс в индивидуальном порядке с учетом всех факторов, активных в каждом конкретном случае [2, 3].
Сейчас в большинстве строительных организаций анализ и контроль за ходом строительства основывается на кален-дарно-сетевом графике (КСГ). Наиболее популярными программами для его формирования являются Microsoft Project, Oracle Primavera P6, Spider Project. Однако полученный в итоге в этих программах результат характеризуется рядом трудностей, мешающих выполнению основных функций планирования. Так как календарно-сетевой график может содержать десятки тысяч работ, поэтому процесс формирования и проверки графика имеет высокую трудоемкость [4]. Эти факторы служат причиной возникновения ошибок планирования, ведь анализировать графики в представленном выше программном обеспечении затруднительно. Применение же 4D-моделирования даст возможность «оживить» график производства работ, что поспособствует использованию КСГ не только в качестве инструмента контроля сроков, но и в виде эффективного инструмента управления [5].
В процессе 4D-моделирования специалисты сталкиваются с рядом трудностей. Значительная часть из них связана с формой предоставления другими участниками проекта исходных данных, а именно календарно-сетевого графика и 3D-модели. Целью данного исследования является анализ операций, выполняемых при формировании 4D-модели, и выявление требований к предоставляемым данным, необходимым для ее разработки.
В ходе научной работы рассмотрены следующие требования:
О ш m х
<
m о х
X
Работа выполнена по результатам проведения научно-исследовательской работы, проводимой в рамках конкурса грантов на выполнение научно-исследовательских работ обучающимися СПбГАСУ в 2023 году.
1. Формат для загрузки 3D-модели.
Для загрузки 3D-модели в среду для 4D-моделирования используется ^С формат, который позволяет различным программам и системам свободно обмениваться информацией, сохраняя при этом целостность и точность данных. Это стандартное форматирование данных, которое позволяет улучшить совместимость и взаимодействие между различными программными системами, используемыми в строительном процессе, и обеспечить эффективный обмен информацией между разными участниками проекта [6].
Для обеспечения взаимодействия с программами для 4D, программы для формирования модели должны иметь возможность экспортировать IFC формат в различных версиях, так как не все программы для 4D-моделирования позволяют сохранять или открывать любые IFC файлы. Например, в Synchro Pro невозможно сохранить модель в формате IFC более ранних версий, чем те, что были в нее загружены. Отечественная программа 7D Modeler в данный момент способна открыть IFC файл только в версии 4.0 [7].
2. Распределение обязанностей между специалистами.
Вопрос о том какой отдел в строительной организации должен заниматься разработкой 4D-модели, как правило, решается в индивидуальном порядке.
По результатам проведенного опроса среди строительных экспертов мнения разделились между несколькими вариантами:
1. Специалисты по планированию (42%);
2. BIM-специалисты (39%);
3. VDC-специалисты (19%).
Однако, исходя из практического опыта специалистов по визуализации строительства, наиболее оптимальным решением будет создание дополнительного отдела, который будет сфокусирован на разработке и ведении 4D-модели, либо привлечение компании, деятельность которой направлена на выполнение данных задач. Такой подход обеспечит более высокое качество получаемых результатов.
Для создания качественной 4D-модели, помимо 3D^-дели здания и календарно-сетевого графика понадобится 3D-модель строительной площадки. Вопрос, кто именно должен разрабатывать котлован, бытовые помещения, строительную технику и прочие элементы, которые необходимы на подготовительном этапе и на этапе земляных работ, в большинстве строительных организаций остается открытым [8].
Для BIM-специалистов такая задача будет новой, поэтому необходимо грамотно распределить обязанности между проектировщиками и специалистами по 4D-моделированию. Обеспечить возможность их совместной работы для учета всех требований к проектированию строительной площадки для ее успешной реализации в 4D формате.
3. Степень детализации 3D-модели.
Формирование 4D-модели может быть вызвано широким спектром потребностей: от визуализации строительства комплекса зданий и сооружений до технологических карт на отдельные виды работ.
Исходя из этого следует понимать степень детализации исходных данных.
Например, для визуализации строительства комплекса зданий и сооружений наличие 4D-модели даст наглядное представление об очередности возведения объектов, позволит провести более тщательный анализ факторов, влияющих на эффективность инвестиционного проекта. Например, таких факторов как обеспечение логистической доступности объектов входящих в комплекс.
Для создания такой модели нет необходимости высокой проработки всех элементов в 3D-модели, будет достаточно сформировать все границы объектов в трехмерном пространстве.
4D-модель для отдельного здания создается для визуализации последовательности технологических операций при строительстве. Это дает возможность оценить рациональность решений по организации строительной площадки, таких как траектории движения строительной техники, расположение бытовых и складских помещений, границы фронтов работ.
Для такого представления требуется детализация более высокого уровня. 3D-модель здания должна быть проработана до отдельных конструктивных блоков.
Визуализация технологических карт позволит выявить пересечение рабочих зон при выполнении технологических операций, что позволит более рационально определить их очередность, сократить финансовые и временные издержки. Для этого в 3D-модели должны быть детально проработаны все элементы проектируемого объекта [9].
Чтобы у всех специалистов, разрабатывающих строительный проект, было четкое понимание степени детализации модели, необходимо сформировать определенные критерии. За основу данной системы можно взять концепцию LOD. Она представляет из себя несколько базовых уровней детализации элементов информационной модели, каждый из которых направлен на решение определенных проектных задач [10].
4. Требования к разработке календарного графика.
Одной из ключевых причин для возникновения потребности в визуализации строительного производства являются сложности при анализе календарно-сетевого графика. Эти сложности обосновываются тем, что КСГ может содержать десятки тысяч работ и связей между ними, проверка правильности которых через анализ диаграммы Ганта является очень затруднительным занятием. Визуальное же представление этих работ в разы снижает трудоемкость данного процесса.
При формировании КСГ в строительных организациях помимо самих строительно-монтажных работ, которые синхронизируются с элементами 3D-модели, указывают работы организационного характера, имеющие непосредственную связь с СМР. Например, проведение тендера, заключение договора с подрядчиком, закупка материалов. При визуализации строительного процесса эти работы создают помехи при синхронизации. Решением данной проблемы будет формирование дополнительных пользовательских полей, которые будут позволять отфильтровать СМР от работ организационного характера. В таком случае в программу для 4D-моделирования будет загружаться КСГ только с теми работами, на которые будут назначены элементы.
5. Синхронизация через систему кодирования.
4D-модель - это в первую очередь визуализация кален-
дарно-сетевого графика строительства, поэтому необходимо уделить особое внимание взаимодействию со специалистами по планированию при ее формировании.
В объемных строительных проектах детальный календарный график содержит десятки тысяч работ, которые необходимо синхронизировать с не меньшим количеством элементов 3D-модели. При объединении 3D-модели и календарно-сете-вого графика в программе для 4D-моделирования есть возможность проводить все эти операции «вручную», назначая на каждую работу элемент, в рамках которой он будет выполняться.
В результате опроса экспертной группы опытных специалистов по 4D-моделированию, было выявлено, что рассмотренный выше метод - одна из главных сложностей при формировании модели.
Помимо высокой трудоемкости процесса назначения, точность которого снижается из-за человеческого фактора, в случае изменений 3D-модели и календарно-сетевого графика и последующей их синхронизацией в программе для 4D-модели-рования, связь между измененными работами и элементами будет нарушена, в результате чего потребуется производить привязку измененных элементов снова.
X X
о
го А с.
X
го m
о
м о
M
со
СО CS
о
CS
о ш m
X
<
m О X X
Упростить процесс синхронизации можно с помощью создания системы кодировки элементов 3D-модели и работ графика. Код должен быть назначен как отдельному элементу, так и группе элементов, связанных с одной работой. Система кодировки должна поддерживать иерархическую структуру, чтобы сохранить исходный код элемента при увеличении его детализации. Код должен быть присвоен в зависимости от функционального назначения элемента и этапа, на котором будет выполняться работа над ним, а не от его изменяемых параметров, например, при переводе модели от проектной к рабочей стадии [11].
Для успешной реализации этого подхода необходимо создание перечня кодировок для календарно-сетевого графика работ и элементов зD-модели, а также установление сотрудничества между проектировщиками и планировщиками строительного проекта, чтобы согласовать назначаемые кодировки [12].
Стоит учесть, что для реализации данного метода, помимо наличия системы назначения кодировок для работ календарного графика и элементов 3D-модели, необходима функция присваивания кодов в соответствующих программах. В большинстве программного обеспечения для планирования проектов есть возможность создания настраиваемых полей, в которые будет вводиться будущий код работы, так реализовано, например, в MS Project. В программах для 3D-моделирования, например, Autodesk Revit, есть возможность использования классификаторов, которые позволяют присваивать элементам кодировки по требуемым параметрам.
При дальнейшей загрузке 3D-модели и календарно-сете-вого графика с назначенными кодировками в среду для 4D^-делирования, потребуется функция, позволяющая синхронизировать коды работ и элементов между собой. В программе Navisworks этот процесс можно произвести, используя специальные «правила», которые позволяют связать элементы с задачами по требуемой нам категории. Для поставленных целей - по коду классификатора.
Рисунок 1 Создание правил для автоматического назначения элементов на работы в ПО Navisworks
В результате проведенного исследования были выявлено пять основных требований, которые позволят скорректировать действия участников строительного проекта на этапе проектирования, в области разработки календарно-сетевого графика и 3D-модели, при разделении обязанностей по формированию 4D-модели, при синхронизации исходных данных в программном обеспечении для визуализации строительства. При учете данных требований процесс разработки 4D-модели станет более доступным и эффективным, что приведет к повышению качества и снижению рисков инвестиционно-строительного проекта.
Литература
1. Нечипорук Я., Башкова Р. Краткий обзор 4D моделирования в строительстве // Архитектура. Строительство. Образование. - 2020. - №. 1. - С. 35-41.
2. Integrating 4D BIM and GIS for Construction Supply Chain Management / Y. Deng, V. J. L. Gan, J. C. P. Cheng [et al.] // Journal of Construction Engineering and Management - ASCE. -2019. - Vol. 145, No. 4. - P. 04019016. - DOI 10.1061/(ASCE)CO.1943-7862.0001633. - EDN BMEFKC.
3. Benjaoran V. An integrated safety management with construction management using 4D CAD model / V. Benjaoran, S. Bhokha // Safety Science. - 2010. - Vol. 48, No. 3. - P. 395-403. - DOI 10.1016/j.ssci.2009.09.009. - EDN NXFBGB.
4. Бовтеев С. В. Применение 4D-моделирования в целях повышения эффективности календарного планирования строительства //BIM-моделирование в задачах строительства и архитектуры. - 2020. - С. 81-87.
5. Петровский М. 4D-модель как конкурентное преимущество при реализации строительного проекта / М. Петровский, Е. А. Лотова // BIM-моделирование в задачах строительства и архитектуры : Материалы VI Международной научно-практической конференции, Санкт-Петербург, 19-21 апреля 2023 года / Под общей редакцией А. А. Семенова. - Санкт-Петербург: Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, 2023. - С. 363-368. - DOI 10.23968/BIMAC.2023.050. - EDN LCNGJD.
6. Семенов Г. В. Перспективные сценарии управления требованиями и замечаниями в строительных проектах на основе стандартов IFC и BCF / Г. В. Семенов, А. И. Гринченко, Н. К. Морозкин // BIM-моделирование в задачах строительства и архитектуры : Материалы Vi Международной научно-практической конференции, Санкт-Петербург, 19-21 апреля 2023 года / Под общей редакцией А. А. Семенова. - Санкт-Петербург: Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, 2023. - С. 127-135. - DOI 10.23968/BIMAC.2023.018. - EDN HPTIXA.
7. Храпкин П. Л. Методика балльной оценки программного обеспечения для сопровождения строительных проектов, ТИМ на примере 7D Modeler / П. Л. Храпкин, А. Е. Артаменко, А. М. Мартыновский // BIM-моделирование в задачах строительства и архитектуры : Материалы VI Международной научно-практической конференции, Санкт-Петербург, 19-21 апреля 2023 года / Под общей редакцией А. А. Семенова. -Санкт-Петербург: Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, 2023. - С. 205-211. -DOI 10.23968/BIMAC.2023.028. - EDN CYDQAT.
8. Кожухов А. Е. Оценка внедрения BIM-технологий в деятельность малого строительного предприятия / А. Е. Кожухов, С. И. Бородин, Е. В. Гусев // BIM-моделирование в задачах строительства и архитектуры : Материалы VI Международной научно-практической конференции, Санкт-Петербург, 19-21 апреля 2023 года / Под общей редакцией А. А. Семенова. -Санкт-Петербург: Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет, 2023. - С. 60-68. - DOl 10.23968/BIMAC.2023.009. - EDN UCOOVC.
9. Перепелица Ф. А., Калимуллина А. Ю. Уровни детализации информационной модели на различных этапах жизненного цикла // Альманах научных работ молодых ученых Университета ИТМО. - 2017. - С. 188-191.
10. Новосельцев И. В. Типология детализации кален-дарно-сетевого графика и уровня проработки элементов 3D модели для эффективной 4D-визуализации на разных стадиях развития проекта / И. В. Новосельцев // Современные проблемы физики и технологий : Сборник тезисов докладов X Международной молодежной научной школы-конференции,
Москва, 25-27 апреля 2023 года. - Москва: Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ", 2023. - С. 254-255. - EDN NGFWPC.
11. Волкодав В. А., Волкодав И. А. Разработка структуры и состава классификатора строительной информации для применения BIM-технологий //Вестник МГСУ. - 2020. - Т. 15. - №. 6. - С. 867-906.
12. Kuzminykh A. 4D and 5D Design Processes Automation Using Databases, Classification and Applied Programming / A. Kuzminykh, A. Kukina, G. Bardina // Smart Innovation, Systems and Technologies. - 2022. - Vol. 247. - P. 667-675. - DOI 10.1007/978-981-16-3844-2_59. - EDN BRMSCP.
Requirements for 3D model and schedule development to optimize the 4D
modeling process Bovteev S.V., Petelin M.E.
Saint Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering
JEL classification: C10, C50, C60, C61, C80, C87, C90_
The article describes the functions of 4D modeling and ways of their implementation. The requirements to the development of network schedule and 3D-model, which can increase the efficiency of 4D modeling use, are given. The research was conducted based on the studied scientific literature, surveys and interviews of experienced designers and planners of the construction project. The basis of the study, possible ways of solving the problems arising when choosing the format for transferring the model into the program for 4D modeling, determining the degree of detailing of the 3D model, synchronizing the works of the calendar schedule with the elements in the three-dimensional space are described. Justification of the relevance of 4D modeling application in the process of design, planning and control of construction production is presented. Keywords: 3D modeling, calendar-network planning, 4D modeling, BIM, construction visualization, construction project management, requirements to 3D model creation, requirements to calendar schedule creation. References
1. Nechiporuk Ya., Bashkova R. Brief overview of 4D modeling in construction //
Architecture. Construction. Education. - 2020. - No. 1. - pp. 35-41.
2. Integrating 4D BIM and GIS for Construction Supply Chain Management / Y. Deng,
V. J. L. Gan, J. C. P. Cheng [et al.] // Journal of Construction Engineering and Management - ASCE. - 2019. - Vol. 145, No. 4. - P. 04019016. - DOI 10.1061/(ASCE)C0.1943-7862.0001633. - EDN BMEFKC.
3. Benjaoran V. An integrated safety management with construction management
using 4D CAD model / V. Benjaoran, S. Bhokha // Safety Science. - 2010. - Vol. 48, No. 3. - P. 395-403. - DOI 10.1016/j.ssci.2009.09.009. - EDN NXFBGB.
4. Bovteev S.V. Application of 4D modeling to improve the efficiency of construction
scheduling // BIM modeling in problems of construction and architecture. - 2020. - pp. 81-87.
5. Petrovsky M. 4D model as a competitive advantage in the implementation of a
construction project / M. Petrovsky, E. A. Lotova // BIM modeling in problems of construction and architecture: Proceedings of the VI International Scientific and Practical Conference, St. Petersburg, 19- April 21, 2023 / Under the general editorship of A. A. Semenov. - St. Petersburg: St. Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering, 2023. - P. 363-368. - DOI 10.23968/BIMAC.2023.050. - EDN LCNGJD.
6. Semenov G. V. Perspective scenarios for managing requirements and comments
in construction projects based on IFC and BCF standards / G. V. Semenov, A. I. Grinchenko, N. K. Morozkin // BIM modeling in problems of construction and architecture : Materials of the VI International Scientific and Practical Conference, St. Petersburg, April 19-21, 2023 / Under the general editorship of A. A. Semenov. - St. Petersburg: St. Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering, 2023. - P. 127-135. - DOI 10.23968/BIMAC.2023.018. - EDN HPTIXA.
7. Khrapkin P. L. Methodology for scoring software for supporting construction
projects, TIM using the example of 7D Modeler / P. L. Khrapkin, A. E. Artamenko, A. M. Martynovsky // BIM modeling in problems of construction and architecture : Materials of the VI International Scientific and Practical Conference, St. Petersburg, April 19-21, 2023 / Under the general editorship of A. A. Semenov.
- St. Petersburg: St. Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering, 2023. - P. 205-211. - DOI 10.23968/BIMAC.2023.028. - EDN CYDQAT.
8. Kozhukhov A. E. Assessment of the implementation of BIM technologies in the
activities of a small construction enterprise / A. E. Kozhukhov, S. I. Borodin, E. V. Gusev // BIM modeling in problems of construction and architecture: Materials of the VI International Scientific Conference -practical conference, St. Petersburg, April 19-21, 2023 / Under the general editorship of A. A. Semenov.
- St. Petersburg: St. Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering, 2023. - P. 60-68. - DOI 10.23968/BIMAC.2023.009. - EDN UCOOVC.
9. Perepelitsa F.A., Kalimullina A.Yu. Levels of detail of the information model at
various stages of the life cycle // Almanac of scientific works of young scientists of ITMO University. - 2017. - P. 188-191.
10. Novoseltsev I. V. Typology of detail of the calendar-network schedule and the level
of elaboration of elements of the 3D model for effective 4D visualization at different stages of project development / I. V. Novoseltsev // Modern problems of physics and technology: Collection of abstracts of the X International Youth Scientific conference schools, Moscow, April 25-27, 2023. - Moscow: National Research Nuclear University "MEPhI", 2023. - P. 254-255. - EDN NGFWPC.
11. Volkodav V. A., Volkodav I. A. Development of the structure and composition of a
classifier of construction information for the use of BIM technologies // Bulletin of MGSU. - 2020. - T. 15. - No. 6. - pp. 867-906.
12. Kuzminykh A. 4D and 5D Design Processes Automation Using Databases, Classification and Applied Programming / A. Kuzminykh, A. Kukina, G. Bardina // Smart Innovation, Systems and Technologies. - 2022. - Vol. 247. - P. 667675. - DOI 10.1007/978-981-16-3844-2 59. - EDN BRMSCP.
X X О го А С.
X
го m
о
м о м
CJ
