CC BY
129Подземное строительство
------ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
Научно-технический и производственный журнал
УДК 711.4-163
Р.Ю. ЖИДКОВ1, канд. геол.-минер. наук, зам. директора (rzhidkov@gmail.com), М.Н. БУЧКИН1, канд. геол.-минер. наук, директор; А.Ю. СЕРОВ2, руководитель
1 НПП «Георесурс» (117418, г. Москва, ул. Новочеремушкинская, 52)
2 ГУП «Мосгоргеотрест» (125040, г. Москва, Ленинградский пр., 11)
Трехмерная компьютерная модель подземного пространства как инновационный градостроительный инструмент
В настоящее время практически все основные направления градостроительного освоения в г. Москве связаны с освоением подземного пространства. Внедрение строящихся объектов в существующую подземную инфраструктуру при этом осуществляется в условиях сжатых сроков и приводит к осложнению его конфигурации. В этой связи становится особенно актуальным комплексный подход к освоению подземного пространства, с одной стороны удовлетворяющий функциональным требованиям, с другой - рассматривающий подземное пространство как ценный исчерпаемый градостроительный ресурс. Динамика современного градостроительного процесса требует применения принципиально новых инструментов для работы с данными о подземном пространстве, обеспечивающих мгновенную наглядную и достоверную оценку существующих условий, как на стадии генерального планирования, так и при проектировании заглубленных и подземных сооружений. Одним из таких инструментов может стать объемная модель подземного пространства.
Ключевые слова: подземное пространство, трехмерное моделирование, инженерная геология, информационное моделирование, В1М-технологии.
Для цитирования: Жидков Р.Ю., Бучкин М.Н., Серов А.Ю. Трехмерная компьютерная модель подземного пространства как инновационный градостроительный инструмент // Жилищное строительство. 2017. № 5. С. 30-33.
RYu. ZHIDKOV1, Candidate of Sciences (Geology and Mineralogy), Deputy Director (rzhidkov@gmail.com), M.N. BUCHKIN1, Candidate of Sciences (Geology and Mineralogy), Director; A.Yu. SEROV2, Chief 1 NPP «Georesurs» (52, Novocheremushkinsksya Street, Moscow, 117418, Russian Federation) 2 GUP «Mosgorgeotrest» (11, Leningradsky Avenue, Voscow, 125040, Russian Federation)
Three-Dimensional Computer Model of the Underground Space as an Innovative Urban Planning Tool
At present, practically all the main directions of the town-planning development in Moscow are associated with the development of underground space. At that, the introduction of the object under construction in the existing underground infrastructure is realized under the condition of undertime that leads to complication of its configuration. In this connection, especially relevant is the complex approach to the development of underground space which, on the one hand, satisfies functional requirements, on the other hand considers the underground space as a valuable finite town-planning resource. The dynamics of today's town-planning process requires the use of principally new tools for operation with the data on underground space which provide instant and reliable visual assessment of existing conditions both at the stage of master planning and at the stage of designing of buried and underground structures. One of these tools may be a volumetric model of the underground space.
Keywords: underground space, three-dimensional simulation, engineering geology, information modeling, BIM-technology.
For citation: Zhidkov R.Yu., Buchkin M.N., Serov A.Yu. Three-Dimensional Computer Model of the Underground Space as an Innovative Urban Planning Tool. Zhilishchnoe Stroitel'stvo [Housing Construction]. 2017. No. 5, pp. 30-33. (In Russian).
В настоящее время на фоне спада в строительстве жилой и общественно-деловой инфраструктуры в «старых границах» Москвы и в части присоединенных территорий, примыкающих к ним, развивается подземный транспорт. За период с 2016 по 2019 г., согласно утвержденной Адресной инвестиционной программе Москвы, планируется построение более 100 км линий и 50 станций метрополитена. Осенью 2016 г. введено в эксплуатацию Малое кольцо Московской железной дороги (Московское центральное кольцо), через транспортно-пересадочные узлы связанное с существующими и строящимися станциями. Осуществляется программа реорганизации
зо| —
промышленных зон, в рамках которой планируется застройка более 4 тыс. га ранее неиспользуемой территории.
В пределах присоединенных Троицкого и Новомосковского округов происходит иной процесс. Здесь производится первичное формирование городского подземного пространства. Вероятно, в краткосрочной перспективе этот процесс будет ограничен развитием линий метрополитена и устройством подземных парковок при строительстве жилых кварталов. На этой территории важно обеспечить возможность дальнейшего развития системы подземного транспорта и заглубленной инфраструктуры.
^^^^^^^^^^^^^ |5'2017
Научно-технический и производственный журнал
Underground construction
При всех преимуществах подземное строительство -наиболее технически сложный, трудо- и времязатратный вид градостроительного освоения. Систематические проблемы при организации подземного пространства крупных городов можно разделить на две группы, связанные с разными стадиями градостроительного процесса, - стратегические и объектные (локальные).
Стратегические проблемы обусловлены несовершенством подходов к градостроительному проектированию и планированию. В [1] выделяются четыре подхода к формированию программ по освоению подземного пространства:
- ресурсный, в рамках которого подземное пространство рассматривается как исчерпаемый, невозобновляе-мый ресурс недр;
- градостроительный, рассматривающий его с позиций разгрузки и рациональной организации поверхностной части города;
- директивный, определяющий размещение подземных объектов не условиями рационального использования подземного пространства, а директивными требованиями, вне зависимости от инженерно-геологических, градостроительных и других факторов;
- комплексный, основанный на всестороннем анализе технологических, инженерно-геологических, экономических и социальных условий. Именно этот подход обеспечивает устойчивое развитие города, гарантирует экологическую безопасность окружающей среды.
Проще говоря, комплексный подход возникает на стыке градостроительного и ресурсного, обеспечивая сбалансированное решение краткосрочных и стратегических задач. Нужно признать, что в крупнейших городах России в настоящее время применяется комбинация градостроительного и директивного подходов. На наш взгляд, причина этого кроется не в нехватке знаний или специалистов, способных внедрить в практику комплексную стратегию. Сложность конфигурации подземного пространства накладывает ограничения на применение традиционных аналитических методов, предполагающих площадную, но не трехмерную оценку. Кроме того, закрытость и разрозненность сведений о существующих подземных сооружениях и коммуникациях затрудняет проведение таких оценок в принципе. Стратегические проблемы имеют накопительный эффект - каждый строительный проект, реализованный без понимания долгосрочных перспектив использования подземного пространства, усугубляет его перегруженность и снижает эффективность использования в будущем.
Объектные (локальные) проблемы возникают при реализации строительных объектов на практике и, как правило, находят выражение в нарушении запланированных сроков их ввода в эксплуатацию и превышении бюджетной стоимости. Эта группа проблем в том числе связана с недооценкой технологической сложности проекта, рассинхро-низацией и несогласованностью действий специалистов разного профиля.
В качестве способа минимизации таких ошибок предлагается внедрение в процесс проектирования технологий информационного моделирования (BIM), которые позволяют свести к минимуму ошибки, упростить взаимодействие проектировщиков различных разделов, дают возможность разработки многовариантных проектов [2]. По результатам исследования, проведенного НИУ МГСУ совместно с ООО «Конкуратор» [3], применение BIM-систем может при-
52017 ^^^^^^^^^^^^^
вести к ускорению общего срока проектирования на величину до 40% и снижению себестоимости проекта до 30%.
В полной мере разделяя оптимизм авторов исследования, отметим, что с увеличением заглубленности проектируемых сооружений возрастает степень неопределенности исходных данных. Это обусловлено не только перечисленными выше причинами, но и влиянием инженерно-геологических условий на конструктивные решения и технологический ход строительства. Между тем в практике В1М-проектирования полноценное использование инженерно-геологических данных осуществляется крайне редко. Такая ситуация характерна не только для пилотных российских работ в этой области, но и для зарубежной практики [4-7]. Вопрос использования инженерно-геологической и геотехнической информации в рамках В1М-моделирования остается открытым.
В настоящее время нередка парадоксальная ситуация, когда при проектировании зданий и сооружений на городских территориях, характеризующихся крайне высокой степенью инженерно-геологической изученности, геологические особенности участка не учитываются вплоть до момента проведения инженерных изысканий. Принятая в советское время система многостадийных инженерно-геологических изысканий малоприменима с учетом сжатых сроков реализации строительных проектов, затянутости и трудоемкости процедуры регистрации буровых работ и полевых испытаний. В то же время имеющаяся в архивах информация фрагментарна, разнородна, не всегда представительна и актуальна и в прямом виде не может стать основанием для принятия предварительных проектных решений.
В свете всего сказанного возникает необходимость разработки принципиально новых градостроительных инструментов, позволяющих работать в объеме и обеспечивающих быстродействие, возможность оперировать большими массивами информации и оперативно ее обрабатывать [8, 9]. В качестве такого инструмента предлагается объемная модель подземного пространства, разрабатываемая для территории г. Москвы.
Геологическая основа. Создание модели подземного пространства Москвы было начато с разработки объемной геологической основы - среды, в которой расположены или будут располагаться инженерные сооружения. В качестве концептуального прообраза и информационного базиса модели выступил Геологический атлас г. Москвы [7].
Геологическая основа построена на унифицированной базе данных, включающей детальное описание более чем 80 тыс. буровых скважин, переработанных в соответствии со стратиграфической легендой, принятой в атласе. В базу интегрирована система самопроверки, анализирующая распределение выработок и выявляющая ошибки по пространственно-статистическому принципу. При этом с высокой долей вероятности выявляются и отбраковываются некачественные результаты изыскательских работ, неверная привязка геологических скважин, минимизируется влияние человеческого фактора.
Геологическое строение моделируется методом последовательной реконструкции палеорельефов. Этот метод имитирует естественный ход напластования осадочных пород, что обеспечивает «геологичность» информации.
Для работы с информационной начинкой модели был разработан программный комплекс «Геонавигатор», который позволяет выполнять оперативное обновление данных, визуализацию и доступ к ним в интуитивно понятной
- 31
Подземное строительство
------ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
Научно-технический и производственный журнал
Рис. 1. Фрагмент геологической основы модели
Рис. 2. Виртуальный геологический разрез по произвольной линии. Красным цветом обозначены пересечения линии разреза с тоннелями метрополитена
форме. Программный комплекс дает возможность сгенерировать виртуальную колонку скважины в произвольной точке пространства, построить разрез по произвольной линии (рис. 1-2).
На геологической основе построены комплементарные гидрогеологическая и инженерно-геологическая модели, в рамках которых охарактеризовано распространение неблагоприятных инженерно-геологических процессов и явлений и специфических грунтов. К ним относятся подтопленные и заболоченные участки, карстово-суффозионные явления, оползнеопасные участки, переуглубления рельефа, заполненные техногенными образованиями.
С помощью объемной геологической модели можно произвести предварительную характеристику геологических условий площадки, обосновать программу изысканий или верифицировать их результаты. Однако геологическая составляющая сама по себе недостаточно информативна с точки зрения обоснования задач градостроительного проектирования.
Рис. 3. Фрагмент модели наземных сооружений
Рис. 4. Фрагмент модели подземных сооружений и коммуникаций
Наземная и подземная инфраструктура. В программном комплексе предусмотрена возможность интеграции в модель наземной и подземной инфраструктуры. Это позволяет не только осуществлять трехмерную визуализацию сооружений и коммуникаций в геологической среде, но и выполнять аналитические расчеты для обоснования градостроительной стратегии (рис. 3-4).
Возможности модели позволяют оценить степень занятости подземного пространства в объеме, а участки, расположенные вне застроенных зон и участков градостроительных ограничений, охарактеризовать с точки зрения трудности освоения. При этом могут быть учтены как технические и административные ограничения, исключающие или ограничивающие строительство (технические зоны существующих объектов, водоохранные зоны, зоны охраны объектов культурного наследия и т. д.), так и инженерно-геологические, затрудняющие строительный процесс, приводящие к увеличению его сроков и удорожанию за счет применения мер инженерной защиты и сложных конфигураций фундаментных оснований.
НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ
ГЕОРЕСУРС
117418, г. Москва, Новочеремушкинская ул., д. 52, корп. 2
Тел.: (495) 232-22-09 mailto: info@georesurs.su http://www.georesurs.su
Реклама
32
52017
Научно-технический и производственный журнал
Underground construction
Заключение. Имеющиеся и потенциальные возможности объемной модели подземного пространства г. Москвы могут быть использованы при решении следующих задач:
- формирование градостроительной стратегии, выявление наиболее перспективных участков подземного пространства;
- предварительное размещение подземных объектов, их взаимное расположение;
- верификация результатов инженерных изысканий, поступающих в городские фонды;
- оценка инженерно-геологических условий на предпро-ектной стадии, разработка обоснованных программ инженерно-геологических и геотехнических исследований;
- предварительное решение о типе фундаментных и ограждающих конструкций и о применении мероприятий по обеспечению инженерной защиты, минимизирующих негативное влияние инженерно-геологических процессов, разработка многовариантных проектов;
- экспертиза проектировочных и изыскательских работ;
- построение основы для гидрогеологического и геомеханического моделирования, организация сетей мониторинга.
Изученность подземного пространства крупных городов позволяет переходить от пассивного сбора и хранения фондовых данных к стратегии их активного использования с помощью современных информационных ресурсов. Градостроительному комплексу нужен новый подход к принятию решений - одновременно вдумчивый и оперативный, а следовательно, и новые, более универсальные и функциональные инструменты.
Объемная модель Москвы - экспериментальный проект, не имеющий прямых аналогов. По мнению авторов, только взаимодействие специалистов, вовлеченных в градостроительный процесс на разных стадиях, поможет создать действительно функциональный инструмент, а потому приглашаем всех заинтересованных лиц к диалогу.
Список литературы
1. Теличенко В.И., Зерцалов М.Г., Конюхов Д.С и др. Современные технологии комплексного освоения подземного пространства мегаполисов. М.: АСВ, 2010. 360 с.
2. Талапов В.В. Технология BIM: суть и основы внедрения информационного моделирования зданий. М.: ДМК-пресс, 2015. 410 с.
3. Отчет «Оценка применения BIM-технологий в строительстве. Результаты исследования эффективности применения BIM-технологий в инвестиционно-строительных проектах российских компаний» // Информационный портал Национального объединения изыскателей и проектировщиков (электронный ресурс). http://nopriz.ru/ upload/iblock/2cc/4.7_bim_rf_otchot.pdf (Дата обращения 10.12.2016).
4. Kessler H., Wood B., Morin G. Building Information Modelling (BIM) - а Route for Geological Models to Have Real World Impact. GSA 2015, Maryland, USA, 1-4 Nov 2015. Geological Society of America. P. 13-18.
5. Morin G. Geotechnical BIM: Applying BIM principles to the subsurface // Autodesk Univercity (electronic resource) http:// aucache.autodesk.com/au2016/sessionsFiles/21042/12494/ handout_21042_TR21042%20Geotechnical%20BIM%20v1. pdf (date of access 10.12.2016).
5'2017 ^^^^^^^^^^^^^
6. Tawelian L.R., Mickowski S.B. The Implementation of Geotechnical Data into the BIM Process // Procedia Engineerng. 2016. V. 143. P. 734-741.
7. Геологический атлас Москвы: в 10 т. с пояснительной запиской. Масштаб 1:10 000. М.: ГУП «Мосгоргеотрест», 2010.
8. Антипов А.В., Майоров С.Г., Бударин В.Ю. Система инженерно-геологического обоснования градостроительного проектирования при освоении подземного пространства города Москвы на основе применения ГИС-технологий. Инженерные изыскания для строительства: Практика и опыт Мосгоргеотреста / Гл. ред. А.В. Антипов, В.И. Осипов. М.: Проспект, 2012. C. 206-228.
9. Богданов А.С., Ломакин Е.А. Программа реформирования отрасли инженерных изысканий // Геопрофи. 2012. № 5. С. 4-7.
References
1. Telichenko V.l., Zertsalov M.G., Konyukhov D.S. et. al. Sovremennye tekhnologii kompleksnogo osvoeniya pod-zemnogo prostranstva megapolisov [Modern technologies of complex development of underground space of megacities]. Moscow: ASV. 2010. 360 p.
2. Talapov V.V. Tekhnologiya BIM: sut' i osnovy vnedreniya informatsionnogo modelirovaniya zdanii [BIM: the essence and the basics of implementing building information modeling]. Moscow: DMK-press. 2015. 410 p.
3. Otchet «Otsenka primeneniya BIM-tekhnologiy v stroitel'stve. Rezul'taty issledovaniya effektivnosti primeneniya BIM-tekh-nologiy v investitsionno-stroitel'nykh proektakh rossiyskikh kompaniy» [The report «Assessment of the use of BIM technologies in the construction of the Results of a study of the effectiveness of BIM technologies in the construction and investment projects of Russian companies»]. Information portal of the National Association of investigators and project designers (electronic resource). http://nopriz.ru/upload/ iblock/2cc/4.7_bim_rf_otchot.pdf (date of access 10.12.2016).
4. Kessler H., Wood B., Morin G. et al. Building Information Modelling (BIM) - а Route for Geological Models to Have Real World Impact. GSA 2015, Maryland, USA, 1-4 Nov 2015. Geological Society of America. P. 13-18.
5. G.Morin. Geotechnical BIM: Applying BIM principles to the subsurface // Autodesk Univercity (electronic resource) http:// aucache.autodesk.com/au2016/sessionsFiles/21042/12494/ handout_21042_TR21042%20Geotechnical%20BIM%20v1. pdf (date of access 10.12.2016).
6. Tawelian L.R., Mickowski S.B. The Implementation of Geotechnical Data into the BIM Process. Procedia Engineerng. 2016. V. 143. P. 734-741.
7. Geologicheskiy atlas Moskvy (v 10 tomakh s poyasnitel'noy zapiskoy). Masshtab 1:10 000. [Geological Atlas of Moscow (in 10 volumes with an explanatory note)]. Scale 1:10 000. Moscow: Mosgorgeotrest. 2010.
8. Antipov A.V., Mayorov S.G., Budarin V.Yu et al. System of the engineering-geological foundation of urban design in the development of underground space of the city of Moscow based on use of GIS-technologies. Engineering surveys for construction: practice and experience of Mosgorgeotrest. Moscow: Prospect. 2012. P. 206-228.
9. Bogdanov A.S., Lomakin E.A. The reform program of engineering surveying. Geoprofi. 2012. No. 5, рр. 4-7. (In Russian).
- 33
