CC BY
216АРХИТЕКТУРА И СТРОИТЕЛЬСТВО: СТРОИТЕЛЬНЫЕ КОНСТРУКЦИИ, ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ
УДК 624 : 004.92 DOI 10.51608/26867818_2021_3_9
ЦИФРОВИЗАЦИЯ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ, КАК ЭФФЕКТИВНЫЙ ИНСТРУМЕНТ СОВРЕМЕННОГО РАЗВИТИЯ ОТРАСЛИ
© 2021 В.Т. Ерофеев, А.А. Пиксайкина, А.Г. Булгаков, В.В. Ермолаев *
Приведен обзор различных типов цифровизации современного строительства. Выполнен детальный анализ существующих информационных технологий по эффективному управлению на предприятиях строительной отрасли.
Ключевые слова: цифровые технологии, инновации, проектирование, моделирование.
На сегодняшний день цифровые технологии стали настоящим прорывом для строительной отрасли. Если до 2019 года, говоря о BIM-технологиях (Building Information Modelling), обсуждались вопросы их внедрения в строительство, то сейчас цифрови-зация является неотъемлемой частью любого проекта, и ни один из них не обходится без современных технологий. Сколько лет инженеры в проектных институтах уже не сидят за огромными столами с набором карандашей разной жесткости и линейками в руках, проекты создаются в специализированных программах. В основе современных систем автоматизированного проектирования (САПР) лежит создание компьютерной модели объекта и теперь человек создаёт не просто чертёж, а электронную копию самого объекта [1].
BIM-моделирование стало обязательным при реализации государственных заказов, а с 2022 года данное требование затронет все контракты компаний с государственным участием. Министерство строительства не исключает, что обяжет частных застрой-
щиков создавать цифровые копии объектов в ближайшее время. Использование технологии моделирования при реализации проектов, в первую очередь, помогает самим застройщикам повысить продуктивность, качество проекта и сэкономить на сроках проектирования, временных трудозатратах на согласование и разработку документации.
Цифровая копия объекта с успехом может использоваться и при реализации сопутствующих социальных и инфраструктурных проектов, а также помочь интегрировать такие инновационные системы, как «Умный город». Проект «Умный город» реализует Министерство строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации, для которого создана рабочая группа представителей заинтересованных федеральных и региональных властей, отраслей ЖКХ, важных разработчиков технологий, профессиональных сообществ, университетов и центров компетенций, а также ведущих международных экспертов. При поддержке Ростеха, Росатома и Ростелекома создан национальный центр компе-
* Ерофеев Владимир Трофимович - академик РААСН, доктор технических наук, профессор кафедры "Строительные материалы и технологии", Пиксайкина Анна Александровна - кандидат экономических наук, доцент кафедры "Строительные материалы и технологии", Булгаков Алексей Григорьевич - доктор технических наук, профессор кафедры "Строительные материалы и технологии", Ермолаев Владислав Валерьевич - студент 6 курса, специальности «Строительство уникальных зданий и сооружений", все - архитектурно-строительный факультет, ФГБОУ ВО "НИ МГУ им. Н. П. Огарева" (Саранск, РФ).
ф
тенций по проекту «Умный город», который будет заниматься разработкой, внедрением и популяризацией технологий, оборудования и программ. Направление программ - повышение уровня цифровизации городской экономики, а также подготовка и оказание помощи проектам международного сотрудничества в области жилищной политики, градостроительства и управления природными ресурсами, в первую очередь связанных с созданием и функционированием «умных» городов. Кроме того, Национальный центр компетенций совместно с комитетом по корпоративной социальной ответственности разработал концепцию «Умных городов» в России, целью которой является повышение качества управления городами и уровня жизни в них за счет внедрения передовых цифровых и инженерных решений. В задачи проекта, как известно, входят:
❖ нормативное регулирование и разработка стандартов работы с данными;
❖ поддержка и мониторинг региональных проектов;
❖ подбор и подготовка к тиражированию лучших решений;
❖ синхронизация с международным опытом.
Следует привести пять ключевых принципов «Умного города» (Smart city): комфортная и безопасная городская среда; технологичность городской инфраструктуры; ориентация на человека; акцент на экономической эффективности, в т. ч. сервисной составляющей городской среды; повышение качества управления городскими ресурсами [2].
Основной инструмент реализации принципов - широкое внедрение цифровых и инженерных решений в городской инфраструктуре. Текущий статус проекта состоит в следующем:
❖ создан проект с командой, сроками, планами и сметой;
❖ создан банк решений умного города (www.russiasmartcity.ru), на настоящий мо-
мент в этом ресурсе имеются 537 городов, 364 проекта, 20 экспертов;
❖ пилотные города тестируют решения с крупнейшими компаниями.
Происходит «каскадирование» в регионы:
❖ созданы региональные программы и команды;
❖ работает единая коммуникационная платформа: сайт, чат, документы в общем доступе, совещания, селекторы;
❖ для экспертной поддержки сформирована рабочая группа, разбитая на комитеты.
Создан стандарт требований к «Умному городу» с разделами и мероприятиями, ожидаемыми эффектами и сроками по следующим направлениям:
❖ городское управление (цифровая платформа вовлечения граждан в управление городом «Активный гражданин», цифровой двойник города, интеллектуальный центр городского управления);
❖ умное ЖКХ: цифровая трансформация систем энергетической и коммунальной инфраструктуры, внедрение интеллектуальных систем управления инфраструктурой, жилым фондом и социальными объектами (6 мероприятий);
❖ инновации для городской среды (4 мероприятия);
❖ умный городской транспорт (6 мероприятий);
❖ интеллектуальные системы общественной безопасности (3 мероприятия);
❖ интеллектуальные системы экологической безопасности (3 мероприятия);
❖ инфраструктура сетей связи (1 мероприятие);
❖ туризм и сервис (2 мероприятия).
Одним из основных шагов по оптимизации строительных процессов и повышению эффективности станет внедрение технологий 1оТ - интернета вещей. Концепция компьютерной сети физических объектов, оснащенных встроенными технологиями взаимодействия друг с другом или с внешней
il
ЭКСПЕРТ:
ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА
2021. № 3 (12)
EXPERT: THEORY AND PRACTICE
средой, что позволяет им собирать, анализировать и передавать данные друг другу с помощью программных и технических устройств [3].
Используется аналогичная технология в строительной отрасли - это устройства и датчики, объединенные на единой платформе, которые отслеживают и анализируют все строительные процессы в режиме реального времени. Такой подход позволяет снизить не только условия труда и интенсивность их работы, но и стоимость.
Несомненно, важным звеном в промышленном дизайне, широко используемым во многих отраслях, включая автомобилестроение, судостроение и аэрокосмическую промышленность, промышленный и архитектурный дизайн и т. д., является компьютерное проектирование (САПР), известный как сложный набор технических, программных и других инструментов для автоматизации проектной деятельности. Он также используется для создания компьютерной анимации спецэффектов в фильмах, рекламных и технических материалах, как цифровой контент [4].
Как известно, по целевому назначению различают САПР или подсистемы САПР, которые обеспечивают различные аспекты проектирования: CAD (computer-aided design/drafting) - средства автоматизированного проектирования, в контексте указанной классификации термин обозначает средства САПР, предназначенные для автоматизации двумерного и/или трехмерного геометрического проектирования, создания конструкторской и/или технологической документации, и САПР общего назначения; CADD (computer-aided design and drafting) - проектирование и создание чертежей; CAGD (computer-aided geometric design) - геометрическое моделирование; CAE (computer-aided engineering) - средства автоматизации инженерных расчётов, анализа и имитационного моделированияфи-зических процессов, осуществляют динамическое моделирование, проверку и оптими-
зацию изделий; CAA (computer-aided analysis) - подкласс средств CAE, используемых для компьютерного анализа; CAM (computer-aided manufacturing) - средства технологической подготовки производства изделий, обеспечивают автоматизацию программирования и управления оборудования с ЧПУ или ГАПС (гибких автоматизированных производственных систем). Русским аналогом термина является АСТПП -автоматизированная система технологической подготовки производства; CAPP (computer-aided process planning) - средства автоматизации планирования технологических процессов, применяемые на стыке систем CAD и CAM. Многие системы автоматизированного проектирования совмещают в себе решение задач, относящихся к различным аспектам проектирования CAD/CAM, CAD/CAE, CAD/CAE/CAM.
Отдельное внимание уделяется контролю, ведь уже сейчас крупные компании используют дроны, GPS устройства и всевозможные сканеры с целью соблюдения планов, скорости возведения домов и соответствующего качества. Сквозная аналитика будет влиять также на физическую работу персонала на стройплощадке [5].
Дроны, лазеры, сканеры, устройства GPS и другое специальное оборудование активно внедряются крупными застройщи-ками,что позволяет им полностью оцифровать процесс строительства, а данные поступают в единую систему, тем самым помогая повысить эффективность контроля: следить за соблюдением изначального плана, его сроков, скорости и качества работ [6-20]. Девелопер получает сквозную аналитику о работах на всех стадиях и может оптимизировать все процессы, в том числе это касается и работы персонала на строительной площадке.
Дополнительно развивается направление стоимостного инжиниринга, которое позволяет получить ресурсную смету проекта, при загрузке имеющейся BIM-модели в специальную программу. «Загрузив BIM-
ф
Рис. Цифровая модель траектории движения скрепера
модель, пользователь автоматически получает на выходе ресурсную смету», - говорит президент ГК «Основа» Александр Ручьев.
Вне всякого сомнения, технологии автоматизации управления нашли широкое применение в строительной отрасли, иодним из активно развивающихся направлений является использование беспилотных летательных аппаратов (БПЛА, дроны). Эффективность их использования ранее была низкой из-за необходимости установки тяжелого дорогостоящего оборудования - лидаров, что увеличивало требования к грузоподъемности и, как следствие, значительно сокращало время полета, делая невозможным съемку большого количества точек [21].
Многие задачи связаны с использованием высокоточного лазерного сканирования импульсного тахеометра, который позволяет фотографировать БПЛА с помощью высокоточных бортовых спутниковых систем геолокации. По мере уменьшения сложности процесса съемки можно минимизировать количество геодезических контрольных точек, а иногда и вовсе отказаться от них. В настоящее время доступны модели, которые одновременно используют различные глобальные навигационные спутниковые системы (GNSS) GPS L1 L2, ГЛО-НАСС L1 L2, Galileo E1 E5a и BeiDou B1 B2 на базе стандартных недорогих БПЛА. Геолокационные станции и специальное программное обеспечение решат проблему не
только построения реальной пространственной модели строительной площадки, но и расчета оптимальных маршрутов движения бульдозеров и скреперов с учетом модели техники, ее технических свойств и фактического рельефа местности [22]. В этом приложении система способна предложить оптимальную модель устройства, оптимальную траекторию движения, что обеспечивает значительное снижение затрат на топливо и обслуживание устройства (см. рисунок).
Анализируя вышеизложенный материал, можно утверждать, что с каждым годом в сферу строительства внедряется всё больше и больше современных технологий. В XXI веке проекты не чертятся и не рассчитываются вручную. Благодаря современным программам В1М-моделирования значительно ускорились сроки выполнения проекта. Применение программ в системе автоматизированного проектирования является частью общей мировой тенденции развития современных компьютерных цифровых технологий, внедряемых в проектирование, строительство и эксплуатацию объектов, а за самими объектами ведётся особый контроль, осуществляемый через БПЛА и дроны.
Библиографический список
1. Применение цифровых технологий в строительстве: учебное пособие / А.Х. Байбу-
ЭКСПЕРТ: ■ ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА
2021. № 3 (12)
EXPERT-THEORY AND PRACTICE
рин, Н.В. Кочарин. - Челябинск: Библиотека А. Миллера, 2020. - 167 с.
2. Цифровые технологии в строительстве / В.И. Травуш // Academia. Архитектура и строительство. 2018. № 3. С. 107-117. DOI: 10.22337/2077-9038-2018-3-107-117
3. Новые технологии в строительстве, которые изменят отрасль уже совсем скоро [Электронный ресурс]. — URL: https://pr-flat.ru/blog/ novye-tekhnologii-v-stroitelstve-kotorye-izmenyat -otrasl-uzhe-sovsem-skoro/
4. Новые технологии, которые станут обязательными на рынке жилья 2020-х [Электронный ресурс]. — URL: https://realty.rbc.ru/news/5dfa 257b9a79471754678a03
5. Цифровизация строительной отрасли: место России в мировых тенденциях на примере контроля строительства [Электронный ресурс]. — URL: https://sapr.ru/article/25580
6. Сайфеддин Д., Булгаков А.Г., Круглова Т.Н. Нейросетевая система отслеживания местоположения динамического агента на базе квадрокоптера // Инженерный вестник Дона. -2014. № 1(28). С. 72.
7. Emelianov S., Bulgakov A., Sayfeddine D. Aerial Laser Inspection of Buildings Facades using Quadrotor. // Creative Construction Conference 2014 June 21-24, 2014 Prague, Czech Republic. -Budapest, Szent Istvan University, Proceedings CC2014, pp. 24-29.
8. Bulgakov A., Emelianov S., Bock T., Sayfeddine D. Control of hovering altitude of a quadrotor with shifted centre of gravity for inspection of high-rise structures. // 31st International Symposium on Automation and Robotics in Construction and Mining, 9-11 July 2014, Australia. - Sydney, University of Technology, 2014, pp. 762-767.
9. Bertram T., Bock T., Bulgakov A., Evgenov A. Generation the 3D Model Building by Using the Quadcopter // 31st International Symposium on Automation and Robotics in Construction and Mining, 9-11 July 2014, Australia. - Sydney, University of Technology, 2014, pp. 778-783.
10. Bulgakov, A., Sayfeddine, D. Performing indoor radiation leakage test using quadrotor. // 58st IWK Ilmenau Scientific Colloquium „Shaping the Future by Engineering", 2014, p. 42.
11. Bulgakov, A., Evgenov, A. Automatization the 3D Reconstruction of the Building Model using 2D Images. // 58st IWK Ilmenau Scientific Collo-
quium „Shaping the Future by Engineering", 2014, p. 34.
12. Bulgakov, A., Emelianov, S., Bock, T., Sayfeddine, D., Erofeev, V. Inspection offlyover bridges Using quadrotor // Connected to the Future: proceedings of the 32nd International Symposium on Automation and Robotics in Construction and Mining. Oulu, Finland, 15. - 18. 6. 2015. -Oulu: University of Oulu, 2015, pp. 448-453.
13. Bulgakov, A., Evgenov, A., Weller, C. Automating high-rise structures inspection using quadrotor // Procedia Engineering, 123 (2015), pp. 101109.
14. Sayfeddine, D., Bulgakov, A., Kruglova, T. Intelligent passively stabilized quadrotor // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science 87 (2017) 032036. DOI:10.1088/1755-1315/87/3/032036
15. Krause, M., Otto, J., Bulgakov, A. and Sayfeddine, D. Strategic optimization of 3D-concrete-printing using the method of CONPrint3D® // Proceedings of the 35thInternational Symposium on Automation and Robotics in Construction (ISARC 2018). - Berlin: 2018, pp. 1-7.
16. Bulgakov, A., Kruglova, T., Bock, T. Formulation of the Optimization Problem of the Cyber-Physical Diagnosis System Configuration Level for Construction Mobile Robots // Proceedings of the 36th International Symposium on Automation and Robotics in Construction (ISARC 2019). - Alberta: 2019, pp. 704-708. DOI: https://doi.org/ 10.22260/ISARC2019/0094
17. Bulgakov, A., Sayfeddine, D., Otto, J., Eme-lianov, S. Dispersed cyber-physical coordination and path planning using unmanned aerial vehicle // Proceedings of the 36thInternational Symposium on Automation and Robotics in Construction (ISARC 2019). - Alberta: 2019, pp. 730-734. DOI: 10.22260/ISARC2019/0098
18. Bulgakov, A., Pakhomova, E. Coordination of construction manipulation robotic systemusing UAV / International Conference CIBv2019 Civil Engineering and Building. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 789 (2020) 012007 IOP Publishing. doi:10.1088/1757-899X/789/1/012007 1
19. Bulgakov, A., Sayfeddine, D., Bock, T. and Awny Fares. Generation of Orthomosaic Model for Construction Site using Unmanned Aerial Vehicle. 2020 Proceedings of the 37th ISARC, Kitakyshu, Japan, pp. 900-904. DOI: 10.22260/ISARC2020/0124
Ф
20. Wen Der Yu, Hsien Kuan Chang and Alexey Bulgakov. An Image Recognition-based Distance Measurement Technique for Real-time Locating of Construction Workers. 2nd IEEE International Conference on Architecture, Construction, Environment and Hydraulics 2020.
21. Цифровые технологии в строительстве [Электронный ресурс]. — URL: https://asninfo.ru/ techmats/127-tsifrovyye-tekhnologii-v-stroitelstve
22. Устойчивое строительство и городской дизайн: учеб. пособие / науч. ред. и сост. А.Л. Гельфонд, В.Т. Ерофеев, А.А. Ямашкин. - Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2019. - 348с.
Поступила в редакцию 30.04.2021 г.
DIGITALIZATION IN CONSTRUCTION AS AN EFFECTIVE TOOL FOR MODERN DEVELOPMENT
OF THE INDUSTRY
© 2021 V.T. Erofeev, A.A. Piksaykina, A.G. Bulgakov, V.V. Ermolaev*
An overview of various types of digitalization of modern construction is given. A detailed analysis of the existing information technologies for effective management at the enterprises of the construction industry has been carried out.
Keywords: digital technologies, innovations, design, modeling.
Received for publication on April 30, 2021
* Erofeev Vladimir Trofimovich - Academician of RAACS, Dr. of Technical, Professor of the department of "Building Materials and Technologies", Piksaykina Anna Alexandrovna - Associate professor of the department of "Building Materials and Technologies", Candidate of economic sciences, Bulgakov Alexey Grigorievich - Professor of the department of "Building Materials and Technologies", Dr. of Technical, Ermolaev Vladislav Valerievich - 6th year student, speciality "Building of unique buildings and constructions", all - faculty of Architecture and civil engineering of the Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "National Research of Mordovia State University N.P. Ogarev" (Saransk, Russia).
