CC BY
82Внедрение
инновационных технологий
------ЖИЛИЩНОЕ ---
строительство
Научно-технический и производственный журнал
УДК 624.05
С.А. СЫЧЕВ, канд. техн. наук ([email protected])
Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет (190005, Санкт-Петербург, 2-я Красноармейская ул., 4)
Виртуальные решения проектирования ППР на основе информационных BIM-технологий при скоростном возведении полносборных зданий из высокотехнологичных строительных систем
Излагается концепция и методология интерактивного проектирования проектов производства строительных работ на основе использования технико-информационных моделей, технологических схем и макетов строительных объектов в системе 3D. В статье представлены особенности и принципы ускоренной сборки (монтажа, демонтажа) унифицированных модульных конструкций, способы предварительно изготовленных на заводе блок-секций, их транспортирования и монтажа быстро-возводимых модульных зданий. Высокая скорость строительства обеспечивается качественным интерактивным проектом производства работ, логистикой изложения последовательности и полноты информации, применением BIM-технологий, безусловным применением постоянного контроля качества производства работ на всех стадиях строительства с автоматическим контролем точности установки строительных конструкций и выполнения строительно-технологических операций.
Ключевые слова: быстрая сборка, унифицированные модульные конструкции, предварительно изготовленные на заводе; быстровозводимые модульные здания, высокая скорость строительства, проект производства работ, логистика, BIM-технологии, контроль качества, контроль точности.
SA. SYCHEV, Candidate of Sciences (Engineering) ([email protected]) Saint-Petersburg State University ofArchitecture and Civil Engineering (4, 2-ya Krasnoarmeyskaya Street, 190005, Saint-Petersburg, Russian Federation)
Virtual Solutions of Designing of Program of Works on the Basis of Information BIM Technologies at High-Speed Erection of Prefabricated Buildings from High-Technological Construction Systems
The concept and methodology of interactive design of a program of works on the basis of using techno-information models, process flow diagrams and layouts of construction sites in the 3D system are outlined. The article presents the characteristics and principles of accelerated assembly (assembly, disassembly) of standardized modular structures, methods for prefabrication of block-sections at the factory, their transportation and installation of prefabricated modular buildings. High speed of construction is ensured by qualitative interactive project of manufacture of works, logistics of presentation of consistency and completeness of the information, the use of BIM technologies, unconditional application of constant quality control of works at all stages of construction with automatic accuracy control over the installation of building structures and execution of construction operations.
Keywords: quick assembly, standardized modular structures pre-fabricated in the factory, pre-fabricated modular buildings, high speed of construction, program of works, logistics, BIM technologies, quality control, accuracy check.
В современных условиях строительного производства имеется острая необходимость разработки методологии комплексной оценки и анализа эффективности инженерных решений, выбора в конкретных условиях строительства рациональной технологии выполнения монтажа объемных модулей. Ускорение научно-технического прогресса в области высокоскоростного строительства зданий из модулей невозможно без широкого внедрения принципиально новых технологий, обеспечивающих высокую производительность труда, эффективность и качество возведения зданий из модулей. Поиск оптимальной технологии модульного строительства зданий связан с определением совокупности параметров и характеристик системы, которые обеспечивают минимизацию приведенных затрат, трудоемкости и продолжительности работ, социально-экологические, эргономические и другие требования.
В последние годы редко встречается в практике строительства детально разработанный проект производства работ. Это объясняется следующими причинами: отсутствием соответствующих организаций и специалистов, грамотных
2б| -
проектировщиков, инженеров-конструкторов, способных быстро и качественно выполнить проектный заказ; устарелая нормативно-справочная база, учитывающая безопасность, экологичность, эффективность, технологичность проекта; отсутствие заказов и потребности обязательного наличия данного документа ППР для строительства и сдачи проекта государственной комиссии. По существу проект организации работ (ПОС) почти полностью заменил ППР при экспертизе и строительстве типового и нетипового строительства. Вместо детального графика производства работ представляется квартальный график объемов финансирования. Динамичная технология производства строительно-монтажных работ заменяется статичным генпланом, совмещенным с ситуационным планом всех инженерно-технических коммуникаций. Таким образом, ППР почти полностью вытеснен из практики строительного производства - ПОС - проектом организации строительства. Усиление влияния организации работ на технологию часто дает негативные сбои в части безопасности строительных работ,
^^^^^^^^^^^^^ №'2016
Научно-технический и производственный журнал
Introduction of innovative technologies
Рис. 1. Схема проектирования интерактивного проекта производства работ высокоскоростного возведения зданий из модульных систем на основе BIM-технологий
приводит к аварийным ситуациям, травмам, гибели рабочих, к разрушению конструкций зданий [1-11].
Проект производства работ (ППР) - организационно-технологический документ, разрабатываемый для реализации проекта и рабочего проекта и определяющий технологии строительных работ (технологические процессы и операции), качество их выполнения, сроки, ресурсы и мероприятия по безопасности (МДС 12-81.2007) [3].
Технологическая карта (ТК) - организационно-технологический документ, разрабатываемый для выполнения технологического процесса и определяющий состав операций и средств механизации, требования к качеству, трудоемкость, ресурсы и мероприятия по безопасности (МДС 12-29.2006) [3].
Таким образом, имеются противоречия в проектной документации по производству работ, обязательной для выполнения при строительстве любого объекта. В связи с чем учеными в СПбГАСУ ведется разработка первого в России интерактивного ППР на основе BIM-технологий. Предлагается концепция, которая, по оценке разработчиков технологии, позволит получать многомерную визуализацию процесса монтажа конструкций здания в любой момент времени, сборки сложных узлов, точности установки конструкций и агрегатов технологического оборудования благодаря размещенным в монтажных элементах датчиках. Проектировщики и непосредственные строители в процессе выполнения СМР смогут видеть, как, в какой последовательности и при помощи каких технических средств (кранов, подъемников, лебедок и др. механизмов) нужно выполнять монтаж (демонтаж, сборку) конструкций или иную задачу. Внедрение в производство интерактивных технологических процессов сборки позволит коренным образом изменить и дополнить действующую систему конструкторско-технологической подготовки проекта. При этом многократно может быть проверена надежность, прочность, устойчивость, безопасность выполнения конкретного рабочего процесса. В результате мы значительно сократим продолжительность строительства, уменьшим трудоемкость работ, добьемся правильного соотношения цены и качества проекта, удешевим процесс изготовления новых изделий в заводских условиях. Значительно уменьшаются риски проектных ошибок, повышается качество рабочей документации, а следовательно, и качество выполнения строительных работ. Интерактивная работа отличается от обычной виртуальной реальности тем, что проектировщик видит окружающую действительность с уче-
том наслоения дополнительных факторов и условий, в которых будет возводиться проектируемый объект. При проектировании информация вводится через специальные очки, в которых могут быть заданы визуальные команды, пошагово ориентирующие технологические расчеты, варианты расстановки техники или правильные действия инженера [12].
Дополнительная расширенная информация, реальная ситуация хода строительства достаточно тесно интегрируются и с запасами конструкций, парком машин, нормативными требованиями, техническими регламентами, учитывающими контроль качества, безопасность, надежность, эффективность строительства [13-20]. Внешне очки не отличаются от обычных, однако они показывают дополнительную информацию о многих характеристиках и технико-экономических показателях процессов: скорости передвижения кранов, машин, механизмов, транспорта; расстояниях безопасной зоны работы; производительности и трудоемкости работ. По оценке авторов, технология интерактивного информационного ППР позволит получать трехмерную визуализацию процесса монтажа конструкций, сборки сложных узлов и агрегатов технологического оборудования с учетом безопасности производства работ и точности монтажа элементов при использовании в конструкциях вмонтированных пьезометрических, GPS или ГЛОНАСС датчиков. По существу, все нормы СП, СНиП, ЕНиР, ВНИР, ТЭР, МРТ... включены в память ПК с приемным устройством очков. Не нужно делать бумажный чертеж в многократной версии (рис. 1).
В системе AutoCAD в координатной системе изображения можно на электронном листе сделать все установки, привязки монтажных элементов к сетке здания для пространственной ориентации монтажа конструкций с датчиками, перемещения элементов и редактирование объекта; многократно проверить различные варианты и версии, прежде чем вывести чертеж на плоттер. Может быть создано несколько плавающих видовых экранов для сложных объектов. После сравнительного анализа и сопоставления выбирается оптимальный вариант, который будет окончательным решением конкретной инженерной задачи (рис. 2, 3).
Предложенный автором виртуальный ППР позволяет оперативно получать необходимую техническую информацию на месте, без дополнительных запросов к проектировщику или техническим специалистам. Такая модель ППР позволяет наблюдать проект изнутри, взаимосвязи всех монтируемых элементов, детали и характеристики приме-
8'2016
27
Внедрение
инновационных технологий
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
няемых материалов и оборудования, параметры инженерно-технологических решений, объемно-планировочное пространство.
На данный момент авторами ведутся разработки в области совместимости расчетной, нормативной и архитектурной моделей здания, а также оперативного внесения изменений, что поможет избежать несоответствия расчетной модели здания и принятым конструктивно-технологическим решениям. Подобный подход сделает экспертизу построенного объекта и производство СМР более скоростным и эффективным. Он позволит своевременно получать актуальную информацию о ходе строительства, получать сводные оценки по всем строящимся объектам в режиме реального времени и при необходимости произвести оперативный анализ критических ситуаций прорабом, начальником участка, главным инженером.
Интерактивный ППР, таким образом, представляет единое электронное пространство, используемое всеми специалистами по изысканиям, проектированию и строительству. Внедрение такой системы поможет осуществлять постоянный мониторинг строительных процессов, выявлять неиспользование резервов и возможностей, вскрывать причины возникающих отклонений, неблагоприятной ситуации в виде неточно смонтированных конструкций, нарушений требований ППР, сокрытия брака.
По своей сути, это система мероприятий по сравнению данных объективного контроля о текущем состоянии строительства объектов с проектно-конструкторской документацией в соответствии с этапами строительства, требованиями ГОСТа и нормативно-технической документацией, в том числе с проектно-кон-структорской документацией, и поддержанию базы данных в актуальном состоянии (рис. 2).
Основная цель создания интерактивного проекта производства работ - реализовать инструментарий, позволяющий на основе объективных (т. е. полученных с помощью измерительной аппаратуры, обладающей определенным классом точности в зависимости от требований по контролю, для которой проводится государственная сертификация через поверочные лаборатории) и актуальных данных создавать модели строящихся (реконструируемых) объектов и проводить анализ и оценку соответствия текущего статуса (состояния) реальных объектов на всех этапах строительства и реконструкции принятым проектно-конструкторским решениям с последующей оценкой объемов и стоимости выполненных работ. Кроме того, система интерактивного ППР (ИППР) должна «уметь» вносить необходимые изменения в графики строительства (реконструкции) объектов на основе полученных данных, характеризующих соответствие текущего статуса строительства (реконструкции) объектов с требованиями планирующих и контролирующих органов (рис. 3).
Контрольные замеры заносятся в соответствующие отчетные документы, сметы и т. п. в соответствии со штатной процедурой уполномоченным лицом (контроллером, прорабом и т. д.). Отчеты, в том числе на этапе проектно-изыска-
Рис. 2. Пример построения 3D-модели быстровозводимого модульного здания как основы для создания 5D интерактивного ППР
Рис. 3. Примеры построения 3D-модели быстровозводимого модульного здания с мансардой интерактивного ППР
Рис. 4. Построение 4D-Modenu быстровозводимого модульного здания с детализацией встроенных в модули инженерных сетей как основы для создания 5D интерактивного ППР на основе BIM-технологий
тельских работ, заносятся в базы данных. Ключевая процедура - сравнение реальных параметров строительства с проектными документами, а также выполнение международных норм и требований ГОСТов, СП, СНиПов (рис. 4).
Предлагаемая система является виртуальным воплощением строительной площадки (или площадок) и позволяет получить доступ к информационной модели, графику выполнения строительных работ, реализовать возможности и технологические решения по сбору, обработке и созданию необходимых данных об объекте (рис. 5).
В настоящее время заинтересованные стороны в строительных проектах чаще всего используют такие технологии, как информационная модель здания (BIM) наряду с другими, традиционными системами автоматизированного проектирования (САПР) для создания и хранения данных о зданиях. Кроме того, использование модели ИППР позволяет эффективно обмениваться геоданными с другими платформами и взаимодействовать с ними. Задачей руководителей
28
82016
Научно-технический и производственный журнал
Introduction of innovative technologies
Рис. 5. Построение 4D-модели интерактивного ППР монтажа модульного здания как основы для создания 5D на основе В1М-технологий
строительных предприятий является запрос, анализ и представление этой информации для всех зданий в пределах района или еще большего географического региона.
Функционал ИППР позволяет решать целый комплекс задач по строительству, мониторингу и обслуживанию и может поставляться по модулям в зависимости от требований заказчика. Выводы.
1. Предложена концепция и методология интерактивного проектирования проектов производства строительных работ на основе использования технико-информационных моделей, технологических схем и макетов строительных объ-
Список литературы
1. Афанасьев А.А. Технология возведения полносборных зданий. М.: АСВ, 2000. 287 с.
2. Афанасьев А.В., Афанасьев В.А. Организация строительства быстровозводимых зданий и сооружений. Быстровозводимые и мобильные здания и сооружения: перспективы использования в современных условиях. СПб.: Стройиздат, 1998. С. 226-230.
3. Верстов В.В., Бадьин Г.М. Особенности проектирования и строительства зданий и сооружений в Санкт-Петербурге // Вестник гражданских инженеров. 2010. № 1 (22). С. 96-105.
4. Николаев С.В. СПКД - система строительства жилья для будущих поколений // Жилищное строительство. 2013. № 1. С. 7-15.
5. Сычев С.А. Моделирование технологических процессов ускоренного монтажа зданий из модульных систем // Монтажные и специальные работы в строительстве. 2015. № 11. С. 18-25.
6. Асаул А.Н., Казаков Ю.Н., Быков В.Л, Князь И.П., Ерофеев П.Ю. Теория и практика использования быстро-возводимых зданий. СПб.: Гуманистика, 2004. 463 с.
7. Сычев С.А. Системный анализ технологий высокоскоростного строительства в России и за рубежом // Перспективы науки. 2015. № 9 (72). С. 45-53.
8. Сычев С.А. Структурно-функциональная схема автоматизации высокоскоростного монтажа зданий из модулей повышенной заводской готовности // Жилищное строительство. 2016. № 5. С. 40-43.
9. Fudge, J., Brown, S. (2011). Prefabricated modular concrete construction // Building engineer, 86 (6), pp. 20-21.
10. Knaack, U., Chung-Klatte, Sh., Hasselbach, R. Prefabricated systems: Principles of construction. De Gruyter, 2012. 67 p.
82016 ^^^^^^^^^^^^^
ектов в системе 5D: представлены особенности и принципы ускоренной сборки (монтажа, демонтажа) унифицированных модульных конструкций, способы предварительно изготовленных на заводе блок-секций и модулей, их транспортирования и монтажа быстровозводимых модульных зданий.
2. Методика прогнозирования прогрессивной техники и технологии скоростного модульного строительства требует оценки эффективности и выбора оптимального комплекта монтажного оборудования, обеспечивающего наиболее высокие технико-экономические показатели. Высокая скорость строительства обеспечивается качественным интерактивным проектом производства работ, логистикой изложения последовательности и полноты информации, применением BIM-технологий, безусловным применением постоянного контроля качества производства работ на всех стадиях строительства с автоматическим контролем точности установки строительных конструкций и выполнения строительно-технологических операций.
3. Предложенные схемы и рисунки отражают многообразие формирования перспективных технологий модульного строительства, так как различие конструктивных решений модульных зданий и условий их возведения порождает множество технологических вариантов и соответствующих способов механизированного выполнения монтажных работ, требует применения принципиально новой концепции (стратегии и тактики строительства), умелого управления со стороны заказчика и генподрядчика строительством исходя из условий производства работ.
References
1. Afanas'ev A.A. Tehnologija vozvedenija polnosbornyh zdanij [Technology of construction of prefabrication buildings]. Moskva, 2000. 287 р. (In Russian).
2. Afanas'ev A.V., Afanas'ev V.A. Organizacija stroitel'stva bystrovozvodimyh zdanij i sooruzhenij. Bystrovozvodimye i mobil'nye zdanija i sooruzhenija: perspektivy ispol'zovanija v sovremennyh uslovijah [The organization of construction of the fast-built buildings and constructions. The fast-built and mobile buildings and constructions: prospects of use in modern conditions]. SPb.: Strojizdat, 1998, рр. 226-230. (In Russian).
3. Verstov V.V., Badyin G.M. Features of design and construction of buildings and constructions in St. Petersburg. Vestnik gragdanskih ingenerov. 2010. No. 1, рр. 96-105. (In Russian).
4. Nikolaev S.V. SPKD - system of construction of housing for future generations. Zhilishchnoe Stroitelstvo [Housing construction]. 2013. No. 1, pp. 7-15. (In Russian).
5. Sychev S.A. Modelirovanie tekhnologicheskikh protsessov usko-rennogo montazha zdanii iz modul'nykh sistem. Montazhnye i specialnye raboty vstroite!stve. 2015. No. 11, pp. 18-25. (In Russian).
6. Asaul A.N., Kazakov Ju.N., Bykov B.L., Knjaz' I.P., Ero-feev P.Ju. Teorija i praktika ispol'zovanija bystrovozvodimyh zdanij [The theory and practice of use of the fast-built buildings]. SPb.: Gumanistika, 2004. 463 р. (In Russian).
7. Sychev S.A. System analysis technology of high-speed construction in Russia and abroad. Perspektivy nauki. 2015. No. 9, pp. 45-53. (In Russian).
8. Sychev S.A. Structural-Functional Scheme of Automation of High-Speed Installation of Buildings of Increased Prefabrication Modules. Zhilishchnoe Stroitelstvo [Housing construction]. 2016. No. 5, рр. 40-43. (In Russian).
9. Fudge J., Brown S. Prefabricated modular concrete construction. Building engineer. 2011. No. 86 (6), pp. 20-21.
- 29
Внедрение
инновационных технологий
------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
Научно-технический и производственный журнал
11. Wang Y., Huang Z., Heng L. Cost-effectiveness assessment of insulated exterior wall of residential buildings in cold climate. International Journal of Project Management. 2007. № 25 (2), pp. 143-149.
12. Head P.R. Construction materials and technology: A Look at the future. Proceedings of the ICE - Civil Engineering. 2001. № 144 (3), pp. 113-118.
13. Swamy R.N. Holistic design: key to sustainability in concrete construction. Proceedings of the ICE - Structures and Buildings. 2001. № 146 (4), pp. 371-379.
14. Lawson R.M., Richards. J. Modular design for high-rise buildings. Proceedings of the ICE - Structures and Buildings. 2001. № 163 (3), pp. 151-164.
15. Nadim W., Goulding J.S. Offsite production in the UK: The Way forward? A UK construction industry perspective Construction Innovation: Information, Process, Management. 2010. № 10 (2), pp. 181-202.
16. Day A. When modern buildings are built offsite. Building engineer. 2010. № 86 (6), pp. 18-19.
17. Allen E., lano J. Fundamentals of building construction: Materials and methods. J. Wiley & Sons. 2004, 28 p.
18. Fudge J., Brown S. Prefabricated modular concrete construction. Building engineer. 2011. № 86 (6), pp. 20-21.
19. Staib G., Dörrhöfer A., Rosenthal M. Components and systems: Modular construction: Design, structure, new technologies. Institut für internationale Architektur-Dokumentation, München, 2008. 34 p.
20. Knaack U., Chung-Klatte Sh., Hasselbach R. Prefabricated systems: Principles of construction. De Gruyter. 2012. 67 p.
10. Knaack U., Chung-Klatte Sh., Hasselbach R. Prefabricated systems: Principles of construction. De Gruyter. 2012. 67 p.
11. Wang Y., Huang Z., Heng L. Cost-effectiveness assessment of insulated exterior wall of residential buildings in cold climate. International Journal of Project Management. 2007. No. 25 (2), pp. 143-149.
12. Head P.R. Construction materials and technology: A Look at the future. Proceedings of the ICE - Civil Engineering. 2001. No. 144 (3), pp. 113-118.
13. Swamy R.N. Holistic design: key to sustainability in concrete construction. Proceedings of the ICE - Structures and Buildings. 2001. No. 146 (4), pp. 371-379.
14. Lawson R.M., Richards. J. Modular design for high-rise buildings. Proceedings of the ICE - Structures and Buildings. 2001. No. 163 (3), pp. 151-164.
15. Nadim W., Goulding J.S. Offsite production in the UK: The Way forward? A UK construction industry perspective Construction Innovation: Information, Process, Management. 2010. No. 10 (2), pp. 181-202.
16. Day A. When modern buildings are built offsite. Building engineer. 2010. No. 86 (6), pp. 18-19.
17. Allen E., Iano J. Fundamentals of building construction: Materials and methods. J. Wiley & Sons. 2004, 28 p.
18. Fudge J., Brown S. Prefabricated modular concrete construction. Building engineer. 2011. No. 86 (6), pp. 20-21.
19. Staib G., Dörrhöfer A., Rosenthal M. Components and systems: Modular construction: Design, structure, new technologies. Institut für internationale Architektur-Dokumentation, München, 2008. 34 p.
20. Knaack U., Chung-Klatte Sh., Hasselbach R. Prefabricated systems: Principles of construction. De Gruyter. 2012. 67 p.
30
8'2016
