BIM-моделирование: как оцифровать мысли инженера

Многие века в строительстве применялась классическая схема: инженер создавал чертежи, то есть с помощью набора линий, кружков и штриховок передавал свои решения. Однако прочитать эту документацию мог только другой человек, к тому же посвященный в эту знаковую систему.

Модели строительных объектов существовали и в эпоху чертежей – в голове конкретного специалиста. Поэтому имена легендарных инженеров прошлого навсегда остались в истории. Но сегодня такие масштабы не обязательно держать в уме – нужно лишь правильно настроить программное обеспечение. Раньше весь объект знал главный инженер. Чтобы другие сотрудники могли оперировать этими знаниями, информацию разбивали на много частей, каждую из которых мог интерпретировать отдельный специалист. А ведь у каждой специальности особый язык, и чертежи электрика отличаются от чертежей архитектора. Чтобы правильно читать все эти документы, нужно было разбираться в нескольких профессиях. Для получения сводного результата требовалось много времени, и каждый этап обработки дорого обходился.

Технология BIM позволяет привести эту разноплановую информацию к одному универсальному языку и видеть все данные в совокупности – не только строительной части, но и электрической, и любой другой. Таким образом, самое значительное преобразование, которое было достигнуто с помощью информационного моделирования, – это выравнивание технической языковой среды. В итоге применение данной технологии ускоряет принятие управленческих решений, повышает их точность и удешевляет стоимость.

BIM-модели в отличие от традиционного проектирования можно наполнить любой информацией, то есть не только охватить геометрию, но и учесть количество и свойства компонентов.

В трехмерной модели любой объект (будь то офис, производственное здание или рудник) можно разделить на элементы и рассмотреть их как по отдельности, так и в любых межсистемных связях. Уровень LOD – или степень детализации – настраивается персонально. Можно даже в определенную дверь вписать определенный замок. Это позволяет, в частности, точно сформировать тендер для закупки материалов и оборудования.

Благодаря такой детализации можно еще на этапе проектирования выявить и устранить всевозможные несоответствия и опасные пересечения компонентов – например, водопроводных труб и кабельных каналов. Ранее – при «бумажном подходе» – из-за сжатых сроков проектировщики могли ненароком допускать неточности. Эти оплошности проектировщиков всплывали при строительстве, что приводило к непредусмотренным затратам средств и времени. А в единой трехмерной модели можно заранее спланировать все: совместить инженерные сети, увидеть, попадает ли запланированная дверь в проем, предусмотренный конструкцией, спроектировать даже то, под каким углом будет падать свет из окна.

BIM-моделирование также позволяет представить картину целиком. «От детального рассмотрения двери можно подняться на уровень генерального плана, чтобы увидеть, как разные здания между собой стыкуются. Раньше для того, чтобы пройти по этим трем вопросам, нужно было рассмотреть три-четыре комплекта документации, за которую отвечали разные люди. Имея информационную модель, можно быстро переключаться с одного уровня на другой и тем самым ускорять принятие решений. И принимать их более продуманно, надежно и обосновано», – рассказывает Кулаков.

Построение 3D-модели – базовый уровень BIM-моделирования. Как правило, компании интересуют более высокие уровни. В 4D-уровне добавляется график строительства с привязкой к модели, в котором указываются сроки выполнения отдельных строительно-монтажных работ. В 5D-модель интегрируется стоимость работ и материалов, что позволяет следить за выполнением графика финансирования.

«Для заказчика это удобно: он ведет строительство объекта, имея детальную BIM-модель, а визуализация плана и процесса выполнения работ позволяет понять, сколько времени, средств, трудовых ресурсов должно уйти на определенные этапы: заливку фундамента, возведение этажей, отделочные работы и прочее. Соответственно, он может точно выстроить график финансирования и реализации объекта и отслеживать его в онлайн-режиме», – отмечает Виталий Москаленко, основатель компании «ПромСтройИнжиниринг», разрабатывающей проект строительства в Норильске Арктического музея современного искусства.

Высший уровень моделирования – 6D. Здесь к каждому элементу подгружается паспорт или сертификат, полученный от изготовителя. Это настоящая «эксплуатационная модель», точно соответствующая фактически выполненным строительно-монтажным работам, благодаря которой персонал может точечно менять оборудование и проводить ремонт.

Таким образом, технология BIM может использоваться на протяжении всего жизненного цикла любого объекта – от замысла до вывода из эксплуатации. Информационная модель позволяет эффективнее управлять материальными ресурсами. Персонал быстро получает ответ, что требует ремонта, какое оборудование часто ломалось или, наоборот, никогда не выходило из строя. На трехмерных картах различными цветами можно маркировать элементы в том или ином состоянии, что позволяет быстрее принимать решения.

BIM-моделирование облегчает проектирование и эксплуатацию торговых, офисных и жилых помещений. Но, конечно, промышленным гигантам эта технология более интересна, поскольку масштабы здесь совершенно иные. В данном случае цифровизация управления позволяет сократить количество уровней, через которые проходит информация.

В «Норникеле» часто применяются лазерное сканирование и аэрофотосъемка с дронов. Полученное «облако точек», документирующее положение объектов, дополняется фотографическим представлением – видно даже бирку на дверной ручке. BIM-моделирование в данном случае находится на вершине процесса, поскольку позволяет настроить машинную обработку информации, собранной опять же машинами. Именно таким образом «Гипроникель» разработал генеральный план промплощадки Кольской ГМК в Мончегорске, основой которого стали массивы данных, полученные с помощью аэрофотосъемки и лазерного сканирования. Как только эта модель получит глубокую проработку с точки зрения атрибутов и интеграции во все производственные системы, предприятие сможет эффективнее планировать ремонты и перестройки.

На этапе строительно-монтажных работ таким образом можно получать «цифровые двойники» объектов и стройплощадок, отслеживать ход работ и их соответствие цифровой модели. Можно видеть не только то, что какой-то объект построен, а другой – нет, но и, «проваливаясь» в модель глубже, разбираться, что конкретно мешает выполнению плана. Можно даже найти сотрудника, который не выполнил в срок ТЗ, или увидеть, по какой причине была сорвана поставка. Раньше нужно было сделать много звонков, чтобы получить информацию, которая искажалась в процессе передачи от человека к человеку. А BIM-моделирование объединяет различные информационные системы, что позволяет выяснять многие вопросы практически в онлайн-режиме.

До конца этого года в «Гипроникеле» планируют разработать единые бизнес-процессы проектирования. «Мы идем от плана. Дело в том, что все используемые в компании сервисы и системы чаще ориентированы на анализ фактического состояния. Мы же свою нишу видим в проработке проектов в виде информационных моделей, чтобы потом факт можно было с чем-то сравнивать», – объясняет Анатолий Кулаков.

По его словам, требует пересмотра сам бизнес-процесс проектирования: «Хорошо задокументировано, как должен проект начинаться, как он должен сопровождаться, как он должен управляться. А что происходит во взаимоотношениях между инженерами – обмен промежуточными отчетными документами в виде чертежей, таблиц, записок. Мы ставим задачу разработать ИТ-решение, которое позволит все эти данные сразу собирать в единой информационной модели. Это вроде бы простая, но на самом деле нетривиальная задача, поскольку нужно выработать единые подходы, по которым различные отделы и различные специальности смогут обмениваться информацией. И не просто обмениваться, но и передавать ее более компактно, универсально, чтобы она была проверяема».

Эта работа позволит наладить управление данными, то есть работать с Big Data.

Например, проектировщик, включая в схему какое-нибудь оборудование, видит, что оно используется на другом предприятии компании. Значит, оно есть на складах и есть персонал, который умеет это оборудование эксплуатировать. Таким образом можно стандартизировать принятие решений. На конечной модели будет видно, сколько у компании вообще такого оборудования, в каких цехах оно находится и как применяется.

Анатолий Кулаков уверен, что полная цифровизация приведет к новой промышленной революции – к «Индустрии 4.0». А суть ее в том, что подобные системы станут саморегулируемыми. К примеру, в «Норникеле» применяется технология машинного зрения, но опций при возникновении проблемы немного – только «остановить» или «не остановить». Если же больше знать о конкретном объекте, то можно смоделировать его поведение – допустим, без участия человека перенастроить конвейер. Система, обнаружив нарушение технологии, должна самостоятельно принять решение, что нужно отрегулировать.