Технологическое развитие строительной отрасли России является необходимым для повышения эффективности использования ресурсов и конкурентоспособности в технологиях строительства. Задан курс на цифровизацию строительной отрасли. Технология BIM (Building Information Modeling — информационное моделирование зданий и сооружений) или её российский аналог ТИМ (технологий информационного моделирования) уже не являются новшеством в строительстве, но их внедрение в строительной отрасли затруднено по ряду причин.

В профессиональных кругах постоянно идут споры о реализации технологий информационного моделирования. Однако ТИМ развивается и подталкивает к изменению процессы строительства. В данной работе будут продемонстрированы общие принципы создания информационной модели раздела отопления, вентиляции и кондиционирования на этапе проектирования строительного объекта для формирования представления о применении ТИМ.

Методологической основой данной работы являются исследования отечественных и зарубежных авторов в области информационного моделирования строительных объектов. Решение задач исследования производится с применением основ информационного моделирования, экспериментальных методов и методов проектирования (прямые аналитические методы синтеза, а также существующие эвристические методы проектирования).

Для решения задач капитального строительства нового объекта необходимо учитывать все возможные факторы, влияющие на решение поставленных задач. Если рассматривать строительство с точки зрения системотехники [1], то оно представляет собой открытую систему, состоящую из множества подсистем, которые взаимодействуют с предприятиями других отраслей, сферой различных услуг и природной средой.

Таким образом, необходимо определить и учесть наиболее важные факторы, показатели и взаимосвязи, влияющие на рассматриваемый объект.

В данном случае главным объектом является объект капитального строительства, который рассматривается как система, состоящая из таких подсистем, как:

  • инженерно-технические (конструктивные элементы, инженерные элементы, технологическое оборудование и др.);
  • человеко-машинные (коллективы исполнителей, использующие машины разного типа);
  • организационно-технологические (организационные структуры, новые технологии и методы);
  • социально-экономические (экономические и социальные взаимоотношения);
  • а также организационно-информационные взаимосвязи между всеми указанными подсистемами.

Информационная модель (ИМ) жилого здания может являться базой для управления данным объекта строительства на всех этапах его жизненного цикла (ЖЦ). Информационная модель способна аккумулировать данные о всех взаимодействиях между различными элементами, объектами и субъектами, связанными с ЖЦ объекта строительства.

На рис. 1 представлена общая схема взаимосвязей разных процессов и элементов, связанных с объектом капитального строительства [2]. В качестве объекта исследования рассматривается цифровая информационная модель типового здания многоквартирного дома (рис. 2). Под типовым зданием подразумевается объект повторного применения, характеризующийся типовыми или стандартными параметрами (габариты конструкций, высотность, архитектура и др.). Объекты повторного применения могут разрабатываться в больших проектных организациях, где для удобства проектирования применяются типовые решения, что формирует типовой объект для его повторного применения. Развитие таких объектов связано с изменениями планировочных решений в части квартирографии, применением новых технических решений, модернизации устаревших решений. На данный момент это развитие затрудняет стандартизацию всех процессов проектирования. Например, изменение квартирографии влечёт за собой изменения в размещении инженерных сетей здания, куда накладываются ограничения по наличию свободного места в пространстве здания и конструктиву. Однако наличие типовых и стандартизированных элементов позволяет выявить закономерности для автоматизации процессов и анализа таких объектов. Цифровая информационная модель объекта состоит из связанных в одну информационных моделей подсистем данного объекта.

Объект капитального строительства (в данном случае — многоквартирный жилой дом) проходит разные этапы жизненного цикла «концепция — проектирование — строительство — эксплуатация — демонтаж». В табл. 1 представлены основные этапы жизненного цикла объекта с кратким описанием.

На разных этапах ЖЦ имеются свои особенности развития инженерных систем проекта, появляются новые данные, которые необходимы для решения различных задач в процессе всего жизненного цикла объекта.

В соответствии с общей последовательностью развития проекта каждый этап развития (или жизненного цикла) является базой для предыдущего. На каждом этапе есть определённые лица, заинтересованные в развитии и управлении проектом, и определённые задачи. Важно рассматривать основные задачи разных этапов ЖЦ объекта для того, чтобы определить состав данных в ИМ для возможности качественного анализа с целью принятия наилучших решений, связанных с управлением этим объектом [3].

Например, на этапах концепции и проектирования важно определить возможность реализации инженерных систем и правильно оценить затраты. ТИМ способствует решению таких задач и имеет следующие достоинства:

  • позволяет осуществлять совместную работу между различными специалистами смежных инженерных систем на этапе проектирования, что повышает актуальность информации, циркулирующей между смежными разделами;
  • позволяет автоматизировать различные рутинные процессы при проектировании;
  • благодаря наглядной визуализации способствует более быстрой проверке корректности принятых инженерных решений, чем при двухмерной модели;
  • позволяет сократить время на корректировки и внесение изменений в проект;
  • позволяет более наглядно продемонстрировать инженерные решения для строителей и др.

ТИМ имеет и некоторые недостатки:

  • необходима доработка функциональности программного обеспечения для выпуска проектной документации и расчётных операций;
  • сложность в освоении программного комплекса;
  • стоимость программных комплексов;
  • необходимы изменения в организации самого процесса проектирования и взаимодействия между заинтересованными сторонами и др.
  • Однако специалистами по технологии информационного моделирования проводится работа над устранением указанных недостатков.

В качестве примера применения технологии информационного моделирования можно рассмотреть развитие раздела «Отопление, вентиляция и кондиционирование» (ОВиК). В части проектировании систем ОВиК в цифровой информационной модели объекта инженерам доступны актуальные данные о помещениях, конструктиве, используемых материалах на объекте и другая информация, необходимая для расчётов и принятия технических решений для обеспечения потребностей объекта.

Разработку модели ОВиК можно выполнять согласно списку комплектов, которые формируются при создании данной проектной модели. Для разработки каждого комплекта необходимо использовать определённую технологию, разработанную BIM-специалистами. Также в последние годы формируется нормативная база для информационного моделирования в строительстве [4–7]. Только единая технология позволит составить корректную информационную модель для её дальнейшего анализа и применения в процессах ЖЦ объекта.

Например, задание на отверстия к инженерам-конструкторам от инженера ОВиК можно передавать как отдельно разделом ОВиК, так и в составе сводного задания от инженерных систем объекта. В качестве задания могут передаваться ссылки на хранилища цифровых информационных моделей по каждой системе.

Общий алгоритм передачи задания от ОВиК к смежному разделу в среде информационного моделирования заключается:

  • в подготовке и оформлении задания ОВиК для смежного раздела;
  • в передаче ссылки на модель ОВиК для её подгрузки в качестве связи в модель смежного раздела;
  • в получении согласования / комментариев (при наличии) от специалиста смежного раздела;
  • в корректировке задания ОВиК (при необходимости);
  • в оповещении об изменения в задании специалиста смежного раздела.

Аналогичное взаимодействие происходит и с другими специалистами.

Сводная цифровая информационная модель объекта капитального строительства собирается автоматически в формате из моделей всех разделов проекта. Все модели координируются для конечной совместимости в единой модели и проверяются на коллизии и соответствие составу данных.

Итак, были продемонстрированы общие принципы практического формирования цифровая информационной модели инженерных систем на этапе проектирования объекта.

В РФ интенсивно развивается направление информационного моделирования в строительстве. Существуют исследования и проекты с использование ТИМ [8–11]. Также имеются проблемы и ограничения в развитии данного направления, но перспективы ТИМ очевидны, поэтому все текущие проблемы постепенно решаются. Важно понимать, что ТИМ меняет подход во взаимодействии разных специалистов на всех этапах жизненного цикла объекта, и этот подход следует изучать, корректировать и использовать для повышения эффективности управления и работы над проектами.