Russian Federation
The general problems of development and implementation of technical and economic solutions in the construction industry in general and in the implementation of investment and construction projects in particular are considered. The place and role of digitalization in the development of construction are described. The results of a study of the processes of development of information modeling technologies in construction - BIM (Building Information Modeling) and areas of their use are presented. Further trends in the development of 3D modeling technologies in construction are identified, both in terms of improving the technologies themselves and in terms of expanding their areas of application in construction, including a comprehensive assessment of the manufacturability, quality and economic efficiency of the generated solutions.
evelopment trends, technologies, 3D modeling, construction
Введение
Одним из ключевых факторов обеспечения эффективности социально-экономического развития страны является развитие сферы жилья, включая обеспечение населения качественным и доступным жильем [33].
Дело в том, что показатель обеспечения населения качественным и доступным жильем влияет не только на такой социально-экономический показатель, как уровень жизни людей, но также от него зависят такие демографические показатели, как общая численность населения, общий прирост населения, естественный прирост населения, миграционное сальдо и др. Показатель обеспечения населения качественным и доступным жильем также отражает экономическую культуру и уровень доходов населения, поскольку операция по приобретению жилья требует от граждан существенных денежных вложений.
К сожалению, в Российской Федерации по-прежнему население ощущает нехватку жилья, сочетающего в себе качество и доступность. Значительная часть населения по-прежнему проживает в ветхом и аварийном жилье, что привлекает пристальное внимание даже Президента РФ [34], поскольку из-за нехватки достойного жилья переселение людей из аварийного, некомфортного жилья, особенно в неблагоприятных по климатическому и экономическому признаку регионах страны осуществляется крайне медленно.
Для ускорения процедур проектирования и ввода жилищного объекта в эксплуатацию государством вводятся целый комплекс мер инвестиционно-экономического, правового и организационно-методического характера. Одной из подобных мер является внедрение в практику строительства правил внедрения в реализацию жилищных инвестиционно-строительных проектов (ИСП) технологий информационного моделирования (ТИМ), именуемых также BIM (Building Information Modeling)), которые способствуют увеличению качества проектов, уменьшению времени их реализации, а также трудозатрат, тем самым увеличивая экономическую эффективность ИСП. Исследование тенденций и перспектив развития технологий BIM в строительстве и предопределило актуальность темы данного исследования.
Целью представленных исследований является изучение тенденций и перспектив развития технологий 3D-моделирования как составляющей технологий информационного моделирования (BIM) в строительстве в интересах обоснования наиболее эффективных способов применения ТИМ при реализации ИСП жилищного профиля.
Методическую базу исследований составили посвященные вопросам применения технологий информационного моделирования BIM:
- информационные материалы [2, 5, 6, 16, 28] и др.,
- материалы научных публикаций [9-14, 16, 17, 24, 30, 36] и др.,
- нормативные и справочные документы [3, 4, 7, 18, 19, 21-23, 25-27, 29].
В результате проведенных исследований были получены следующие результаты.
Цифровизация в строительстве подразумевает под собой введение в отрасль цифровых технологий (включая технологию BIM), которые смогут обеспечить оптимизацию, модернизацию строительных процессов на всех этапах жизненного цикла ИСП (начиная от этапов концепции и проектирования до этапа вывода объекта из эксплуатации (ликвидации)).
Следует отметить, что еще пять лет назад строительство занимало одну из самых отстающих позиций по уровню цифровизации среди остальных отраслей (рис. 1) [1].
Рис. 1. Ранжирование отраслей по уровню цифровизации [1]
Согласно исследованию Intellectsoft [1], на момент 2017 г. строительная отрасль в мире по уровню цифровизации опережала только агрокультурную отрасль, уступая таким секторам, как здравоохранение, химическое производство и т.д.
В настоящий момент в строительной отрасли опорной точкой для внедрения цифровизации в отрасль служат BIM-технологии как прикладное направление методологии моделирования сложных технических систем [32].
В общем случае технология BIM подразумевает реализацию процессов создания и управления информацией на протяжении всего жизненного цикла объекта строительства. Одним из ключевых результатов реализации этого процесса является создание информационной модели здания, представляющего собой цифровое описание каждого аспекта объекта. Указанная модель основывается на информации, закладываемой всеми участниками на каждом этапе проекта. В целом, создание информационной модели здания позволяет оптимизировать различные действия для повышения ценности объекта строительства на всех этапах его жизненного цикла.
Формирование путем использования BIM-технологий единой информационной базы ИСП позволяет всем участником проекта на всех его жизненных циклах оптимальнее управлять процессами реализации объекта.
В частности, использование онлайн-инструментов и электронного документооборота ускоряет процессы согласования проектных решений, автоматизация управления инвестиционно-строительным проектом (рис. 2) [30].
Рис. 2. Схема автоматизированного управления ИСП [30]
Еще одним инструментом, который основывается на единой информационной базе объекта, является цифровой двойник как максимально близкая к действительности модель объекта.
Область использования модели цифрового двойника зависит от детализации ее проработки. Визуальное представление уровней BIM представлено на рис. 3 [8].
Рис. 3. Визуальное представление уровней BIM [8]
Рассмотрим основные уровни BIM, представленные на рис. 3:
- нулевой уровень – использование автоматизированной системы CAD, реализующей информационные технологии выполнения функций проектирования;
- первый уровень - 2D-чертежи, минимально информативные, формирующие документацию, которая в большинстве случаев будет требовать большого количества корректировок. Данный уровень детализации не позволяет проверить модель на наличие коллизий конструктивных элементов, не позволяет в автоматическом режиме составить спецификации материалов;
- второй уровень детализации подразумевает под собой создание модели, на основе которой можно проводить анализ коллизий конструктивных элементов, составлять спецификации элементов.
Также на данном уровне детализации модели возможна координация строительных процессов (например, по облаку точек определить точность местоположения смонтированных конструкций). Этот уровень детализации также достаточен для использования его в расчете технико-экономического обоснования. На данный момент второй уровень детализации является самым распространенным среди объектов, где внедрены BIM-технологии; - третий уровень - максимально детальная модель объекта, которая позволяет контролировать эксплуатацию здания вплоть до завершения его жизненного цикла. Этот уровень детализации позволяет формировать и обрабатывать огромные массивы данных информации, которые могут использоваться для оптимизации всех процессов на протяжении полного жизненного цикла ИСП. Также это позволяет максимально использовать технологии интернета вещей (IoT), в основе которой лежит концепция построения сети передачи данных между физическими объектами («вещами»), которые, в свою очередь, оснащены встроенными средствами и технологиями как для взаимодействия друг с другом, так и для взаимодействия с внешней средой. Технологии IoT используются как во время строительства объекта, так и во время эксплуатации, так как это модель будет координировать взаимодействие интернет вещей;
- не вызывает сомнения, со временем получат развитие и последующие уровни модели BIM-технологий (рис. 3).
Скорость цифровизации строительства в мире можно проследить по объему поставок центров хранения и обработок данных.
Для хранения данных, необходимых для реализации ЦСП все большее применение находят Центры хранения и обработки данных (ЦОД или дата-центры), представляющие собой комплексные централизованные системы, обеспечивающие автоматизацию широкого спектра бизнес-процессов с высоким уровнем производительности и качеством предоставляемых сервисов [20].
В связи со значительным темпом цифровизации строительных процессов спрос на ЦОД различного масштаба непрерывно увеличивается значительными темпами. По всему миру увеличивается как количество ЦОД, приближающееся в настоящее время к десяти миллионам, так объем хранящихся в них данных, который, например, в период с 2016 по 2021 г. вырос более чем в 2,5 раза (рис. 4) [20].
Рис. 4. Динамика изменения емкости ЦОД в период с 2016 по 2021 г. в эксабайтах по различным сегментам (выделены цветами) [20]
На текущий момент лишь треть строительных компаний применяют в своей практике технологии BIM, при этом зачастую эти технологии используются лишь на этапе проектирования.
Сложность внедрения технологий BIT на текущем этапе осложнена тем, что отсутствует институциональная и инфраструктурная база.
Для решения задачи цифровой трансформации инвестиционно-строительного комплекса необходимо внесение инициированных и конструктивных изменений на макро-, и мезо- и микроуровне систем управления инвестиционно-строительным комплексом.
Во-первых, для обеспечения эффективности работы BIM необходимо на уровне рассматриваемого района (региона и т.д.) классифицировать строительную информацию, позволяющую наладить аналитическую обработку данных. Следовательно, необходимо разработать процедуру цифровизации строительства.
В этой связи в Российской Федерации со стороны государства ведутся активные действия по внедрению цифровизации в строительную отрасль.
Так, 19 июля 2018 г. вышло Поручение президента Российской Федерации N Пр-1235 «О модернизации строительной отрасли и повышении качества строительства» [31], основные тезисы которого представлены на рис. 5.
Рис. 5. Основные тезисы Поручения президента Российской Федерации N Пр-1235 «О модернизации строительной отрасли и повышении качества строительства» [31]
Во-вторых, на текущий момент можно выделить несколько государственных сервисов, призванных ускорить, облегчить и урегулировать внедрение цифровых технологий в строительную отрасль:
ГИСОГД - сервис-хранилище градостроительных документов
ЕГРЗ - сервис для хранения заключений экспертизы, обоснований инвестиций, заданий на проектирование, результатов инженерных изысканий и проектных документаций.
ЕГРН - ресурс, содержащий данные об объектах недвижимости на территории Российской Федерации.
В-третьих, в 2020 г. вышло Постановление Правительства РФ №1431 «Об утверждении Правил формирования и ведения информационной модели объекта капитального строительства…» [23], основное содержание которого можно свести к тезисам, представленным на рис. 6.
Рис. 6. Основные тезисы Постановления Правительства РФ №1431 «Об утверждении Правил формирования и ведения информационной модели объекта капитального строительства…» [23]
В-четвертых, с января 2022 г. формирование и ведение информационной модели объекта капстроительства стало обязательным в случае выделения на него бюджетных средств. Это относится, в частности, к возведению детских садов, школ, больниц и других социальных объектов, которое финансируется за государственный счет.
В-пятых, поскольку речь идет об обеспечении населения не только качественным, но и доступным жильем [33], представляется, что с учетом существующих современных возможностей сбора, хранения, актуализации, анализа, обработки информации и построение на ее основе моделей ИСП на основе технологий BIM, дальнейшее развитие использования технологий BIM в строительстве должно быть связано с развитием процессов оценки экономической эффективности множества вариантов моделей ИСП (как производителей, так и для потребителей) на основе сопоставительного анализа моделей, укладывающегося в универсальный алгоритм выбора варианта решения при оценке (рис. 7) [35].
Обсуждение результатов и выводы
Таким образом, проведенные исследования показали, что одним из ключевых факторов обеспечения эффективности социально-экономического развития страны является развитие сферы жилья, включая обеспечение населения качественным и доступным жильем.
Для ускорения процедур проектирования и ввода жилищного объекта в эксплуатацию государством вводятся целый комплекс мер инвестиционно-экономического, правового и организационно-методического характера, одной из которых является внедрение в практику строительства правил внедрения в реализацию жилищных инвестиционно-строительных проектов технологий информационного моделирования (BIM).
Рассмотрение BIM-технологии как прикладного направления методологии моделирования сложных технических систем позволило выявить уровни ее использования в строительной отрасли в мировой практике.
Проанализированы уровни внедрения технологий BIM в отечественной строительной отрасли, где выявлены следующие тенденции.
Во-первых, для обеспечения эффективности работы BIM необходимо на уровне рассматриваемого района (региона и т.д.) классифицировать строительную информацию, позволяющую наладить аналитическую обработку данных. Следовательно, необходимо разработать процедуру цифровизации строительства. В этой связи в Российской Федерации со стороны государства ведутся активные действия по внедрению цифровизации в строительную отрасль, включая Поручение президента Российской Федерации N Пр-1235 «О модернизации строительной отрасли и повышении качества строительства».
Во-вторых, были введены государственные сервисы, призванные ускорить, облегчить и урегулировать внедрение цифровых технологий в строительную отрасль: (ГИСОГД, ЕГРЗ, ЕГРН).
В-третьих, в 2020 г. вышло Постановление Правительства РФ №1431 «Об утверждении Правил формирования и ведения информационной модели объекта капитального строительства…».
В-четвертых, с января 2022 г. формирование и ведение информационной модели объекта капстроительства стало обязательным в случае выделения на него бюджетных средств.
В-пятых, показано, что поскольку речь идет об обеспечении населения не только качественным, но и доступным жильем, представляется, что с учетом существующих современных возможностей сбора, хранения, актуализации, анализа, обработки информации и построение на ее основе моделей ИСП на основе технологий BIM, дальнейшее развитие использования технологий BIM в строительстве должно быть связано с развитием процессов оценки экономической эффективности множества вариантов моделей ИСП (как производителей, так и для потребителей) на основе сопоставительного анализа моделей, укладывающегося в универсальный алгоритм выбора варианта решения при оценке.
Рис. 7. Универсальный алгоритм разработки и принятия рационального управленческого решения [35]
1. AR Solutions in Construction 2017 Report Review | Intellectsoft US. https://www.intellertsoft.net/blog/!
2. BIM (TIM)-modelirovanie: etapy i primenenie v razlichnyh otraslyah. https://maspk.ru/news/bim-modelirovanie-etapy-i-primenenie-v-razlichnykh-otraslyakh/
3. BIM-STANDART INFRASTRUKTURA. Rukovodstvo po informacionnomu modelirovaniyu infrastrukturnyh ob'ektov i formirovaniyu standarta proektnoy organizacii s primeneniem resheniy kompanii Autodesk. Versiya 2.0. MOSKVA 2017. https://infrabim.csd.ru/upload/news/bim-standart-infrastruktury.pdf
4. BIM-STANDART PROMYShLENNYE OB'EKTY BIM-standart i nabor soputstvuyuschih prakticheskih shablonov dlya proektnyh organizaciy i sluzhb tehnicheskogo zakazchika, primenyayuschih v svoih rabochih processah tehnologiyu BIM. Versiya 1.0. - MOSKVA, 2018. OOO «KONKURATOR». - 103 s.
5. BIM-tehnologii (rynok Rossii). Informacionnoe modelirovanie zdaniy i sooruzheniy. https://www.tadviser.ru/index.php/Stat'ya:BIM-tehnologii_(rynok_Rossii)
6. BIM-tehnologii v stroitel'stve 2022. https://www.planradar.com/ru/bim-tekhnologii-v-stroitelstve/
7. BIM-Ekspert. Informacionnyy resurs o BIM-modelirovanii. https://1-bim.ru/normativnaya-dokumentaciya-po-bim/
8. PROGMAN OPENS UK OFFICE. https://www.magicad.com/en/blog/2016/05/progman-opens-uk-office/
9. Vnedrenie BIM tehnologiy v stroitel'stvo A.M. Gorshkov, S.A. Zheleznov, R.A. Lemeshko, S.V. Poyda. Alfabuild. 4(11). 2019. 70-81.
10. Garber R. ISTORIYa OPTIMIZACII. Vliyanie BIM na sovremennoe proektirovanie. https://softculture.cc/blog/entries/articles/vliyanie-bim-na-sovremennoe-proektirovanie
11. Gorohova T.V. Obosnovanie neobhodimosti ispol'zovaniya BIM-tehnologiy s cel'yu povysheniya effektivnosti stroitel'nyh processov. https://www.cs.vsu.ru/ipmt-conf/conf/2021/works/8.%20SAPR%20i%20cifrovye%20tehnologii/1517.dokl.pdf
12. Gusel'nikov V.S. BIM-tehnologii: pol'za ot informacionnogo modelirovaniya v proektirovanii i stroitel'stve. https://bim-global.ru/bim-texnologii-polza-ot-informacionnogo-modelirovaniya-v-proektirovanii-i-stroitelstve/
13. Kozhevnikov K.I., Nuzhdin A.D. RAZRABOTKA SISTEMY UPRAVLENIYa INVESTICIONNYMI PROEKTAMI V STROITEL'STVE S POMOSch'Yu VNEDRENIYa TEHNOLOGIY INFORMACIONNOGO MODELIROVANIYa. // NAUChNYE TRUDY VOL'NOGO EKONOMIChESKOGO OBSchESTVA ROSSII. // Tom 222, №2, 2020, s. 219-225.
14. Kuzhakova Z.U., Bayburin A.H. OBZOR NORMATIVNOY DOKUMENTACII V OBLASTI VIM-MODELIROVANIYa V ROSSIYSKOY FEDERACII. // // Vestnik Yuzhno-Ural'skogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya: Stroitel'stvo i arhitektura. 2020. T. 20. № 3. S. 70-79.
15. Kurkuedov, V. V. Tehnologiya BIM v organizacii i upravlenii investicionnym proektirovaniem v stroitel'stve / V. V. Kurkuedov. - Tekst: neposredstvennyy // Molodoy uchenyy. - 2019. - № 13 (251). - S. 116-120.
16. Lessar G. Prakticheskoe primenenie BIM-tehnologiy na primere moskovskogo developera. https://vc.ru/life/321724-prakticheskoe-primenenie-bim-tehnologiy-na-primere-moskovskogo-developera
17. Novokovskiy K. Tak li effektivny BIM tehnologii proektirovaniya, kak ob etom govoryat? https://maistro.ru/articles/stroitelnye-konstrukcii.-proektirovanie-i-raschet/obzor-bim-tehnologij
18. Normativnye dokumenty po informacionnomu modelirovaniyu v Rossii. GOST i SP po BIM. https://rengabim.com/stati/normativnye-dokumenty-po-informacionnomu-modelirovaniyu-v-rossii-gost-i-sp-po-bim/
19. OTChET Ocenka primeneniya BIM-tehnologiy v stroitel'stve. Rezul'taty issledovaniya effektivnosti primeneniya BIM-tehnologiy v investicionno-stroitel'nyh proektah rossiyskih kompaniy. - Moskva, 2016. NIU MGSU sovmestno s OOO «KONKURATOR». - 47 s.
20. Parshkova D.S. Tempy cifrovizacii v mire stroitel'stva i uvelichenie potrebnosti v moschnostyah COD. // NAUChNYY ASPEKT. 2021, tom 3, №4, s.475-479.
21. Pis'mo Minstroya Rossii №14710-KM/16 ot 07.04.2022 «O tipovyh voprosah, v chasti primeneniya polozheniy Postanovleniya Pravitel'stva RF ot 05.03.2021 №331».
22. Postanovlenie Pravitel'stva Rossiyskoy Federacii ot 05.03.2021 № 331 "Ob ustanovlenii sluchaya, pri kotorom zastroyschikom, tehnicheskim zakazchikom, licom, obespechivayuschim ili osuschestvlyayuschim podgotovku obosnovaniya investiciy, i (ili) licom, otvetstvennym za ekspluataciyu ob'ekta kapital'nogo stroitel'stva, obespechivayutsya formirovanie i vedenie informacionnoy modeli ob'ekta kapital'nogo stroitel'stva". http://publication.pravo.gov.ru/Document/View/0001202103100026
23. Postanovlenie Pravitel'stva RF ot 15 sentyabrya 2020 g. N 1431 "Ob utverzhdenii Pravil formirovaniya i vedeniya informacionnoy modeli ob'ekta kapital'nogo stroitel'stva, sostava svedeniy, dokumentov i materialov, vklyuchaemyh v informacionnuyu model' ob'ekta kapital'nogo stroitel'stva i predstavlyaemyh v forme elektronnyh dokumentov, i trebovaniy k formatam ukazannyh elektronnyh dokumentov, a takzhe o vnesenii izmeneniya v punkt 6 Polozheniya o vypolnenii inzhenernyh izyskaniy dlya podgotovki proektnoy dokumentacii, stroitel'stva, rekonstrukcii ob'ektov kapital'nogo stroitel'stva" (s izmeneniyami i dopolneniyami). https://base.garant.ru/74644278/
24. Primenenie tehnologii BIM dlya realizacii investicionno-developerskogo proekta: primer iz praktiki. Krivoy S., Semin A., Popov A., Bebyakin B. https://integral-russia.ru/2018/06/21/primenenie-tehnologii-bim-dlya-realizatsii-investitsionno-developerskogo-proekta-primer-iz-praktiki/
25. RUKOVODSTVO PO INFORMACIONNOMU MODELIROVANIYu (BIM) DLYa ZAKAZChIKOV na primere promyshlennyh ob'ektov Rekomendacii po primeneniyu tehnologii informacionnogo modelirovaniya sluzhbami zakazchika pri organizacii, planirovanii i upravlenii investicionno-stroitel'nymi proektami. Metodicheskie materialy po razrabotke tehnicheskogo zadaniya na proektirovanie. Versiya 1.0. - MOSKVA, 2019. OOO «KONKURATOR». - 100 s. https://www.idtsoft.ru/sites/default/files/fields/node/publication/field-files/2019-09/bim_guide_for_owners_%28clients%29_of_industrial_facilities_2019-03-18.pdf
26. SP 333.1325800.2017. SVOD PRAVIL. INFORMACIONNOE MODELIROVANIE V STROITEL'STVE. Pravila formirovaniya informacionnoy modeli ob'ektov na razlichnyh stadiyah zhiznennogo cikla. UTVERZhDEN Prikazom Ministerstva stroitel'stva i zhilischno-kommunal'nogo hozyaystva Rossiyskoy Federacii ot 18 sentyabrya 2017 g. N 1227/pr i vveden v deystvie s 19 marta 2018 g.
27. SP 404.1325800.2018. SVOD PRAVIL. INFORMACIONNOE MODELIROVANIE V STROITEL'STVE. Pravila razrabotki planov proektov, realizuemyh s primeneniem tehnologii informacionnogo modelirovaniya. UTVERZhDEN Prikazom Ministerstva stroitel'stva i zhilischno-kommunal'nogo hozyaystva Rossiyskoy Federacii ot 17 dekabrya 2018 g. № 814/pr i vveden v deystvie s 18 iyunya 2019 g.
28. Tehnologiya BIM: edinaya model' i svyazannye s etim zabluzhdeniya. https://stroi.mos.ru/builder_science/tiekhnologhiia-bim-iedinaia-modiel-i-sviazannyie-s-etim-zabluzhdieniia?from=cl
29. TREBOVANIYa K INFORMACIONNYM MODELYaM OB'EKTOV KAPITAL'NOGO STROITEL'STVA Chast' 1 OBSchIE TREBOVANIYa K CIFROVYM MODELYaM ZDANIY DLYa PROHOZhDENIYa EKSPERTIZY PRI ISPOL'ZOVANII TEHNOLOGII INFORMACIONNOGO MODELIROVANIYa Redakciya 4.0. Gosudarstvennoe avtonomnoe uchrezhdenie goroda Moskvy "Moskovskaya gosudarstvennaya ekspertiza". Moskva, 2019. https://www.npmaap.ru/images/docs/bim/01.pdf
30. Uvarova S.S., Panenkov A.A., Sonin Ya.L. Cifrovizaciya stroitel'stva v proekcii teorii organizacionno-ekonomicheskih izmeneniy. // Ekonomika stroitel'stva. 2020. №1, s.31-39.
31. Poruchenie Prezidenta № Pr-1235 ot 19.07.2018. O modernizacii stroitel'noy otrasli i povyshenii kachestva stroitel'stva. https://www.npmaap.ru/possnips/pismraz/18-poruchenie-prezidenta-№-pr-1235-ot-19-07-2018.html
32. Tebekin A.V. METODOLOGIYa FUNKCIONAL'NOGO MODELIROVANIYa SLOZhNYH TEHNIChESKIH SISTEM MODUL'NOGO TIPA. // Zhurnal tehnicheskih issledovaniy. 2021. T. 7. № 2. S. 3-12.
33. Ukaz Prezidenta RF ot 21 iyulya 2020 g. № 474 “O nacional'nyh celyah razvitiya Rossiyskoy Federacii na period do 2030 goda”. https://www.garant.ru/products/ipo/prime/doc/74304210/
34. Putin prizval rasselyat' rossiyan iz avariynogo zhil'ya. https://iz.ru/1433554/2022-11-30/putin-prizval-rasseliat-rossiian-iz-avariinogo-zhilia
35. Tebekin, A. V. Metody prinyatiya upravlencheskih resheniy: uchebnik dlya vuzov / A. V. Tebekin. - Moskva: Izdatel'stvo Yurayt, 2023. - 431 s.
36. Larionov A.N., Prihod'ko A.V. Ocenka perspektiv ispol'zovaniya tehnologiy informacionnogo modelirovaniya v zhilischnom stroitel'stve v Rossii na period do 2030 goda. // Ekonomika stroitel'stva. 2022, №9, s.67-78.
