Белгород, Белгородская область, Россия
УДК 332.83 Жилищное строительство как экономическая деятельность
Работа содержит научно-теоретические и практические положения метода виртуального ресурсного анализа, предлагаемого для использования в существующей и перспективной системах строительного ценообразования и нормирования. Виртуальные ресурсы строительно-монтажной работы (процесса), реализованные и анализируемые в создаваемых для этого сценах специального программного обеспечения, используются в процессе многократных статистически обоснованных репетиций, имитирующих производство натурной работы в условиях максимального цифрового воспроизводства условий, инструментария и прототипирования типовых рисковых ситуаций ее осуществления. Актуализированная оценка ресурсозатрат на производство работ осуществляется автоматизированным сбором и оценкой пользовательской динамической метрики исполнителя и хронометража основных процессов оцениваемой строительной работы, складывающейся из анализа траекторий базовых движений ключевых узлов аватара исполнителя и хронометража основных процессов декомпозированной сложной задачи, осуществляемых при выполнении виртуальных операций, учитывающих расчетную реакцию среды и прогнозируемые вариации производительности исполнителя. События, реализуемые в виртуальном процессоре, рассматриваются в определенной технологической последовательности, обеспечивающей мониторинг ресурсной потребности в предложенном обобщенном факторном пространстве, обеспечивающем статистически обоснованное альтернативное сметное нормирование и рациональное управление жизненным циклом объекта строительства. В работе представлены методические аспекты организации и производства виртуального ресурсного анализа, на практическом примере показана его количественная эффективность.
управление жизненным циклом объекта строительства, ценообразование в строительстве, виртуальная реальность, информационное моделирование, организационные и технологические риски.
Введение. Информационное моделирование зданий (ТИМ) давно и заслуженно оцениваемое мировым строительным сообществом как инструмент эффективного ресурсосбережения и технологической прозрачности строительства, находится в состоянии постоянного инструментального совершенствования. ТИМ, в целом, реализуемые в виде пространственный моделей (цифровых двойников) объектов капительного строительства, насыщенных информацией, востребованной в управлении объектом, опираются на парадигму динамизма информационной модели, ее постоянного развития и совершенствования, информационного и элементного наполнения по мере реализации этапов жизненного цикла объекта [1]. Технологии представления проектной информации исполнителю все более информатизируются и виртуализируются, реализуясь на практике широчайшим аппаратно-программным обеспечением от информирующих мониторов до интерактивных устройств виртуальной и дополненной реальности. Проектно-сметная и организационно-технологическая документация в строительстве в ее привычном понимании все более уступает место цифровому формату представления, реализуемому не в целом по объекту, а на заданном уровне детализации для ограниченного набора элементов информационной модели, работа над реализацией которых составляет текущее производственное задание [2, 3].
Несмотря на очевидную эффективность формализации и цифровой унификации большинства проектных операций в составе ТИМ невостребованный потенциал роста эффективности наблюдается в информатизации организационного и сметного разделов проектного производства, включающих сведения о составе и структуре ресурсов, задействованных при натурной реализации объекта капительного строительства и аналитическую работу с ними [4]. При этом, если процессы рационального распределения и мониторинга ресурсов, отражаемые инструментами цифрового календарного, сетевого планирования и сметного ценообразования находят все большую цифровую реализацию в ряде современного и отечественного отраслевого ПО, то инструментам виртуального прототипирования и производственной имитации все еще не уделяется должного внимания ни застройщиками, ни следующими за ними проектировщиками и вендорами. В наибольшей степени это касается перманентно актуальных вопросов гармонизации расчетных ресурсоемкостей альтернативно технологически обеспечиваемых строительных процессов и актуализации элементных сметных норм в условиях развивающегося производственного оснащения и технологического совершенствования строительства.
Практически востребованные и статистически обоснованные инструменты ресурсного анализа технологических процессов в строительстве базируются на качественной идентификации и количественном учете производственных и технологических рисков, сопутствующих произвольно ресурсоемкому процессу. Традиционно дискуссионным является как сам процесс и инструменты учета риска и неопределенности прогнозируемой ресурсоемкости, так и многочисленные факторы актуального рискового окружения любого технологического процесса, обуславливающую искаженное количественное восприятие рисковых обстоятельств информационной системой, недостаточную достоверность получаемых диагностических сведений и рекомендаций по управлению рисками. Эти обстоятельства делают неизбежным развитие инструментов информационного моделирования в оценке ресурсоемкости строительства в направлении роста качества и автоматизации работы с производственными рисками [5].
Оценка трудоемкости и стоимости выполнения строительно-монтажных работ основана на использовании сметных норм – ресурсоемкости выполнения единицы объема, заранее определенной для широкой номенклатуры работ в выбранном варианте их исполнения. Единичные сметные нормы умножаются на объемы работ, определенных для оцениваемого строительного объекта, и корректируются системой индексов удорожания и факторов производства работ. Универсальные сметные нормы, оправданные для построения федеральной системы сметного нормирования, содержат ряд существенных недостатков, снижающих или нивелирующих эффективность их использования. Сюда можно отнести и недостаточную информационную содержательность нормы, допускающую множественность трактовок ее технологических и ресурсных положений, а также перманентное устаревание материально-технической базы выполнения строительной нормы, отдаляющее ее от современного уровня строительного производства, что является причиной значительного расхождения нормативной и фактической стоимости строительства, преодолеваемой участниками строительного проекта внесистемными и неформальными инструментами [6]. Современное строительное и проектное производство строится на значительном текущем и все более растущем перспективном использовании аппаратно-программных технологий производственного контроля и аналитики, в частности предиктивной, базой чего не может быть определенная с невысокой достоверностью проектная ресурсоемкость строительства. Кроме того, сметное нормирование остается последней отраслью проектного производства в строительстве, которая все еще реализуется в аналоговых, сравнительных, прецедентных технологиях калькуляции, что не вполне соответствует общему направлению цифровизации жизненного цикла здания, взятому мировой строительной индустрией базовой парадигмой развития.
Методика, оборудование. Актуальные задачи строительного ценообразования – повышение достоверности сметной оценки, корректировки единичных расценок на реально складывающиеся способы и условия производства работ, учет реальной трудоемкости и времени выполнения фактически производимых технологических процессов могут быть решаемы в инструментальной среде виртуальной реальности. Виртуальная реальность, являясь средой, обеспечивающей максимальную интерактивность и иммерсивность имитируемых процессов производственного взаимодействия исполнителей и ресурсов, и доступная сейчас для оперативного развертывания в условиях любого строительного и проектного производства позволяет сформировать и наладить действенный и эффективный механизм достоверной актуализации элементных сметных норм произвольного состава и номенклатуры статей затрат, реализуемый как процесс релевантной реальных условиям производства имитации ресурсоемкого технологического процесса со снятием статистически надежной метрики среды реализации процесса и его акторов, полагаемой в основу технологии виртуального ресурсного анализа (ВРА) строительных процессов [7]. ВРА реализованные в формате интерактивных виртуальных сцен для имитационных репетиций производимых на практике строительных работ, с ограничениями и инструментальным оснащением, протипированными в информационной модели и позволяющими детально имитировать порядок производства технологических процессов работы полагаются автором в основу в основу создания и актуализации элементных сметных норм нового цифрового поколения [8]. Создание виртуальных сцен для таких производственных репетиций может быть осуществлено в отечественном программном комплексе VR Concept [9] (рис. 1).
Рис. 1. Возможности виртуальной среды VR Concept:
произвольные артефакты и их свойства, имитация физического взаимодействия артефактов и аватара, командная работа аватаров, программирование, запись и реализация динамических сценариев, имитация геометрических и физических ограничений, подоснова из облака точек
Созданные виртуальные строительно-монтажные репетиционные сцены могут использоваться для ресурсного анализа только при наличии обратной связи в виде количественной метрики действий и состояния аватара сцены. Траектория движения ключевых точек аватара, востребованность и режим использования имитирующих инструмент артефактов, управление реакций и событиями, генерируемыми виртуальной средой (сложность производства, укладки, сборки, фиксации, потребность в индивидуальной защите, подмащивании, провоцирование подготовительных и сопроводительных действия и проч.), варьируемые показатели производительности исполнителя (утомляемость, ритмичность, внимательность, коллегиальность, изменения восприятия окружающей среды) являются количественной базой для диагностирования и вероятностной оценки актуальной ресурсоэффективности работы в ВРА.
Для оценки фактической ресурсоемкости виртуально выполняемой работы предлагается собирать и накапливать следующую информацию:
– данные о движение характерных точек участника виртуального процесса в пространстве (траектория, скорость, ритм, устойчивость движений);
– данные о задействовании, перемещении, общем времени и режиме использования артефактов;
– данные о количестве и обстоятельствах возникновения геометрических (повторения, возвраты, время выбора действий) и физических (столкновения, потери ресурсов) коллизий при репетиции работы;
– сведения о размерах, положении и структуре пространства выполнения индивидуальной и командной работы.
Анализ этой информации, возможный и в режиме реального времени, позволит количественно оценить возникающие в виртуальном пространстве и эквивалентные фактическим в натурной строительной ситуации:
– затраты времени работы исполнителей, потребность и график задействования оборудования;
– рациональность расположения, хранения и использования оборудования;
– эргономичность и ритмичность осуществления производственных операций;
– ментальную и физическую утомляемость исполнителей, рациональную малую механизацию труда и оснастку рабочего;
– рациональность командного взаимодействия, технологии групповой работы, расстановки исполнителей и сценария их взаимодействия;
– повторяемость качества результата, фактических потерь времени и ресурсов;
– влияние возможных осложнений, рисков, нештатных производственных ситуаций на результат работы, ресурсоемкость и рациональность мер по обеспечению реальной безопасности труда и сбережению ресурсов.
Основная часть. Организация рациональных и эффективных строительных процессов сопряжена с идентификацией, учетом и управлением их организационными и технологическими рисками. Сопутствующая учету и аналитическому обороту рисков терминология, проставленная в ряде отечественных и зарубежных норм [10, 11], определяет риск как «комбинацию последствий и их вероятности». Н.А. Рыхтикова рассматривает риск с позиций общеотраслевой направленности явления, определяя его как «объективно существующую вероятность наступления неблагоприятных обстоятельств в процессе осуществления … деятельности организации, вызванная воздействием факторов внешней и внутренней среды» [11]. На дуализм риска как категории, в равной степени значимо требующей анализа позитивного и негативного воздействия, указывал П.Г. Грабовый [12]. В этой связи идентифицируемые и управляемые риски рассматриваются как система факторов ситуационной среды, препятствующих реализации плановых показателей производства на заданном уровне ресурсного обеспечения [13].
Цифровизация рисков при виртуальной прототипизации строительных процессов рациональна в следующем обобщенном факторном пространстве [14], описываемом совокупностью общеиндустриальных обстоятельств, текущих технологических несовершенств и индивидуальных отраслевых особенностей строительного предприятия как потенциального пользователя ВРА:
– кадровые факторы, связанные с отклонениями в распределении и рациональном использовании временных ресурсов исполнителя, а также внутрисменные потери рабочего времени;
– организационно-технологические факторы, описывающие отклонения ресурсообеспеченности, организации рабочего места, препятствия производству работ со стороны внешней и производственной сред, вмещающих процесс;
– материальные факторы, включающие в себя нерационально используемые материальные ресурсы вследствие брака, перерасхода, несовершенства технологии производства и т.п.;
– внешние факторы внутрипроизводственного взаимодействия – недостатки проектного и сметного представления производственной ресурсоемкости, логистических и транспортных связей, принятой схемы материального обеспечения строительного производства и т.п.
Оценку общей ресурсоемкости имитируемого в ВРА процесса рационально осуществлять линейной сверткой показателей метрики аватара:
Р = ΣKiGi, (1)
где Ki – количественные показатели метрики выполнения; Gi – удельные веса показателей.
Показатели метрики аватара, используемые для оценки общей ресурсоемкости проекта, количественно характеризуют эффективность (производительность) действий, выполняемых в процессе репетиций имитируемой работы. Так, автором [7] предложены четыре основных показателя, обобщенно оценивающих процесс и результаты репетиций, в сравнении с геометрически или экспертно-назначаемыми идеализированными действиями, характеризующими выполнение исследуемой работы на установленном эталонном уровне виртуальной производительности и мастерства. Показатель K1 выражает результативность репетиции работы как успешность выполнения всех ее процессов, заключающихся в технологически и организационно рациональном получении продукта надлежащего качества. Показатель K2 оценивает затраты времени, понесенные исполнителем работы в сравнении с минимально (рационально) назначенными на этапах исполнения работ, что позволит проанализировать физическую кондицию исполнителя и реакцию внешней среды. Показатель K3 характеризует качество движений аватара, совершенных в виртуальном пространстве, выражаемое в стабильности назначенной идеализированной траектории движений его ключевых узлов аватара, что позволяет оценить и оптимизировать эргономичность и организацию рабочего места. Показатель K4 оценивает действия текущего исполнителя в череде репетиций или коллективных имитаций по установленным параметрам выборки исполнителей, что обеспечивает статистическую обоснованность возвращаемых ВРА оценок. В развитии метода допускается использовать неограниченное число иных количественных показателей метрики выполнения, обеспеченных достигаемым исследователем качеством виртуальной имитации процесса и среды его производства.
Таблица 1
Факторное пространство реализации виртуальной модели СМР в ВРА
|
Поле факторного пространства |
Характеристика поля факторного пространства |
|
Поле i процессов (Pi) |
Технологические события, реализующие процессы, входящие в состав СМР, связывающие результаты СМР (связи ВТП) i=1…m |
|
Поле k результатов (Ak) |
Технологические результаты, достигаемые при реализации технологических процессов, выражающиеся в степени проектной готовности строительной продукции (узлы ВТП) k=1…n |
|
Поле j ресурсов (Rj) |
Ресурсы (виртуальные прототипы), затрачиваемые на выполнение технологических процессов для достижения заданных технологических результатов (j=1…p) |
Эффективным подходом к имитационной реализации произвольно сложного технологического процесса, обеспеченного конечным числом ресурсных компонент, можно считать факторной пространственный анализ [14]. По аналогии с предложенным подходом события (в количестве i), входящие в процессный пул виртуализируемой СМР реализуются в ВРА в определенной технологической последовательности, обеспечивающей мониторинг ресурсной потребности (по m видам ресурсов) в аспекте ряда диагностируемых показателей в обобщенном факторном пространстве (табл. 1).
Элементы результатного поля имеют строго регламентируемую конфигурацию, определяющую установленный нормативный уровень требований к безопасности и качеству строительной продукции. Элементы процессного поля могут быть представлены альтернативными строительными технологиями. Общее требование к альтернативному допуску – установленный уровень безопасности и качества строительного производства, достижение которого регулируется технологическими картами альтернативных процессов. Элементы ресурсного поля обладают переменным характером, мониторинг расчетного значения и волатильности которых представляет собой решаемую в ВРА техническую задачу аудитора (разработчика) элементной сметной нормы. Оценка волатильности элемента ресурсного поля j сводится к диагностике величины его ресурсного отказа (объемного превышения) (Dij) и вероятности ресурсного отказа (Fij) в процессе i, определяемых на выборке реализованных СМР, репрезентативной по составу акторов и вариации виртуальных прототипов ресурсного окружения (наполнения) ВРА, рис. 2.
Рис. 2. Организационная схема формализованного ВРА
Установленные (оцененные) Dij и Fij компонентов ресурсного поля факторного пространства служат объектом управления, обеспечивающим рациональный синтез управленческих (технологических) решений по реализации проектов производства/воспроизводства строительной продукции или ее элементов (отдельных строительных конструкций, элементов зданий и сооружений) на всех стадиях жизненного цикла объекта строительства от проектной до демонтажа. Рационализация набора управленческих (технологических) решений сводится к решению оптимизационной задачи — выбору для безусловного достижения минимально требующегося результата Ak набора допустимых технологических процессов, совокупная волатильность которых для элементов процессного поля Pi будет минимальна (1):
|
|
gi S(i=1…m)gj S(j=1…n) Dij Fij = min; |
(1) |
|
S(i=1…m)gi = 1; |
||
|
S(j=1…m)gj = 1 |
где gi, gj — удельные веса (степени значимости при принятии управленческих решений), устанавливаемые для входящих в достигающий результата Ak технологических процессов и затрачиваемых на реализацию процессов ресурсов (соответственно).
Примером пилотной реализации ВРА может служить проведенная автором в виртуальной сцене ПК
VR Concept серия репетиций работ по устройству каменной кладки стеновой строительной конструкции из гиперпресованных элементов с заполнением объема теплоэффективным бетоном. Гиперпрессованные элементы представляют собой высокопрочные кладочные изделия рамочного формата размерами с современный кирпич, предлагаемые производителем для комбинирования с традиционной кирпичной кладкой [15]. Рекомендованная производителем технология кладки обязывает следовать определенному порядку установки камней в ряду, осуществлять их последовательную перевязку штатными пластиковыми связями и стальными скобами, что, с одной стороны, требует большего, чем традиционная кладка количества операций, но значительно меньше нуждается в операциях по контролю качества кладки и не требует растворных швов. Эти технологические особенности производства сильно отличают кладку от традиционной и не позволяют применять расценку и технологии устройства обычных кладок для проектирования сметной и технологической документации для кладки из ГПЭ. Возникшая правовая коллизия – технология выпущена на рынок, но не поддерживается действующей системой прямых расценок и нормативных трудоемкостей, решается на практике использованием применительной расценки и произвольной небезопасной организацией рабочего места каменщика.
Рис. 3. Элементы технологии и пользовательского интерфейса ВРА, используемого при оценке ресурсоемкости ресурсоемкости и качества кладки из ГПЭ
Проведенные в сцене репетиции (рис. 3) позволили установить следующие обстоятельства актуализированной ресурсоемкости производства каменной кладки стеновой строительной конструкции из ГПЭ и их оптимальные параметры:
– трудоемкость кубометра рядовой кладки стены общей толщиной 480 мм нормативного для г. Белгорода теплосопротивления составляет 2,5 чел.-ч., тогда как для традиционной кладки 3,6 чел.-ч., что позволяет сформировать для предприятия собственную элементную сметную норму;
– оценочная себестоимость устройства кладки ГПЭ составляет 5300 руб/м3, тогда как себестоимость кладки по применительным расценкам 4200 руб/м3, что позволяет обосновать ценовое предложение конкретного производителя работ;
– типовая технологическая карта на производство кладки содержит 12 неприменимых и нерациональных положений для использования в этой работе по аналогии, что делает необходимой разработку новой технологической карты в рамках стандарта организации-производителя;
– выявлено 7 потенциально возникающих коллизий с совокупными статистически усредненными потерями по затратам труда в 15 % и по ресурсам в 4 %, при обеспеченном на 95 % качестве кладки по 5 основным контролируемым показателям.
Выводы.
Технология ВРА, реализуемого для имитационной оценки ресурсоемкости строительных работ и процессов в виртуальных сценах специального программного обеспечения, позволяет оценить фактические трудовые и временные затраты, рациональность организации рабочего пространства, эргономичность и ритмичность работы, командное взаимодействие исполнителей работ, стабильность качества производимой работы, устойчивость и чувствительность к внешним рискам, организацию ресурсосбережения и безопасности труда. Репетиции работы, осуществляемые в виртуальных сценах с минимальными по отношению к натурным повторениям ресурсозатратами и стоимостью, определяют степень статистической обеспеченности оценки результатов, позволяют оценить качество цифрового воспроизводства рабочей среды и рациональные технологии прототипирования типовых рисковых ситуаций осуществления работы. Сметное нормирование, инструментально обогащенное ВРА, получит существенный потенциал роста качества и достоверности сметной и проектной документации, обеспечивая полную перспективную цифровизацию жизненного цикла объекта строительства.
1. Талапов В.В. Технология BIM. Суть и особенности внедрения информационного моделирования зданий. Москва: Общество с ограниченной ответственностью «ДМК пресс. Электронные книги», 2015. 410 с.
2. Кучеренко А.С., Наумов А.Е. Параметрическое информационное моделирование как эффективный инструмент проектирования полносборных модульных зданий // Вестник Донбасской национальной академии строительства и архитектуры. 2023. № 4(162). С. 50–57.
3. Наумов А.Е., Кучеренко А.С., Бобровников Е.А., Корольская А.И. Параметрические библиотечные элементы как эффективное средство совершенствования технологий информационного моделирования в строительстве // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2023. № 2. С. 20–28. DOI:https://doi.org/10.34031/2071-7318-2022-8-2-20-28.
4. Федосов С.В., Опарина Л.А., Федосеев В.Н. Цифровой проект организации строительства: понятие, современные требования, программное обеспечение // Academia. Архитектура и строительство. 2024. № 2. С. 143–149. DOI:https://doi.org/10.22337/2077-9038-2024-2-143-149.
5. Авилова И.П., Щенятская М.А. Управление эффективностью инвестиционно-строительных проектов через качественное состояние недвижимости // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2015. № 4. С. 141–145.
6. О расхождении состава и объема работ в проектной документации и входящей в ее состав смете / Межрегиональная общественная организация по содействию развитию строительной отрасли «Союз инженеров-сметчиков», 2019. [Электронный ресурс]. URL: https://docs.cntd.ru/document/561163306 (дата обращения: 15.01.2025)
7. Наумов А.Е., Долженко А.В. Дидактическая эффективность виртуализации образовательных процессов в строительном проектировании / Актуальные проблемы компьютерного моделирования конструкций и сооружений: Тезисы докладов VIII-го международного симпозиума / ФГБОУ ВО «Тамбовский государственный технический университет». Тамбов, Изд-во ИП Чеснокова А.В., 2023. 97 с.
8. Скорынина А.А. Информационное моделирование строительных конструкций для актуализации ресурсоемкости технологических процессов // Наукоемкие технологии и инновации (XXV научные чтения): Сборник докладов Международной научно-практической конференции, Белгород, 23 ноября 2023 года. Белгород: Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, 2023. С. 414–418.
9. VR Concept. [Электронный ресурс]. URL: https://vrconcept.net/?ysclid=ltbom45taw826917970 (дата обращения: 15.01.2025)
10. ГОСТ Р 51897-2021 Менеджмент риска. Термины и определения: национальный стандарт Российской Федерации: утвержден и введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 11 ноября 2021 г. № 1489-ст: дата введения 2022-03-01. [Электронный ресурс]. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200181662 (дата обращения: 15.01.2025)
11. Рыхтикова Н.А. Анализ и управление рисками организации: учебное пособие для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям подготовки 38.03.01 Экономика, 38.03.02 Менеджмент (квалификация (степень) бакалавр). 3-е изд. Москва: Инфра-М, 2018. 247 с.
12. Риски в современном бизнесе: методология и практика; под ред. П.Г. Грабового; Нац. исслед. ун-т, Московский гос. строительный ун-т. 2-е изд., перераб. и доп. Москва: Просветитель, 2017. 285 с.
13. Avilova I.P., Naumov A.E., Shchenyatskaya M.A. Improving the economic efficiency of construction investments by means of technological risks management // Journal of Fundamental and Applied Sciences. 2016. Vol. 8(S2). Pp. 1502–1518.
14. Suvorova M.O., Naumov A.E. Scientific and theoretical approaches to complex assessment of building life cycle from a low-carbon development perspective // Real Estate: Economics, Management. 2023. Vol. 1. Pp. 6–10.
15. Заборы из гиперпресованного кирпича / Материалы выставки «Малоэтажная Страна». [Электронный ресурс]. URL: https://m-strana.ru/articles/zabory-iz-giperpressovannogo-kirpicha-sst/ (дата обращения: 15.01.2025)
