Russian Federation
VAK Russia 2.1.14
UDC 69.05
The aim of this article is to propose a conceptual methodological framework for the digitalization of energy conservation processes during the design and operation stages of capital construction facilities. A comprehensive analysis of regulatory and technical documentation and international standards demonstrates the need to integrate environmentally friendly and energy-efficient solutions throughout all stages of the construction lifecycle. International experience is examined, demonstrating the decisive role of government institutions in the regulatory consolidation of energy calculations in the BIM environment. International experience is examined, demonstrating the decisive role of state institutions in legally mandating energy performance calculations within the BIM environment. Particular attention is devoted to the potential of air-source heat pump systems integrated with ventilation complexes, which reduce operational costs and stabilize indoor microclimate parameters. From a systems engineering perspective, key optimization priorities are identified: minimizing the total cost of ownership (TCO), rationalizing resource consumption, shortening project delivery timelines, reducing carbon emissions, and enhancing operational comfort. A conceptual architecture is proposed for the digital integration of computational modules into domestic CAD platforms and Common Data Environments (CDE) through the standardization of data attributes and application programming interfaces (API). The study concludes that the adaptive adoption of global best practices, tailored to Russian-specific regulatory and technological conditions, is highly advisable. It further underscores the strategic importance of embedding specialized software suites.
information modeling technologies, life cycle, energy efficiency, ecology, heat pump systems, production organization
Введение
Впервые термин «Жизненный цикл» был использован в биологии для описания смены поколений (метагенез) у растений и водорослей. Это произошло в середине 19 века. В конце 19 века термин стали применять в астрономии, с целью описания эволюции звезд. Начиная с середины 20 века «жизненный цикл» стал широко применяться во многих других областях: экономике, маркетинге, экологии, менеджменте, IT и системной инженерии [1-5].
В отношении сферы производства строительных работ «жизненный цикл» был впервые сформулирован и использован в 1963 году. Это произошло в Англии, в Королевском институте британских архитекторов (RIBA). Концепция жизненного цикла объектов капитального строительства, инициированная в 1963 г., сохраняет актуальность благодаря постоянной адаптации к изменяющимся стандартам проектирования и эксплуатации. Этапы жизненного цикла в интерпретации RIBA Plan of Work визуализированы на рис. 1.
Рис. 1. Систематизация стадий жизненного цикла объекта капитального строительства на основе рабочего регламента RIBA Plan of Work
Первое официальное упоминание термина «жизненный цикл в отношении строительной сферы Российской Федерации» реализовано в Федеральном законе № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений», начало действия которого приходится на 2010 г. Федеральный закон № 384-ФЗ регламентирует, что безопасность объекта строительства должна осуществляться на всех этапах его жизненного цикла. Официальный статус термин «жизненный цикл» приобрел в 2016 году, войдя в состав градостроительного кодекса РФ. На текущий момент термин «жизненный цикл» в отношении объекта капитального строительства включает следующие основные этапы: инженерные изыскания (предпроектный этап), проектирование (разработка проектной и рабочей документации), строительство (включая разработку исполнительной документации и ввод объекта в эксплуатацию), эксплуатация объекта строительства, реконструкции и капитальные ремонты, а также ликвидационный этап т. е. снос здания или сооружения с последующими мероприятия по восстановлению экологии окружающей среды.
Определенный Минстроем РФ подход к структурированию жизненного цикла характеризуется большей степенью соответствия реальным процессам трансформации строительных объектов во времени в сравнении с британской классификацией RIBA. Преимущество решения Минстроя обусловлено оптимальной детализацией стадии эксплуатации и выделением в жизненном цикле фазы демонтажа/сноса здания, которая имеет непосредственную связь с экологией зоны строительства [6-9].
Материалы и методы
Начиная с 2021 года правительством Российской Федерации активно вводятся документы, законодательно закрепляющие обязательную разработку информационных моделей объектов строительства. Основные документы, законодательно закрепляющие разработку информационных моделей представлены в таблице 1.
Таблица 1
Основные документы, законодательно закрепляющие разработку информационных моделей объектов строительства
|
№ |
Наименование документа |
Ключевое значение |
|
1 |
Федеральный закон ГрК РФ Статья 57.5 |
Устанавливает саму обязанность формирования и ведения ИМ в случаях, определенных Правительством РФ. |
|
2 |
Федеральный закон 214-ФЗ |
Законодательная база для долевого строительства; определяет субъектов (застройщиков), на которых ложатся обязательства по ТИМ. |
|
3 |
Постановление Правительства № 331 от 05.03.2021 |
Основной документ о «принудительном» переходе. Вводит ТИМ для госзаказа (с 2022 года) и для долевого строительства (с 2024–2025 гг.). |
|
4 |
Распоряжение Правительства № 3883-р от 20.12.2021 |
Утверждает стратегическое направление цифровой трансформации строительной отрасли. |
|
5 |
Постановление Правительства № 2357 от 20.12.2022 |
Внесло изменения в ПП № 331, установив конкретные сроки для застройщиков жилья по 214-ФЗ (рынок недвижимости). |
|
6 |
Постановление Правительства № 614 от 17.05.2024 |
Утверждает новые правила ведения ИМ и состав документов. Вводит обязательное наличие ЦИМ в составе ИМ. |
Распространение технологий информационного моделирования (ТИМ) трансформирует традиционное понимание жизненного цикла: наряду с физическим существованием объекта формируется его цифровой двойник, обладающий собственной траекторией развития. Методологически корректное разделение жизненных циклов физического здания и его информационной модели становится необходимым условием для сквозного расчёта углеродного следа и энергобаланса.
Базовое терминологическое разделение закреплено в ГОСТ Р 10.00.00.01—2025, который вводит понятия «жизненный цикл объекта информационного моделирования» и «жизненный цикл информационной модели». Однако нормативное описание остается декларативным и не учитывает специфику динамического обновления энергетических атрибутов в цифровой модели на стадиях эксплуатации, реконструкции и капитального ремонта. Ожидается, что в 2026 г. будет утвержден профильный стандарт серии ЕСИМ, детализирующий процессы сопровождения цифровых двойников. Однако нормативная база, фиксирующая сам факт наличия информационной модели (Табл. 1), не определяет конкретных инженерных приоритетов для достижения целевых показателей энергоэффективности.
Для того чтобы ТИМ стала реальным инструментом управления экологичностью, а не просто цифровым архивом геометрии и паспортов материалов, в ее структуру необходимо интегрировать динамические расчетные модули инженерных систем. В качестве ключевого объекта такого управления в настоящей работе рассматриваются теплонасосные системы, сопряженные с вентиляционными комплексами. Выбор теплонасосных систем в качестве фокуса исследования обусловлен тем, что именно они обладают наибольшим потенциалом для снижения углеродного следа и эксплуатационных издержек на стадии эксплуатации (которая составляет до 80% жизненного цикла объекта). При этом физико-математические модели работы теплонасосных систем требуют высоких вычислительных мощностей и учета множества переменных (климат, тарифы, инсоляция), что делает их интеграцию в отечественные САПР и среды общих данных сложной, но стратегически важной задачей для выполнения требований законодательства о цифровизации строительства.
Результаты
Рациональным продолжением развития серии ЕСИМ может стать четкая формулировка основных этапов жизненного цикла информационной модели объекта строительства, включая этап реализации энергосберегающих решений, например, как это предложено на рис. 2.
Рис. 2. Разработка энергоэффективных решений как часть жизненного цикла объекта строительства
В настоящее время разработаны информационные комплексы и программные приложения, позволяющие управлять энергоэффективностью теплохолодильного оборудования [10, 11]. Интеграция данных решений через программные интерфейсы (в частности, REST API) с отечественными САПР, системами общих данных и системами управления инженерными данными позволит создать единый инструмент управления эколого-энергоэффективностью строительных объектов на всех этапах их жизненного цикла. Потенциально, наибольший эффект от реализации решений будет приходиться на этапы проектирования и эксплуатации. Информационные системы управления экологичностью и энергоэффективностью позволят оценивать уровень энергосбережения, динамически реализуя перерасчет в случае изменения строительных материалов или теплохолодильных аппаратов. Для реализации поставленной задачи исключительно интеграции информационных систем, будет мало. Необходимо также проработать структуру и состав данных: выявить и стандартизировать атрибуты для расчетов экологичности и энергоэффективности. Концептуально потенциальные доработки представлены на рисунке 3.
Рис. 3. Концепция реализации управления энергоэффективностью и экологичностью в жизненном цикле объектов строительства
Работа по реализации инструмента управления эколого- и энергоэффективностью объектов строительства является объективно трудоёмкой, но учитывая направление развития строительной отрасли Российской Федерации (Указ Президента РФ от 07.05.2024 № 309 «О национальных целях развития Российской Федерации на период до 2030 года и на перспективу до 2036 года»), носит приоритетный характер. В перспективе управление энергопотреблением строительных объектов в формате информационной модели может экономить значительное количество денежных средств на этапе эксплуатации.
Обсуждение
В международной практике также можно наблюдать тенденции к интеграции методик расчета энергоэффективности в технологии информационного моделирования (ТИМ). В Республике Корея в формате профильного конкурса по проектированию энергоэффективных решений проводилась комплексная оценка параметров инсоляции и архитектурно-планировочной организации зданий. Аналитический аппарат базировался на программно-методических продуктах компании Integrated Environmental Solutions Ltd. Посредством инструментария САПР-решения Autodesk Revit были сформированы структурированные таблицы данных, обеспечивающие количественный анализ показателей выбросов CO₂ и интегральной энергетической эффективности объектов [12].
Норвежская практика регулирования цифрового проектирования предусматривает двухступенчатую процедуру верификации BIM-моделей, применяемую в отношении архитектурно-конструктивных разделов проектов. Первоначальный этап включает экспертную оценку исходной модели на соответствие утверждённым планировочным решениям, а также номенклатуре и техническим характеристикам применяемых строительных материалов. Второй этап требует предоставления детализированной информационной модели, конкретно включающей расчеты объемов выбросов CO₂ [13].
Аналогичные случаи интеграции энергетических расчетов в ТИМ-среду задокументированы в ряде зарубежных исследований [14–18]. Единым свойством перечисленных случаев выступает то, что определяющая роль в инициировании и нормативном закреплении требований к энергоэффективному проектированию отводится государственным институтам.
В международной практике наиболее распространённым решением в области энергосбережения для систем теплогенерации является применение солнечных коллекторов, что обуславливает необходимость расчёта продолжительности инсоляции и организации мониторинга технического состояния зданий на эксплуатационной стадии. Однако пассивные меры лишь снижают потребность в энергии, тогда как активное управление генерацией позволяет достичь кратного эффекта.
В этом контексте переход от статического BIM-моделирования к динамическому управлению активными инженерными системами, в частности теплонасосными установками (рис. 4), становится закономерным этапом эволюции ТИМ.
Рис. 4. Теплообменная теплонасосная система на основе воздушного теплового насоса
Воздушные тепловые насосы требуют глубокой синхронизации с вентиляционными контурами зданий, что обеспечит оптимальное использование производительности оборудования и точный контроль приточно-вытяжных систем. Внедрение подобного комплекса мер ведёт к значительному снижению эксплуатационных издержек и поддержанию нормативных параметров микроклимата. С учётом этого интеграция решений на базе тепловых насосов в обязательные процессы жизненного цикла объектов строительства становится стратегическим приоритетом, стимулирующим развитие отрасли и совершенствование методов информационного моделирования [19, 20].
В рамках системной инженерии интеграция энергосберегающих технологий рассматривается как сквозной процесс, охватывающий все стадии жизненного цикла строительных объектов и направленный на достижение сбалансированного соотношения экономических, экологических и эксплуатационных показателей. Приоритетными принципами системного подхода к энергосбережению выступают:
• управление совокупной стоимостью жизненного цикла (TCO);
• поэтапная оптимизация материальных и энергетических ресурсов;
• сжатие сроков реализации проектных и строительно-монтажных этапов;
• минимизация экологического следа и обеспечение требований промышленной безопасности;
• повышение надёжности инженерных систем и комфорта пользователей.
Заключение
Современная стадия развития научного знания в области градостроительства характеризуется становлением институциональных механизмов управления жизненным циклом объектов капитального строительства, интегрирующих нормативно-правовые, технологические и организационные аспекты. В данных условиях представляется целесообразным адаптивное, умеренное использование накопленной международной практики с учетом специфики нормативно-правового регулирования и производственно-технологических условий строительной отрасли Российской Федерации. Это обусловливает невозможность её прямого применения без методологических научно обоснованных правок. Кроме того, в структуре жизненного цикла строительных объектов необходимо имплементировать механизмы, направленные на решение актуальных проблем современного строительства, в частности — недостаточной эффективности энергосберегающих решений и низкого уровня экологической устойчивости возводимых объектов.
Особенную актуальность это приобретает для теплонасосной техники, рациональное управление которой позволяет получить значимый энергосберегающий и экологический эффект. На текущий момент командой отечественных разработчиков был реализован и апробирован ряд программных средств для расчета и управления режимами работы теплонасосных систем [18-20]. Основой программного обеспечения являются физико-математические модели, разработанные с учетом реальных условий теплообеспечения. В перспективе данные решения могут быть интегрированы в единое информационное пространство владельца актива. Решения позволят осуществлять управление режимами работы теплонасосной системы на этапе эксплуатации жизненного цикла объекта капитального строительства.
1. Lu, K. A Review on Life Cycle Cost Analysis of Buildings Based on Building Information Modeling / K. Lu, X. Deng, X. Jiang, S. Zhao, B. Huang // Journal of Civil Engineering and Management. — 2023. — Vol. 29, no. 3. - P. 268–288. - doi:https://doi.org/10.3846/jcem.2023.18473.
2. Fnais, A. The application of life cycle assessment in buildings: challenges, and directions for future research / A. Fnais, Y. Rezgui, I. Petri, T. Beach, J. Yeung, A. Ghoroghi, S. Kubicki // The International Journal of Life Cycle Assessment. — 2022. — Vol. 27, no. 5. - P. 627–659. - doi:https://doi.org/10.1007/s11367-022-02058-5.
3. Bezpalov, V. Developing a model of work duration under the influence of risk events in the implementation of life cycle contracts for large energy construction projects / V. Bezpalov, L. Goncharenko, D. Fedyunin, S. Lochan, D. Avdeeva // Journal of Infrastructure, Policy and Development. — 2023. — Vol. 7, no. 3. - P. 1–15. - doi:https://doi.org/10.24294/jipd.v7i3.1946.
4. Borozdin, A. D. Relevance of Calculation and Optimization of Structures and Structural Systems of Buildings and Structures Using BIM Modeling Based on Artificial Intelligence / A. D. Borozdin, A. G. Bulgakov, I. L. Shubin, A. V. Shleenko // BST: Bulletin of Construction Equipment. - 2025. - No. 3 (1087). - P. 12-14.
5. Skolubovich, Yu. L. Ways to Extend the Life Cycle of Buildings with Wooden Floors / Yu. L. Skolubovich, S. M. Anpilov, D. A. Dobrovolsky, V. T. Erofeev, S. N. Leonovich, L. R. Mailyan, V. I. Rimshin, A. N. Sorochaikin // News of Higher Educational Institutions. Construction. - 2024. - No. 9 (789). - P. 88-103. — doi:https://doi.org/10.32683/0536-1052-2024-9-789-88-103.
6. Lapidus, A. A. Methodology for organizing the construction of integrated territorial development to ensure resource and logistics coordination / A. A. Lapidus, B. M. Krasnovsky, S. A. Murtazaev, S. A. Aliyev // Construction production. — 2025. — No. 1. — Pp. 3–7.
7. Rimshin, V. I. Definition of factors influencing the life cycle of a commercial building / V. I. Rimshin, E. S. Ketsko, S. M. Esipov, S. I. Merkulov // Bulletin of Eurasian Science. — 2023. — Vol. 15, No. 6. — Pp. 45–58.
8. Ilin, I. Life-cycle contract as an innovative business model for high-tech medical organizations / I. Ilin, A. Levina, K. Frolov, A. Kalyazina // Journal of Open Innovation: Technology, Market, and Complexity. — 2022. — Vol. 8, no. 4. — P. 207. — doi:https://doi.org/10.3390/joitmc8040207.
9. Fedosov, S. V. Energy-efficient solutions as part of the life cycle of a construction project and information modeling technologies / S. V. Fedosov, V. N. Fedoseyev, V. A. Voronov // Actual problems of the construction industry and education — 2023: collection of reports of the IV National Scientific Conf. (Moscow, 2024). — M., 2024. — P. 830–836.
10. Fedosov, S. V. Program for modeling the analytical dependence of the functional parameters of droplet evaporation kinetics: Certificate of Registration of Computer Program No. 2022666150 Russian Federation / S. V. Fedosov, V. N. Fedoseyev, I. S. Zaytsev, V. A. Voronov, O. V. Blinov, I. A. Zaytseva — No. 2022666150; declared 08.08.2022; published 25.08.2022.
11. Emelin, V. A. Software package for calculating the energy efficiency of heat pump systems taking into account climatic conditions, operating modes and multi-tariff electricity metering: patent for computer program No. 2026611184 Russian Federation. Federation / V. A. Emelin, S. V. Fedosov, V. N. Fedoseev. - No. 2026611184; application 12/28/2025; registered 01/19/2026.
12. Kang, L. S. Integrated Code Classification System for work Sections in Standard Method of Measurement and Construction Standard Specification / L. S. Kang, J. M. Kwak // Korean Journal of Construction Engineering and Management. - 2001. - Vol. 2. - P. 80–91.
13. Roh, M. S. Evaluation Environment for Evaluation Criteria of the Green Building Certification Criteria using a BIM-based Template / M. S. Roh, I. S. Kim, M. K. Kim, H. J. Jun // Journal of the Architectural Institute of Korea. - 2013. - Vol. 33, no. 2. - P. 47–54.
14. Lee, S. Green Template for Life Cycle Assessment of Buildings Based on Building Information Modeling: Focus on Embodied Environmental Impact / S. Lee, S. Tae, S. Roh, T. Kim // Sustainability. — 2015. — Vol. 7, no. 12. - P. 16498–16512. - doi:https://doi.org/10.3390/su71215830.
15. Famiglietti, J. Environmental life cycle assessment of industrial high-temperature to residential small-size heat pumps: A critical review / J. Famiglietti, L. Acconito, C. Arpagaus, T. Toppi // Energy Conversion and Management. — 2025. — Vol. 326. - P. 1–16. - doi:https://doi.org/10.1016/j.enconman.2024.119456.
16. Masiukiewicz, M. Performance Variability of Air-Water Heat Pumps in Cold and Warm Years Across European Climate Zones / M. Masiukiewicz, M. Tańczuk, S. Anweiler, G. Streckiene, S. Boldyryev, R. Chacartegui, E. Olszewski // Energy. — 2025. — Vol. 324. - P. 1–36. - doi:https://doi.org/10.1016/j.energy.2025.136001
17. Lamb, N. Increasing heat pump adoption: analyzing multiple perspectives on preparing homes for heat pumps in the UK / N. Lamb, D. Elmes // Carbon Neutrality. — 2024. — Vol. 3, no. 1. - P. 1–27. — doi: 10.1007 /s43979-024-00084-w. DOI: https://doi.org/10.1007/s43979-024-00084-w
18. Höges, C. Low-GWP refrigerants in heat pumps: An experimental investigation of the influence of an internal heat exchanger / C. Höges, J. Klingebiel, V. Venzik, J. Brach, P. Roy, K. Neumann, C. Vering, D. Mueller // Energy Conversion and Management. — 2024. — Vol. 312. — P. 1–16. — doi:https://doi.org/10.1016/j.enconman.2024.118567.
19. Fedosov, S. V. Functional and structural analysis of the freon circuit of an air source heat pump / S. V. Fedosov, V. N. Fedoseyev, V. A. Voronov // Construction materials. — 2025. — No. 12. — P. 65–72. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2025-842-12-65-72
20. Fedosov, S. V. Analysis of the problems of the state of heat supply of residential buildings by heat pump systems / S. V. Fedosov, V. N. Fedoseyev, V. A. Voronov // Housing construction. — 2024. — No. 4. — P. 3–8. DOI: https://doi.org/10.31659/0044-4472-2024-4-3-8
