Россия
Россия
Россия
В статье определены перспективные в условиях цифровой трансформации строительной отрасли технологии Индустрии 4.0 на базе публикаций, представленных в международной базе Scopus. Выборка публикаций формировалась по двум критериям: год публикации – рассматривались только те публикации, которые были опубликованы в период с 2011 по 2022 годы, поскольку концепция «Индустрия 4.0» впервые презентована в 2011 г., а также, по ключевым словам: цифровая трансформация, Индустрия 4.0, строительство. Анализ первичной выборки привел к необходимости формирования еще одной выборки по ключевому слову «Строительство 4.0». Определение перспективности технологии проведено с использованием графика зрелости Гартнера.
Индустрия 4.0, цифровая трансформация, технологии информационного моделирования, цифровые двойники
Введение
Развитие человечества неразрывно связано с развитием научно-технического прогресса, который возник в процессе промышленной революции за счет сближения научной и технической деятельности. Именно в это время наука превращается в непосредственную производительную силу и в середине 50-х годов XX в. переходит в научно-техническую революцию.
В настоящее время человек живет в период четвертой промышленной революции, которую принято называть «Индустрия 4.0». Данное название закрепилось после презентации немецким правительством в 2011 г. концепции «Индустрия 4.0», где основой народного хозяйства является индустриальный сектор [1], развитие которого прогнозируется за счет внедрения передовых технологий.
Не является исключением и строительная отрасль, развитие которой возможно только с использованием новых подходов. В статье проведен анализ технологий Индустрии 4.0 с целью определения наиболее перспективных для цифровой трансформации строительной отрасли.
Методология
Для определения перспективных технологий проведен анализ публикаций, представленных в международной базе данных Scopus. Выборка публикаций 1 формировалась по следующим критериям:
- Год публикации – рассматривались только те публикации, которые были опубликованы в период с 2011 по 2022 годы (критерий 1);
- Ключевые слова – выборка формировалась по следующим ключевым словам: цифровая трансформация (digital transformation), Индустрия 4.0 (Industry 4.0), строительство (construction) (критерий 2).
Далее на основании выборки 1, собранной в формате RIS, формируется кластерная карта для определения ключевых технологий в рассматриваемой области. На основании полученной кластерной карты было принято решение сформировать еще одну выборку по ключевому слову «Construction 4.0» с учетом критерия 2.
В обобщенном виде схему исследования можно представить в виде рис. 1.
Рис. 1. Обобщенная схема исследования
Результаты:
Всего в выборке 1 по указанным критериям отображается 94 публикации, распределение которых по годам представлено на рис. 2. При этом очевидно, что наибольший интерес в этой области приходится на 2020-2022 гг.
Далее на основании публикаций, представленных в выборкe, строится кластерная карта взаимосвязи ключевых слов (рис. 3а).
Анализ кластерной карты по выборке 1 привел к выводу, что для определения ключевых технологий целесообразно создать еще одну выборку по ключевому слову «Construction 4.0»-строительство 4.0 - с учетом первого критерия формирования выборки. Вместе с тем, наиболее востребованными технологиями в соответствии с выборкой 1 являются технологии информационного моделирования и цифровые двойники, что подтверждается наличием значительного количества публикаций и в отечественных системах цитирования [2-15 и др.].
В результате нового запроса сформирована выборка из 2026 публикаций, распределение которых по годам, представлено на рис.2б, а взаимосвязь ключевых слов – на рис.3б.
В соответствии с рис. 3б явно можно выделить несколько кластеров. Первый кластер – красного цвета – сформирован вокруг ключевого слова «Индустрия 4.0» и включает в себя такие технологии, как большие данные, киберфизические системы, системы искусственного интеллекта, умное производство и пр.
Второй кластер, синего цвета, как раз собирает технологии для строительной отрасли четвертой промышленной революции, и включает в себя технологии информационного моделирования и вопросы, связанные с непосредственным возведением объектов капитального строительства. Связующим звеном – кластер голубого цвета – является кластер, включающий в себя интернет вещей, блокчейн, информационный менеджмент, специализирующийся на сборе, управлении и распределении информации. Желтый кластер отражает связь нейронных сетей, машинного обучения, автоматизации проектирования и пр.
Интересным в рамках представленного исследования является зеленый кластер, по которому видно, что значительное внимание уделяется вопросам развития аддитивных технологий и строительным материалам.
Оценку зрелости технологий можно провести с использованием кривой Гартнера, которая представляет собой графическое отображение цикла зрелости технологий, представляющего собой поэтапный процесс, через который проходит любая технология от рекламной стадии до продуктивного использования [16].
Кривая состоит из нескольких этапов (рис. 4) [16]:
Запуск технологии – этап, на котором обсуждаются перспективы технологии, растут объемы рекламы, однако сама технология не подтвердила свою эффективность.
Пик завышенных ожиданий – технология становится предметом широкого обсуждения в обществе, что приводит к завышенным ожиданиям от технологии.
Пропасть разочарования – этап, на котором обнаруживаются главные недостатки, слабые места и ограничения технологии, на этом этапе многие технологии, так и не достигнув зрелости, преждевременно завершают свой жизненный цикл.
Склон просветления – этап, в рамках которого действительно актуальные технологии после некоторой модернизации находят применение.
Плато продуктивности – этап, на котором общество воспринимает технологию как данность, объективно оценивая ее возможности, достоинства и ограничения. Окончательная высота плато зависит от того, насколько широко она применяется.
Рис. 4. Этапы зрелости технологии по кривой Гартнера [17]
При этом анализ кривых Гартнера за последние пять лет показал, что технология цифровых двойников в 2017 г. была на этапе запуска, а такие технологии, как машинное обучение, блокчейн, глубокое обучение были на этапе пика завышенных ожиданий, сейчас они находится на склоне просвещения. С другой стороны, технологии информационного моделирования достигли плато продуктивности и стали неотъемлемой частью реализации проектов, где визуализация цифровых данных играет важную роль для обеспечения коммуникации с пользователями.
На рис. 5 представлена кривая, разработанная в 2020 г., из которой видно, что перспективными технологиями считаются цифровой двойник, причем не столько физического объекта, сколько полноценная трехмерная модель человека c его биометрическими характеристиками; комбинированная архитектура предприятия, которая обеспечивает гибкость бизнес-моделей за счет модульности, эффективности, постоянного развития и адаптивных инноваций; созидательный искусственный интеллект, способный динамически меняться для оперативной реакции на новую ситуацию, включая генерацию нового или изменение существующего контента; доверие алгоритмам, когда технологии, а не люди, обеспечивают конфиденциальность и безопасность данных, прозрачность событий и происхождение активов, а также чипы без кремния, чтобы обойти физические ограничения этого материала [18].
Рис.5. Кривая Гартнера, опубликованная в 2020 г. [19]
Выводы
Цифровая трансформация строительной отрасли своей целью ставит автоматизацию всех стадий жизненного цикла объекта — от проектирования до эксплуатации зданий.
Таким образом основной задачей цифровой трансформации строительной отрасли становится проблема интеграции различных технологий в цифровые экосистемы, развитие которых приведет к повышению уровня жизни человека, безопасности и экологичности его деятельности.
1. Белов В. Б. Новая парадигма промышленного развития германии - стратегия "Индустрия 4.0"// Современная Европа. 2016. № 5 (71). С. 11-22.
2. Пашкова О.В., Кокунько И.Н., Кущев Д.В., Морозов А.А. Обзор современных информационных технологий проектирования и моделирования на различных стадиях проектирования строительных объектов// В сборнике: Перспективные технологии в промышленном и гражданском строительстве. Сб. научн. тр. Институт сферы обслуживания и предпринимательства (филиал) ДГТУ в г. Шахты. 2019. С. 108-112.
3. Диско А.И. Исследование истории развития BIM-технологий как инструмента комплексного управления инвестиционным проектом//В сборнике: BIM-моделирование в задачах строительства и архитектуры. Материалы IV Международной научно-практической конференции. Под общей редакцией А.А. Семенова. Санкт-Петербург, 2021. С. 491-497.
4. Тимошенко Т.А., Нигорожина Е.С. Внедрение ТИМ (BIM) в строительстве в России// Университетская наука. 2022. № 1 (13). С. 91-94.
5. Юханов С.С., Зуев Д.В., Бочкарёв С.В., Федоров А.А. Преимущества технологии цифрового двойника инфраструктуры // Автоматика, связь, информатика. 2021. № 4. С. 25-27.
6. Гинзбург А.В., Адамцевич Л.А., Адамцевич А.О. Строительная отрасль и концепция "Индустрия 4.0": обзор// Вестник МГСУ. 2021. Т. 16. № 7. С. 885-911.
7. Шутова М.Н., Вареница А.П., Евтушенко С.И., Подскребалин А.С. Применение метода 3D сканирования при выполнении обмерных работ объектов производственного и непроизводственного назначения // Строительство и архитектура. - 2022. - Т. 10, Вып. 2 (35). - С. 76-80. doi:https://doi.org/10.29039/2308-0191-2022-10-2-76-80
8. Пученков И.С., Евтушенко С.И. Создание информационной модели здания в среде общих данных // Строительство и архитектура. - 2021. - Т. 9, Вып. 1 (30). - С. 46-50. doi:https://doi.org/10.29039/2308-0191-2021-9-1-46-50
9. Евтушенко С.И., Феттер М.А. Проблемы применения автоматической расстановки элементов при построении информационной модели трубопроводных систем здания по облакам точек // Строительство и архитектура. - 2022. - Т. 10, Вып. 2 (35). - С. 71-75. doi:https://doi.org/10.29039/2308-0191-2022-10-2-71-75
10. Евтушенко С.И., Осташев Р.А. Разработка IFC маппинга для выгрузки информационных моделей архитектурных решений // Строительство и архитектура. - 2022. - Т. 10, Вып. 2 (35). - С. 91-110. doi:https://doi.org/10.29039/2308-0191-2022-10-2-91-110
11. Никандрова Л.В., Евтушенко С.И. Использование технологий информационного моделирования при разработке проектной и рабочей документации // Информационные технологии в обследовании эксплуатируемых зданий и сооружений: матер. XIX междун. научн.-техн. конф., Новочеркасск 22-23 октября 2020 г./ Юж.-Рос. гос. политехн. Ун-т (НПИ) имени М.И. Платова.- Новочеркасск: Лик, 2020.- С. 4-9.
12. Осташев Р.В., Евтушенко С.И. Анализ плагина для связи информационных моделей зданий Direct Link // Информационные технологии в обследовании эксплуатируемых зданий и сооружений: матер. XIX междун. научн.-техн. конф., Новочеркасск 22-23 октября 2020 г./ Юж.-Рос. гос. политехн. ун-т (НПИ) имени М.И. Платова.- Новочеркасск: Лик, 2020.- С. 9-13.
13. Евтушенко С.И., Шилова Л.А., Улесикова Е.С., Кучумов М.А. Информационное моделирование тоннеля метро с противовибрационными мероприятиями // Системотехника строительства. Киберфизические строительные системы - 2019 [Электронный ресурс] : сб. материалов Всероссийской научной конференции (Москва, 25 ноября 2019 г.). - Москва : Издательство МИСИ - МГСУ, 2019. С. 177-180
14. Евтушенко С.И., Шилова Л.А., Улесикова Е.С., Кучумов М.А. Информационное моделирование тоннеля метро с противовибрационными мероприятиями // Наука и бизнес: пути развития, 2019, №10 (100), С. 29-35.
15. Shilov L., Evtushenko S., Arkhipov D., Shilova L. The prospects of information technology using for the analysis of industrial buildings defects / VII International Scientific Conference “Integration Partnership and Innovation in Construction Science and Education” (IPCSE 2020) 11th -14th November 2020, Tashkent, Uzbekistan // (2021) IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 1030 (1) 012039 DOIhttps://doi.org/10.1088/1757-899X/1030/1/01203
16. Егоров А.А. Главные стратегические технологические тренды на 2022 год. Часть 1. // Автоматизация в IT в нефтегазовой области. 2022.№3(49). С. 4-19.
17. Фролов Е.Б. Цифровые модели в задачах управления машиностроительным производством// Ритм машиностроения. 2020. № 9.С. 29-33
18. Топ-5 новых технологий (Дата обращения - 01.11.2022) https://www.bigdataschool.ru/blog/perspective-technologies-gartner-2020.html
19. Официальный сайт компании. (Дата обращения - 01.11.2022) https://www.gartner.com/smarterwithgartner/5-trends-drive-the-gartner-hype-cycle-for-emerging-technologies-2020
