Россия
Информационное моделирование зданий (BIM) и управление жизненным циклом (PLM) становится инновационным способом виртуального проектирования и управления проектами. В последние годы были достигнуты соответствующие успехи в области моделирования, анализа, проектирования, мониторинга и технического обслуживания объектов. Строительная отрасль в настоящее время переживает переход к философии проектирования, ориентированной на жизненный цикл. В данном исследовании рассматривается моделирование жизненного цикла здания на стадии проектирования, эксплуатации и реконструкции в программном комплексе Revit.
bнформационное моделирование зданий, жизненный цикл здания, моделирование, виртуальное проектирование
Информационное моделирование зданий (BIM) привлекает внимание как жизненно важный информационный метод в строительной отрасли.
BIM предоставляет возможность совмещать строительство и управление данными, в полном жизненном цикле, от первоначального проектирования до эксплуатации и управления. Также, BIM позволяет извлекать необходимую информацию о трехмерной модели, включающую не только конструктив, но и свойства материалов. При использовании информационного моделирования на всех этапах жизненного цикла зданий обеспечивается автоматизация проектирования, передача данных в реальном времени, проверка коллизий и отчетности, составление смет и спецификаций.
С развитием BIM-технологий и созданием информационных моделей для объектов капитального или линейного строительства возникает необходимость в создании методов работы с накопленными массивами данных [1,2]. Применяя CIM на разных этапах жизненного цикла и реализуя программы их развития, можно получить необходимую документацию на всех этапах [3,4].
Принципы и методы интеграции технологий информационного моделирования зданий (BIM) и цифровых двойников (DT), которые служат инструментами для оцифровки и представления строительных и производственных технологий, сформулированы в исследовании [5]. Разработка DT может решить проблему обследования состояния строительных конструкций и получения их прочностных характеристик [6,7].
Для сложных объектов ручное моделирование может занять много рабочего времени, что делает 3D-моделирование довольно неэффективным. Используя фотограмметрические процессы, последовательность изображений используется для восстановления геометрии пространства или объекта в 3D-модели [8]. В работе [9] были рассмотрены измерения и моделирование зданий с использованием наземного лазерного сканирования, в качестве вспомогательного метода использовалась фотограмметрия. Использование технологии 3D-лазерного сканирования для измерения зданий обеспечивает создание облака точек, которое может быть использовано для создания цифровой документации, позволяющей создать BIM-модель сканируемого объекта [10]. Исследование [11] показывает, что использование 3D-моделей может привести к многочисленным инновациям в технологиях и методах.
Внедрение BIM для модернизации существующих зданий протекает медленно из-за таких проблем, как отсутствие данных или устаревшие данные. В работе [12] была проведена фотограмметрическая съемка здания культурного наследия с беспилотного летательного аппарата, и сгенерированное трехмерное облако точек послужило основой для виртуальной реконструкции модели. Применение BIM наряду с передовыми информационно-коммуникационными технологиями может стать способом решения проблем проектов реконструкции [13], а также реставрации [14].
Возможная связь между 3D -моделями, временем или планированием потенциально снижает риски неправильного понимания и отсутствия информации, позволяющая избежать повторного планирования и задержек сдачи проекта [15-17].
В качестве объекта для осуществления моделирования жизненного цикла на стадии проектирования, эксплуатации и реконструкции выбрано здание спортивного комплекса, расположенного в центральной части г. Новочеркасска по ул. Просвещения, 132 на территории учебного комплекса ФГБОУ ВО «ЮРГПУ (НПИ) имени М. И. Платова».
Процесс моделирования здания спортивного комплекса включает в себя следующие этапы:
1. Создание проекта. Сначала необходимо создать новый проект и настроить такие параметры, как единицы измерения, масштаб и т. д.
2. Создание модели здания. ПК Revit позволяет создавать модели зданий с помощью инструментов 3D-моделирования. Сюда входит создание стен, окон, дверей, перегородок, крыш и т.д.
3. Размещение элементов. После создания модели необходимо разместить электрооборудование, системы вентиляции, системы отопления и т.д.
4. Дизайн интерьера и мебель. После установки всех элементов и систем в здании можно добавить в помещение мебель и технику, такую как столы, стулья, шкафы, кровати и т.д.
5. Создание рабочих чертежей. Рабочие чертежи необходимы для отправки эскизов на производство, утверждения планов пожарной безопасности, электрооборудования, планов проектов, инженерных чертежей и других документов. Можно создавать простые или сложные рабочие чертежи, а также версии в формате PDF и других форматах.
6. Создание 3D изображений и визуализаций. Изображения необходимы для усиления общего восприятия проекта и для иллюстрации архитектурных решений.
7. Выявление и исправление коллизий. Выявление коллизий важный этап, необходимый для исключения ошибок и конфликтов на этапе строительства и эксплуатации объекта. В ПК Revit существует несколько способов выявления коллизий:
- ПК Navisworks. Navisworks имеет возможности по выявлению конфликтов и коллизий в проекте, а также позволяет создавать виртуальные модели, интегрировать в них данные из разных источников и выявлять конфликты между объектами на этапе проектирования.
- Инструмент в ПК Revit Interference Check также позволяет проверить проект на наличие коллизий между элементами конструкции, выявить проблемные области и исправить ошибки до начала строительства.
- Регионы конфликтов. В Revit можно создать регионы конфликтов, чтобы выделить области, где возможно возникновение конфликтов, и проверить их на наличие ошибок. Этот инструмент также помогает легко определить конфликтные области и внести изменения в проект.
- Проверка совместимости. В Revit можно проверить совместимость разных элементов конструкции, таких как стены, двери, окна и т.д., что позволяет убедиться в правильности расположения элементов и избежать ошибок при строительстве.
Для моделирования жизненного цикла здания спортивного комплекса на стадии проектирования, эксплуатации и реконструкции был выбран программный комплекс Revit , на основе обзора современных ПК.
Главным преимуществом Revit является возможность использования дополнительных программ или плагинов для расширения возможностей. Существует программное обеспечение Project Dasher которое интегрируется с Revit и другими BIM-платформами позволяя проводить мониторинг здания на протяжении всего жизненного цикла.
Project Dasher — это программное обеспечение, разработанное компанией Autodesk, которое обеспечивает управление и мониторинг зданий. С помощью Project Dasher можно получать и анализировать данные разных параметров, связанных с жизненным циклом здания например: энергопотребление здания, определение оптимального уровня энергопотребления, а также определение средств для его оптимизации. ПК Project Dasher может объединяться с другими программами BIM и системами управления зданиями, такими как Building Automation System (BAS), чтобы предоставлять более широкий и точный набор данных.
Основными функциями и возможностями Project Dasher являются:
- сбор и хранение данных о здании;
- мониторинг и анализ;
- построение отчетов;
- определение потенциала;
- разработка и реализация стратегий;
- оценка эффективности реализованных мер.
ПК Project Dasher представляет собой инструмент, который может использоваться на разных этапах жизненного цикла здания, от проектирования и строительства до эксплуатации и реконструкции:
- на этапе проектирования здания может использоваться для оптимизации энергопотребления здания, определения показателей энергоэффективности и разработки энергосберегающих стратегий;
- на этапе строительства здания может использоваться для мониторинга энергопотребления и выявления проблем, связанных с энергоэффективностью здания, таких как перепотребление энергии в процессе строительства;
- в эксплуатационный период позволяет следить за энергопотреблением здания, выявлять отклонения от планируемых показателей и реагировать на них, осуществлять мониторинг качества воздуха и других параметров, которые могут влиять на эффективность здания.
- в период реконструкции здания может использоваться для определения потенциала для улучшения энергоэффективности здания и разработки мероприятий для его улучшения.
В целом, использование ПК Project Dasher на протяжении жизненного цикла здания может позволить существенно повысить его энергоэффективность, сократить затраты на энергию и ресурсы, повысить комфорт проживания и работы в здании и снизить воздействие на окружающую среду.
Моделирование жизненного цикла на стадии проектирования
Корпус спортивного комплекса с бассейном представляет собой трехэтажное, кирпичное здание «Г»-образной формы с размерами в плане: 66,0х24,0х30,0 м. Здание предусмотрено со встроенным в два света (2-3 этажи) игровым спортивным залом и плавательным бассейном.
Размеры в плане по крайним осям: 66,0х30,0м.
Здание состоит из двух блоков прямоугольной формы с несущими продольными кирпичными стенами и колоннами. Первый блок в осях 1-8 со спортивными залами имеет размеры в плане 42,0х24,0 м. Второй блок в осях 8-13 со встроенным бассейном имеет размеры в плане 24,0х30,0 м.
Здание – 3-х этажное без подвальных помещений. Высота этажей –3,3 м. Высота спортивного зала, зала с бассейном – переменная.
Блоки состоят из двух пролетов с продольными несущими кирпичными стенами.
Внутренние продольные несущие кирпичные стены и внутренние несущие кирпичные колонны (1-го этажа) выполнены из красного кирпича.
Существующие фундаменты под несущие кирпичные стены и кирпичные колонны – ленточные бетонные, под ж.б. конструкции ванны бассейна – монолитная плита.
Видовые экраны ПК Revit приведены на рис. 1-2.
Рис. 1. Стадия проектирования.
а — Фасад в осях 1-13; б — Общий 3D вид здания; в —Фасад в осях 13-1; г — Фасад в осях А-Н; д — Фасад в осях Л-А
Рис. 2. Стадия проектирования.
Общий 3D вид. а — первый этаж; б — второй этаж; в — третий этаж
Моделирование жизненного цикла на стадии эксплуатации
Строительные конструкции здания спортивного комплекса с плавательным бассейном ЮРГТУ (НПИ) на момент обследования в виду наличия дефектов, снижающих несущую способность и эксплуатационные характеристики, в целом находятся в ограниченно-работоспособном состоянии.
В ограниченно-работоспособном состоянии находятся конструкции стен, части перекрытий, покрытия и кровли, конструкции междуэтажных лестниц не удовлетворяют противопожарным требованиям.
Несущие конструкции чаши бассейна находятся в работоспособном состоянии.
Видовые экраны ПК Revit приведены на рис. 3.
Рис. 3. Стадия эксплуатации.
Фасад в осях. а — 1-13; б — 13-1; в — А-Н; г — Л-А
Моделирование жизненного цикла на стадии реконструкции
На стадии реконструкции были выполнены соответствующие мероприятия, обеспечивающие восстановление несущей способности и эксплуатационных характеристик здания, утраченных в ходе эксплуатации.
Видовые экраны ПК Revit приведены на рис. 4.
Рис. 4. Стадия реконструкции.
Фасад в осях. а — 1-13; б — 13-1; в — А-Н; г — Л-А
В результате проведенного моделирование жизненного цикла здания, было установлено, что использование BIM на различных этапах жизненного цикла обеспечивает преимущества в получении необходимой документации на всех стадиях проекта.
Также, в ходе работы были выявлены следующие преимущества ПК Revit:
- Программный комплекс Revit позволяет совмещать этапы жизненного цикла такие как проектирование, строительство, управление и эксплуатация, в единой проектной модели.
- Возможность использования дополнительных программ или плагинов для расширения возможностей Revit.
- Инструменты для автоматизации некоторых задач таких как пространственное планирование и моделирование зданий позволяет ускорить процесс проектирования и повысить его качество.
- ПК Revit позволяет быстро и легко изменять параметры и исправлять ошибки, без необходимости вносить изменения в остальные части проекта.
- Возможность генерировать технические чертежи и документацию проекта автоматически на основе 3D-модели.
- ПК Revit обладает функцией экспорта и импорта файлов, что позволяет работать вместе с другими программами и обмениваться информацией с другими разработчиками.
- Возможность использовать единый цифровой протокол данных на всех этапах строительного процесса, что повышает эффективность проекта и улучшает качество работы.
Были выявлены и некоторые минусы ПК Revit:
- Данный программный комплекс является достаточно сложным программным продуктом, который требует определенных знаний и умений для его эффективного использования. Некоторые пользователи могут столкнуться с трудностями при освоении интерфейса и настройке проекта.
- Для работы с ПК Revit необходим мощный компьютер с мощным процессором. Если у компьютера нет необходимых характеристик, то работа с программой может быть замедлена или невозможна.
- Программный комплекс Revit имеет свой формат файла, что иногда вызывает проблемы с совместимостью с другими программными пакетами, при работе вместе с другими разработчиками или при передаче файлов.
- Некоторые пользователи могут столкнуться с ограничениями функционала Revit в некоторых областях, таких как визуализация или трехмерное моделирование. В таких случаях придется использовать дополнительные программы или плагины для расширения возможностей Revit.
1. Алексанин, А.В., Жаров Я.В. Потенциал использования цифровых информационных моделей в рамках управления строительством // Промышленное и гражданское строительство. - 2022. - № 1. - С. 52-55. - DOIhttps://doi.org/10.33622/0869-7019.2022.01.52-55
2. Дмитриев, А. Н. Марченкова С. В. Развитие инновационной политики при внедрении технологий информационного моделирования // Промышленное и гражданское строительство. - 2020. - № 10. - С. 87-94. - DOIhttps://doi.org/10.33622/0869-7019.2020.10.87-94
3. Сборщиков, С. Б. Журавлев П. А. Информационно-аналитическое обеспечение реинжиниринга территории и застройки // Промышленное и гражданское строительство. - 2022. - № 3. - С. 52-58. - DOIhttps://doi.org/10.33622/0869-7019.2022.03.52-58
4. Каган, П. Б. Представление информации при проектировании, строительстве и эксплуатации линейных объектов инженерных коммуникационных сетей // Промышленное и гражданское строительство. - 2016. - № 3. - С. 71-75.
5. Badenko, V.L., Bolshakov, N.S., Tishchenko, E.B., Fedotov, A.A., Celani, A.C., Yadykin, V.K. Integration of Digital Twin and BIM Technologies within Factories of the Future. Magazine of Civil Engineering. 2020. 101(1). Article No. 10114 DOI:https://doi.org/10.34910/MCE.101.14
6. Перельмутер, А.В. Криксунов Э.З. BIM-технологии в строительном проектировании - «белые пятна» // Промышленное и гражданское строительство. - 2021. - № 5. - С. 60-65. - DOIhttps://doi.org/10.33622/0869-7019.2021.05.60-65
7. Bushra Obeidat&Esra'a Abdul Rahman Jaradat (2022) The influence of virtual human representations on first-year architecture students’ perceptions of digitally designed spaces: a pilot study, doihttps://doi.org/10.1080/09613218.2022.2083549
8. Matti Kurkela, Mikko Maksimainen, Arttu Julin, Juho-Pekka Virtanen, Ilari Männistö, Matti T. Vaaja & Hannu Hyyppä (2022) Applying photogrammetry to reconstruct 3D luminance point clouds of indoor environments, Architectural Engineering and Design Management, 18:1, 56-72, DOI:https://doi.org/10.1080/17452007.2020.1862041
9. Izabela Skrzypczak, Grzegorz Oleniacz, Agnieszka Leśniak, Krzysztof Zima, Maria Mrówczyńska & Jan K. Kazak (2022) Scan-to-BIM method in construction: assessment of the 3D buildings model accuracy in terms inventory measurements, Building Research & Information, 50:8, 859-880, DOI:https://doi.org/10.1080/09613218.2021.2011703
10. C. Rodríguez-Moreno, J. F. Reinoso-Gordo, E. Rivas-López, A. Gómez-Blanco, F. J. Ariza-López & I. Ariza-López (2018) From point cloud to BIM: an integrated workflow for documentation, research and modelling of architectural heritage, Survey Review, 50:360, 212-231, DOI:https://doi.org/10.1080/00396265.2016.1259719
11. Boland Jr,R. J., Lyytinen, K., &Yoo, Y.(2007).Wakes of innovation in project networks: The case of digital 3-D representations in architecture, engineering, and construction. Organization Science,18(4),631-647. doihttps://doi.org/10.1287/orsc.1070.0304
12. Patricio Martínez-Carricondo, Fernando Carvajal-Ramírez, Lourdes Yero-Paneque & Francisco Agüera-Vega (2020) Combination of nadiral and oblique UAV photogrammetry and HBIM for the virtual reconstruction of cultural heritage. Case study of Cortijo del Fraile in Níjar, Almería (Spain), Building Research & Information, 48:2, 140-159, DOI:https://doi.org/10.1080/09613218.2019.1626213
13. Darius Migilinskas, Miroslavas Pavlovskis, Irina Urba & Viačeslav Zigmund (2017) Analysis of problems, consequences and solutions for BIM application in reconstruction projects, Journal of Civil Engineering and Management, 23:8, 1082-1090, DOI:https://doi.org/10.3846/13923730.2017.1374304
14. Пустовгар А.П., Жунжун Ч., Вэньсэн Ю., Адамцевич А.О. Применение BIM-технологий при реставрации зданий // Промышленное и гражданское строительство. - 2020. - № 6. - С. 42-48. - DOIhttps://doi.org/10.33622/0869-7019.2020.06.42-48. - EDN HUNDUG.
15. Armin Gruen, Martin Behnisch & Niklaus Kohler (2009) Perspectives in the reality-based generation, nD modelling, and operation of buildings and building stocks, Building Research & Information, 37:5-6, 503-519, DOI:https://doi.org/10.1080/09613210903189509
16. Amna Shibeika & Chris Harty (2015) Diffusion of digital innovation in construction: a case study of a UK engineering firm, Construction Management and Economics, 33:5-6, 453-466, DOI:https://doi.org/10.1080/01446193.2015.1077982.
17. Fredrik Wikberg, Thomas Olofsson & Anders Ekholm (2014) Design configuration with architectural objects: linking customer requirements with system capabilities in industrialized house-building platforms, Construction Management and Economics, 32:1-2, 196-207, DOI:https://doi.org/10.1080/01446193.2013.864780
