Технология BIM и эксплуатация зданий.

«Эксплуатация здания начинается при его проектировании»

Древнегреческая мудрость.

Автор Талапов В.В.

Сила технологии BIM - в комплексной работе с объектом, то есть в тесном взаимопонимании и взаимодействии специалистов разных направлений проектирования, составления смет и расчетов, производства изделий и конструкций, организации и финансирования строительства, управления и эксплуатации зданий и многих других. Основные группы специалистов (весьма укрупнено), непосредственно связанных с BIM и участвующих как в создании модели, так и в ее использовании, показаны в приведенной схеме (рис. 1).

Рис. 1. Основные пользователи информационной модели здания.

Однако на самом главном месте в этой схеме, как это не покажется странным, находятся не архитекторы и не создатели модели, а собственники здания. Потому что только они самым объективным образом заинтересованы в комплексном и эффективном подходе к решению проблем сооружения, которым владеют или собираются владеть. В первую очередь именно они внимательно считают свои деньги, как расходуемые сейчас, так и предполагаемые к тратам в будущем.

Отметим, что опыт внедрения BIM в развитых странах однозначно показывает, что в подавляющем большинстве случаев только после осознания полезности BIM и принятия концепции информационного моделирования здания собственником (будь то частное лицо или государственная структура) новой технологией начинают активно овладевать все остальные участники процесса работы с объектом.

Рис. 2. Роль информационной модели при контроле состояния объекта.

Определение экологических и эксплуатационных свойств объектов.

Сейчас в мире широчайшее распространение получила концепция экологически рационального проектирования, для которой технология BIM открывает огромные возможности, поскольку уже на стадии проектирования позволяет заложить в будущее здание те свойства и характеристики, которые делают его последующую эксплуатацию более эффективной как с экономической, так и с технической точек зрения (рис. 3).

Рис. 3. Архитектурная модель первого модуля второй очереди Университетского кампуса в Суффолке, Великобритания. Работа полностью выполнена по технологии BIM. Проект получил оценку «отлично» по системе BREEAM. Фирма RMJM, 2008.

Информационное моделирование позволяет даже на стадии эскизного проекта определять свойства будущего здания, которые либо оптимизируются, либо приводятся в соответствие с требованиями заказчика. Такая возможность экономит время, затрачиваемое на проектирование и строительство, но больше всего снижает расходы на эксплуатацию и создает комфортные условия для работы и проживания (рис. 4).

Рис. 4. Зоя Мишенова. Проект концертного зала с изменяемыми акустическим характеристиками. Конфигурация звукоотражающих панелей менялась (вручную) в зависимости от результатов расчета времени реверберации. Работа выполнена в Autodesk Revit и Autodesk Ecotect Analysis. НГАСУ(Сибстрин), 2011.

Комплексная застройка.

В самом названии BIM говорится о моделировании отдельных зданий, но это лишь терминологические условности - в диапазон применения новой технологии входят также и целые комплексы зданий и сооружений со всеми их многосложными связями и коммуникациями (рис. 5).

Рис. 5. Проектирование комплекса «Таико Хоуи» в Гонконге. Работа выполнена в программе Digital Project

В каждом из таких случаев итоговая информационная модель всего комплексного проекта складывается из составных частей:

1) моделей каждого отдельного здания;

2) моделей общих инженерных систем всего комплекса зданий (как правило, это тоже сумма отдельных моделей по различному технологическому предназначению и организационной подчиненности);

3) модели местности с рельефом, внешними коммуникациями (наземными и подземными) и благоустройством территории.

Инвесторы и застройщики.

Теперь вернемся к схеме на рисунке 1. В правой ее части указаны специалисты, напрямую не связанные с возведением здания, но работающие с ним все остальное время его существования. Для них BIM также является источником практически всей используемой информации.

Когда специалисты-проектировщики приступают к работе над будущим зданием, они обычно уверенны, что вопросы экономической перспективы уже решены: известно, что это здание кому-то необходимо и что кто-то за все это заплатит. 

Однако успешный строительный бизнес, как и любой бизнес, обязан быть прежде всего экономически эффективным, в частности, всегда должны иметься деньги на строительство и всегда построенное должно продаваться. При этом строить лучше всего не на свои деньги, а прибыль желательно получать как можно быстрее.

Это – очевидные аксиомы. Чтобы они стали реальностью, действия по привлечению инвесторов и продаже площадей в новом здании начинаются задолго до завершения его проектирования. В идеале их даже надо закончить до завершения проектирования.

Основательная работа с потенциальным инвестором на стадии проектирования предполагает выполнение как минимум трех обязательных условий, без которых никто вам денег не даст:

1. У заказчика или потенциального покупателя должна быть максимальная ясность по всем компонентам здания, материалам, инженерному оснащению, организации строительства и т.п. (рис. 6).

Рис. 6. Игорь Козлов. Проект многоэтажного жилого дома с многоуровневой автоматизированной парковкой. Покупатель хорошо видит, за что он платит деньги. Работа выполнена в Autodesk Revit, НГАСУ(Сибстрин), 2010.

2. Надо иметь возможность оперативно вносить изменения в проект, учитывая постоянно возникающие новые пожелания заказчика, при этом «не меняя отведенных на проектирование и строительство сроков».

3. При каждом изменении проекта, в каждом новом варианте оперативно (в идеале – автоматически) получать его визуализационные, экономические и технические характеристики, а также всю остальную вычисляемую информацию (площади помещений, количество парковочных мест, площадь остекления фасада, количество отделочных материалов и т.п.).

В строительной индустрии развитых стран мира презентации проекта и работе с инвесторами давно уже придают первостепенное значение, и в этой области деятельности информационное моделирование зданий также зарекомендовало себя наилучшим образом, при современных темпах и объемах строительства оно стало просто незаменимым (рис. 7). 

Рис. 7. Фрагмент представления инвесторам проекта небоскреба «Восточная башня» в Гонконге: информационная модель демонстрирует архитектурные решения, конструкцию, различные инженерные системы, материалы, оснащение, последовательность возведения и зоны ответственности смежников. Проектирование в программе Digital Project, 2005.

Если же рассматривать индивидуальное строительство малоэтажных жилых домов, то здесь эффективность технологии BIM также проявляется весьма зримо. Ведь покупатель дома (или индивидуальный застройщик) обычно большими деньгами не обладает, так что для него важна любая экономия. 

В силу же небольшого объема создаваемого объекта ему (будущему хозяину здания) легче вникать и разбираться в проекте «до мелочей», фактически «соучаствуя» (или напрямую участвуя) в процессе проектирования и строительства. А это обеспечивается через информационное моделирование. И в результате достигается как оптимизация и «прозрачность» итоговой стоимости здания, так и правильная и понятная организация всего процесса строительства. 

При этом, опять же, BIM позволяет еще и хорошо спрогнозировать и минимизировать последующие расходы на эксплуатацию здания, обоснованно создать энергетически рациональный, «зеленый» объект, что в большинстве случаев для инвестора может иметь решающее значение при покупке или строительстве нового дома (рис. 8).

Рис. 8. Технология BIM: проектирование и возведение индивидуального жилого дома.

Реконструкция зданий.

Очень важный и все более востребованный вид деятельности – реконструкция существующих объектов. 

Интересный опыт провела здесь компания Autodesk. Ею было взято старое здание, которое за короткое время реконструировали под новый, удовлетворяющий всем современным экологическим и энергосберегающим требованиям офис, получивший «платиновый» сертификат по системе LEED.

Поскольку проектирование велось с использованием компьютерных программ собственной разработки, то таким образом компания Autodesk устроила своим клиентам (потенциальным и реальным) своеобразный «мастер-класс» по технологии BIM.

Для разработки модели взятого на реконструкцию здания нужна была точная информация о его нынешнем состоянии, для чего было проведено всестороннее лазерное сканирование объекта. Результаты этого трехмерного сканирования и легли в основу BIM (рис. 9).

Рис. 9. Новый офис компании Autodesk в Уолтхэм, Массачусетс, США. Реконструкция полностью выполнена по технологии BIM. Вверху – современный вид здания; ниже – результаты объемного лазерного сканирования; внизу справа – фрагмент построенной модели. Архитекторы KlingStubbins, строители Tocci Building Companies, 2008.

Затем модель использовалась для проектирования внутренней организации здания, его оснащения инженерными системами и другим оборудованием. При этом рассчитывались многочисленные эксплуатационные характеристики будущего офиса, что позволило получить высокие экологические показатели (рис. 10).

Рис. 10. Новый офис компании Autodesk в Уолтхэм, Массачусетс, США. Слева – фрагменты проекта; справа – фотографии уже действующего офиса. 2008.

Эксплуатация и ремонт зданий.

Часто считают, что BIM – это технология проектирования, при этом подразумевая проектирование «с нуля» новых зданий и сооружений. Но, обратите внимание, самого слова проектирование в названии Информационное моделирование зданий нет. И это не случайно.

Ведь создаваемая информационная модель здания имеет гораздо более широкое применение. В том числе она весьма полезна для уже существующих объектов, поскольку содержит всю необходимую (для решения конкретных поставленных задач) информацию о них, а наша задача – грамотно этой информацией распоряжаться.

В наиболее развитых мировых центрах на сегодняшний день уже построено так много, что на первое место там выходит не создание новых, а реконструкция и реставрация имеющихся зданий и сооружений.

Эта сторона использования новой технологии почему-то малоизвестна, но попытки применения BIM к существующим объектам начались практически одновременно с широким внедрением информационного моделирования зданий.

И здесь, пожалуй, становятся еще более очевидными преимущества BIM: 

1) возможность моделировать изменения в конструкции здания, 

2) проектировать переоснащение здания новым инженерным оборудованием, доводя его эксплуатационные характеристики до современного уровня требований, 

3) отслеживать текущее состояние здания (особенно важно для памятников архитектуры) и своевременно принимать меры по реставрации, 

4) грамотно эксплуатировать существующие объекты.

Обслуживание и ремонт зданий – очень важный и весьма затратный вид повседневной деятельности, более точно – основной вид работы со зданием в период его существования, и здесь информационному моделированию открывается широчайшее поле для применения (рис. 11). 

Рис. 11. Игорь Козлов. Инженерное оборудование современной квартиры. Работа выполнена в Autodesk Revit, 2013.

Если имеется информационная модель здания, то хозяин или управляющая компания всегда будут знать, сколько лампочек надо заменять в местах общего пользования, каков график обслуживания и замены каждого конкретного устройства (например, насоса или электросчетчика), сколько штукатурки или водопроводных труб потребуется для капитального ремонта дома, сколько будет стоить облицовка здания новыми материалами, где их найти по более выгодной цене, и в какой срок можно осуществить все работы, а также многое другое.

Не менее важно дежурному слесарю быстро получать точную информацию в случае возможных аварий или поломок. Понятно, что для этого нужны специальные компьютерные программы (специализированный интерфейс работы с моделью), которые будут брать из модели именно нужную для задач ремонтного обслуживания информацию и правильно ею распоряжаться. Такие программы не нужна архитекторам, они не требуются при проектировании или строительстве здания, поэтому на начальных этапах информационного моделирования здания они и не появляется. Более того, информация о регламенте обслуживания или сроках замены оборудования на этих этапах тоже не нужна. Но она нужна на стадии эксплуатации здания. Поэтому при обслуживании здания появляется потребность как в новых программах, так и в постоянной актуализации модели пополнением её дополнительной информацией (если этого не сделали раньше). Таким образом, на стадии эксплуатации здания процесс информационного моделирования продолжается (рис. 12).

Рис. 12. Пример работы с BIM при эксплуатации здания с помощью программы компании EcoDomus, 2013.

Значение BIM для российского ЖКХ.

Нашей стране в наследство достался огромный жилой фонд, ранее почти полностью принадлежавший государству. Сейчас он, находясь уже в разных формах собственности, требует постоянного обслуживания и капитального ремонта. Ситуация осложняется тем, что за последние двадцать лет, в так называемый «переходный период», капитальным ремонтом жилых зданий почти не занимались, к тому же в большинстве случаев техническая документация по зданиям частично или полностью отсутствует. Периодически проводимая бумажная «паспортизация» жилых зданий с целью определения их потребности в ремонте очень трудоемка и малоэффективна, поскольку требует по прошествии времени ручного перебора и уточнения всей собранной ранее информации.

В такой ситуации вполне логично было бы заменить бумажные паспорта зданий на их информационные модели. Что это дает? 

Попробуем тезисно сформулировать преимущества от внедрения BIM в ЖКХ:

1. 1.    Использование информационной модели здания вместо обычного паспорта объекта позволяет компьютерно хранить, осуществлять поиск, а затем анализировать собранную информацию. В результате будет известно точное состояние каждого здания, а не используемый ныне общий процент износа.
2. 2.    Имеющаяся модель позволяет выполнять проект капитального ремонта общего имущества в многоквартирных домах. 
3. 3.    Использование этой технологии делает проект: 

- точным (сводится почти до нуля количество проектных ошибок), 

- прозрачным (сам проект и все стадии его реализации в любой момент доступны для контроля со стороны как самих исполнителей, так и жильцов, управляющих компаний и вышестоящих органов),

- хорошо экономически просчитанным (по модели составляется точная смета, которая легко меняется при корректировке проекта), 

- позволяет хорошо организовывать сами ремонтные работы и снабжение стройплощадки материалами, точно специфицировать все взаимоотношения с поставщиками,

- в частности, позволяет точно управлять поэтапным финансированием работ,

- позволяет ежедневно контролировать график выполнения работ,

- по завершении работ вся информация о них остается в информационной модели здания (электронном паспорте объекта) и может учитываться при дальнейшей эксплуатации дома,

- более гибким в случае внесения каких-то изменений,

- легче тиражируемым для других домов подобных серий.

Конечно, внедрение BIM в ЖКХ потребует больших вложений: создание компьютерных рабочих мест, подготовку персонала и, самое главное, разработку информационных моделей, для каждого жилого здания конкретно.

Но, во-первых, в России, где в прежние годы широкое распространение получило типовое домостроение, для работы с существующим жилым фондом различных информационных моделей понадобится не так уж много (рис. 13).

Рис. 13. Начын Монгуш. Проект реконструкции типовой пятиэтажки. Модель выполнена в Revit Architecture. НГАСУ(Сибстрин), 2010.

Во-вторых, ежегодно на программу капитального ремонта в стране выделяются огромные деньги, небольшой части которых вполне хватило бы на постепенный перевод ЖКХ на BIM.

В третьих, если обязать всех застройщиков вместе со вводом жилого здания в эксплуатацию передавать соответствующим органам и его информационную модель (выполненную по заранее оговоренным правилам), то в будущем необходимость создания таких моделей просто исчезнет.

Наконец, на основе мирового опыта и оценок наших специалистов, внедрение BIM может дать до 30% экономии средств, выделяемых сегодня на цели капитального ремонта жилого фонда страны.

Конечно, у новой технологии будут и противники. Ведь если модель сообщит, что для ремонта системы отопления здания требуется1000 метров новых труб, то счету на 2000 уже никто в организации, представляющей интересы жильцов, просто не поверит (естественно, что у организации собственников жилья для взаимодействия и контроля тоже должен быть доступ к используемой в ЖКХ модели здания). При существующем сейчас положении дел только специалист, имеющий доступ к соответствующей документации и достаточный уровень квалификации, сможет проверить эти цифры.

Так что в масштабах всей страны, региона, микрорайона или даже отдельного дома при внедрении BIM и контроле со стороны собственников или жильцов экономия средств, выделяемых на капремонты, по сравнению с нынешними условиями предполагается просто огромная. А контроль со стороны собственников может также вестись через доступ к информационной модели здания посредством специального интернет-сервиса в режиме «только для чтения» (рис 14).

Рис. 14. Интерфейс портала «Инфопоселение»: информация о доме, квартире, соседях, управляющей компании и многом другом. Новосибирск, 2014.

Безопасность объектов и их поведение в чрезвычайных ситуациях.

Одна из особенностей современной жизни, ставшая сегодня в силу ряда обстоятельств одной из главнейших при проектировании новых и эксплуатации уже имеющихся объектов – повышение требований к зданиям по безопасности конструкций и систем. 

Изменяющаяся сейсмическая активность на планете, новые климатические условия, приводящие к природным катаклизмам, войны, техногенные катастрофы и террористическая угроза – вот основные факторы, усиливающие требования к прочности и жизнеспособности современных построек.

Но, сколько требования к зданиям не усиливай, всегда приходится считаться с тремя обстоятельствами. 

Во-первых, все возможные факторы риска и причины их возникновения не учтешь. 

Во-вторых, всякая прочность имеет свои пределы. 

В третьих, ранее построенные сооружения проектировались в другое время при совершенно иных требованиях, их конструкции и материалы частично уже израсходовали свой ресурс, и возможности усиления таких зданий может просто не быть. 

Так что главный вопрос, который интересует сегодня специалистов по работе в чрезвычайных ситуациях – как поведет себя конкретное здание при тех или иных экстремальных воздействиях, проще говоря – сколько оно продержится в случае гипотетической катастрофы (с совершенно конкретными параметрами) и каков будет характер и количественное выражение возможных повреждений или разрушений. 

Для этого надо иметь полное представление об устройстве здания, причем такая информация должна быть доступна при необходимости в режиме реального времени.

Чаще всего возникающая чрезвычайная ситуация – пожар. На крупном объекте эпицентр и сила возгорания устанавливаются прибывшими пожарными, дальше вопросы – куда вероятнее всего пойдет огонь, как долго продержатся конструкции, какое оборудование и материалы представляют дополнительную опасность, сколько имеется времени на эвакуацию людей и имущества, возможные пути эвакуации, схема тушения пожара и т.п. 

На все это поможет быстро (а именно это и требуется) ответить адаптированная для этих целей информационная модель здания, если, конечно, она имеется (рис. 15).

Рис. 15. Информационная модель небоскреба «Восточная башня» в Гонконге: общее устройство нижних этажей. Проектирование в программе Digital Project, 2005.

Проектирование на основе технологии информационного моделирования зданий только входит в нашу жизнь, пройдет какое-то время, и уже все новые объекты  будут создаваться по BIM. А вот прежние постройки, в том числе сравнительно недавние, информационных моделей не имеют.

Так что сегодня хорошо видна одна из главных стоящих перед МЧС задач – создание информационных моделей интересующих МЧС объектов. К сожалению, по техническим (и экономическим) причинам пока еще не всех, а только особо важных. Таких особо важных объектов в каждом регионе России сейчас насчитывается по несколько тысяч.

Например, общественных зданий, особенно рынков, стадионов и плавательных бассейнов, с которыми уже было немало хлопот.

К объектам самого повышенного внимания МЧС (которых в каждом регионе России насчитывается по несколько тысяч) относятся также и промышленные предприятия с особо опасным производством, энергетические сооружения, крупные торговые и складские комплексы и многое другое (рис. 16).

Рис. 16. Амурский гидрометаллургический комбинат. ЗАО «Полиметалл инжиниринг». Работа выполнена с помощью комплекса программ AVEVA, 2013.

Из других сооружений высокой сложности традиционно большое внимание МЧС (и не только) привлекают мосты самого разного предназначения. И на каждом желательно если не смоделировать наиболее вероятные чрезвычайные ситуации, то хотя бы оперативно иметь информацию о прочности как всей конструкции, так и отдельных ее элементов.

Если мост спроектирован с использованием технологии BIM, то в любой момент вы можете подключить к его модели расчетную программу и опять же оперативно моделировать гипотетическую (или реально возникшую) ситуацию, для которой будете быстро получать все необходимые прочностные характеристики и возможные варианты поведения конструкций (рис. 17).

Рис. 17. Вантовый мост в Мокпхо, Южная Корея. Компания GS Engineering & Construction. Работа отмечена специальной премией Bentley Be Inspired «Инновации в комплексном BIM», 2013.

Вывод из эксплуатации и снос.

Наконец, еще один вид деятельности, где пользу от применения BIM трудно переоценить - снос здания или сооружения и освобождение территории под новое строительство. 

Раньше в нашей стране проблема завершения жизненного цикла здания или сооружения не носила массового характера, так что серьезного значения ей не придавали. Разрушил, разровнял, куда-то вывез, ссыпал – и все. Сейчас же в связи с высокой плотностью застройки в городах, большим количеством подземных и наземных коммуникаций, а также экономическими и экологическими аспектами, подобным вопросам уделяется серьезное внимание. 

Снос старых зданий (разбор конструкций, повторное использование или утилизаций отходов, организация работ и т.п.) теперь уже проектируются, просчитываются и прорабатываются, в том числе и на компьютерных моделях, поскольку в наше время представляют вид деятельности высокого уровня сложности и ответственности. Пример тому – разбор несколько лет назад гостиницы «Россия» в Москве.

Более объемная задача появляется в связи с выводом из эксплуатации Курской АЭС. Этот процесс принципиально сложнее, чем с гостиницей, и рассчитан на 70 лет. Его информационная модель, где тесно сочетаются подходы BIM и PLM, выполнена в наше время с участием компании «НЕОЛАНТ». Однако по причине огромного временного периода использования модели представляется маловероятным то, что создатели модели увидят результаты своего труда.

Вообще возникает довольно интересная ситуация: за 70 лет принципиально изменятся компьютеры, программы, технологии, наше понимание процессов, причем мы даже не знаем, как изменятся, но нынешнюю модель надо будет на каждом этапе актуализировать (поддерживать в «рабочей форме) и с ее помощью управлять теми процессами, которые запланированы на выводимой из эксплуатации Курской АЭС (рис. 18).

Рис. 18. Основная работа по моделированию вывода из эксплуатации Курской АЭС выполнена с помощью комплекса программ компании Bentley Systems, 2013.