Информационное моделирование зданий

В развитии строительной индустрии за прошедшие полтора десятилетия можно выделить два основных фактора: «зеленое» строительство и применение технологии информационного моделирования здания. Цели «зеленого» строительства достижимы только при условии тесного взаимодействия всех участников не только проектно-строительного процесса, но и эксплуатации здания, что зафиксировано в концепции Интегрированного проектного процесса. Реализовать концепцию Интегрированного проектного процесса на практике позволяет применение технологии Информационного моделирования зданий.

Интегрированный проектный процесс

Интегрированный проектный процесс (Integrated Design Process, IDP) можно определить как подход к реализации проекта строительства, обеспечивающий достижения заданных показателей производительности объекта строительства: уровень энергетической эффективности, соответствие требованиям рейтинговой системы, исполнение графика строительства, соблюдение бюджета и другие. Подход опирается на сотрудничество мультидисциплинарной управляющей команды, члены которой принимают решения совместно, основываясь на целостном восприятии проекта и разностороннем видении проблем. В состав управляющей команды могут входить: представители владельца, архитектурные и инженерные проектировщики, управляющие строительством, управляющие эксплуатацией объекта, субподрядчики и поставщики материалов и оборудования и представители будущих пользователей объекта.

Совместная работа управляющей команды осуществляется на протяжении всего жизненного цикла проекта строительства от концепции и до эксплуатации построенного объекта. Задачи управляющей команды на этапах жизненного цикла проекта строительства:

  1. Разработка концепции дизайна (Pre-Schematic Design Phase): установление общего видения проекта, его целей, оценка экономического окружения проекта, климата, социального окружения, состояния территории строительства и др.
  2. Схематический дизайн (Schematic Design Phase): уточнение видения проекта наряду с поиском дополнительных идей, технологий и методов, которые позволят эффективней достигнуть целей проекта; коллективная оценка проекта, разработка задания на проектирование.
  3. Разработка проектной документации (Design Development Phase): координация дальнейшей оптимизации проекта для соответствия поставленным целям. Владелец объекта окончательно утверждает проект.
  4. Разработка рабочей документации (Construction Documents Phase): установление регламента проведения строительства, контроль и координация подготовки документации и выбора подрядчиков.
  5. Строительство здания (Construction Phase): контроль и координация хода строительства в определённых критических точках, и конечный контроль, тестирование и подтверждение качества выполненных работ.
  6. Эксплуатация здания (Building Operation and Maintenance Phase): контроль и координация передачи объекта пользователям и эксплуатирующему персоналу; проведение оценки эффективности функционирования здания и соответствия поставленным целям.

Принципы IDP:

  • Взаимодействие членов управляющей команды на протяжении всего жизненного цикла проекта.
  • Учет стоимости жизненного цикла, в том числе стоимости строительства, стоимость эксплуатации, технического обслуживания, социальные и экологические выгоды, стоимость демонтажа.
  • Целостное рассмотрение здания и его систем.
  • Поиск оптимальных решений с учетом взаимозависимости систем здания и порядка его эксплуатации.
  • Интерактивность — постоянное изменение и коррекция проекта, основанные на обратной связи за счет непрерывного мониторинга и совместного принятия решений.
  • Максимальные интеллектуальные усилия сосредотачиваются на этапах разработки концепции и схематического дизайна, когда стоимость внесения изменений минимальна, в соответствии с известной кривой МакЛиами (MacLeamy Curve), изображенной на рисунке 1.
Кривая МакЛиами (MacLeamy Curve)
Рис. 1. Кривая МакЛиами (MacLeamy Curve)

Информационное моделирование зданий

Информационное моделирование здания (Building Information Modeling, BIM) — это технология оптимизации процессов проектирования и строительства, в основе которой лежит использование единой модели здания и обмен информацией о любом объекте всеми участниками на протяжении всего жизненного цикла проекта: от замысла владельца и первых набросков архитектора до технического обслуживания готового здания. Одно из преимуществ BIM перед CAD (computer-aided-design, компьютерные технологии в проектировании) заключается в поддержке распределенного пользования, что позволяет использовать данную технологию в целях реализации IDP. Инструментарий BIM призван исключить избыточность, повторный ввод и потерю данных, ошибки при их передаче и преобразовании. Принципы BIM (Роберт Эйш, RobertAish, 1986)

  • трехмерное моделирование;
  • автоматическое получение чертежей;
  • интеллектуальная параметризация объектов;
  • соответствующие объектам наборы проектных данных;
  • распределение процесса строительства по временным этапам.

Преимущества применения BIM:

  • Сокращение сроков проектирования;
  • Уменьшение расходов на реализацию проекта;
  • Повышение производительности работы благодаря простоте получения информации;
  • Повышение согласованности строительной документации;
  • Доступность конкретной информации о производителях материалов, количественных характеристик для оценки и проведения тендера.

Согласно [1] наиболее актуальным вопросом развития BIM является совместимость программного обеспечения и форматов данных. BIM прошло развитие от конвертеров форматов до создания специальных форматов хранения данных об объекте строительства, таких как IFC или XML, и до создания BIM-серверов. Перспективным является направление интеграции программ энергетического моделирования и программ автоматизации управления зданием во время эксплуатации.

Коммерческое многоэтажное здание ArkBuilding (или Coca-Cola place)

Пожеланием владельца здания было создание компьютерной модели объекта как репрезентации того, что реально построено и будет эксплуатироваться. Архитектурное проектирование осуществлено в ArchiCAD, инженерное — в RevitMEP, с объединением в Autodesk Navis Works. Управление эксплуатацией объекта осуществляется с помощью BIM, в которую по стандарту IFC встроены проектная и строительная документация, а также разного рода документы от подрядчиков и консультантов по реализации проекта (элементы общей модели отсылают к 2d-чертежам и спецификациям). Для координации данных и управления документами была применена платформа INCITE. Проект Ark Building получил оценку «6 звезд» по национальной системе Green Star (Office Design v2 Certified Rating) и «5 звезд» по так же национальной системе энергетической эффективности NABERS. Здание признано «Лучшей постройкой 2010 года» в Австралии.

Владелец: Investa Архитектор: Rice Daubney
Застройщик: Theiss Constructions
Этажность: 19 Сдаваемая в аренду площадь: 28, 500 м2

Здание ArkBuilding в Сиднее, Австралия. 2010
Рис. 2. Здание ArkBuilding в Сиднее, Австралия. 2010.

Подход BIM реализован несколькими крупными разработчиками программного обеспечения (Autodesk, Graphisoft, Bentley), но нужно отметить, что не все их них стремятся выполнить требования подхода IDP и «зеленого» строительства.

Статистика применения BIM по рынкам США и Европе

Приведены данные согласно исследованию компании McGraw-Hill Construction[1].

В 85% случаях причиной использования BIM является требование владельца, а в 76% — стремление к экономии времени и денег.

Пользователи BIM по Европе:

— архитекторы 47%,
— инженеры 38%,
— смежных специальностей 24%.

Пользователи BIM по Северной Америке:

— архитекторы 60%,
— инженеры 42%,
— смежных специальностей 50%.

41% опрошенных считает, что после внедрения BIM у них прибыль увеличилась.
55% считает, что BIM позволяет снижать стоимость проекта (39% их них считает, что снижение происходит больше, чем на четверть).
41% убеждены, что BIM не приводит к изменению количества сотрудников, 21% — что после внедрения BIM требуется меньше персонала, а 13% — что больше.

Таблица 1. Сводная таблица оценки эффекта применения BIM начинающими пользователями и экспертами
Описание эффекта Доля начинающих Доля экспертов
Рост прибыли 7% 43%
Сокращение времени рутинных операций 14% 58%
Уменьшение количества исправлений 23% 77%
Облегчение повторной работы с клиентами 19% 61%
Предложение новых услуг 28% 72%
Экономический расчет для новых клиентов 28% 71%
Повышение производительности работы персонала 46% 71%

Цели применения BIM в рамках проектов «зеленого» строительства:

  • Моделирование потребления энергии зданием — 80% компаний
  • Моделирование освещения и дневного освещения — 69%
  • Соответствие требованиями стандартов энергопотребления — 65%
  • Оценка качества оборудования и его выбор — 64%
  • Оценка эффекта применения возобновляемых источников энергии — 63%
  • Анализ естественной вентиляции — 57%

42% работающих с BIMв рамках проектов «зеленого» строительства профессионалов считают, что применение BIM для расчета кредитов по LEED полезно. Стоит отметить, что USGBC планирует обновить функциональность сервиса онлайн-сертификации LEED online с тем, чтобы позволить ряду BIM напрямую направлять информацию на оценку экспертов. Одним из производителей, работающих по этому направлению, является компания Integrated Environmental Solutions, представляющая линейку инструментов анализа производительности здания.

Решения Autodesk

На базе платформы Revit от Autodesk созданы САПР Revit Architecture, Revit® Structure и Revit® MEP, которые позволяют полностью автоматизировать все этапы проектирования и подготовки рабочей документации. Revit базируется на параметрическом ядре, способном автоматически координировать вносимые изменения.

Autodesk Ecotect Analysis– специализированный программный инструмент для проведения анализа факторов, влияющих на экологическую и энергетическую производительность зданий. Возможен импорт данных в формате gbXMLпрограммных сред Autodesk Revit Architecture 2010 и RevitMEP 2010, возможен импорт моделей в формате DXF, 3DS, OBJ, DXF. Инструмент работает совместно с web-сервисом Autodesk Green Building Studio. Отчеты, сгенерированные Green Building Studio, могут быть использованы при проведении сертификации по системам LEED и Energystar.

Таблица 2. Функциональные возможности программных продуктов Ecotect Analysis и Green Building Studio[2]
  Ecotect Analysis Green Building Studio
Анализ потребления энергии зданием   Х
Оценка выбросов СО2   Х
Оценка потребления и стоимости воды   Х
Баллы рейтинга ENERGY STAR   Х
Возможность обосновать кредит LEED по дневному освещению   Х
Естественная вентиляция Х Х
Энергия ветра Х Х
Набор солнечных батарей Х Х
Тепловая эффективность Х Х
Солнечное излучение Х  
Визуальный комфорт Х  
Тени и отражения Х  
Дневное освещение Х  
Дизайн затенения Х  
Акустический анализ Х  

Возврат инвестиций в технологию BIM

Возврат инвестиций (ROI) — отношение доходов от вложения к расходам на них. На рисунке 3 приведена стандартная формула для расчета возврата инвестиций в течение первого года.

Возврат инвестиций

A = стоимость оборудования и программного обеспечения
B = стоимость рабочей силы в месяц
C = длительность обучения (мес. )
D = снижение производительности во время обучения (%)
E = рост производительности после обучения (%)

Характер изменения производительности труда при внедрении нового программного обеспечения

Рис. 3. Характер изменения производительности труда при внедрении нового программного обеспечения

Согласно онлайн-опросу пользователей Revit® Architecture [3], в котором участвовало около 100 организаций, средние значения переменных формулы таковы:

A = стоимость оборудования и программного обеспечения — $6, 000
B = стоимость рабочей силы в месяц — $4, 200
C = длительность обучения — 3 месяца
D = снижение производительности во время обучения — 50%
E = рост производительности после обучения — 25%

Расчет показал, что среднее значение возврата инвестиций составляет более 60%.

Формула наиболее чувствительна к процентам снижения и роста производительности. Самым незначительным фактором при расчете возврата инвестиций является стоимость оборудования и программного обеспечения. Если удвоить стоимость системы (с $6K до $12K), возврат инвестиций сократится на 20% (с 61% до 41%).

В исследовании [4] показаны экономические характеристики внедрения линейки программного обеспечения Autodesk (Revit Architecture, Revit MEP, Revit Structure, Ecotect Analysis) в работу проектной мастерской численностью 26 человек. Объем инвестиций в новое программное обеспечение и обучение персонала составил 2 786 600 рублей. Примерно через 15-16 месяцев после перехода на технологию BIM проектная организация вышла на тот же объем выполненной работы и продолжила работать с большей производительностью, что привело к увеличению заработной платы и увеличению прибыли организации. Чистый дисконтированный доход за три года составил 2 642 864 рублей при чистой прибыли до внедрения BIM — 3 224 960 рублей.

Заключение

Внедрение подхода IDP и инструментария BIM требует организационно-структурных изменений задействованных в проектно-строительном процессе компаний. Опыт зарубежных компаний показывает, что приложенные в этом направлении усилия воздадутся ростом производительности и качества работы, а в результате и ростом прибыли. Для инвестора/владельца объекта строительства результатом применения BIM и подхода IDP является снижение инвестиционных рисков в силу предсказуемости хода реализации проекта и гарантии соответствия построенного здания поставленным целям, желаемым техническим и экономическим характеристикам.

Литература

  1. «Зеленые» BIM. Как информационное моделирование зданий соотносится с «зеленым» проектированием и строительством. / Green BIM. How Building Information Modeling is Contributing to Green Design and Construction / McGraw_Hill Construction /2010
  2. Брошюра Autodesk Ecotect Analysis. Визуализируй «устойчивый» проект. / Brochure Autodesk Ecotect Analysis. «Visualize sustainable design» / Autodesk /2011
  3. Возврат инвестиций в технологиюBIM /Autodesk /2007
  4. Оценка экономической эффективности внедрения информационного моделирования зданий / НГАСУ, И. М. Козлов / 2010
Автор: Юрий Бубнов, инженер ICS Group
Статья опубликована на сайте «Здания высоких технологий»
06.02.2015

Возврат к списку