Прогулка по будущему. Как проектируют современные небоскребы
Можно ли прогуляться по этажам еще непостроенного здания? Могут ли проектировщики эффективно работать вместе, находясь в тысячах километров друг от друга? Можно ли за считанные минуты найти и исправить критичную ошибку в схеме инженерных коммуникаций, избежав колоссальных затрат в дальнейшем? Ответить «да» на все эти вопросы позволяет технология BIM — информационного моделирования здания, которая применяется и при строительстве Лахта Центра. Узнаем, как это работает.
Как прочитать чертеж не инженеру. Миссия выполнима
Когда спрашивают, зачем нужен BIM, проектировщики и строители говорят о сокращении сроков работ, стоимости, повышении производительности. Все это — следствия одного из главных преимуществ технологии — ее наглядности.
Упрощая, можно представить информационную модель как трехмерный чертеж, который прочитает даже человек, не имевший дела с технической документацией. Вот простейший пример 3D-моделирования. Преимущества очевидны.
Усложним задачу:
Стандартный чертеж
И трехмерная модель. Совсем другое дело: плюс сто очков к наглядности. На модели — Арка главного входа в Лахта Центр, про составляющий ее конструктив можно почитать тут.
И даже если дело совсем сложное, поизучав 3D-модель, наш гипотетический не-инженер скорее разберется, что к чему. Возможно, даже обнаружит какие-то пересечения и нестыковки, если таковые есть.
BIM позволяет увидеть проект всего сооружения, отказавшись от пролистывания на экране компьютера, или — страшно представить — на бумаге, огромного количества планов, разрезов, фасадов, копаясь в таблицах спецификаций — ведь в цифровой модели забита информация и о материале, из которого изготовлен тот или иной элемент.
BIM-модель ни в коем случае не стоит рассматривать просто как набор 2D проекций — эта на порядки более емкая и комплексная технология, и именно информационная модель может стать источником для получения любого другого вида проекции.
Виды графического представления информационной модели здания. Татьяна Козлова. Памятник архитектуры «Дом композиторов» в Новосибирске. Модель выполнена в Revit Architecture. НГАСУ (Сибстрин), 2009.
Конечно, BIM-модель создают не за тем, чтобы помочь разобраться в чертежах всем желающим. Все-таки пирожные должен печь пирожник, а сапоги тачать — сапожник. Ну, а BIM-моделирование нужно инженерам, конструкторам, строителям, архитекторам. И одна модель конкретного объекта помогает им всем сразу. Это происходит благодаря особенностям ее построения.
Как работает моделист
Первым делом создаётся и настраивается шаблон проекта, в котором указывается все вплоть до толщины каждой линии, размера шрифта в соответствии с официальной российской СПДС — ведь именно из BIM-модели впоследствии будет экспортироваться проектная документация для согласования и утверждения «в производство работ».
Затем создаются семейства конструктивных и архитектурных элементов здания — стен, плит перекрытий, дверей, окон и т.д. Специалист вносит информацию об их размерах, материалах, принадлежности к помещению. Из этих подробно описанных элементов, как из кубиков «Лего», в дальнейшем и будет собираться модель.
Для описания «кубиков»- элементов используют разные степени детализации, обозначающиеся аббревиатурой LOD. LOD зависит от стадии жизненного цикла здания и вытекающих задач — создать концепт, проект, построить или перейти к эксплуатации.
По мере развития жизненного цикла здания степень детализации увеличивается
На начальном этапе находится LOD 100 — это уровень концептуальных решений. На вершине детализации — LOD 500 c заложенной в элемент информацией о его фактических размерах, форме, пространственном положении, ориентации и массой другой информации. Такую «максимальную» модель используют при эксплуатации здания, его обслуживании и ремонте.
Даже когда здание построено, BIM-модель пригодится для планового обслуживания и ремонтов
План коммуникаций вооруженным взглядом
У информационной модели Лахта Центра степень детализации LOD 300.Такая LOD подходит для проектирования комплекса и его строительства. Потом степень детализации может увеличиться, и по коридорам Лахта Центра пойдут инженеры по обслуживанию, вооруженные планшетами с моделью.
Модели больших зданий, как правило, разбивают на несколько блоков — иначе они получатся слишком тяжелыми и неудобными в работе. Модель МФЗ Лахта центра разбита на четыре блока, башни — на два.
Модель Арки главного входа. Узнаете?
А вот тут — МФЗ с шаром планетария и атриумом между блоками здания
BIM: работаем синхронно и коллективно
После того, как все элементы-«кубики» внесены в базу, создается центральный файл модели, в котором настраиваются рабочие наборы. К центральному файлу подсоединяются остальные файлы, с которыми работают разные инженеры. Для подсоединения служит специальный BIM-сервер.
Проект бетонных работ башни
Проект металлоконструкций башни
Эти и другие файлы сводятся в центральный файл модели участниками проектирования
Каждый из участников процесса имеет права на редактирование только той части модели, за которую отвечает. Если проектировщику вентиляции необходимо добавить какое-либо отверстие в стене, он оставляет свой комментарий в системе, и уже другой инженер, отвечающий за железобетонные конструкции решает, как и каким образом заложить это отверстие. Одновременная совместная работа сразу нескольких специалистов — еще одно серьезное преимущество BIM-проектирования. Благодаря обмену информацией через BIM-сервер, эти специалисты могут находится в разных точках мира, а количество членов команды теоретически не ограниченно.
Всеобъемлющий BIM
Итак, в центральный файл сведена вся информация по объекту, которая имеется на текущий момент. Использовать ее можно как угодно. С помощью BIM-моделирования можно рассчитать несущую способность или, с учетом характеристик конкретных помещений — параметры вентиляции, отопления и подобрать оборудование. Даже решение такой мелкой задачи, как поиск оптимальных для каждого помещения светильников, исходя из их внешнего вида и характеристик, тоже может быть функционалом информационного моделирования.
Модель башни: слаботочные сети, хладоснабжение, водопровод
Модель башни: все инженерные системы
Когда общая модель, включающая все элементы и системы, закончена, на ее основе готовят полный комплект «двумерной проектной документации» для экспертизы и согласования в контролирующих органах.
С 2015 в Главгосэкспертизе начат прием BIM моделей. Правда, в дополнение к бумажным томам. По Лахта Центру на ГГЭ ходили и традиционные тома, и модель
Изменчивый BIM
Есть ли жизнь после экспертизы? Конечно! BIM-модель нужна не только для создания проекта. Согласования лишь отмеряют новый этап в ее жизни.
Доподлинно не известно, удавалось ли кому-то сдать в эксплуатацию здание в том виде, как его первоначально спроектировали. Думается, нет. Стройка — это живой процесс. У заказчика появляются новые мысли по планировке, что-то оптимизируется, меняются спецификации, корректируется список систем и оборудования. Крупные проекты благодаря длительным срокам возведения и вовсе зависят от огромного количества факторов, даже не обязательно связанных со строительством — на временном промежутке в 5–10 лет всего не спрогнозировать. В Лахта Центре, например, несущие колонны изначально планировались стальными, а построены — композитными. Выиграли в цене и скорости при улучшении характеристик конструкции.
Композитные колонны — полезное изменение в проекте
Словом, изменения — скорее правило. Их надо оперативно вносить в проект. В нашем случае проектировщик, «Горпроект», обновляет информационную модель Лахта Центра каждые две недели.
Поправка одного параметра влечет за собой автоматическое изменение остальных, связанных с ним. Поэтому инженеры из Samsung C&T Corporation, занимающиеся разработкой и оптимизацией проектных решений, а также стратегией строительства, проверяют скорректированную модель на наличие коллизий и пересечений инженерных систем. А их возникает предостаточно. Могут встретится трубы системы пожаротушения поверх подвесного потолка или торчащий на полметра из стены воздуховод. На каждом отдельном участке проектирования все был сделано правильно — в соответствии с нормами, а вот в совокупности, да при внесении изменений может получится ошибка. К счастью, обнаружить ее в BIM-модели проще, чем с альтернативным инструментарием и дешевле, чем в процессе стройки.
BIM 4D: синхронизация 3000 видов работ с точностью до минут
У инженеров из Renaissance Construction — строительного генподрядчика Лахта Центра — другие задачи. На программной BIM-платформе Synchro они собирают в единую модель «кусочки пазла», которые в разных форматах предоставляют поставщики конструкционных элементов. Например, итальянский Cimolai делает модели металлоконструкций в программе Tekla. Josef Gartner — главный по фасадам, шлет из Германии автокадовские файлы. Модели кранов от другого немца — Liebherr — приходится конвертировать из формата stp.
Совмещая получившуюся 3D-модель с плановым и фактическим графиками, которые загружаются в Synchro из программы управления проектами Primavera, удается выйти в «четвертое измерение» — визуализировать ход строительства, причем с точностью до минут! Это позволяет избежать ошибок в планировании строительных работ. А работ этих около 3 000 видов.
Интересно, что сегодня описание характеристик товаров в 3Dформате для внесения в BIM проектов создают не только крупные фирмы, масштаба Liebherr, но и многие другие продвинутые поставщики. На сайтах помимо стандартных каталогов продукции вроде сантехники или светильников размещают файлы для моделирования — скачивай и добавляй к модели. Очень удобно.
Вот пример с сантехникой — данные поставлены производителем продукции. В BIM модели проекта теперь есть: расположение и монтаж. Иллюстрация — Shapetrace and BIM-TEK
Цвет и материалы
Инженерное оборудование и другие характеристики
Наконец, еще одно применение BIM — это контроль за строительством. Для проверки выполненных работ по листам авторского надзора, инженеры Samsung C&T отправляются в путь на объект, вооружившись смартфонами. В смартфонах — приложение Autodesk BIM 360 docs и выход в облачное хранилище с моделью Лахта Центра. На месте такой инженер открывает планы этажей, находит заранее проставленные на этих планах точки для дополнительного обследования, обследует, фотографирует. Вернувшись на рабочее место — работает с моделью и полученными изображениями.
Принципиальный BIM
На примере Лахта Центра мы увидели все базовые принципы BIM-проектирования.
Их пять: конструирование объекта в трехмерном пространстве; возможность автоматической выдачи чертежей и спецификаций; наличие в модели всех проектных данных объекта и интеллектуальная параметризация и выход за периметр трехмерного пространства привязкой модели к календарному графику строительства.
Интересно, что вывели эти принципы еще в конце 1980-х при реконструкции Терминала 3 аэропорта Хитроу. Автор — разработчик программных комплексов для Autodesk и Bentley Systems Роберт Эйшем. И с тех пор, как видите, ничего не изменилось — сформулировал «на века».
BIM-первопроходец. Аэропорт Хитроу, Лондон. Терминал 3.
Он же
Инструмент для экономии
По данным Autodesk, российские компании считают нормой 20% рост первоначальной сметы на стройку. В реальности она, как правило, увеличивается на 50%. С этим нужно что-то делать. И BIM тут — в помощь.
Технология является хорошим инструментом по оптимизации расходов и сроков. По Лахта Центру итоги подводить еще рано, но вот исторические примеры.
За счет организации взаимодействия разных подрядчиков, привязанных к единому сетевому графику на базе цифровой модели, строительство музея искусств в Денвере в 2006 году оказалось на $400 тыс. дешевле и на 14 месяцев короче, чем планировалось. Неплохо!
Музей искусств в Денвере (США), корпус Фредерика С.Хэмилтона. Архитектор Дэниель Либескинд, 2006
Другой пример привел «Российской газете» Андрей Белюченко (трудился в Минстрое): с помощью BIM при строительстве АЭС сэкономлены 1,687 миллиарда рублей: 1 миллиард рублей — за счет сокращения сроков строительства на 5 месяцев, 687 миллионов рублей — за счет оптимизации организационно-технологических решений. К сожалению, данные объекта не указаны.
Что дальше?
Называть BIM-проектирование устоявшейся технологией, с полностью сформированной концепцией, рано. 20 лет назад был создан International Alliance for Interoperability (IAI) — альянс, призванный объединить производителей различных графических платформ для строительства, таких как Autodesk (Revit, Autocad), Tekla, Graphisoft (Archicad), Trimble (Sketchup) единым форматом IFC (Industry Foundation Classes) с открытой спецификацией. Но даже это пока не позволило сделать BIM-мир действительно единым. Хотя вектор задан.
Россия тоже делает шаги в общемировом направлении.
В декабре 2014 года Минстрой РФ утвердил программу внедрения информационного моделирования строительства, предполагающую разработку BIM-классификатора, содержащего около 70 тыс. наименований строительных материалов, корректировку строительных норм и правил и даже обязательное использование BIM при реализации отдельных строительных проектов, финансируемых государством.
Еще дальше?
Конечно, использование проектировщиками и строителями новых технологий, таких, как дополненная реальность. Вот, например, каска дополненной реальности DAQRI. Без касок на стройке и так нельзя, а тут в обязательное средство индивидуальной защиты еще и интегрировано программное приложение Autodesk BIM 360. Как говорится, «иди и смотри». Правда, цена девайса — $15 тыс. Но когда-то и сотовые телефоны стоили чуть дешевле автомобиля.
Прогулка по будущему
Но вернемся в будущее не столь отдаленное — прогуляемся немного по Лахта Центру, который достроят уже в 2018.
Вот так и «гуляют» проектировщики и строители по еще непостроенному зданию. Конечно, по сугубо рабочим делам.
***
Наверное, рассказ о BIM вышел в излишне приподнятых тонах. Но таково мнение, которое формирует о себе технология. Недостатков на сегодня, как говорится, не выявлено.
И вот такой бонус для интересующихся:
lakhta.center/download/lakhta3D/Lakhta.Center_3D-print.stl
Это — STL-файл для 3D-печати. Можно напечатать свой Лахта Центр, получается вот таким:
Помогали разбираться в тонкостях BIM-моделирования Станислав Криницкий, инженер Samsung C&T и Рустам Дощанов, инженер Renaissance Construction.
