Информационная модель здания: основные заказчики и пользователи

Владимир Талапов

Доцент, зав. кафедрой архитектурного проектирования зданий и сооружений Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета

В наши дни главными вдохновителями и популяризаторами освоения и внедрения BIM (Building Information Modeling) в архитектурно-строительную практику являются наиболее прогрессивные проектировщики, среди которых в основном архитекторы. Они первыми поняли все преимущества новой технологии и начали применять ее в своей работе, включив в информационное моделирование зданий по цепочке всех остальных участников процесса проектирования и строительства. И чем теснее другие специалисты связаны с архитекторами, тем быстрее они осваивают новую технологию.

Для того чтобы в этом убедиться, достаточно посмотреть историю развития малого bim – программного обеспечения для BIM. Практически все программы начинались с архитектурных разделов или специализированных архитектурных версий, а затем уже обрастали другими модулями и приложениями (конструкции, электрика, воздуховоды и т.п.). И это неудивительно, ведь архитекторы занимают особое (даже главенствующее) место в процессе проектирования зданий. Архитектура – это эпицентр внедрения новой технологии информационного моделирования зданий в общечеловеческую практику. Именно архитекторы задают тот уровень требований и подходов к проектированию, на котором затем работают все другие специалисты.

Но архитекторы сами по себе ограничены в возможностях – сила BIM в комплексной работе с объектом, то есть в тесном взаимопонимании и взаимодействии специалистов разных направлений проектирования, производства изделий и конструкций, строительства, управления и эксплуатации зданий и многих других. Основные группы таких специалистов показаны на рис. 1.

Рис. 1. Основные пользователи информационной модели здания

Однако на главном месте в этой схеме, как ни странно, находятся все­таки не архитекторы (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. Забегая вперед, отметим, что опыт внедрения BIM в развитых странах однозначно показывает, что в подавляющем большинстве случаев только после принятия собственником концепции информационного моделирования здания новой технологией начинают активно овладевать все остальные участники процесса работы с объектом.

Слева на схеме (см. рис. 1) указаны группы специалистов, связанных с первоначальным проектированием здания, а также возможными дальнейшими реконструкциями и реставрациями.

О роли архитекторов в информационном моделировании здания мы уже говорили. И всё же они создают основу этой модели и фактически координируют действия всех остальных участников проектного процесса.

Проектировщики несущего каркаса здания, его инженерного оснащения и благоустройства прилегающей территории работают с проектом практически параллельно, естественно, немного пропустив вперед архитекторов, изначально оговорив зоны своей ответственности и ориентируясь по архитектурной части информационной модели. Последовательность участия специалистов в информационном моделировании диктуется самой логикой проектирования (рис. 2).

Рис. 2. Информационная модель отеля «Восток» в Гонконге. Показано последовательное совмещение схемы установки оборудования, несущего каркаса и части перегородок здания(при участии фирмы Gehry Technologies, 2004)

Нижняя группа указанных на схеме (см. рис. 1) специалистов непосредственно связана с возведением и оснащением здания. Для них создаваемая информационная модель является источником практически всей используемой информации. С помощью BIM можно заниматься изготовлением необходимой для строительства опалубки, несущими конструкциями (колонны, балки, плиты перекрытий и т.п.), строительными материалами, оборудованием для оснащения здания (лифты, насосы, воздуховоды, электросети, системы отопления, кондиционирования и т.п.), составлять сметы, формировать заказы как в общем объеме, так и по календарному графику, определять общий объем необходимых для этого финансовых средств, составлять график платежей для заказа материалов и оборудования и т.п.

BIM также служит основой для организации строительства, взаимодействия субподрядчиков, составления графиков, схем и календарных планов, управления потоком поставок и последовательностью монтажа, финансового обслуживания процесса строительства и т.п. Она же позволяет оперативно вносить коррективы в конструктивную часть объекта и в сам процесс возведения здания, если в этом возникает необходимость (практика показывает, что такие ситуации возникают постоянно).

В условиях высокой плотности окружающей застройки и стесненности участка строительства, когда его границы практически совпадают с периметром здания, единственно возможным вариантом работы является монтаж конструкций и оборудования прямо «с колес» (рис. 3). Такой высочайший уровень строительства как раз и обеспечивается информационной моделью здания.

Рис. 3. Архитектурный облик и начало строительства отеля «Восток» в Гонконге. Граница стройплощадки почти полностью совпадает с периметром основания здания (при участии фирмы Gehry Technologies, 2004)

Что касается разработки и изготовления конструкций и оборудования, относящихся как непосредственно к зданию, так и к обеспечению процесса строительства, то и здесь роль BIM трудно переоценить. Работа «с колес» предполагает высокую сборочную готовность всех указанных компонентов, а это возможно только при практически машиностроительной точности их изготовления и высокой культуре работы на стройке. Подгонка деталей кувалдой «по месту» исключается.

Такая точность работы также требует для решения неизбежно возникающих общих вопросов высокого уровня взаимодействия и двусторонней связи проектировщиков, изготовителей, всех подрядчиков и субподрядчиков, а также организаторов строительного процесса.

Но при таком подходе при возведении объекта не требуется каких­то титанических усилий от изготовителей, монтажников и строителей. В случае применения технологии BIM столь высокий уровень работы совершенно естествен, да и всю необходимую для взаимодействия информацию можно получать прямо из информационной модели здания.

Главное требование для успешной работы всего архитектурно­строительного комплекса на общем объекте – информационная модель здания должна быть абсолютно точной.

Тогда определенные в BIM размеры деталей и их форму можно напрямую или через специализированные программы использовать для получения документации на изготовление в заводских условиях элементов конструкций или инженерного оснащения, что ведет к сокращению сроков строительства и повышению его качества. Особенно это эффективно там, где применяются станки с ЧПУ (например, при производстве металлоконструкций), – задание на изготовление поступает практически напрямую из BIM.

В дальнейшем эти же данные из модели можно вновь использовать уже при подготовке монтажа готовых элементов (рис. 4).

Рис. 4. Строительство стадиона «Птичье гнездо» к Олимпиаде-2008 в Пекине. Разработка и монтаж конструкций (при участии фирмы Gehry Technologies, 2007)

Это же относится и к тем частям конструкций здания, которые изготавливаются непосредственно на месте (например, монолитный железобетон). С помощью BIM можно спроектировать и рассчитать армирование, характеристики железобетона, собрать или на месте изготовить опалубку, а затем под управлением той же информационной модели здания производить бетонирование (рис. 5). Но такое применение новых методов требует от всех участников проектирования и строительства совершенного владения технологией BIM, если хотите – нового уровня культуры производства.

Рис. 5. Строительство небоскреба «Восточная башня» в Гонконге. Возведение здания по компьютерной модели (при участии фирмы Gehry Technologies, 2005)

Однако все специалисты также прекрасно осознают, что, несмотря на высокую точность информационных моделей и качество выпускаемой компьютерными программами строительной документации, существующие в настоящее время допуски на строительство и монтаж в значительной мере остаются неизменными. Эту отрезвляющую реальность всегда необходимо учитывать при работе с компьютерными моделями.

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

Когда специалисты строительной отрасли разрабатывают проект здания, они обычно уверены, что вопросы экономической перспективы уже решены: известно, что это здание кому­то необходимо и кто­то за всё это заплатит.

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

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

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

1. У заказчика должна быть максимальная ясность по всем компонентам здания, его оснащения, 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 (НГАСУ (Сибстрин), 2010)

2. Надо иметь возможность оперативно вносить изменения в проект, учитывая постоянно возникающие новые пожелания заказчика и не меняя отведенных на всё сроков.
3. При каждом изменении проекта, в каждом новом варианте должна быть возможность оперативно получать его экономическую характеристику и всю остальную техническую информацию.

В строительной индустрии развитых стран мира работе с инвесторами уже давно 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 (при участии фирмы Gehry Technologies, 2005)

Что касается индивидуального строительства малоэтажных жилых домов, то здесь эффективность технологии BIM также весьма наглядно. Ведь покупатель дома (или индивидуальный застройщик), как правило, больших денег не имеет, так что для него важна любая экономия. А это обеспечивается через информационное моделирование как оптимизацией стоимости здания, так и правильной организацией строительства. При этом BIM еще и позволяет хорошо спрогнозировать последующие расходы на эксплуатацию здания, что в большинстве случаев может иметь решающее значение при покупке или строительстве нового дома (рис. 8).

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

Обслуживание и ремонт зданий – еще один очень важный и весьма затратный вид повседневной деятельности, в котором информационному моделированию зданий предстоит сказать свое веское слово. Например, управляющая компания всегда будет знать, сколько лампочек надо заменять в местах общего пользования, сколько штукатурки или водопроводных труб потребуется для капитального ремонта здания, сколько будет стоить облицовка здания новыми материалами, где их найти по более выгодной цене и в какой срок можно осуществить все работы.

В России, где широко распространено типовое домостроение, внедрение технологии BIM в ЖКХ представляется совершенно естественным и весьма экономичным, поскольку для работы с существующим жилым фондом различных информационных моделей зданий понадобится не очень много (рис. 9).

Рис. 9. Начын Монгуш. Проект реконструкции типовой пятиэтажки. Модель выполнена в Revit Architecture (НГАСУ (Сибстрин), 2010)

Конечно, у новой технологии будут и противники. Ведь если модель сообщит, что для ремонта системы отопления здания требуется тысяча метров новых труб, то счету на 2 тыс. 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 проверить эти цифры сможет только специалист, имеющий доступ к соответствующей документации и достаточный уровень квалификации.

Так что в масштабах всей страны, региона, микрорайона и даже отдельного дома экономия предполагается просто колоссальная.

Еще один важный вид деятельности – реконструкция и реставрация зданий, особенно памятников архитектуры. Здесь построение информационной модели имеет серьезную специфику, поскольку требуется стопроцентно воссоздать уже существующее строение со всеми его сильными и слабыми сторонами (моделировать не «как надо», а «как есть»), при этом по результатам обследований максимально учесть состояние и степень износа конструкций и остаточные свойства материалов, из которых оно построено.

Очень часто все архитектурные и строительные элементы (декоративное украшение фасадов, кирпичная кладка, оконные рамы, наличники, двери, лестницы, ограждения и т.п.) исторических памятников уникальны, так что воспользоваться готовыми библиотеками элементов или предшествующими наработками не удастся. Практически для каждого памятника архитектуры все базовые элементы приходится делать «с нуля». Так что моделирование такого исторического объекта можно без преувеличения назвать высшим пилотажем применения BIM (рис. 10).

Рис. 10. Елена Педан. Памятник архитектуры – особняк по ул. Мичурина, д. 4 в Новосибирске. Модель выполнена в Revit Architecture (НГАСУ (Сибстрин), 2010)

Результатом этой работы является не просто модель отдельного объекта – все полученные в процессе моделирования фрагменты и детали здания образуют новую библиотеку элементов, характерных для того или иного стиля или исторической эпохи.

Этой библиотекой затем можно пользоваться при реставрации других памятников архитектуры того же периода (рис. 11).

Рис. 11. Татьяна Козлова. Памятник архитектуры – «Дом композиторов» в Новосибирске. Созданное специально для этой модели окно и его использование в проекте. Модель выполнена в Revit Architecture (НГАСУ (Сибстрин), 2009)

Но и это еще не всё. Созданные элементы можно применять при проектировании новых или реконструкции имеющихся зданий вблизи исторических объектов или сложившихся архитектурных ансамблей. А это технологически помогает проектировщикам при создании новых современных зданий стилистически учитывать уже существующие рядом с ними памятники архитектуры.

Таким образом, появляется мощный и удобный инструмент для решения очень важной архитектурной задачи – сохранения средового единства внешнего облика находящихся рядом зданий различных эпох, при этом технология BIM гарантирует новым объектам современное инженерное наполнение.

Раньше при решении подобной задачи архитектору приходилось тщательно изучать материалы, касающиеся стилей той эпохи, к которой относился имеющийся исторический памятник, на что уходило много времени и усилий. Теперь же можно просто брать готовые библиотечные элементы (например, окна) нужного архитектурного стиля и вставлять их в проект, где по технологии BIM уже автоматически учитываются примененные материалы, физические (например, тепловые) характеристики, стоимость, данные об изготовителе и другие заложенные в этот элемент параметры.

Еще раз подчеркнем, что благодаря технологии BIM проектная работа с памятниками архитектуры становится столь же технологичной (а значит, столь же производительной), как и при создании новых объектов.

Внесение изменений в существующее здание – дело очень деликатное. Для исторического сооружения часто добавляется и необходимость его адаптации к эксплуатации в современных условиях. А это уже новые требования к прочности и теплозащите, комфорту, новые системы отопления, электро­ и водоснабжения, пожаротушения, телекоммуникации, вентиляции и т.п.

Для памятника архитектуры, который строился без учета этих новых веяний и требований, становится актуальным и даже единственно возможным компьютерное экспериментирование с уже существующим объектом, подбор и компоновка оборудования, оптимизация проектных решений и т.п. Проблемы вовлечения старых зданий в новую жизнь, возникающие сегодня в массовом масштабе, без BIM вряд ли удастся эффективно решать (рис. 12).

Рис. 12. Софья Аникеева. Памятник архитектуры – здание Коммерческого клуба (ныне театр «Красный факел») в Новосибирске. Модель выполнена в Revit Architecture (НГАСУ (Сибстрин), 2010)

Одна из главных особенностей современного строительства – повышение требований к зданиям по безопасности конструкций и систем. Изменяющаяся сейсмическая активность и климатические условия, приводящие к природным катаклизмам, войны, техногенные катастрофы и террористическая угроза – вот основные факторы, усиливающие требования к прочности и жизнеспособности современных построек.

Но, во­первых, все факторы не учтешь; во­вторых, всякая прочность имеет свои пределы; в­третьих, ранее построенные сооружения проектировались для совершенно иных требований и возможности их усиления может просто не быть. Так что главный вопрос, который интересует специалистов по работе в чрезвычайных ситуациях: как поведет себя конкретное здание при тех или иных экстремальных воздействиях, проще говоря – сколько оно продержится в случае катастрофы и каким будет характер возможных разрушений?

Например, пожар. Очаг и сила возгорания устанавливаются прибывшими пожарными, но на вопросы, куда вероятнее всего пойдет огонь, как долго продержатся конструкции, сколько есть времени на эвакуацию людей и имущества, каковы возможные пути эвакуации, схема тушения пожара – поможет быстро ответить информационная модель здания, если, конечно, она имеется (рис. 13).

Рис. 13. Информационная модель небоскреба «Восточная башня» в Гонконге: общее устройство нижних этажей (при участии фирмы Gehry Technologies, 2005)

Так что одна из главных задач МЧС сегодня – создание информационных моделей (пока не всех, а только особо важных) объектов. Например, плавательных бассейнов, с которыми уже было немало хлопот (рис. 14).

Рис. 14. Валентина Канчер, Святослав Пальчунов. Проект плавательного бассейна. Фрагмент. Модель выполнена в Revit Architecture, визуализация – в Autodesk 3ds max (НГАСУ (Сибстрин), 2010)

К объектам повышенного внимания МЧС, которых в каждом регионе России насчитывается несколько тысяч, относятся промышленные предприятия с особо опасным производством, энергетические сооружения, крупные общественные здания и многое другое. Особого отношения требуют объекты гидроэнергетики (рис. 15).

Рис. 15. Валентина Канчер, Святослав Пальчунов. Проект ГЭС на реке Катунь. Модель выполнена в Revit Architecture, визуализация – в Autodesk 3ds max (НГАСУ (Сибстрин), 2010)

Причем все возможные чрезвычайные ситуации заранее проигрывать не требуется, да и времени и средств не хватит. Надо хотя бы иметь информационную модель объекта, на которой можно быстро смоделировать возникшую ситуацию. В связи с этим сооружение, спроектированное по технологии BIM, имеет дополнительные, весьма существенные преимущества.

Из других сооружений традиционно повышенное внимание МЧС уделяет мостам самого разного назначения. И в отношении каждого желательно если не смоделировать наиболее вероятные чрезвычайные ситуации, то хотя бы иметь возможность оперативно получать информацию о прочности как всей конструкции, так и отдельных ее элементов.

Если мост спроектирован в технологии BIM, то в любой момент можно подключить к его модели расчетную программу и получить все необходимые прочностные характеристики (рис. 16).

Рис. 16. Начын Монгуш. Пешеходный мост в Новосибирске. Модель выполнена в Revit Structure (НГАСУ (Сибстрин), 2010)

Наконец, еще один вид деятельности – снос здания и освобождение территории под новое строительство. Раньше эта проблема в нашей стране не носила массового характера, так что серьезного значения ей не придавали. Сегодня, 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 уже проектируется, просчитывается и прорабатывается, в том числе и на компьютерных моделях. Пример тому – недавний разбор гостиницы «Россия» в Москве.

Сходные проблемы разбора крупных конструкций и оборудования для последующей замены на что­то новое решаются и при реконструкции промышленных предприятий (рис. 17).

Рис. 17. Ольга Бернгард. Проект реконструкции углеобогатительной фабрики. Фрагмент. Модель выполнена в Revit Architecture (НГАСУ (Сибстрин), 2009)

Хотя само название BIM говорит о моделировании отдельных зданий, в диапазон применения новой технологии входят также комплексы зданий со всеми коммуникациями (рис. 18).

Рис. 18. Проектирование комплекса «Таико Хоуи» в Гонконге (при участии фирмы Gehry Technologies)

В каждом из этих случаев итоговая модель складывается из следующих компонентов:

• модель каждого отдельного здания;
• общие инженерные системы всего комплекса зданий;
• модель местности с рельефом, коммуникациями (надземными и подземными) и благоустройством территории.

Последнее фактически выводит BIM уже на решение градостроительных задач. Одни автодороги с их мостами, развязками и ограждениями – целый самостоятельный комплекс решаемых задач.

А когда дорога проходит в городе – это еще и определение уровня шума и загазованности с последующим проектированием мер по устранению этих негативных факторов.

Уже сейчас в Европе проводятся эксперименты по созданию информационных моделей некоторых (пока небольших) городов, где учитываются также численность и возраст населения, коммуникативные расстояния и многие другие градостроительные параметры, играющие важную роль при планировании и управлении городом. Уже сейчас совершенно очевидно, что технологии, подобные BIM, представляются здесь также весьма эффективными (рис. 19).

Рис. 19. Софья Аникеева, Сергей Ульрих. Проект микрорайона в Новосибирске. Модель выполнена в Revit Architecture (НГАСУ (Сибстрин), 2010)

Всё это – далеко не полный перечень тех задач и видов деятельности, где информационное моделирование зданий находит свое применение уже сейчас. Несомненно, в будущем оно будет востребовано еще больше (рис. 20).

Рис. 20. Александр Егоров. Проект нефтяной платформы. Модель выполнена в Revit Architecture, визуализация – в Autodesk 3ds max (НГАСУ (Сибстрин), 2010)