Система мониторинга и управления реализацией проектов в строительной индустрии на основе ГИС-технологий

Куприяновский В.П., НПП «Наука-Сервис» (vpkupriyanovsky@gmail.com),
Тищенко П.А., ЭСРИ СНГ (ptischenko@gmail.com),
Синягов С.А., ЭСРИ СНГ (ssinyagov@gmail.com),
Раевский М.А., ЭСРИ СНГ (ingiswetrust@gmail.com)

GIS-based Monitoring-and-Control System for Projects
in Building Industry

В настоящее время системы, полностью или частично автоматизирующие различные виды работ, применяются практически во всех экономически и социально значимых областях деятельности, позволяя коммерческим и общественным организациям, государственным и муниципальным структурам реализовывать возложенные на них задачи быстрее и качественнее, чем до автоматизации. Особо стоит отметить отрасли, в которых цена ошибки на этапе создания и проектирования продукта достаточно высока. К таковым относятся строительство и прокладка инженерных коммуникаций, где даже незначительное отклонение в расчётах может привести к серьёзным последствиям, как в плане увеличения расходов на реализацию проекта, так и в плане снижения уровня безопасности для пользователей объектов строительства или инженерной инфраструктуры. Например, недооценка глубины залегания и уровня сезонного подъёма грунтовых вод при выборе места под строительство здания может впоследствии привести к подтоплению подвальных и цокольных этажей уже построенного здания, разрушению фундамента и прочим малоприятным для застройщика последствиям. Прокладка подземной высоковольтной линии, выполненная без учёта близости прохождения магистрального трубопровода, давно нуждающегося в ремонте, а на некоторых участках — и в замене труб, может также привести к аварии при последующем повреждении изоляции высоковольтной линии.

Подобных ошибок при проектировании систем инженерных коммуникаций и подготовке к строительным работам позволяет избежать применение Системы мониторинга строительных проектов на базе специализированных ГИС-решений, которая позволяет получить сводные оценки по всем строящимся объектам в режиме реального времени и произвести анализ критических ситуаций [1]. Подобные системы призваны не только автоматизировать рутинную работу специалистов строительной отрасли, но и снизить риски ошибок, связанные с влиянием человеческого фактора. Например, действующая на основе заранее определённых алгоритмов и правил, Система мониторинга позволит вовремя “заметить” неудачно выбранный участок под строительство на частично затапливаемой местности или нестабильном грунте для здания не на свайном фундаменте. А при проектировании маршрута прокладки силовой высоковольтной линии — предупредит пользователя о непозволительно близком расположении старого магистрального водопровода, укажет на дату его введения в эксплуатацию и давно просроченный ремонт, что в совокупности может привести к аварийной ситуации вследствие прорыва трубопровода вблизи силовой линии (рис. 1). Располагая необходимой совокупностью данных, представляемых в режиме реального времени, пользователи имеют возможность вырабатывать при помощи Системы мониторинга на базе ГИС наиболее оптимальные и безопасные решения, что, в конечном итоге, позволяет организациям действовать более эффективно, повышая качество своих работ и минимизируя затраты.

Рис. 1. Послойное отображение инженерных сетей на снимке/карте города.

Вопрос о целесообразности применения прикладных геоинформационных систем (ГИС) в строительной отрасли уже не стоит — эффективность их использования доказана временем. Сейчас все вопросы сводятся к тому, какие именно функции ГИС и для решения какого комплекса строительных задач оптимально применять с целью достижения наиболее явного экономического эффекта от деятельности строительной компании. Отслеживание хода строительства на основе геоинформационной модели, связывание ГИС с системами управления проектами, документооборотом, электронным архивом — эти задачи уже взяли вектор на развитие во всем мире, но широкого распространения в нашей стране пока не получили.

Исходя из функционала и особенностей современных геоинформационных систем, перечислим основные преимущества использования специализированной ГИС для строительства. Это:

• консолидация всей пространственной информации о территории деятельности градостроительного комплекса в едином хранилище (карты, планы, фото, чертежи, измерения и т.п.);
• сбор, обработка и консолидация всей изыскательской и проектной документации в едином хранилище;
• предоставление проектировщикам единой актуальной картографической основы и доступа к проектным решениям других проектных организаций через web-интерфейс;
• возможность мониторинга истории изменений материалов проектирования;
• обеспечение возможности моделирования и сравнительного анализа различных вариантов реализации проектов;
• предоставление информации о ходе проекта и результатах работ контролирующим организациям;
• обеспечение информационного взаимодействия с системами управления активами строительной компании, а также с государственными и муниципальными информационными сервисами и службами.

Эффект от использования прикладных ГИС существенно повышается в том случае, если с ними синхронизирована работа других систем, используемых строительной организацией, например, Integrated Workplace Management System – интегрированной системы управления рабочим пространством (IWMS). Содержательную часть по управлению всем жизненным циклом проекта строительства может взять на себя программа IBM TRIRIGA. Функционал TRIRIGA позволяет решать целый комплекс задач по строительству, мониторингу и обслуживанию и может поставляться по модулям в зависимости от требований заказчика. Более подробную информацию о совместных решениях компаний Esri-IBM в области мониторинга строительства см. в [2].

Отметим ряд основных задач, решаемых ГИС в интересах строительной отрасли:

• выбор участка под застройку с учётом всех необходимых параметров (удалённость от промышленных зон, характеристика почвы и глубина залегания грунтовых вод, точные границы административных районов, состояние и параметры рынка недвижимости на прилегающих территориях и т.д.);
• планирование размещения объектов распределённой социальной инфраструктуры в районе застройки с учётом уже имеющейся инфраструктуры прилегающих территорий;
• расчёты объёмов земельных работ, необходимых стройматериалов;
• проектирование инженерных и энергетических сетей района застройки с учётом рельефа местности и характеристик грунта;
• планирование транспортной сети в районе застройки, основных и вспомогательных маршрутов движения маршрутных транспортных средств;
• определение и оптимизация требующегося количества техники, сил и средств для выполнения строительных работ;
• определение ближайших поставщиков строительных и отделочных материалов, специализированных организаций, предоставляющих инженерные и другие необходимые в процессе строительства услуги;
• расчёт наиболее подходящих маршрутов доставки строительных материалов с целью сокращения сроков и минимизации стоимости доставки.

И это лишь часть общих для строительной отрасли задач, которые помогают эффективно решать прикладные ГИС. В качестве примера также приведём типовые задачи проектирования маршрутов прокладки трасс инженерных коммуникаций, автоматизируемые с помощью ГИС-технологий:

• определение общей необходимой протяжённости трассы, количественных и качественных характеристик пересечений предполагаемого маршрута сети с природными препятствиями (карьерами, водоёмами, заболоченными или труднопроходимыми участками местности и т.д.);
• оценка удалённости маршрута трассы от транспортных коммуникаций, по которым будут доставляться к месту строительства материалы, техника и люди, задействованные в работах;
• комплексный анализ характеристик грунта в месте прокладки трассы, поскольку участки с неплотным или разнородным грунтом (песчаный или каменистый грунт и др.) серьёзно увеличивают объём работ и повышают общую стоимость строительства.

ГИС позволяет контролировать перечисленные параметры, в том числе в автоматическом режиме. В настоящее время технологии компании Esri обеспечивают такую возможность. Используя данные модели BIM и BISDM в сочетании с инструментами геопространственного анализа, ГИС-технологии от Esri в состоянии проанализировать все сценарии развития проекта, и, поскольку все они основаны на единой модели данных, запустить формирование т.н. “дельта-отчёта”, чтобы количественно определить, как отличаются друг от друга альтернативные варианты. Благодаря использованию ГИС, можно измерять геометрические размеры, пространственные коэффициенты, пропорции и так далее, что является ключом к получению численных результатов, необходимых для любого эмпирического исследования.

Управление сценариями развития строительного проекта и дельта-отчётность тесно связаны с понятием «адаптивное управление». Данный процесс предоставляет менеджерам проектов возможность быстро оценить и протестировать несколько альтернатив развития проекта, помогая им принять более обоснованные и основанные на достоверной информации решения по результатам анализа этих альтернатив, и добиться при этом не только экономии средств, но и высокого качества проектного решения. Постоянная обратная связь (см. рис. 2) в сочетании с высоким уровнем прозрачности ГИС-данных всех участников строительства обеспечивает выполнение анализа и получение оценок практически в реальном времени на протяжении всего строительного жизненного цикла, что позволяет производить коррекцию принятых решений по мере необходимости. Другими словами, адаптивное управление с помощью геопространственных моделей – это непрерывная и оперативная аналитическая оценка различных сценариев проектирования в гео-пространстве (рис. 3). Способность мгновенно определять различия между альтернативными сценариями развития предоставляет ГИС-пользователям мощный инструмент для проведения пространственного анализа сильных и слабых сторон, возможностей и угроз (SWOT-анализ) с целью достижения наилучших результатов. SWOT анализ – это стратегический инструмент для выявления различных аспектов проектных альтернатив.

Рис. 2. Адаптивное управление – модель для итерационного процесса принятия решений.

Рис. 3. Пример отчёта на основе базовых ГИС-данных, представленного в виде таблицы, и форм для ввода данных для лиц, принимающих решения в строительных проектах.

Для Системы мониторинга строительных проектов предлагается следующая архитектура, представленная на рис. 4.

Рис. 4. Предлагаемая архитектура построения системы мониторинга строительства (на базе ArcGIS и IBM Tririga).

На основании анализа функционала ГИС на платформе Esri и ПО IWMS (интегрированной системы управления рабочим пространством) проведено сопоставление этапов строительства и предлагаемых в ArcGIS возможностей (см. таблицу 1).

Табл. 1. Применение функций ГИС на разных этапах строительства.