BIM – основы и преимущества применения технологии

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),
Савельев С.И., ОАО РАО «ЕЭС России» (sergey@salesperson.net),
Кононов В.В., ГК «НЕОЛАНТ» (kononov@neolant.ru),
Сачик А.И., НИАЭП (a.sachik@niaep.ru)

The Basics and Main Advantages of BIM

Проблема инновационного подхода в проектировании представляется крайне важной для всего строительного комплекса. В настоящее время существенно изменились технологические возможности проектных организаций, что обусловлено масштабным применением современных проектных решений на основе инновационного программного обеспечения, российских и зарубежных автоматизированных комплексов, средств расчета с повышенной производительностью. В современных условиях для успешной реализации проекта необходимо широкое использование информационных технологий. Новый уровень удовлетворения этих потребностей обеспечивают системы автоматизированного проектирования, реализующие технологию информационного моделирования зданий BIM (Building Information Modeling).

Технология BIM – это современный подход к проектированию-строительству-эксплуатации. Можно сказать, что BIM – это вся имеющая числовое описание и нужным образом организованная информация об объекте, используемая как на стадии проектирования и строительства здания, так и в период его эксплуатации и даже сноса. Важной составляющей данной технологии является единое информационное пространство, база данных, содержащая всю информацию о технических, правовых, имущественных, эксплуатационных, энергетических, экологических, коммерческих и прочих характеристиках здания. Благодаря очень точной и детальной проработке модели, эта технология даёт возможность проводить различные расчёты, анализы, симуляции (при классическом проектировании для каждого расчёта нужно выполнить отдельную дополнительную работу). Одним из видов таких расчётов являются расчёты энергоэффективности и энергопотребления здания, а также комплексные расчёты всего здания (с учётом местоположения) и всех его элементов одновременно (при классическом проектировании мы производим расчёт только одного элемента, например наружной стены). Очевидно, что применяя технологию BIM, намного проще проводить симуляцию всего жизненного цикла здания, а полученные результаты использовать для корректировки проекта, получая в итоге более качественное решение.

В процессе архитектурно-строительного проектирования создается компьютерная модель нового объекта, несущая в себе все сведения о нём. Технология BIM позволяет визуализировать системы здания, рассчитывать различные варианты их компоновки в соответствии с заданными критериями, а также приводить их в соответствие нормам и стандартам, выполнять моделирование и анализ эксплуатационных характеристик будущих зданий: тепловой нагрузки, освещённости, тепловой энергии и др., упрощая выбор оптимального решения.

BIM является технологической платформой, которая позволяет объединить различные программные продукты и инструменты, что позволяет проводить моделирование значительно дешевле, упрощает процессы визуализации будущего объекта. BIM используется всеми действующими сторонами: владельцами, проектировщиками, строителями, подрядными компаниями, эксплуатационными компаниями и пр. Поскольку цифровая модель здания создается с первых шагов работы, появляется возможность организовать коллективный рабочий процесс, при котором все специалисты и участники привлекаются к совместной работе с самых ранних этапов проектного цикла, когда затраты на исследования и внесение изменений минимальны, а результаты таких изменений наиболее значимы. Создается возможность совместного проектирования, целью которого является получение экономического и энергоресурсосберегающих эффектов при разработке строительных генеральных планов и календарных планов строительства. Решаются вопросы организации совместного архитектурно-строительного и организационно-технологического проектирования в рамках решения основной задачи – снижения уровня потребления энергетических и материальных ресурсов на протяжении жизненного цикла здания.

Принципы BIM, сформулированные Робертом Эйшем в 1986 году:

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

BIM помогает проектировщикам систем ОВК, электрических и санитарно-технических систем предвидеть конечный результат проектирования ещё до того, как начнется строительство. Проектирование и выполнение расчётов на компьютерной модели позволяет быстрее и с большей экономической эффективностью создавать сложные, не нарушающие экологического равновесия инженерные системы. При строительном планировании появляется возможность своевременно выявить части проекта, которые будут вызывать трудности, и обратить на это внимание специалистов проектной организации. Решения на основе BIM-технологии предоставляют специалистам подрядных организаций возможность определять сметную стоимость, выполнять 4D-визуализацию процесса строительства, выявлять коллизии, обмениваться информацией с заказчиками, а также оптимизировать строительство, сокращая отходы материалов, повышая производительность и экономя средства.

В случае использования BIM заказчик/владелец объекта получает сквозной обмен информацией от идеи создания объекта до разработки полного проекта, контроль строительства с получением актуальной информации к моменту ввода объекта в эксплуатацию, контроль параметров во время эксплуатации, и даже при реконструкции или выводе объекта из эксплуатации (рис. 1).

Рис. 1. Комплекс задач, решаемых при помощи BIM.

Используя технологию информационного моделирования сооружений, вы создаёте единую рабочую среду не только для архитекторов и проектировщиков инженерных систем, но и для юристов, владельца/арендатора, эколога, оценщика и финансиста, которые получают полную информацию об объекте, начиная с его географической привязки, полного перечня материалов, экологических данных, связанных с материалами, геоданными и расчётом энергоэффективности (рис. 2, 3).

Рис. 2. Создавая скоординированные, надёжные проектные данные, проектировщики объектов инфраструктуры могут быстрее реагировать на изменения в проекте; оптимизировать проекты с помощью расчётов, моделирования и визуализации; выпускать рабочую документацию высокого качества.

Рис. 3. Пример использования BIM для точного определения объёмов и материалов для тендера. Располагая моделью, строители смогли с высокой точностью оценить стоимость возводимого объекта и дать на тендер такое предложение, которое точно учитывало потребности, оставляло этот заказ рентабельным для строительной компании и экономило средства для Заказчика.

BIM как параметрическая модель объединяет 3D-модель здания и внешние данные. Модель корректно обновляется при изменении её отдельных элементов. На её основании формируется вся рабочая документация. Все элементы модели связаны зависимостями. При изменении модели документация обновляется автоматически. Использование BIM означает работу непосредственно с моделью здания из любого вида – это могут быть поэтажные планы, разрезы или даже поле в спецификации. Если нужно внести изменения в модель, то инженер может воспользоваться любым видом. Все виды синхронизированы между собой и обновляются автоматически. В этом и заключается уникальность технологии!

BIM – объектно-ориентированная система. Например, дверь «знает», что она дверь, знает свои параметры, а также то, что она находится в стене и ей требуется проём. При вставке двери в стену проем для неё создается автоматически. И он также автоматически удаляется в случае удаления двери. Спецификации создаются на основе конкретного проекта и управляются нажатием кнопки. Стальные арматурные сетки, элементы конструкции, в т.ч. нестандартные, выдаются графически.

Отметим основные преимущества использования BIM на этапе проектирования:

• планирование размещения объектов распределенной социальной инфраструктуры в районе застройки с учётом уже имеющейся инфраструктуры прилегающих территорий;
• 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 транспортных средств, анализ изменения транспортной ситуации района;
• 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.

На этапе строительства с помощью BIM можно отслеживать фактическое состояние объектов строительства, контролировать расходования денежных средств и исполнения бюджетов, а также получать управленческую информацию в режиме реального времени. BIM позволяет интегрировать информационную модель сооружения и план-график выполнения работ (рис. 4).

Рис. 4. Интеграция информационной модели сооружения и плана-графика выполнения работ.

На этапе эксплуатации BIM может выполнять следующие функции:

• управление эксплуатационной документацией;
• учёт оборудования и гарантийных обязательств;
• контроль расходования ресурсов (вода/электроэнергия/тепло-холод);
• эксплуатация инженерной и информационной инфраструктуры;
• интеграция с BMS-системой объекта.

В области управления недвижимостью BIM обеспечивает:

• максимально возможный доход от коммерческого использования недвижимости;
• сопровождение арендного бизнеса, сдачу помещений в аренду, взаимодействие с надзорными инстанциями, ведение договоров по коммунальным услугам, охрану объекта;
• маркетинг и консалтинг объекта недвижимости, финансовый менеджмент;
• техническое обслуживание и эксплуатация зданий и всех инженерных систем, плановые и регламентные работы (рис. 5);
• мелкий ремонт элементов отделки и конструктивных элементов зданий;
• обеспечение объекта всей нормативной документацией;
• оценка эффективности управления, инвентаризация и технический аудит инженерных систем и оборудования;
• составление годового бюджета на эксплуатацию объекта недвижимости;
• разработка концепции развития объекта, плана по управлению эксплуатацией;
• проведение обследования инженерных систем с выдачей рекомендаций по эксплуатации здания, ремонту, замене или модернизации;
• сопровождение договоров на коммунальные услуги.

Рис. 5. Работа с информационной моделью по управлению обслуживанием здания.

Краткая формальная история стандартизации BIM

Стандартизация BIM логически следовала пути стандартизации для Product Information Models в STEP. В 1994 году пилотная AEC-команда в Autodesk начала развивать стандартную библиотеку моделей элементов как основу для взаимодействия между AEC-дополнениями к AutoCAD. Успех этой работы привел к образованию Индустриального альянса по взаимодействию (Industry Alliance for Interoperability, IAI), в который входят 12 ведущих в индустрии компаний. Им разработаны исходные IFC (Industry Foundation Classes), представленные как «общий язык для взаимодействия в строительной индустрии» в 1995 году на конференции AEC Systems в Атланте. Все 12 компаний представили прототипы программных приложений, взаимодействующих на основе общей модели здания. Стандарт IFC для BIM такой большой, что ни одна отдельная программа не будет реализовывать полную схему, отличную от модели сервера. Таким образом, IFC может рассматриваться как комплект (framework) для нескольких сценариев обмена данными.

Американский национальный комитет по стандарту BIM (NBIMS) в Национальном институте строительных наук (NIBS) выполнил адаптацию данного процесса для разработки национального стандарта BIM. На данный момент технология BIM активно продвигается и на уровне международных институтов стандартизации (см. соответствующий комитет ISO/TC 059/SC 13/WG 09).

ИСО 15926 – принятый в РФ международный стандарт по интеграции данных жизненного цикла, позволяющий практически использовать BIM в России (ГОСТ Р ИСО 15926-1-2008).

Примеры внедрения BIM в России и мире

Внедрение BIM в мире идет всё возрастающими темпами, причем часто с государственной поддержкой. С 2016 года работа в BIM будет обязательной при получении госбюджетных заказов в Великобритании, Нидерландах, Дании, Финляндии и Норвегии. Европарламент своим недавним решением стимулирует такие правила и для других членов ЕС. Не снижаются темпы внедрения BIM в Северной Америке и Юго-Восточной Азии (рис. 6). Вплотную к принятию решения о государственной поддержке использования BIM подошёл Китай, где, например, с применением BIM-технологии к Олимпиаде 2008г. построен «Водный куб» – стадион для водных видов спорта. Его сотовая стальная конструкция состоит из 22 тыс. балок лучей, ни одна из них не имеет прямолинейной формы. В этом же направлении движется и Беларусь. В России также наблюдается явное оживление интереса к BIM, в ряде компаний, преимущественно крупных и с государственным участием, уже успешно развернуто практическое применение информационных моделей (включая BIM) и приложений на их основе как в отечественных проектах, так и за рубежом.

Рис. 6. Научный корпус университета штата Дэлавер. В рассмотрение модели здания включены также площадки и примыкающие подземные коммуникации. Участники проекта могут в оперативном режиме вносить изменения, получать с модели объёмы и принимают решения сразу. Ранее на согласования уходили недели.

Вот некоторые примеры результатов внедрения BIM в России.

Росэнергоатом. Наиболее крупным и показательным является пример Росэнергоатома. Объединённая компания АО «НИАЭП» – ЗАО «Атомстройэкспорт» (ЗАО АСЭ) является одним из лидеров мирового атомного инжинирингового бизнеса и занимает 31% глобального рынка сооружения АЭС. Пакет реализуемых проектов компании включает более 20 сооружаемых или проектируемых одновременно энергоблоков в России и за рубежом. Компания также является разработчиком и активно внедряет инновационную систему управления проектами по сооружению сложных инженерных объектов – Multi-D (рис. 7). Это наиболее продвинутая на сегодняшний день технология управления проектированием и сооружением объектов капитального строительства, позволяющая более эффективно управлять такими параметрами, как бюджет, сроки, качество. На основе Multi-D ГК Неолант в плотном взаимодействии с НИАЭП разработала СОМОКС® – Систему Оперативного Мониторинга Объектов Капитального Строительства. Она представляет собой единое электронное пространство, созданное за счёт интеграции информационных систем, используемых всеми специалистами, участвующими в создании объекта – от изысканий и проектирования до строительства. Таким образом, обеспечивается уникальный охват модель-ориентированными системами практически всего жизненного цикла капитальных объектов.

Рис. 7. Недавние проекты компании НИАЭП-АСЭ, где успешно внедрялась технология Multi-D.

Академстройпроект. Уменьшение стоимости инвестиционно-строительного проекта на стадии строительства на 10-30% в зависимости от объекта застройки.

Легион-Проект. По сравнению с предыдущим годом, эффективность работы инженеров отделов ОВ, ВК и ЭО составляет 160-170%. Одновременно на 60% снизилось количество координационных задач, а общее время проектирования сократилось в 2 раза.

Управляющая компания «Эталон». Средней приемлемой погрешностью планирования бюджета на стройке считается 20%. Информационная модель позволяет снизить погрешность до 5-7%.

Бамстроймеханизация. Выявленная разница в объёмах соответствовала около 4 млн. руб. (!) в денежном выражении.

СибТехПроект. По мнению сотрудников, технология BIM – это: конкурентное преимущество, возможность предложить заказчику уникальные решения; на порядок более высокое качество проектной документации; более точная сметная документация; возможность быстрого оперативного изменения рабочей документации при необходимости.

ROI для BIM

С началом применения технологий информационного моделирования в строительстве и их распространением начались попытки оценить их воздействие, эффект на строительство с точки зрения оптимизации затрат, снижения потерь от неизбежных ошибок и плохой координации. Тема возврата от инвестиций (ROI – Return on Investment) стала более чем актуальной. В 2007 году Центр CIFE Стэнфордского университета провел исследование на 32 крупных проектах, в которых использовался BIM подход. Результаты получились следующие:

• на 40% сокращаются незабюджетированные изменения;
• точность сметных расчётов повысилась до 3%;
• время разработки смет снижается на 80%;
• экономия за счёт выявления коллизий до строительства – до 10% стоимости контракта;
• до 7% сокращения времени выполнения проекта.

В отчёте McGraw Hill Construction Report 2014 года представлены результаты расчётов возврата инвестиций в зависимости от уровня внедрения BIM-технологий в компании (рис. 8). При глубоком использовании BIM около 50% компаний показали ROI от 25% и выше, что является довольно впечатляющим показателем и убедительным аргументом для внедрения информационного моделирования.

Рис. 8. Возврат от инвестиций (ROI) при внедрении BIM (на основе McGraw Hill Construction Report 2014).

Статистика, приведённая в западных источниках, утверждает, что большинство генеральных подрядчиков, использующих BIM, извлекают выгоду уже сегодня. Более семи из десяти генеральных подрядчиков отмечают положительные значения ROI при использовании BIM. По сравнению с другими, они, вероятнее всего, получат окупаемость выше 100%. Данные статистики позволяют оценить динамику роста понимания эффективности BIM с разных точек зрения для «компаний-новичков» и «компаний-бывалых» (см. таблицу 1).

Таблица 1. Преимущества для компаний, применяющих BIM.

Приведём также пример расчёта возврата инвестиций в BIM одной строительной компании (рис. 9). В первой колонке название проекта, во второй – стоимость проекта, в третьей – стоимость виртуального проектирования и строительства (VDC), включая программное обеспечение, обучение и затраченные на эти работы человеко-часы, в четвертой – процент виртуальной модели от стоимости проекта. Экономия за счёт использования виртуального моделирования посчитана за счёт тех заявок на изменения, которые появились бы при традиционном способе работы, но которых удалось избежать за счёт использования моделирования. При этом ROI составил от 2 до 12.

Рис. 9. Примеры возврата инвестиций в различных проектах.

Всё больше архитекторов и инженеров по всему миру делают шаги в сторону BIM. Всё больше строительных организаций настаивает на применении BIM. Эта технология экономит средства на всех стадиях жизненного цикла здания, но наибольшую эффективность она приносит тогда, когда речь идет о комплексном подходе в работе с объектом, поскольку, чем правильнее информационная модель создается изначально, тем больше она даёт пользы потом, в том числе сокращает количество ошибок и простоев на стройке, улучшает понимание между заказчиком, проектировщиком, строителем.

Литература

1. Пакидов О.И. Основы BIM: Информационное Моделирование для строителей. Набережные Челны, 2014 г.
2. Талапов В. Технология BIM: расходы на внедрение и доходы от использования.
3. Талапов В. «Основы BIM: введение в информационное моделирование зданий».
4. Отчёт McGraw Hill Construction Report. 2014 г.
5. Король М.Г. Экономический эффект от внедрения информационного моделирования, 2013 г.
6. Ильин В.В. История стандартизации BIM.
7. Четверик Н. Затраты на BIM-технологии в проектировании оправдываются высокой эффективностью. 2014 г. http://zanostroy.ru/articles/1975/266.html#x