isicad.ru :: портал САПР, PLM и ERP :: версия для печати

Статьи

23 сентября 2019

Применение 3D/4D/5D-моделирования в строительстве. «BIM-система НЛМК»

Дмитрий Доробин, Кирилл Сукачев

Дмитрий Доробин и Кирилл Сукачев

Авторы: Д. Доробин, руководитель направления ПАО «НЛМК», К. Сухачев, к.т.н., управляющий партнер ООО «К4».

Введение

Группа НЛМК – сталелитейная компания №1 в России. Следующая высота для нашей компании – стать мировым чемпионом отрасли. Важный этап на пути к этой цели – стратегия развития компании до 2022 года. В инвестиционной программе стратегии почти 2000 инвестиционно-строительных проектов. За 5 лет наиболее крупные из них потребуют почти 1,5 млрд долларов.

Один из ключевых сверхкрупных проектов программы 2022 – реконструкция комплекса конвертеров №2 и 3 с газоотводящими трактами. Цель проекта – замена изношенного оборудования газоотводящих трактов конвертеров для обеспечения безопасной эксплуатации котлов-охладителей конвертерных газов, улучшение экологических характеристик, оптимизация работы комплекса. Данные работы – один из этапов масштабного проекта по реконструкции крупнейшего из двух конвертерных цехов НЛМК, который позволит к 2020 году повысить его производительность на 19% до 10 млн тонн стали в год и сократить удельные выбросы в атмосферу на 56%.

Для каждого из новых конвертеров построят газоотводящие тракты с системами улавливания и очистки выбросов. Система улавливания будет работать на основе высокоэффективной технологии с применением мелкодисперсной подачи воды. Повторное использование очищенной воды снизит водопотребление цеха в 2 раза. Специальные укрытия и вытяжные системы уменьшат запыленность воздуха рабочих мест более чем на 95%.

В 2019 году остановлен на реконструкцию Конвертер №2. При этом в связи с существенным влиянием на производственную программу компании главным показателем эффективности проекта являются целевые сроки реализации: строительные работы необходимо выполнить в короткий остановочный период.

Для выполнения подобной амбициозной задачи необходимо было вывести технологии управления строительством и реконструкцией на качественно новый уровень. Изучив лучшие мировые практики, НЛМК остановился на внедрении технологии информационного моделирования сооружений – BIM-моделировании; это процесс создания, изменения и последующего использования виртуальной копии (или цифрового двойника) объекта.

Применение BIM-технологий до старта СМР

Первым этапом внедрения решения стал анализ опыта реализации подобных объектов, поиск ключевых причин срыва сроков и превышения стоимости проектов. Среди основных причин были выявлены следующие:
  1. Недостаток информации о текущей ситуации на площадке при проектировании, неактуальность архивной документации;
  2. Наличие ошибок (коллизий) в проектной документации, попадающих на строительную площадку и требующих решения в процессе СМР;
  3. Недостаточно детальное планирование строительных работ, просчеты в организационно-технологических решениях, неучтенные риски СМР, отсутствие актуальной информации о прогрессе работ;
  4. Несвоевременная поставка оборудования и материалов.
Для решения указанных проблем была создана «BIM-система НЛМК», включающая средства 3D-проектирования и поиска коллизий, 4D/5D-моделирования и календарно-сетевого планирования, а также инструменты «выноса» BIM-технологий на площадку строительства. Система позволяет не только заранее обнаружить и предотвратить ошибки проектной документации, но и рассчитать трудовые и материальные затраты, оптимизировать расходы, сократить сроки проекта.

Например, для решения проблемы недостатка и неактуальности информации была применена технология лазерного сканирования, которая позволила с точностью до сантиметра «перенести» текущее состояние объекта в компьютер проектировщика в виде облака точек. Это помогло избежать несоответствий между проектной документацией и реальным объектом, правильно оценить объемы демонтажных работ и многое другое.

Далее в проекте была разработана единая 3D-модель всех основных конструкций и инженерных систем объекта (включая существующие конструкции и технологические системы, выполненные по облаку точек). Это позволило еще на стадии проектирования найти и устранить проектные ошибки до остановки Конвертера, нивелировать риски остановки строительных работ из-за качества документации в процессе СМР.

BIM-система НЛМК

Для решения задач по детальному планированию строительных работ и исключению проблем по несвоевременной поставке было принято решение использовать технологии 4D/5D-моделирования. При этом 4D – это 3D-модель, совмещенная с графиком строительства, а 5D – совмещенная с графиком поставки оборудования и материалов. В качестве инструмента 4D/5D-моделирования была выбрана система Synchro Pro компании Bentley Systems.

Сегодня технология 4D/5D-моделирования уже успешно применяется специалистами группы НЛМК для всех крупных проектов программы 2022. Тем не менее, для сопровождения одного из наиболее сложных проектов – реконструкции конвертера №2 – была дополнительно привлечена инжиниринговая компания К4.

Ключевой задачей применения Synchro стало моделирование процесса сооружения до старта СМР, оценка возможных рисков срыва сроков работ, поиск пространственно-временных коллизий, анализ возможностей по сокращению сроков строительства.

BIM-система НЛМК

Основным владельцем и пользователем 4D/5D-модели стал проектный институт Группы НЛМК – АО «НЛМК-Инжиниринг». Тем не менее, для успешной реализации подобной задачи требуется работа всей кросс-функциональной группы проекта строительства – менеджера проекта, проектировщиков, руководителей строительства, закупщиков, поставщиков оборудования, строительных подрядных организаций, представителей цеха и др. Для этого был сформирован новый бизнес-процесс: НЛМК-Инжиниринг совместно со специалистами К4 прорабатывали 4D/5D-модель и возможные организационно-технологические решения. На регулярных встречах группы на «большом экране» демонстрировалась 4D/5D-модель, вносились замечания или новые предложения, разработанные решения принимались или отклонялись, определялись перспективные направления для последующей проработки к следующей встрече. Благодаря понятной 4D/5D-визуализации процесса сооружения, стало возможным выявить организационно-технологические строительные решения, которые недоступны или неочевидны при классическом календарно-сетевом планировании. Множество дополнительных возможностей также открыло применение информационной 3D-модели при планировании работ, что невозможно при использовании классических инструментов календарно-сетевого планирования. 3D/4D/5D-модель стала незаменимым инструментом для подобного детального итеративного моделирования, продолжавшегося в течение четырех месяцев.

Выполненная работа позволила добиться конкретных результатов – благодаря применению 4D/5D-моделирования были найдены следующие технические возможности:

  • Укрупнение «на земле» 76% опорных металлоконструкций котла с площадками обслуживания;
  • Перенос на предмонтажное укрупнение 78% сварных стыков трубопроводов диаметром от 168 до 500 мм в пределах котла;
  • Существенное укрупнение других металлоконструкций Конвертера (от 26 до 90%);
  • Увеличение загрузки крана 750 т, оптимизация работы других кранов.
Указанные результаты были полностью согласованы и приняты рабочей группой проекта.

Применение BIM-технологий во время СМР

В настоящее время Система применяется для сопровождения строительных работ в остановочный период Конвертера: выполняется детальный мониторинг работ за счет выдачи недельно-суточных планов, ежедневная фиксация факта выполнения работ, оперативное перемоделирование процесса строительства при возникновении непредвиденных ситуаций, выработка компенсирующих мероприятий при прогнозировании возможных отставаний по срокам и т. д.

Использование 4D/5D существенно упростило сбор оперативной фактической информации с площадки: вместо абстрактной отметки о проценте выполнения работ или тонн металлоконструкций, теперь можно увидеть, какие именно и когда конструкции смонтированы или не смонтированы. Ежедневный пересчет расписания «на сегодня» позволяет выявлять отклонения работ от плана с погрешностью не более нескольких часов.

4D/5D-моделирование в ходе мониторинга строительства позволяет гибко менять уровень детализации графика в зависимости от потребностей управления. В ходе сопровождения проекта выявляются критические работы, детализация которых выполняется по мере необходимости. В частности, если при начале реконструкции Конвертера №2 график состоял из 1700 работ, то уже спустя месяц их число перевалило за 2000, а через 3 месяца – превзошло 3000. Задержки, появление новых объемов работ неизбежны для такого сложного проекта; при этом постепенная детализация графика, все более глубокая проработка технологии и передачи фронтов работ (например, от монтажников к электрикам) позволяет находить решения, удерживающие общие сроки в рамках требуемых ограничений.

BIM-система НЛМК

На площадке строительства Конвертера оснащена специализированная комната управления проектом – Project Control Room. Комната включает в себя как классические инструменты управления строительством, так и специализированное оборудование для групповой работы с 3D/4D/5D-моделями. Указанный подход позволяет «перенести» BIM-модель из офиса непосредственно на площадку строительства для каждодневного использования, тем самым минимизировать разрыв между проектировщиком, проектным офисом и площадкой.
BIM-система НЛМК

После завершения строительства созданная BIM-модель (которая включает не только план, но и факт работ) станет настоящей базой знаний для последующих проектов.

Результаты

Применение Группой НЛМК технологий информационного моделирования в проекте Реконструкции Конвертера №2 доказала свою эффективность.

Так, благодаря лазерному сканированию и 3D-моделированию на этапе проектирования было найдено и заранее устранено более 2700 проектных ошибок. Эффект от предотвращения возможных потерь оценивается в 7 млн долларов.

Применение технологий 4D/5D-моделирования и Synchro Pro показало еще более серьезный результат:

  • Найдены возможности по сокращению сроков строительства Конвертера на 11 суток за счет:
    • уточнения технологии СМР, детализации работ графика, проверки и оптимизации последовательности работ, перерасчета критического пути;
    • сокращения длительности некоторых работ на основе перепроверки по действующим нормативам и по согласованию со строительными организациями;
    • укрупнения металлоконструкций общей массой ~800 т, вынесения части работ по укрупнению в доостановочный период;
    • распределения подачи конструкций между кранами, построения детальных циклограмм загрузки кранов, указания зон подачи каждого элемента конструкций;
    • расчета требований по срокам выдачи проектной документации и поставки оборудования и материалов на основе выбранной технологии;
  • Выявлены резервы по работе кранов, в том числе:
    • оптимизация работы крана 750 т, оптимизация загрузки других кранов;
    • отказ от одного из башенных кранов.
Ожидаемый эффект от сокращения сроков строительства на 11 дней и оптимизации работы кранов оценивается более чем в 15 млн долларов.
BIM-система НЛМК

Ключевым эффектом проекта дополнительно стало формирование дальнейших шагов по развитию BIM-технологий: с 2018 года все крупнейшие проекты НЛМК выполняются с применением 3D/4D/5D-моделирования. Когда завершатся эти проекты, цифровые двойники агрегатов продолжат жить параллельно со своими прототипами. На них будут отрабатывать технологии обслуживания, ремонтов, оптимизации режимов эксплуатации. Развитие принципов Индустрии 4.0 на НЛМК обеспечит компании хорошую скорость на пути к лидерству.


Все права защищены. © 2004-2024 Группа компаний «ЛЕДАС»

Перепечатка материалов сайта допускается с согласия редакции, ссылка на isicad.ru обязательна.
Вы можете обратиться к нам по адресу info@isicad.ru.