Специфика моделирования архитектурно-строительных конструкций промышленных объектов капитального строительства

Введение

Рынок инжиниринговых услуг в России весьма неоднороден в разных регионах и отраслях. Часть участников рынка действует в жестком конкурентном поле, а некоторая часть действует в вертикально интегрированных холдингах с собственной политикой информационной безопасности. Всё это приводит к отсутствию информационного обмена опытом между компаниями, а профильные конференции в значительной степени состоят из докладов поставщиков аппаратного или программного обеспечения.

В итоге тезисы, содержащиеся в статье, наверняка вызовут диаметрально разные реакции у читателей. Одним текст покажется очевидным и «пройденным этапом», другие же продолжат утверждать (как и в комментариях к ранее опубликованным статьям на isicad), что автор пишет о нереализуемых в российских условиях мероприятиях.

I. Актуальность темы

Заказчику работы следует учитывать, что далеко не на всех этапах разработки архитектурно-строительных решений в пределах проектного института можно оптимизировать процессы или автоматизировать их за счет применения технологии трехмерного и/или информационного моделирования. Наоборот, в процессе проектирования архитектурно-строительных решений часть решений традиционно разрабатывается условно или схематически (рис. 1), и при использовании технологий 3D-проектирования и информационного моделирования эти процессы будут выполняться инженерами дольше и с ростом трудозатрат.

Рис. 1. Схематическое отображение лестничного пролета на чертеже

За десятки лет с момента появления информационных технологий множество инжиниринговых компаний как в России, так и за рубежом внедрили технологии трехмерного проектирования и информационного моделирования в своей работе. Далее для релевантности выводов будем рассматривать только российский опыт.

Опыт автора во внедрении информационных технологий в российских инжиниринговых компаниях применительно к архитектурно-строительному направлению показывает как сложности, так и преимущества применения информационных технологий (для краткости позволим себе назвать программное обеспечение, предназначенное для трехмерного компоновочного проектирования объектов капитального строительства, просторечным термином 3D-САПР).

II. Сложности внедрения технологий трехмерного проектирования

1. Ни одна из программ не обеспечивает строгого исполнения требований российских нормативных документов как в части проектирования, так и в части оформления документации, даже всем известный AutoCAD.
2. Оформление чертежей для прохождения ГлавГосЭкспертизы без замечаний к проектной документации невозможно в полном объеме ни в одной из 3D-САПР (это очевидно вытекает из первого пункта списка), что влечет за собой рост трудозатрат для доработки чертежей.
3. Исходные инженерные данные по грунтам (рис. 2) от изыскателей практически невозможно импортировать в трехмерном виде и в виде инженерных данных в существующие на рынке 3D-САПР.
   

   Рис. 2. Трехмерное отображение геологических данных в ПО Credo Геокарты 2.2 (изображение предоставлено «Кредо-Диалог»)

4. Прочностные расчеты строительных конструкций выполняются в специализированных программных комплексах, в которых аналитическую расчетную схему нужно разрабатывать строго определенным образом, из-за этого перенос данных в 3D-САПР и обратно всегда сопровождается потерей данных и требует дополнительных трудозатрат по доработке аналитической расчетной схемы.
5. Ни в одной из 3D-САПР нет к началу внедрения готовых ранее разработанных проектных решений в виде готовых запроектированных конструкций (площадки обслуживания, фундамента) или готовых чертежей.
6. В Российской Федерации проектные работы по Постановлению Правительства №87 от 16.02.2008 выполняются в две стадии (разработка проектной документации и разработка рабочей документации), в то время как подавляющее большинство 3D-САПР на рынке предназначено для одностадийного проектирования.
7. Графики выдачи заданий и выдачи проектной/рабочей документации разрабатываются согласно годами проверенной методике и без учета необходимого изменения внутренних процессов взаимодействия отделов с использованием технологий трехмерного проектирования. В ряде задач достигается экономия времени, а в некоторых задачах, наоборот, возникает рост затрат. Следовательно, отличается ритмичность достижения вех (этапов), что препятствует прозрачности процесса управления проектом.
8. Внедрение 3D-САПР в эксплуатацию требует наличия выделенного проектировщикам времени на обучение и освоение инструмента и технологии.
9. Разработка трехмерных и информационных моделей по всем требованиям заказчиков требует от проектировщиков значительных трудозатрат и аккуратности. Кроме того, на этапе внедрения технологий производительность персонала неизбежно падает. Наибольший экономический эффект применение технологий информационного моделирования дает на этапах выполнения строительно-монтажных работ и эксплуатации промышленного объекта, так как объем капиталовложений на этих этапах в десятки раз превышает объем капиталовложений на этапе проектирования. При этом проектные институты никак не участвуют в разделе доли прибыли, а значит у проектных институтов отсутствуют средства на стимулирование персонала и на компенсацию снижения производительности труда привлечением временных работников.

III. Преимущества от применения технологий трехмерного проектирования

1. Практически все крупные тендеры на проектно-изыскательские работы в техническом задании содержат требования по применению 3D-САПР и/или по созданию информационных моделей при разработке проектных решений. Таким образом, способность подразделений проектной организации работать в 3D-САПР становится конкурентным преимуществом (либо отставанием от конкурентов).
2. Сбор нагрузок с трехмерной модели осуществляется быстрее, удобнее и точнее, чем сбор нагрузок по чертежам, в том числе и при помощи макросов и инструментов автоматизации процесса сбора.
3. В проектах реконструкции, техперевооружения или модернизации объектов капитального строительства получение пространственных данных по существующим конструкциям с применением технологии наземного лазерного сканирования с последующим импортом облака точек в трехмерную среду проектирования осуществляется быстрее, дешевле и удобнее, чем при выезде на место с фотографированием.
4. Эскизное трехмерное моделирование большинства конструкций осуществляется быстрее и удобнее, чем в чертежах, при условии предварительного формирования каталога оборудования, материалов и изделий.
5. Разработка детальных конструкторских решений в модели осуществляется быстрее, удобнее и точнее, чем в чертежах.
6. Получение вручную безошибочных заказных спецификаций оборудования, материалов и изделий (количество которых может достигать сотен и тысяч единиц) требует огромных трудозатрат. Наличие трехмерной модели, состоящей из изделий с необходимой атрибутивной информацией, и программной процедуры формирования спецификации как готового документа позволяет значительно сэкономить трудозатраты и свести к нулю количество ошибок в заказных спецификациях.
7. Разработка моделей смежниками осуществляется быстрее, удобнее и точнее, если есть модель опорных конструкций от строителей.
8. Ярким примером эффективности технологии трехмерного моделирования является подготовка задания на опорные конструкции для кабельной эстакады. При классическом подходе в модели на раннем этапе, как правило, отсутствуют строительные конструкции под данные сооружения, и специалисты, разрабатывающие электротехнические решения, вынуждены моделировать их в пустом пространстве. Даже опытным сотрудникам приходится после этого вносить корректировки в проектные решения по кабельным эстакадам, так как архитектурно-строительная часть изменяется по ходу проекта. Если же архитектурно-строительный отдел разрабатывает конструктивные решения в модели с ранней стадии проекта, то отдел, разрабатывающий электротехнические проектные решения, экономит трудозатраты за счет наличия трехмерной модели и, соответственно, наличия информации о местоположении конструкций.
9. Наличие специализированного ПО и проработанной трехмерной модели архитектурно-строительных конструкций позволяет разрабатывать чертежи марки КМД (рис. 3), не создавая трехмерную модель заново, а значит и экономить время и трудозатраты. В этой экономии есть возможность дополнительного заработка для проектного института при взаимодействии с заводами-изготовителями металлоконструкций.
   

   Рис. 3. Пример разработки чертежей марки КМД компанией Cimolai по объекту башни Aspire Tower в Доха Спортс Сити

10. В целом для института достигается огромная польза от работы производственных отделов в единой трехмерной среде за счет минимизации трудозатрат на обмен заданиями и на согласование проектных решений. Согласование проектных решений в ходе работ позволяет свести к минимуму количество изменений и корректировок модели, а значит и проектно-сметной документации. Кроме того, все современные программные комплексы позволяют автоматизировать часть работ как при помощи штатного функционала, так и путем создания вспомогательных программных процедур, что также позволяет сэкономить трудозатраты.

IV. Выводы

1. Разработка архитектурно-строительных конструкций с применением технологий трехмерного и информационного моделирования промышленных объектов капитального строительства возможна.
   

   Рис. 4. Пример трехмерной модели производственного блока с последующим формированием комплекта чертежей марки КМ, разработка компании ООО «Стальпроект» (изображение предоставлено topengineer.ru)

2. Разрабатывать архитектурно-строительные конструкции наравне с остальными конструкциями необходимо, так как это дает преимущества и для смежных подразделений, и для проектного института в целом.
3. Разработку архитектурно-строительных конструкций необходимо вести с самой ранней стадии проекта.

1. Разработка каталога готовых типовых конструкций силами отдела САПР по заявкам проектировщиков (лестниц, ограждений, площадок, свай, молниеотводов, мачт).
2. Настройка ПО и организация процесса в части обмена инженерными данными между комплексами трехмерного моделирования и расчетным ПО.
3. Настройка ПО в части отображения инженерных данных непосредственно в трехмерной модели как в виде графики, так и в табличном виде.
4. Постепенное вовлечение проектировщиков (как по отдельным сотрудникам, так и по отдельным разделам проекта) с непрерывным обучением.
5. Настройка оформления чертежей марок АС, КМ, КЖ отделом САПР по заявкам АСО для автоматизации оформления документации из модели.
6. Доплата производственным отделам за разработку информационной модели. Источники средств: доплата заказчика за выполнение избыточных требований по договору сверх требования постановления Правительства РФ №87 либо экономия от снижения объема трудозатрат за счет автоматизации процессов проектно-изыскательских работ.
7. Введение регламента по обмену заданиями между производственными отделами и составление графика выпуска ПД и РД с учетом изменения ритмичности разработки проектных решений.