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

Введение

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

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.

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.

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.

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.

Применение BIM-технологий во время СМР

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.

Результаты

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.