Как избежать ошибок при проектировании крупных строительных объектов

Расскажем, в чем он заключается, когда используется и какие преимущества несет заказчику. В качестве иллюстраций приведем примеры атомных электростанций «Олкилуото» и «Ханхикиви». Первую строили по двумерным чертежам по классической схеме проектирования, вторую – с использованием инструментария BIM-подхода. Какая стройка была удачной, а какая нет, узнаете дальше.

Глава 1. Насколько оправданно использование BIM для разных подходов к проектированию?

Разные подходы к проектированию объектов
Что такое BIM (информационное моделирование объекта)
Как изменилась роль специалистов в BIM-подходе
Что выберут в итоге

Глава 2. Дает ли BIM гарантию от ошибок?

Ошибки классического подхода к проектированию на примере АЭС «Олкилуото»
Как раннее выявление ошибок повлияет на строительство
Единое рабочее пространство как один из способов экономии

Глава 3. Чем объясняется ажиотаж вокруг BIM подхода?

Почему обновленные требования STUK поменяли подход к проектированию «Ханхикиви»
Как связаны классический и BIM-подходы в проектировании АЭС «Ханхикиви»

Глава 4. Правки нельзя закончить. Как BIM помогает с этим?

Как избежать потери данных, если работа ведется с чертежами
Почему не надо перерисовывать все чертежи из-за одной ошибки

Глава 5: Чем обусловлена полнота BIM помимо методологии?

Полнота и поиск информации
Порядок в структуре и хранении данных. Функциональная совместимость информационных систем
Одни правила для всех. Софт как ПДД информационных потоков
Помог ли BIM при строительстве «Ханхикиви»?

Глава 1. Насколько оправданно использование BIM для разных подходов к проектированию?

Разные подходы к проектированию объектов

Давайте пофантазируем. Команде проектировщиков нужно разработать чертежи для маленького павильона. Специалисты сделают их по классической, давно отработанной схеме подготовки проектной и рабочей документации. Креативных решений никто предлагать не будет: для потокового проектирования небольших зданий это даже целесообразно. Классический подход позволяет специалистам быстрее закончить проект и перейти к следующему.

Теперь в руки специалистов попадает более сложный проект, например торговый центр. Для его возведения тоже можно использовать классический подход, но уже разделенный на два этапа. Прежде чем начнется стройка, специалисты разных дисциплин создадут чертежи, 3D-модели объекта, произведут расчеты-обоснования технических решений, ссылаясь на нормативные акты. Когда все согласуют, эксперты приступят к деталировке узлов и подбору материалов – это рабочая документация. После ее утверждения чертежи и спецификации отправятся в кабинеты менеджеров по закупкам и на строительную площадку.

Проектировщики и этот этап прошли с триумфом: печати и подписи контролирующих органов на месте. Но задача усложняется, и им поручают разработать самый крупный в мире аквапарк на крыше торгового центра. Референсы вроде есть, но немасштабные. Чтобы не столкнуться с неожиданностями в процессе строительства, логичнее выбрать адаптивный подход: сделать проектную документацию (само собой, с учетом требований безопасности) и быть готовым заново оценить существующее решение или внести изменения.

Наши воображаемые проектировщики снова справились. Теперь им предстоит спроектировать атомную электростанцию. Прошлые подходы хороши, но оценим масштаб! Над проектом будут трудиться сотни специалистов разных дисциплин, предстоит сделать вагон чертежей. Пожалуй, здесь стоит попробовать другие методы. Как насчет BIM-проектирования?

Что такое BIM (информационное моделирование объекта)

Модель удобно демонстрировать заказчику, в таком виде проект можно сдавать в Главгосэкспертизу и другие согласующие органы. Несмотря на то что в этих организациях по-прежнему требуют полноформатные чертежи, эксперты лояльно относятся к информационной модели, у которой есть ряд ключевых преимуществ:

• Сокращает срок рассмотрения документации – например, чтобы оценить инженерные изыскания по чертежам, специалистам нужно их прочитать и сопоставить с законными требованиями, и на это уходит немало времени. В BIM-подходе модель выстроена уже в соответствии со всеми нормативно-правовыми требованиями, которые заранее загружают в систему.
• Исключает арифметические ошибки, которые случаются при построении чертежей вручную.

Когда заказчик получает разрешение на строительство, проектирование продолжается. Благодаря качественной проработке информационной модели на начальном этапе, временные затраты на детализацию и переделку уменьшаются. По готовности проекта специалисты нарезают с модели рабочие чертежи, которые используют строители для возведения объекта. Последним также доступна трехмерная модель проекта – если что-то неясно в чертежах, рабочие легко разберутся в конструктивных и архитектурных особенностях здания.

В BIM участники строительства взаимодействуют в едином рабочем пространстве. Это облегчает контроль за всеми участками модели. Функция проверки коллизий в программном обеспечении помогает избежать казусов при строительстве объекта. Исправления автоматически транслируются на связанные документы, поэтому ситуации, когда конструктор подвинул проем на плане и забыл отметить это в других файлах, исключены.

Как изменилась роль специалистов в BIM-подходе

Практика внедрения BIM показала, что опасения напрасны. Специалисты свыклись с новшествами, освоили инструментарий. Труднее всего пришлось проектировщикам в возрасте: из-за низкой компьютерной грамотности они продолжали и продолжают делать чертежи по старинке. Зато молодые специалисты получили шанс развить новые компетенции. Теперь от них ожидают умения создавать модели зданий в цифровом формате, рассчитывать технологические, конструктивные и экономические параметры, контролировать проект на соответствие стандартам.

Востребованными станут инженеры, которые быстро обучаются, внимательно относятся к деталям, умеют грамотно подавать информацию, работать в команде и аргументированно отстаивать точку зрения. Все эти качества и навыки пригодятся в agile-группах, свойственных BIM-подходу.

Что выберут в итоге

Так или иначе, выбор подхода и инструментов проектирования – важная и ответственная часть работы по возведению любого объекта. От ошибок никто не застрахован: можно промахнуться и в проектировании павильона, и в проектировании АЭС. О последней поговорим дальше.  

Глава 2. Дает ли BIM гарантию от ошибок?

Ошибки классического подхода к проектированию на примере АЭС «Олкилуото»

Примечательно, что TVO – не новичок в этих вопросах. Компания владеет двумя реакторами, которые дают до 16 % электроэнергии в Финляндии. Так что она не только знает о всех трудозатратах на строительство, но и понимает требуемое конечное качество объекта.

Руководство TVO не один год изучало атомный рынок, поэтому их требование к цене и срокам выглядело необычно: осторожные и рассудительные финны, и вдруг ставят в приоритет заведомо провальные метрики. Ведь специалисты, знакомые с таким строительством, должны понимать, что риск нарушить сроки из-за низкого качества работы очень высокий. А о каком качестве может идти речь, если на все работы заложен минимальный бюджет.

Контролировать ход строительства предстояло финскому атомному регулятору STUK. О придирчивости его экспертов знает весь мир. Тем не менее французы с немцами не собирались отступать. Их не смущало, что во Франции и Германии не осталось специалистов и компаний, которые могли бы заняться строительством. Компания Areva привлекла дешевую рабочую силу из других стран.

Это не звучало бы столь ужасно, если бы не масштаб: в проекте приняли участие 1 400 субподрядчиков из 27 стран. Скоординировать их и проверить качество работ невозможно. Как невозможно избежать ошибок при проектировании. На момент победы в тендере конструкторы Areva проработали базовый проект на 25–30 %. Фактически на этой стадии они могли представить пару картинок внешнего вида и несколько чертежей реактора.

Консорциум Areva оказался заложником своих же ошибок. У него не было качественной рабочей документации, материалы выбирали на бегу. Даже осмыслив промахи (к тому моменту количество претензий от TVO перевалило за 700), он не остановился, а продолжил одновременно строить, проектировать, проходить лицензирование. Конструкторам некогда было ревизовать коллизии, они только и успевали отдавать чертежи в работу. Естественно, на стройке стабильно появлялся брак.

Проектировщики Areva вносили изменения по факту, передавали чертежи TVO, те – STUK. В STUK обнаруживали недочеты, возвращали документы TVO, те – Areva. Вот такая круговая порука. STUK не мог общаться с субподрядчиками напрямую: единственной компанией, которая по контракту имела право взаимодействовать с ними, была TVO. В дальнейшем консорциум Areva обвинил TVO в том, что она плохо справилась с ролью посредника и большинство ошибок – это результат неправильно переданной информации.

После очередного переноса ввод в эксплуатацию энергоблока был запланирован на сентябрь 2019 г. Но этого не произошло. При этом за все годы стоимость работ возросла в 2,5 раза и составила более 8,5 млрд евро.

АЭС «Олкилуото» – процесс строительства

Как раннее выявление ошибок повлияет на строительство

Например, «Росатом» – один из лидеров атомной промышленности – использует для проверки коллизий программное обеспечение Bentley. Оно обеспечивает автоматическую проверку модели в заданные даты: обнаруживает места, где конфликтуют (накладываются друг на друга) элементы и системы объекта. Информация об этом доступна всем участникам процесса, поэтому ответственные лица либо принимают решение убирать коллизии вручную, либо дают добро на автоматическую правку модели.

В 2D-чертеже выявить коллизию сложно: для анализа нужно привлечь всех участников разработки.

В России есть эксперты, которые критически настроены к BIM. Мол, внедрять процесс дорого и долго, окупится или нет – неясно. Посмотрите занятную статистику: в 2015 году Главгосэкспертиза России выявила более 50 % аварийных проектных решений в области опасной и тяжелой промышленности. Если бы по этим проектам соорудили здания, мы увидели бы сотни репортажей об обрушениях перекрытий, затоплениях, пожарах, оползнях.

Эти ошибки – результат отсутствия взаимодействия специалистов и плохого контроля за выполнением работ.

Статистика Главгосэкспертизы России по проектам с аварийными решениями

Единое рабочее пространство как один из способов экономии

В едином пространстве несколько рабочих областей. В одной – незавершенные проекты, она закрыта для чужих глаз. В других – общий доступ к файлам, которые требуют ревизии и анализа, к утвержденным чертежам и архиву. Никто не может внести изменения в чужой файл без согласования, что, в свою очередь, защищает от потенциального вредительства.

На протяжении всего времени к проекту имеет доступ и заказчик. Конечно же, не для того, чтобы вредничать. Если заказчик контролирует ситуацию, он может точно оценивать ликвидность инвестиций, предотвращать риски и строить долгосрочные планы.

Еще один плюс единого пространства: уход любого специалиста не скажется на рабочем процессе. Новый человек быстро ознакомится с документацией и продолжит труд предшественника.  

Глава 3. Чем объясняется ажиотаж вокруг BIM подхода?

Почему обновленные требования STUK поменяли подход к проектированию «Ханхикиви»

Сейчас в мире около 30 водяных реакторов (всего энергоблоков 451, из них водяных более 300), которые превзошли ВВЭР-1200 по мощности. Это Pre-Konvoi – 1 350 МВт, PWR – до 1 468 МВт, EPR – до 1 750 МВт.

Для Финляндии строительство АЭС выгодно, потому что «Ханхикиви» ослабит зависимость страны от внешних источников электроэнергии, даст рабочие места во время строительства и после него.

Основным заказчиком объекта выступила компания Fennovoima. Она изучила опыт «Олкилуото» и учла ошибки. Прежде всего в стоимости контракта: АЭС отстроят под ключ по фиксированной цене. Чтобы не попасть под штрафные санкции, генеральному российскому подрядчику АО «КОНЦЕРН ТИТАН-2» нужно точно просчитать смету на этапе получения лицензии.

Но это неосновная сложность: после «Олкилуото» финский регулятор STUK выставил обновленные требования к экологической и радиационной безопасности. Из-за этого подготовка документов занимает больше времени, чем планировалось, и на сегодняшний день выдача лицензии задержана.

Несмотря на это компания «АТОМПРОЕКТ» уже защитила план по компенсационным мероприятиям в области экологии на общественных слушаниях и получила поддержку 70 % местного населения. Исследования показывают, что воздействие «Ханхикиви» на экологию ограничится территорией завода. За его пределами природа не пострадает: рыбу, ягоды и грибы можно без опасений употреблять в пищу.

Подготовка территории под строительство и базовое проектирование идут полным ходом. О правильном выборе подхода и инструментов для подготовки документации поговорим дальше.

Место под строительство АЭС «Ханхикиви» (2017)

Как связаны классический и BIM-подходы в проектировании АЭС «Ханхикиви»

Кстати, слово «пока» в контексте применения BIM-подхода неслучайно. Такое проектирование является гибким и может меняться даже при строительстве одного объекта. Под любой принципиально новый запрос нужно совершенствовать инструменты анализа информации, иначе организовывать документооборот и пр. А значит, не может быть статичного подхода.

Поэтому немаловажно, что «АТОМПРОЕКТ» замахнулся на реализацию проекта с BIM-подходом 3-го уровня зрелости. Предполагается интегрированная и унифицированная среда с использованием информации о затратах и управлении жизненным циклом объекта. Однако пока рано делать выводы об эффективности: окончательные требования к уровню зрелости не сформированы и могут поменяться. Да и полномасштабное строительство еще не началось, поэтому в конкретный момент «АТОМПРОЕКТ» успешно сочетает классический и BIM-подходы.

Это выражается и в организации управления. BIM-подход требует образования agile-групп, где важно тесное взаимодействие всех участников проекта. Зная это, Fennovoima желает полностью интегрироваться в процессы проектирования. Однако есть сложности.

Технически «АТОМПРОЕКТ» готов внедрить заказчика в рабочую среду, фактически мешают юридические ограничения: любую документацию нужно утвердить в государственных органах Финляндии. Поэтому возможна частичная интеграция: раз в месяц проектная группа вместе с Fennovoima проводят ревизию модели, чтобы оценить стадии готовности проекта и наличие коллизий.

Здесь присутствует гибкость agile, когда заказчик может выставить дополнительные требования, но они ограничены классическим подходом – атомная энергетика консервативна и требует референтных проектов. Для АЭС «Ханхикиви» – это российский «Ленинград II»: с него берут данные по срокам, примерной смете и конструкции реактора. Так как начальные данные есть, существенно отойти от них не получится. В итоге работа идет вроде по agile, но поэтапно: выполнили чертеж, показали, внесли правки, согласовали.

Глава 4. Правки нельзя закончить. Как BIM помогает с этим?

Как избежать потери данных, если работа ведется с чертежами

Случалось, что строители не отклонялись от схем. Правда, они не знали, что в это же время проектировщики правили важные узлы АЭС. Например, когда конструкторы изменили расположение отверстий в облицовке, субподрядчики давно сделали их. В результате TVO составили претензию, отверстия пришлось заделать.

Финский регулятор STUK неоднократно критиковал проектный отдел Areva за несвоевременную подготовку документации. Из-за того что документы передавали на комиссию частями, их сложнее было проверить и сопоставить с предыдущими пакетами.

Что касается «Ханхикиви»: предстоит построить 23 здания ядерного острова и 25 зданий турбинного острова. Для вентиляции потребуется 77 километров воздуховодов. Количество чертежей измеряется тысячами: начертить их в ручном режиме за заявленный срок работы сложно. Поэтому проектная группа «АТОМПРОЕКТ» использует программное обеспечение Bentley для управления информацией.

Основная работа по созданию модели объекта ложится на связку продуктов AECOsim Building Designer и STAAD Pro, освоена технология ISM для разработки архитектурно-строительной части станции. Учитывая, что «АТОМПРОЕКТ» собирается работать с BIM-моделью 3-го уровня зрелости, все бумаги будут передавать между проектировщиками, производителями и строителями в онлайн-режиме. Это позволит участникам событий быть в курсе изменений и сэкономит тысячи человеко-часов на коммуникации и поиски потерянных чертежей.

Впрочем, чертежи в Bentley в любом случае не потеряются. Все изменения сохраняются в архиве, откуда можно взять отклоненную информационную модель и заново нарезать с нее чертежи.

АЭС «Олкилуото» – процесс строительства

Почему не надо перерисовывать все чертежи из-за одной ошибки

В процессе разработки документации для «Ханхикиви» проектная группа создает правила на уровне баз данных. По ним программное обеспечение проверяет корректность информационной модели.

Если на чертеже помещение обозначено как коридор, к нему применяют правила коридора. Например, пожарная нагрузка на помещение не превышает заданного значения. Программа анализирует все помещения типа коридор и любые расхождения со списком атрибутов считает ошибкой. Специалист видит подсвеченные места на модели и принимает решение о внесении правок.

Порой решение требует коллективного разума, и тогда появляются agile-группы. В этом случае проектировщики в курсе изменений: видели и слышали их на собрании.

Если специалист взял на себя ответственность по внесению изменений в чертежи и не сказал остальным участникам, ничего критичного не случится. Он поменяет нужный параметр на своем участке работы, а программа полностью перестроит модель с учетом новой переменной.

Трехмерная модель и наборы видов на каждом чертеже трансформируются. Таким образом, при BIM-проектировании отпадает необходимость вносить тысячи правок. «АТОМПРОЕКТ» подтверждает, что благодаря такому подходу они существенно сократили количество ошибок и время на их исправление, оптимизировали работу смежных отделов и ускорили некоторые процессы в проектировании на 50 %.

Глава 5: Чем обусловлена полнота BIM помимо методологии?

Полнота и поиск информации

«АТОМПРОЕКТ» пользуется программным обеспечением Bentley. В нем проект фрагментируется на мелкие части. На начальном этапе это было неудобно из-за большого количества файлов, зато при разрастании проекта требования к софту и оборудованию не изменились.

Специалист любой дисциплины может открыть файл части модели и разделить ее на две составляющие. Это удобно, когда идет работа над определенным узлом и остальные детали мешают. Помимо прочего, в ПО четко разделяются базы данных и модель. Например, над проектом работают специалисты, которым модель не нужна. Если хранить данные исключительно в ней, их работа превратится в бесконечное выуживание нужных параметров.

Отдельные базы позволяют хранить информацию консолидированно и постоянно обновлять ее. Те, кто имеет дело с моделью, пользуются ее облегченной версией: в нее загружены данные, которые нужны для работы здесь и сейчас. Остальные подгружаются по мере необходимости.

В конце проектирования АЭС «Ханхикиви» модель превратилась в подзаголовки, практически стала оглавлением. Теперь по ней легко искать информацию. «АТОМПРОЕКТ» отчитался, что получил интегрированную модель без потери данных с простым и понятным даже неспециалисту управлением.

Порядок в структуре и хранении данных. Функциональная совместимость информационных систем

Так как Bentley не закрывается внутри своего ПО, у «АТОМПРОЕКТ» большие возможности по реализации проекта. Программа допускает интегрирование с другими продуктами, есть соглашения о читаемости форматов. Такой подход к созданию сложного объекта упрощает жизнь специалистов. Они решают задачи оптимальными и функционально совместимыми (интероперабельными) инструментами и при этом интегрируют готовый результат в ведущую систему – Bentley.

Одни правила для всех. Софт как ПДД информационных потоков

Сделать это в разрезе одного ПО невозможно, но реально интегрировать в единое пространство несколько. Ведущим будет ПО Bentley, так как именно оно отвечает за синхронизацию работы специалистов разного профиля и обеспечивает инструментами проектирования.

Поддержку ПО осуществляет «Ирисофт». Он же отвечает за работу с реальными инженерными данными в режиме виртуального показа информационной модели. На выездной международной выставке в Пекине «Ирисофт» по заказу «Росатома» продемонстрировал прототип реактора ВВЭР-1200 в масштабе 1:1 с эффектом полного погружения. Приглашенные эксперты оценили уровень проработки объекта благодаря VR-технологиям. Интерактив помог проектировщикам собрать качественную обратную связь от ведущих мировых экспертов строительства.

Мобильный комплекс виртуальной реальности «Ирисофт», в котором гости могли прогуляться по еще не построенному блоку реактора

Помог ли BIM при строительстве «Ханхикиви»?

За три года (2013–2016) «АТОМПРОЕКТ» доказал исключительную важность проработки базового проекта, который впоследствии стал финалистом в конкурсе «Год в инфраструктуре 2018» Bentley Systems. К блестящему результату привела грамотная работа сотрудников. Например, в 2016-м проектировщики вместе с представителями Fennovoima оценили размах АЭС и поняли, что получилась самая большая в мире станция. Благодаря использованию программного обеспечения, отвечающего масштабам проекта, удалось вовремя выяснить это. Специалисты «АТОМПРОЕКТ» проанализировали нормы и контрактные требования, поняв, что большая их часть избыточна. В результате их отмены удалось сократить размер станции на 25 %.

Также (в отличие от Areva) «Росатом» называл на тендере справедливую сумму контракта: атрибутивное наполнение модели позволило рассчитать стоимость материалов, время, продолжительность стройки до подачи заявки на конкурс.

АЭС «Ханхикиви» изначально не предполагала классического подхода из-за сложных требований к безопасности. Быстрое принятие решений, мгновенное маневрирование при изменении технического задания и использование современного программного обеспечения – вот к чему стремились и стремятся российские проектировщики и производители. Что будет дальше, покажет время, пока же проект «Ханхикиви» развивается так, как планируют участники строительства.