BIM-технологии для ЖКХ

О. В. Долгов¹, Е. В. Шалобаев², Ф. А. Перепелица², Т. А. Нигматулин¹

1 Академия Жилищно-коммунального хозяйства, Санкт-Петербург, Российская Федерация,

2 Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики

BIM (Building Information Modelling), — информационное моделирование зданий на основе создания трехмерных (3D) моделей зданий в виртуальном виде. Проектировщики создают модель будущего сооружения и наполняют ее данными. Конструкции, коммуникации, любые технические параметры — BIM-технологии помогают собирать, структурировать и получать всю информацию о проекте. Также можно создать 3D – модель уже существующего здания на основе исполнительной документации. В докладе вводится новое понятие FIM-технологии, которое касается развития BIM-технологий для использования их в процессе эксплуатации [1].

Введение. В 2016 году в России введена «дорожная карта» по внедрению технологий BIM-моделирования в строительстве. Согласно документу, в 2019 году с использованием новых технологий должны будут проектировать все объекты, финансируемые из госбюджета. В 2020 году переход отрасли на BIM должен быть завершен. Это значит, что проектировщику уже сейчас необходимы навыки работы с технологиями BIM.

В России сегодня, выдвигая аргументы за внедрение Building Information Modeling в строительные процессы, говорят в первую очередь о том, что снизятся затраты на проектирование, называя привлекательные цифры до 20% (по оценкам Минстроя). Тогда как реальная экономия, несущая за собой прямую прибыль инвестору и собственнику, появляется при использовании всех возможностей и граней этой технологии.

С 2014 года идет активное применение BIM в самых разных проектах, уровнях и областях, и можно считать, что «проектирование в 3D» ни у кого удивление не вызывает и откровением уже не является, но ведь в BIM значительно больше измерений, которые обсуждают редко. Речь идет о так называемых 4D, 5D, 6D BIM, обозначающих, соответственно, «Модель+Время», «Модель+Деньги (Сметы)», «Модель+Эксплуатация». Терминология своеобразная, хотя простая для понимания и эффектная, «как в кино».

Суть BIM заключается в том, что в отличие от той же программы «Autocad» где есть только линии, тут создается полноценная цифровая копия здания. Другими словами, все, что есть в модели, должно быть и в реальности.

BIM-технологии могут позволить сократить количество ошибок при проектировании (3D), сократить количество ошибок на строительной площадке и корректно учесть риски и логистику (4D), получать корректные сметы на любом этапе (5D) и использовать модель в эксплуатации (6D). Однако все «измерения», кроме 3D пока развиты крайне слабо, а сама технология почти всегда применяется только к зданиям, хотя дороги и прочие линейные сооружения у нас строят не менее активно.

В настоящее время к BIM-технологии отношение как к трехмерной компьютерной игре, и полноценных полно-метрических моделей мало кто создает. В процессе работы очень часто исполнители идут на компромиссы, упрощая некоторые части модели из-за ограничения программного обеспечения, из-за неопытности проектировщиков, для экономии сил и времени.

На отечественном рынке BIM в большинстве своем рассматривают только как проектную технологию, при этом не секрет, что стоимость проектирования составляет лишь небольшую часть реализации строительного процесса — около 5%. И экономия, о которой так любят говорить применительно к использованию данной технологии, в этом случае не столь значима. Использовать BIM только для проектирования и только для зданий означает, по сути, не использовать технологию вообще.

BIM должен стать для России не только 3D-моделированием, но и расчетом полного жизненного цикла сооружения вплоть до его утилизации (т. е. использования CALS-технологии*). В интеллектуальную модель будущего здания можно «зашить» не только характеристики материалов и процессов, но и информацию по закупкам, поставкам, срокам будущего ремонта и другим процессам жизненного цикла здания. Технологии позволяют в режиме виртуальной реальности отслеживать работу инженерных систем и многое другое.

* CALS-технология — это технология комплексной компьютеризации сфер производства, цель которой — унификация и стандартизация спецификаций продукции на всех этапах ее жизненного цикла.

 

Технология BIM и эксплуатация зданий. Сила технологии BIM — в комплексной работе с объектом, то есть в тесном взаимопонимании и взаимодействии специалистов разных направлений проектирования, составления смет и расчетов, производства изделий и конструкций, организации и финансирования строительства, управления и эксплуатации зданий и многих других. Интерес к тематике BIM, особенно в области управления обслуживанием здания, постоянно возрастает, так что надо отметить, главными лицами во внедрении технологии BIM во всем мире являются собственники здания. Потому что только они самым объективным образом заинтересованы в комплексном и эффективном подходе к решению проблем сооружения, которым владеют или собираются владеть. В первую очередь именно они внимательно считают свои деньги, как расходуемые сейчас, так и предполагаемые к тратам в будущем. Опыт внедрения BIM в развитых странах однозначно показывает, что в подавляющем большинстве случаев только после осознания полезности BIM и принятия концепции информационного моделирования здания собственником (будь то частное лицо или государственная структура) новой технологией начинают активно овладевать все остальные участники процесса работы с объектом.

Сейчас в мире широчайшее распространение получила концепция экологически рационального проектирования, для которой технология BIM открывает огромные возможности, поскольку уже на стадии эскизного проектирования позволяет заложить в будущее здание те свойства и характеристики, которые делают его последующую эксплуатацию более эффективной как с экономической, так и с технической точек зрения. Такая возможность, как это ни странно, экономит время, затрачиваемое на проектирование и строительство, но больше всего снижает расходы на эксплуатацию и создает комфортные условия для работы и проживания.

Не менее важна и эффективна роль BIM при реконструкции и реставрации зданий.

Часто считают, что BIM – это технология проектирования, при этом подразумевая проектирование «с нуля» новых зданий и сооружений. Отчасти это правильно, но обратите внимание, самого слова проектирование в названии Информационное моделирование зданий нет.

Ведь создаваемая информационная модель здания имеет гораздо более широкое применение. В том числе она весьма полезна для уже существующих объектов, поскольку содержит всю необходимую (для решения конкретных поставленных задач) информацию о них, а наша задача – грамотно этой информацией распоряжаться.

В основном на рынке BIM – технологий в процессе эксплуатации здания на данный момент предлагаются следующие услуги:

• Разработка исполнительной BIM-модели и документации по фактически выполненным строительно-монтажным работам, с применением технологии лазерного сканирования (3D-сканер для зданий);
• Разработка BIM-модели с уровнем проработки детализации LOD500, необходимой для передачи модели в эксплуатацию;
• Настройка системы оповещений службы эксплуатации о планируемом окончании срока годности устройств и систем;
• Обучение специалистов службы эксплуатации использовать модель с целью быстрого поиска информации о нужных элементах объекта и составлении заявок на обновление модели.

Для осуществления эксплуатации здания, основанной на использовании информационной модели необходима ее доработка и корректировка с учетом фактического расположения всех элементов. В BIM-модель вносится фактическая информация о поставщиках оборудования и материалов, сроков введения в эксплуатацию, данные о гарантийных обязательствах и т.д. Такой подход позволяет доподлинно определить у какого элемента здания и когда заканчивается срок эксплуатации. Его легко и точно можно локализировать, и своевременно заменить. То есть на данный момент в России BIM – технологии в процессе эксплуатации зданий являются информационным, можно сказать «архивным» ресурсом.

В наиболее развитых мировых центрах на сегодняшний день уже построено так много, что на первое место там выходит не создание новых, а обслуживание имеющихся зданий и сооружений. Эта сторона использования новой технологии почему-то малоизвестна, но попытки применения BIM к существующим объектам начались практически одновременно с широким внедрением информационного моделирования зданий.

И здесь, пожалуй, становятся еще более очевидными преимущества BIM:

• возможность наглядно моделировать изменения в конструкции здания;
• отслеживать текущее состояние здания (особенно важно для памятников архитектуры) и своевременно принимать меры по реконструкции или реставрации;
• грамотно эксплуатировать существующие объекты, причем как технологически, так и экономически;
• проектировать переоснащение здания новым инженерным оборудованием, доводя его эксплуатационные характеристики до современного уровня требований;
• повышать базовую стоимость недвижимости, за счет применения цифровых технологий (эконом-класс в бизнес-класс, бизнес-класс в элит-класс).

Если имеется информационная модель здания, то хозяин или управляющая компания всегда будут знать, сколько лампочек надо заменять в местах общего пользования, каков график обслуживания и замены каждого конкретного устройства (например, насоса или электросчетчика, счетчика воды), сколько штукатурки или водопроводных труб потребуется для капитального ремонта дома, сколько будет стоить облицовка здания новыми материалами, где их найти по более выгодной цене, и в какой срок можно осуществить все работы, а также многое другое.

Не менее важно ремонтной службе быстро получать точную информацию в случае возможных аварий или поломок. Понятно, что для этого нужны специальные компьютерные программы (специализированный интерфейс работы с моделью), которые будут брать из модели именно нужную для задач ремонтного обслуживания информацию и правильно ею распоряжаться. Такие программы не нужны архитекторам, они не требуются при проектировании или строительстве здания, поэтому на начальных этапах информационного моделирования здания они и не появляется. Более того, информация о регламенте обслуживания или сроках замены оборудования на этих этапах тоже не нужна. Но она нужна на стадии эксплуатации здания. Поэтому при обслуживании здания появляется потребность как в новых программах, так и в постоянной актуализации модели пополнением её дополнительной информацией (если этого не сделали раньше).

Таким образом, на стадии эксплуатации здания процесс информационного моделирования продолжается.

Согласно сложившей на Западе практике управление недвижимым имуществом (зданием) подразделяется на Facility, Property, Building и Asset Management. В нашем понимании (в дополнение к классическим определениям) перечисленные виды управления, это:

• Building Management — управление проектом на стадии проектирования и строительства объекта.
• Facility Management — управление эксплуатацией объекта, организация его безаварийного использования.
• Property Management — управление объектом и управление эксплуатацией объекта (в основном для коммерческой недвижимости)
• Asset Management — полное управление объектом на всех стадиях его существовании (Доверительное управление, управление активами).

В процессе эксплуатации многоквартирного дома все изменения вносятся в информационную модель, также в нее добавляются системы безопасности (датчики, видеонаблюдение и т.п.), системы контроля и регулирования ресурсоснабжения дома, климат-контроль в помещениях и другие системы интеллектуального (умного) дома, а также изменения после выполнения ремонтов и интеграция с финансово-экономическими и организационными системами управления. Соответственно вместо определения BIM- технологии, необходимо говорить о FIM – технологии (Facility information Model — Информационная модель объекта) на основе которой осуществляется эксплуатация МКД.

Наличие BIM-модели, загруженной в комплексную систему управления зданием, позволяет максимально быстро запустить все функции, связанные с управлением, обслуживанием и эксплуатацией (FIM) сразу же по приемке сооружения.

Нашей стране в наследство достался огромный жилой фонд, ранее почти полностью принадлежавший государству. Сейчас он, находясь уже в разных формах собственности, требует постоянного обслуживания и капитального ремонта. Ситуация осложняется тем, что за последние двадцать лет, в так называемый «переходный период», капитальным ремонтом жилых зданий почти не занимались, к тому же в большинстве случаев техническая документация по зданиям частично или полностью отсутствует.

Периодически проводимая бумажная «паспортизация» жилых зданий с целью определения их потребности в ремонте очень трудоемка и малоэффективна, поскольку требует по прошествии времени ручного перебора и уточнения всей собранной ранее информации. В такой ситуации вполне логично было бы заменить бумажные паспорта зданий на их информационные модели. Что это дает?

Попробуем сформулировать преимущества от внедрения FIM – технологии в ЖКХ следующими тезисами:

1. Использование информационной модели здания вместо обычного паспорта объекта позволяет хранить в памяти компьютера, осуществлять поиск, а затем анализировать собранную информацию. В результате будет известно точное состояние каждого здания, а не используемый ныне общий процент износа.
2. Имеющаяся модель позволяет выполнять проект капитального ремонта общего имущества в многоквартирных домах.
3. Использование этой технологии делает возможным:

• Внедрение системы контроля конструктивных элементов здания. В результате будет известно точное состояние каждого здания, а не используемый ныне общий процент износа.
• Создать единую систему управления энергоснабжения здания. Повысить энергоэффективность здания.
• Оперативно получать достоверную информацию о поломках арматуры, аварийных ситуациях и др. ЧП, а также снизить затраты на аварийную службу.
• Внедрить комплексную систему безопасности здания и жителей.
• Повысить комфорт проживания за счет внедрения климатической регулировки помещений внутри здания.
• Повысить систему диспетчеризации для управления и эксплуатации.
• Качественно и точно выполнять план годового обслуживания и ремонта здания.
• Составлять и проводить ежегодные планы по обустройству и ремонту МКД.
• Вести автоматическую систему квартплат, затрат и платежей.
• Проводить организационную работу с жителями.
• Улучшить информационную систему оповещения жильцов и обратную связь.
• Объединить информационные возможности МКД в единое целое для осуществления управления жилым фондом как для управляющих компаний, так и для района, города и целого региона.
• Оптимизировать взаимодействие с ресурсо-снабжающими организациями.

Конечно, внедрение FIM–технологий в ЖКХ потребует больших вложений: создание компьютерных рабочих мест, подготовку персонала и, самое главное, разработку информационных моделей, для каждого жилого здания конкретно.

Но, во-первых, в России, где в прежние годы широкое распространение получило типовое домостроение, для работы с существующим жилым фондом различных информационных моделей понадобится не так уж много.

Во-вторых, ежегодно на программу капитального ремонта в стране выделяются огромные деньги, небольшой части которых вполне хватило бы на постепенное создание BIM.

В-третьих, если обязать всех застройщиков вместе со вводом жилого здания в эксплуатацию передавать соответствующим органам и его информационную модель (выполненную по заранее оговоренным правилам), то в будущем необходимость создания таких моделей просто исчезнет и останется только работа с FIM–технологиями.

Наконец, на основе мирового опыта и оценок наших специалистов, внедрение FIM–технологий может дать до 30% экономии средств, выделяемых сегодня на цели капитального ремонта жилого фонда страны.

Так что в масштабах всей страны, региона, микрорайона или даже отдельного дома при внедрении – технологий и контроле со стороны собственников или жильцов экономия средств, выделяемых на капремонты, по сравнению с нынешними условиями предполагается просто огромная. А контроль со стороны собственников может прежде всего эффективно осуществляться через доступ к эксплуатационной информационной модели многоквартирного дома посредством специального интернет-сервиса в режиме «только для чтения».

Для внедрения FIM–технологий (эксплуатационной информационной модели многоквартирного дома.) необходимо иметь соответствующий персонал:

1. Процесс проектирования, строительства и ввода в эксплуатацию объекта:

• BIM- менеджер
• BIM-мастер
• BIM-координатор
• BIM – техник (перенос исполнительной и рабочей документации в 3D – модель или создание модели при помощи 3D сканера)

2. Последующая эксплуатация объекта:

• FIM – менеджер (специалист по изменению 3D – модели и внедрения модели в процессе эксплуатации.)
• FIM – диспетчер (специалист, осуществляющий эксплуатацию здания на основе «6D – модели» («3D – модель» + время + информация + эксплуатация).
• FIM – инженер (специалист по разработке инженерных преобразований здания. Таких, как капремонт, реконструкция, реставрация, внедрение новых технологий и инженерных сетей)

Для того чтобы использовать потенциал BIM-технологии по полной программе, в бизнес-процесс проектной или проектно-строительной компании необходимо включить трех специалистов нового типа: BIM-менеджера, BIM-мастера и BIM-координатора, которые активно взаимодействуют между собой и охватывают все задачи внедрения и эксплуатации BIM-технологии в компании.

BIM-менеджер должен появиться в начале внедрения в проектной организации BIM-технологий. В идеале именно ему лучше всего заняться составлением технического задания по внедрению BIM и согласования его со специалистами по внедрению, выбранной вами компании. Именно BIM-менеджеру придется скрупулезно собирать информацию, транслировать задачи тем, кто занимается внедрением, контролировать их и принимать работу.

Хорошо, если до начала эпохи BIM в штате был CAD-менеджер. Этот человек уже понимает, что такое стратегия развития САПР, способен поддерживать его в актуальном состоянии, модернизировать технологию проектирования. Но CAD-менеджер не может сразу сесть в новое кресло: сначала его надо обучить.

BIM-менеджер управляет BIM-технологией на уровне предприятия:

• определяет цели и стратегию развития BIM в проектной компании;
• разрабатывает типовые рабочие процессы и Стандарт предприятия;
• поддерживает BIM технологию компании в актуальном состоянии, внедряет современные достижения, фиксирует все изменения в технологии и транслирует их в Стандарт;
• разрабатывает программы обучения, повышения квалификации и тестирования (в идеале после каждого курса), а также контрольное тестирование после пилотного проекта;
• управляет сотрудниками отдела BIM, участвует в подготовке BIM-координаторов и внедрении их в проекты.

BIM-мастер – этот сотрудник становится необходим во время разработки и тестирования технологии проектирования с применением BIM. Это не просто подчиненный BIM-менеджера, а его помощник, его руки. BIM-мастер (а в крупной компании, чем их больше, тем лучше) осуществляет поддержку САПР:

• создает BIM-контент (семейства, группы и прочие библиотечные элементы);
• поддерживает корпоративную библиотеку семейств;
• осуществляет экспертную поддержку пользователей;
• производит адаптацию ПО на уровне шаблонов.

BIM-координатор должен появиться на этапе внедрения, когда идет обучение пилотной группы, выполнение пилотного проекта, корректировка BIM-стандарта и масштабирование технологии на всю организацию. Чаще всего такого координатора и находят во время учебы. Это самый активный и легко обучаемый специалист, который в рамках курса воспринимает информации больше, чем остальные. Это специалист ведущего отдела, отвечающий за BIM-модель и общую координацию проекта. Он не САПРовец, а проектировщик, и полностью вовлечен в конкретный проект:

• координирует совместную работу;
• отвечает за целостность BIM-модели;
• выдает задания смежным специальностям по утвержденным правилам и стандартам;
• формирует заявки на разработку BIM-контента;
• обучает приемам работы и помогает пользователям;
• участвует в формировании стандартов компании и контролирует их исполнение.

На небольших проектах координатором должен быть ведущий специалист отдела. На крупных проектах BIM-координаторов может быть несколько: для архитектуры, конструкций и инженерии.

САПР — это такая же часть бизнеса, как IT или бухгалтерия. И у САПР должен быть руководитель: если основа САПР — это CAD платформа и CAD-менеджер, если BIM платформа — то и BIM-менеджер. Основная часть функций у них одинакова: стратегия развития САПР, поддержание САПР в актуальном состоянии, модернизация технологии проектирования, повышение (CAD / BIM) квалификации сотрудников. Есть некоторые нюансы, но принципиальное различие одно — вы не можете сказать CAD-менеджеру, что с понедельника он уже BIM-менеджер. Нужен опыт работы в BIM и глубокое понимание его ключевых возможностей. Правда, это не значит, что вашего CAD-менеджера нужно уволить: его можно обучить.

В крупных компаниях в помощь BIM-менеджеру нужны несколько BIM-мастеров. Это его помощники, которые создают библиотечные элементы и оказывают поддержку пользователям.

BIM-менеджер и -мастер — это сотрудники отдела САПР (если BIM используется не только для проектирования — отдела BIM). Они не принимают участие в проектировании, они формируют и поддерживают САПР. Они — подчиненные BIM-координатора, и решают в основном 2 вопроса: создание библиотеки семейств и актуализация шаблонов проекта.

Как отмечалось выше, огромное количество зданий, особенно типовых проектов необходимо обеспечить паспортизацией и исполнительной документацией на основе BIM-технологий. Для этого необходимо перевести исполнительную документацию из 2D – формы в 3D – модель. Для этого необходим специалист BIM – техник.

BIM – техник необходим для переноса исполнительной и рабочей документации в 3D – модель или создание модели при помощи 3D сканера.

После передачи 3D–модели организации, занимающейся эксплуатацией и обслуживанием здания или сооружения, для последующего применения BIM-технологий потребуются несколько другие специалисты.

FIM – менеджер — специалист по изменению 3D–модели для и внедрения модели в процесс эксплуатации здания или сооружения.

Основной трудовой функцией такого менеджера является создание эксплуатационной модели на основе 3D–модели здания и подключением к этой модели дополнительных программ, необходимых при эксплуатации здания (программ мониторинга коммуникаций, безопасности, климат-контроля и регулирования, а также других программ). FIM – менеджер:

• — определяет цели и стратегию использования BIM для эксплуатации здания;
• — разрабатывает типовые рабочие процессы и Стандарт эксплуатации здания;
• — поддерживает BIM технологию и сопутствующее программное обеспечение в актуальном состоянии, внедряет современные программное обеспечение, фиксирует все изменения в технологии и транслирует их в Стандарт;
• — разрабатывает программы обучения, повышения квалификации и тестирования для FIM – диспетчеров.

FIM – диспетчер (специалист, осуществляющий эксплуатацию здания на основе «6D – модели» («3D – модель» + время + информация + эксплуатация).

Основной трудовой функцией FIM–диспетчера является диспетчеризация состояния здания, контроля безопасности, обеспечение температурного режима помещений и других климатических параметров, выявления поломок инженерных сетей и элементов здания и т.д. на основе эксплуатационной 6D–модели здания и подключением к этой модели дополнительных программ, необходимых при эксплуатации.

FIM – инженер (специалист по разработке инженерных преобразований здания. Основной трудовой функцией FIM – инженера является анализ состояния здания на основе данных 6D – модели», подготовка технических заданий на проведение плановых ремонтов, реконструкции, реставрации, а также технических заданий на внедрение новых технологий и прокладку новых коммуникаций.

Подведем итоги по возможностям внедрения технологий BIM и FIM в настоящее время.

Только 10-15% стоимости объекта приходится на этап проектирования и строительства, в то время как от 75 до 90% расходов берет на себя этап управления и эксплуатации. В процессе эксплуатации BIM становится мощным средством управления зданием, обеспечивающим возврат инвестиций.

Заключение. К основным преимуществам интеграции BIM и FIM-технологий для собственников здания и управляющих относятся:

• возможность использования точных и полных данных, хранящихся в информационной модели здания.
• возможность взаимодействия специалистов службы эксплуатации с участниками проекта на ранних стадиях работы над объектом, что помогает определить необходимые на этапе эксплуатации и технического обслуживания здания типы данных и решить, как здание будет обслуживаться после его сдачи.
• улучшение эффективности работы специалистов, занятых в эксплуатации и техническом обслуживании здания (находясь в офисе и даже вне его, они смогут получать оперативный доступ к качественной информации об объекте).
• наличие точных и полных данных для планирования работ по профилактическому техническому обслуживанию, что продлевает срок эксплуатации здания и его инженерных систем, сокращает число отказов оборудования, требующих срочного ремонта.
• улучшение управления поставками запасных частей, возможность отслеживать историю активов и инвентаризационных характеристик инженерного оборудования.
• улучшение взаимоотношений между собственниками здания, арендаторами, подрядчиками и субподрядчиками благодаря своевременному планированию ремонта, логистики, минимизации рисков эксплуатации и технического обслуживания.

Список литературы

1. Долгов О.В. Особенности практического использования информационной модели многоквартирного дома на этапе его эксплуатации // Коммунальный комплекс России. 2019. №. С.36-42.