УДК 69.05:331.45+69.002.5+69.001.5
Повышение безопасности проектировочных решений методами компьютерных технологий информационного моделирования
Михаил Андреевич Порываев, студент Пермского национального исследовательского политехнического университета, г. Пермь, Российская Федерация, e-mail: PaboTa_PM@mail.ru
Аннотация. В современном проектировании методы каталогизации типа BIM являются крайне важным инструментом, позволяющим архитекторам и инженерам создавать детализированные 3D-модели объектов. Эффективное использование BIM-каталогов значительно упрощает этот процесс, предоставляя доступ к обширной базе уже готовых компонентов и материалов. Программы, такие как NanoCad BIM, Revit, Renga, поддерживают работу с BIM-каталогами, облегчая интеграцию этих элементов в проекты. Такой подход не только экономит время на этапе проектирования, но и повышает точность и качество итоговых проектных решений, минимизируя вероятность ошибок, а также является важным инструментом планирования и контроля рабочих процессов с акцентом на аспекты охраны труда. В данной статье будет кратко описана история зарождения BIM, личный опыт создания каталогов в различных программах, применение BIM-каталогов.
Ключевые слова: безопасность; проектирование; BIM-каталог; NanoCad BIM; Revit; Renga; 3D-модель
Improving the safety of design solutions using computer technologies of information modeling
M.A. Poryvaev, Student of Perm National Research Polytechnic University, Perm, Russian Federation
Abstract. In modern design, BIM cataloging methods are an extremely important tool that allows architects and engineers to create detailed 3D models of objects. Effective use of BIM catalogs significantly simplifies this process, providing access to an extensive database of ready-made components and materials. Programs such as NanoCad BIM, Revit, Renga support working with BIM catalogs, facilitating the integration of these elements into projects. This approach not only saves time at the design stage, but also increases the accuracy and quality of the final design solutions, minimizing the likelihood of errors, and is also an important tool for planning and monitoring work processes with a special emphasis on occupational safety aspects. This article will briefly describe the history of the emergence of BIM, personal experience of creating catalogs in various programs, the use of BIM catalogs.
Keywords: safety; design; BIM catalogue; NanoCad BIM; Revit; Renga; 3D model
Введение
В современном мире цифровые технологии прочно вошли в сферу проектирования зданий и сооружений, преобразив традиционные методы работы и ускорив процессы создания проектов. Стало возможным то, что ранее было делом лишь проектных институтов – накопление и использование законченных проектных решений, отвечающих требованиям функциональности и безопасности. Численные методы всегда предполагали использование тех или иных каталогов исходных данных, теперь это стало возможно с законченными решениями.
Единичный объектный модуль получил название Building Information Model – информационная модель здания. Поскольку эти модели применяются при информационном моделировании зданий (Building Information Modeling), то удобно применять сокращение BIM, не вдаваясь в детали. В российском законодательстве закреплен аналогичный термин – технология информационного моделирования (ТИМ).
BIM-каталоги стали одним из ключевых инструментов проектирования зданий и сооружений, играя важную роль в формировании цифровой модели здания, поскольку представляют собой наборы параметризованных трехмерных объектов, материалов, оборудования и других элементов, которые используются при создании проекта.
Актуальность исследования BIM-каталогов в проектировании обусловлена их значительным влиянием на эффективность работы проектировщиков и инженеров. Создание BIM-каталогов позволяет ускорить процесс моделирования зданий, обеспечивает точность и консистентность данных, а также предоставляет информацию для разработки чертежной документации и последующего использования этой информации на различных этапах жизненного цикла здания. Нужно отметить, что создание детализированной 3D-модели из каталогов позволяет выявить потенциальные риски и проблемы, связанные с безопасностью труда, еще до того, как проект будет реализован на практике [1].
История развития BIM
В конце 1950-х годов в проектировании возникла инновационная концепция, связанная с появлением и распространением персональных ЭВМ. Одновременно были сделаны первые приложения для строителей и дизайнеров, что привело к возникновению концепции CAD – системы автоматического проектирования, замещающей монотонное рисование планов вручную.
В 1974 году ученый из Технологического института Джорджии Чарльз Истман с командой соавторов выпустил публикацию под названием «Обзор системы описания здания. Исследовательский доклад номер 50», что стало прогрессом в данной сфере. В 1975 году издание AIA («American Institute of Architects») напечатало статью, в которой впервые упомянули об информационной конструкции сооружения. Концепция формирования такой конструкции давно витала в атмосфере, принимая различные образы.
В Америке ее называли Construction Merchandise Prototype, в то время как в начале 1980-х годов в Финляндии она именовалась Merchandise Data Prototype. Однако лишь впоследствии они слились в общую концепцию моделирования информации о строительстве (МИС). В итоге некоторые из этих идей стали основой развития BIM. Творение трехмерных объектов, автоматическое составление чертежей, умное параметризирование зданий, распределение этапов строительства во времени – все это только малая доля принципов информационного подхода к проектированию, изложенных в 1986 году британцем Робертом Эйшем. С начала 2000-х годов история BIM-технологии претерпела переворот, и в настоящее время этот термин является одним из основных в глобальной строительной сфере [2].
Процесс создания BIM-каталогов
Создание BIM-каталогов считается важным элементом успешного проектирования в BIM, так как через них формируется цифровая модель здания и происходит наполнение необходимой информацией. BIM-каталоги предоставляют возможность архитекторам, конструкторам и инженерам работать с обширной базой данных компонентов, ускоряя процесс проектирования и обеспечивая необходимую информацию для разработки чертежной документации и инженерных сетей.
Процесс создания BIM-каталогов начинается с выбора подходящего инструмента для формирования и поддержки цифровых библиотек [3]. Одна из популярных программ, предлагаемых рынком, – Autodesk Revit для формирования корпоративных библиотек BIM-моделей компонентов. Autodesk предлагает эффективные решения для упрощения этого процесса, что делает создание и поддержку BIM-каталогов более доступными и понятными для компаний в строительной сфере.
Однако существует и отечественное программное обеспечение – прямые конкуренты [4] Revit и ArchiCad – Renga и Nanocad BIM [5–7].
С помощью данных продуктов получается создавать различные каталоги: от самых простых, например, арматурных каркасов (рис.), различных изделий из железобетона, отделки фасадов, до самых сложных, например, типовых проектов зданий, планировочных решений и многого другого. Кроме того, BIM облегчает проведение обучения и инструктажа персонала по охране труда. 3D-модели и виртуальная реальность (VR) могут использоваться для имитации условий на стройплощадке, обучения безопасным методам работы и ознакомления с планами эвакуации в случае чрезвычайных ситуаций.
Рис. Каталог арматурных изделий в Renga
Renga – это продукт, предназначенный для коллективного моделирования в трех измерениях, что делает его важным инструментом разработки сложных архитектурных проектов. Простота использования и возможность одновременной работы многих пользователей делают Renga незаменимым инструментом проектирования. Программа обеспечивает эффективное взаимодействие с другими системами дизайна и управления данными, что значительно упрощает работу с разными форматами файлов.
NanoCad BIM – это программное обеспечение, предназначенное для проектирования и моделирования зданий и сооружений. Данный продукт позволяет создавать точные и детализированные трехмерные модели, применять материалы и текстуры, а также выполнять анализы и расчеты различных параметров, таких как нагрузки, энергопотребление и стоимость проекта. NanoCad BIM обладает простым и интуитивно понятным интерфейсом, что позволяет даже новичкам быстро освоить программу. Он также поддерживает импорт и экспорт файлов форматов DWG и IFC, что обеспечивает совместимость с другими CAD-программами.
При выборе программы и создании BIM-каталогов необходимо следовать алгоритму [8], который разрабатывается для конкретных условий, но ряд этапов схож, перечислим их.
1. Анализ. Изучение технических характеристик каждого изделия с учетом его особенностей. Благодаря этому этапу с большой вероятностью получится выбрать инструмент для создания BIM-каталогов.
2. Синтез. Представление всех показателей информационной модели объекта требует объединения элементов каталога в единую структуру и проведения расчетов.
3. Обобщение, сравнение, абстрагирование. Изучение всех нюансов элементов: размеров, характеристик, свойств и т.п. После чего эти данные следует сопоставить с полученной информацией о других объектах, входящих в каталог.
4. Формализация. Обозначение правильных смысловых наименований.
5. Аналогия. Осуществление поиска аналогичных проектов с использованием подобных, уже существующих BIM-каталогов.
6. Моделирование. Создание элементов в BIM-программе согласно собранным данным.
Личный опыт использования программ Revit и Renga показывает, что при нестандартном исполнении изделий следует применять САПР NanoCad или AutoCad, в которых создается модель и после экспортируется в нужном формате. Данная процедура усложняет создание BIM-каталогов, но является эффективным решением поставленной задачи. Уже в BIM-программах в изделия вносится вся необходимая информация для «потребителей». Передачу BIM-каталогов из одного программного обеспечения в другое можно осуществить с помощью IFC-формата, для которого необходимо правильно заполнить атрибуты объекта или проекта в целом [9].
Применение BIM-каталогов в проектировании
Использование BIM-каталогов в процессе проектирования обеспечивает эффективное взаимодействие между участниками проекта. Благодаря наличию единой базы данных специалисты разных профилей могут одновременно работать над проектом, обмениваясь информацией и внося коррективы в модель. Это помогает избежать ошибок на разных этапах проектирования [10], ускоряет процесс принятия решений и повышает качество проекта в целом, снижает риски нарушений норм по охране труда.
Применение BIM-каталогов также способствует оптимизации инженерных сетей здания. За счет возможности проведения виртуальных испытаний и анализа работы различных систем инженерам удается выявить с последующим устранением проблемы в работе коммуникаций, электроснабжения, вентиляции и других инженерных систем до начала строительства. В свою очередь реалистичные 3D-сценарии позволяют проводить тренировки и инструктажи персонала, повышая осведомленность сотрудников о потенциальных опасностях и способах их предотвращения. Всё это в совокупности снижает вероятность дополнительных затрат в процессе эксплуатации здания и повышает его энергоэффективность.
Заключение
BIM-каталоги значительно упрощают процесс проектирования, обеспечивая доступ к актуальной информации о строительных материалах и изделиях. Программы, такие как Nanocad BIM, Renga и Revit, позволяют эффективно интегрировать BIM-каталоги в рабочий процесс, ускоряя создание и модификацию проектов. Использование BIM-каталогов способствует не только повышению точности и качества проектных решений, но и оптимизации всех этапов проектирования – от концепции до реализации. При этом решение вопросов безопасности и охрана труда являются неотъемлемой частью процесса проектирования.
Список источников:
1. Шершень, Д. Перспективы использования BIM-технологии для повышения уровня охраны труда в строительстве / Д. Шершень // Юрисконсульт в строительстве. – 2021. – № 7. – С. 16–21. – EDN NJLTAK.
2. Из истории развития BIM-технологий [Электронный ресурс] – URL: https://kriofrost.academy/lenta/istoriya/iz-istorii-razvitiya-bim-tehnologiy/ (дата обращения: 29.06.2024).
3. Артюшкин, О.В. Цифровизация строительной отрасли / О.В. Артюшкин, Т.Н. Плотникова // Вестник Хакасского государственного университета им. Н.Ф. Катанова. – 2021. – № 1 (35). – С. 35–39. – EDN ELWWJY.
4. Синева, Н.Ф. Цифровизация строительства и импортозамещение программного обеспечения / Н.Ф. Синева // Ресурсоэнергоэффективные технологии в строительном комплексе региона. – 2022. – № 1 (14). –
С. 244–249.
5. Алаева, Т.Ю. Применение графического пакета 3D-моделирования для визуализации архитектурного замысла / Т.Ю. Алаева, А.А. Соловьев // Актуальные вопросы развития науки и технологий: сб. ст. молодых учёных 73-й студенческой научной конференции, Караваево, 7 апреля 2022 г. – Караваево: Костромская государственная сельскохозяйственная академия, 2022. – С. 348–353.
6. Тимошенко, Т.А. Обзор российских систем автоматизации проектных работ (САПР), использующих разработки технологий информационного моделирования (ТИМ), заменяющих зарубежные аналоги / Т.А. Тимошенко, К.М. Клинг // Университетская наука. – 2022. – № 1 (13). – С. 88–90.
7. Создание BIM-модели производственного здания в программной среде Autodesk Revit 2021 / А.А. Ковалев, А.С. Краско, В.В. Пирогов [и др.]. – Москва: ООО «Издательство “Спутник +”», 2021. – 251 с. – ISBN 978-5-9973-6082-5.
8. Чугайнова, Т.И. Применение методов исследовательской деятельности в разработке ТИМ-каталогов строительных изделий и конструкций / Т.И. Чугайнова // Актуальные вопросы архитектуры и строительства: материалы ХVI Международной научно-технической конференции, Новосибирск, 18–20 апреля 2023 г. – Новосибирск: Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин), 2023. – С. 34–40.
9. Корсак, М.В. Сравнение двух методов импорта трехмерных моделей в программное обеспечение Revit / М.В. Корсак // Фундаментальные основы инновационного развития науки и образования: сб. ст. VIII Международной научно-практической конференции, Пенза, 23 августа 2020 г. – Пенза: Наука и просвещение, 2020. – С. 35–37.
10. Varlik, A. Generation and Comparison of Bim Models with Cad to Bim and Scan to Bim Techniques / A. Varlik, İ. Dursun // Social Science Research Network. – 2022. – DOI 10.2139/ssrn.4120050.
11. Фок, Н.А. Создание 3D-модели горячего водоснабжения в программе Revit / Н.А. Фок, И.А. Бахтина, Д.К. Стариченко // Современная техника и технологии: проблемы, состояние и перспективы: материалы XII Всероссийской научно-практической конференции с международным участием, Рубцовск, 25–26 ноября 2022 г. – Рубцовск: Рубцовский индустриальный институт, 2022. – С. 200–204.