Введение
Строительная отрасль является одной из ключевых сфер экономики, уровень развития которой во многом определяет эффективность реализации государственных инфраструктурных программ, инвестиционных проектов и жилищного строительства. В условиях возрастающей сложности объектов капитального строительства, повышения требований к качеству строительной продукции и сокращению сроков реализации проектов особую актуальность приобретает совершенствование методов организации строительного производства. Одним из наиболее перспективных направлений развития отрасли является внедрение технологий информационного моделирования, формирующих единое информационное пространство на всех этапах жизненного цикла объекта. Согласно нормативным документам, этот цикл включает изыскания, проектирование, строительство, эксплуатацию и снос [1].
В Российской Федерации развитие технологий информационного моделирования сопровождается последовательным совершенствованием нормативной базы. Основополагающими документами в данной области являются СП 333.1325800.2020 «Информационное моделирование в строительстве. Правила формирования информационной модели объектов на различных стадиях жизненного цикла», СП 480.1325800.2020 «Информационное моделирование в строительстве. Требования к информационным моделям объектов капитального строительства» [2, 3]. Согласно этим документам, информационная модель – это не просто 3D-чертеж, а «совокупность взаимосвязанных сведений, документов и материалов об объекте» [2], формируемая на всех этапах, включая строительство и эксплуатацию.
В соответствии с нормативными положениями: «информационная модель объекта капитального строительства: Совокупность взаимосвязанных сведений, документов и материалов об объекте капитального строительства, формируемых в электронном виде на этапах выполнения инженерных изысканий, осуществления архитектурно-строительного проектирования, строительства, реконструкции, капитального ремонта, эксплуатации и (или) сноса объекта капитального строительства» [2]. При этом современная информационная модель (ИМ) рассматривается не только как средство разработки проектной документации, но и как единая информационная среда взаимодействия всех участников инвестиционно-строительного процесса.
Для исключения терминологической неоднозначности в дальнейшем исследовании разграничиваются информационная модель объекта, технологии информационного моделирования, среда общих данных и цифровой двойник. Данные понятия связаны между собой, однако не являются взаимозаменяемыми. Исследуемые понятия и их объяснения представлены в таблице 1.
Таблица 1
Разграничение понятий, используемых при информационном моделировании объектов капитального строительства
|
Понятие |
Содержание |
Роль в настоящем исследовании |
|
Информационная модель (ИМ) |
Совокупность взаимосвязанных сведений, документов и материалов об объекте |
Основной объект исследования, используемый для информационного обеспечения организации строительства |
|
Цифровая информационная модель (ЦИМ) |
Цифровое представление объекта, сформированное в информационной среде в соответствии с установленными требованиями к составу и структуре данных |
Используется только при необходимости подчеркнуть цифровую форму информационной модели |
|
BIM / TIM |
Подход и технология организации работы с информацией об объекте на основе информационного моделирования |
Рассматриваются как технологический подход, обеспечивающий формирование и использование ИМ |
|
СОД / ССОД |
Организационно-технологическая среда для совместного создания, хранения, управления и обмена информацией проекта |
Среда информационного взаимодействия участников, а не сама информационная модель |
|
Цифровой двойник |
Цифровое представление объекта, связанное с данными о его фактическом состоянии и способное актуализироваться по мере изменения реального объекта |
Рассматривается как более высокий уровень цифрового представления, не тождественный ИМ |
Следует отметить, что большинство отечественных исследований посвящено вопросам формирования информационных моделей, автоматизации проектирования, цифровизации строительной отрасли и нормативного регулирования технологии информационного моделирования. Так, в исследованиях Т. Ю. Шемякиной рассматриваются современные направления развития информационного моделирования и особенности его применения в строительстве [4], А. С. Субботин анализирует влияние цифровизации на организацию и управление строительными проектами [5], Д. А. Костенко и А. А. Савенко исследуют возможности применения автоматизированных систем проектирования технологии и организации строительства [6].
Вместе с тем анализ научной литературы показывает явный перекос: большинство исследований посвящено преимуществам ИМ на этапе проектирования – автоматизированному поиску коллизий и выпуску документации [1, 6].
Однако практическая оценка организационно-технологических эффектов применения технологии информационного моделирования в полной мере проявляется на строительной площадке. Вопросы практического применения ИМ в качестве ежедневного инструмента руководителя строительного проекта, начальника участка или прораба – для календарного планирования, управления логистикой, координации бригад и контроля качества остаются раскрытыми недостаточно полно. Данная статья призвана восполнить этот пробел и на конкретных примерах показать, как информационная модель становится ядром системы организации строительного производства.
Согласно классическим положениям теории организации строительного производства, изложенным в трудах П. П. Олейника, С. Б. Сборщикова и других отечественных ученых, эффективность реализации строительного проекта определяется качеством организационно-технологической подготовки строительства, рациональностью календарного планирования, согласованностью работы участников процесса, современным материально-техническим оснащением и эффективностью оперативного управления строительным производством [7-8]. В условиях цифровой модификации строительной отрасли указанные процессы требуют интеграции с современными информационными технологиями, обеспечивающими обработку больших объемов данных и поддержку принятия управленческих решений.
Материалы и методы
Методологической основой исследования послужили фундаментальные положения теории организации строительного производства, изложенные в трудах отечественных ученых, а также современные исследования в области цифровой трансформации строительства информационного моделирования и управления информационно-строительными проектами [9].
Для проведения обзорно-аналитического исследования использован последовательный алгоритм, включающий четыре этапа. На первом этапе выполнен анализ нормативно-технических документов, определяющих содержание информационного моделирования и особенности формирования информационной модели на различных стадиях жизненного цикла объекта. На втором этапе проведён анализ отечественных и зарубежных научных публикаций, посвящённых применению информационного моделирования в организации и управлении строительством. На третьем этапе осуществлён целевой отбор практических кейсов, в которых информационная модель использовалась непосредственно для решения организационно-технологических задач на стадии строительства. На четвёртом этапе выполнен сравнительный анализ традиционного и ИМ-ориентированного подходов с последующим обобщением выявленных организационных эффектов.
Критериями отбора практических кейсов являлись: наличие подтверждённого применения цифровой информационной модели при реализации строительного проекта; использование модели не только для проектирования, но и для решения задач, связанных с организацией или выполнением строительных работ; наличие в доступных источниках сведений о механизме применения модели; возможность соотнести применение ИМ с конкретным организационным процессом планированием, координацией, снабжением, логистикой, контролем или управлением ходом строительства.
Для сопоставления кейсов использовалась единая аналитическая последовательность изображенная на рисунке 1.
Рис. 1. Последовательность для сопоставления кейсов
Такой подход позволил перейти от описания отдельных примеров цифровизации к выявлению повторяющихся механизмов использования ИМ в организации строительного производства.
Оценка по указанным критериям носит качественный характер и основана на сопоставлении традиционного и ИМ-ориентированного подходов, а также на анализе практических кейсов, в которых применение информационной модели непосредственно связано с организацией строительных работ. Количественный расчёт интегрального показателя эффективности в рамках настоящего исследования не выполнялся, поскольку для его определения необходимы сопоставимые статистические данные по нескольким проектам и единая система количественной оценки. Полученные результаты поэтому характеризуют выявленные механизмы организационно-технологического совершенствования строительного производства и не интерпретируются как доказательство универсального количественного прироста эффективности.
В качестве практических кейсов методом целевого отбора были выбраны два проекта, позволяющих рассмотреть различные механизмы применения цифровой модели непосредственно в процессе реализации строительных работ. Первым таким объектом мы рассмотрим Концертный зал Уолта Диснея (Лос-Анджелес, США) представленный на рисунке 2. Этот объект, спроектированный Фрэнком Гери, известен своей сверхсложной геометрией фасадов и несущего каркаса. Традиционные 2D-чертежи были неспособны описать криволинейные поверхности. Проект был реализован с помощью системы CATIA (CATIA (Computer Aided Three-dimensional Interactive Application) — это комплексная система автоматизированного проектирования (САПР) высокого уровня, разработанная французской компанией Dassault Systèmes. Она предназначена для создания цифровых трёхмерных моделей изделий, их анализа, оптимизации и управления на всех этапах жизненного цикла), изначально разработанной для аэрокосмической отрасли. Цифровая модель использовалась не для проектирования как такового, а как прямой источник данных для станков ЧПУ, изготавливающих уникальные стальные конструкции и панели облицовки, и, что важнее, как трехмерная инструкция по сборке для монтажников на площадке (рисунок 3). Это один из первых примеров, когда модель стала центральным элементом организации сложнейших монтажных работ.
Рис. 2. Концертный зал Уолта Диснея (Лос-Анджелес, США) (фото заимствовано: электронный ресурс https://www.archdaily.com/441358/ad-classics-walt-disney-concert-hall-frank-gehry )
Рис. 3. Концертный зал имени Уолта Диснея в Лос-Анжелесе. Вверху — моделирование формы здания, внизу — несущие конструкции и инженерное оборудование. Программа Digital Project (фото заимствовано: электронный ресурс https://isicad.ru/ru/articles.php?article_num=14753 )
Вторым объектом является Штаб-квартира Equinor (Statoil) (Форнебу, Норвегия) показана на рисунке 4. Выбор данного объекта обусловлен тем, что ИМ здесь применялась комплексно на всех этапах. Сложная объемно-планировочная структура из пяти ламелей, соединенных атриумом, консольные вылеты и жесткие сроки строительства в условиях ограниченной площадки требовали высочайшего уровня координации (рисунок 5). ИМ использовалась не только для выявления коллизий, но и как основа для 4D-моделирования последовательности работ, планирования логистики по принципу «точно в срок» (just-in-time) и оперативного контроля за ходом строительства.
Рис. 4. Штаб-квартира Equinor (Statoil) (Форнебу, Норвегия) (фото заимствовано: электронный ресурс https://www.archdaily.com/359599/statoil-regional-and-international-offices-a-lab )
Рис. 5. Штаб-квартира Equinor (Statoil) (Форнебу, Норвегия). Применение 4D-моделирования (фото заимствовано: электронный ресурс https://archi.ru/world/47748/ofis-s-propellerom)
В ходе исследования применялся сравнительный анализ, сопоставляющий традиционные методы организации СМР (на основе 2D-чертежей и разрозненных документов) с подходом, в центре которого находится интегрированная информационная модель.
Также в рамках настоящего исследования эффективность применения информационной модели рассматривается преимущественно как организационно-технологическая характеристика, отражающая влияние доступности и взаимосвязанности информации на процессы планирования, координации, материально-технического обеспечения, контроля и оперативного управления строительным производством. Для её качественной оценки использовались следующие группы показателей: соблюдение календарных сроков и последовательности работ, своевременность материально-технического обеспечения, количество и характер организационно-технологических несогласованностей, оперативность выявления отклонений, возможность план-фактного контроля, а также снижение предпосылок для простоев и переделок. Такой подход позволяет оценивать организационный эффект применения ИМ без необоснованного сведения его к единственному интегральному экономическому показателю.
Результаты
Проведенный анализ научной литературы, нормативно-технической документации и практического опыта применения технологий информационного моделирования позволил выявить основные направления использования ИМ в системе организации строительного производства. Чтобы оценить глубину трансформации, необходимо четко определить отправную точку – традиционные методы организации. Под ними мы понимаем бумажно-ориентированный подход, где основой для всех решений служат разрозненные комплекты двухмерных (2D) чертежей (планы, разрезы, фасады), спецификации и календарные графики, существующие как отдельные, не связанные друг с другом документы. При таком подходе выявление нестыковок происходит либо на планерках, либо, что хуже, непосредственно на стройплощадке, приводя к простоям и переделкам.
Современный подход, основанный на ИМ, предлагает принципиально иную логику. Здесь основой является цифровая модель, которая объединяет в себе всю информацию. Особую роль в организации СМР играет переход от 2D-планирования (2D-планирование – это классический график Ганта, плоская диаграмма, показывающая последовательность и длительность работ. Его главный недостаток — он не учитывает пространственные характеристики объекта. Вы не можете наглядно увидеть, как монтаж колонн на 3-м этаже соотносится с прокладкой сетей на 2-м.) к 4D-моделированию (4D-моделирование – это следующий уровень. Оно объединяет трехмерную модель (3D) с четвертым измерением – временем (графиком производства работ). Проще говоря, мы создаем интерактивное цифровое «кино» о будущей стройке. Каждый элемент модели (колонна, стена, труба) связывается с соответствующей задачей в графике. Это позволяет визуализировать последовательность возведения здания, заранее выявлять пространственно-временные коллизии (когда двум бригадам нужно работать в одном месте в одно время) и оптимизировать технологию производства работ еще до их начала) [10-13].
Следовательно, организационно-технологический эффект применения информационной модели определяется не только качеством цифрового представления объекта, но и степенью интеграции информационной модели в процессы организации строительного производства [6, 11, 13].
Большая часть исследований рассматривает преимущества информационного моделирования с позиции проектирования, в настоящем же исследовании внимание сосредоточено на систематизации механизмов применения информационной модели организационно-технологических процессов строительного производства.
Для оценки влияний технологий информационного моделирования на организацию строительного производства выполнено сравнение методов без применения ИМ, основанных на использовании двумерной проектной документации разрозненных информационных ресурсов и преимущественно ручной координации организационно-технологических процессов, с подходами, предусматривающими применение информационной модели объекта капитального строительства. Результаты сравнительного анализа представлены в таблице 2.
Таблица 2
Организационно-технологические эффекты применения ИМ на ключевых процессах строительного производства
|
Традиционный подход (без ИМ) |
Современный подход (с ИМ) |
Используемая информация |
Организационно-технологический эффект |
|
Процесс на стройплощадке: планирование производства работ |
|||
|
2D-графики Ганта. Сложно отследить пространственно-временные коллизии (когда две бригады работают в одном месте). |
4D-моделирование (3D-модель + график работ). Визуализация последовательности СМР, автоматическое выявление «узких мест». |
ИМ, календарный график, ППР |
Повышение наглядности и согласованности планирования; возможность заблаговременной корректировки последовательности работ и распределения бригад. |
|
Процесс на стройплощадке: управление поставками и логистика |
|||
|
Заказ материалов по бумажным спецификациям «с запасом». Беспорядочное складирование, риск порчи и загромождения площадки. |
Интеграция ИМ с графиком поставок и календарным планом строительных работ. Заказ материалов «точно в срок» (just-in-time) на основе данных из модели. |
ИМ, спецификации, графики поставок |
Снижение риска несвоевременных поставок и избыточного складирования; повышение согласованности материально-технического обеспечения с ходом СМР. |
|
Процесс на стройплощадке: координация подрядчиков |
|||
|
Еженедельные планерки с разбором 2D-чертежей. Решение проблем по факту их возникновения на объекте. |
Взаимодействие осуществляется в СОД с использованием данных ИМ. Все подрядчики видят актуальную модель и задачи друг друга в реальном времени. |
ИМ, СОД/ССОД |
Снижение информационных разрывов между участниками; повышение согласованности действий; сокращение риска несогласованных решений и переделок. |
|
Процесс на стройплощадке: контроль качества СМР |
|||
|
Бумажные журналы, фотофиксация без привязки к чертежу. Заполнение актов скрытых работ вручную, высокий риск ошибок. |
Мобильные приложения с доступом к ИМ. Цифровые чек-листы, привязка фото и замечаний к конкретному элементу в модели. |
ИМ, исполнительная документация, фото |
Повышение оперативности фиксации и передачи замечаний; снижение риска потери или несоответствия контрольной информации. |
|
Процесс на стройплощадке: оперативный контроль и план-факт анализ |
|||
|
Ручной сбор данных с объекта, подготовка отчетов занимает дни. Руководство видит картину с опозданием. |
Автоматизированная визуализация статуса работ (элементы модели окрашиваются в разные цвета: «в работе», «выполнено», «отстает»). |
ИМ, график, фактические объёмы |
Более оперативное выявление отклонений по срокам и объёмам; повышение обоснованности управленческих решений. |
Результаты, представленные в таблице 2, наглядно демонстрируют фундаментальный сдвиг в организации СМР. Важно подчеркнуть, что применение ИМ не просто заменяет «традиционные» методы, а обеспечивает их качественную модификацию за счет цифровой интеграции [14-15]. Если раньше прораб оперировал стопкой чертежей, журналом работ и телефоном, то теперь его главный инструмент – планшет с доступом к единой, всегда актуальной модели.
Главный организационный эффект, который подтверждается анализом, — это переход от реактивного управления, основанного на устранении уже возникших отклонений, к проактивному управлению, которое позволяет предупреждать организационно-технологические риски еще на стадии подготовки к строительству [16]. Чтобы визуализировать этот новый, проактивный подход, была разработана схема замкнутого организационно-управленческого цикла (рисунок 6).
Рис. 6. Замкнутый организационно-управленческий цикл применения информационной модели при организации строительного производства
Представленная на рисунке 6 схема иллюстрирует не линейный, а замкнутый динамический цикл управления. В отличие от традиционной системы, где отчеты с объекта доходят до руководства с опозданием в несколько дней, здесь обратная связь практически мгновенна. Прораб, выполняя контроль качества на площадке, вносит данные в модель через мобильное устройство. Эти данные немедленно становятся доступны для план-факта анализа, где система может автоматически подсветить отклонения от графика или бюджета. На основе этой точной, оперативной информации руководитель принимает обоснованное управленческое решение (например, о переброске бригады или ускорении поставки), которое тут же вносится в систему, актуализируя планы. Таким образом, при регулярном поступлении фактических данных о ходе строительства информационная модель может использоваться как актуализируемое цифровое представление состояния объекта и процесса его реализации. При этом такое использование ИМ само по себе не означает формирование цифрового двойника, поскольку для последнего необходима устойчивая связь цифрового представления с данными о фактическом состоянии реального объекта и механизмами их регулярного обновления.
Обсуждение
Практическая ценность и реализуемость подходов, систематизированных в Таблице 2 и на Рисунке 6, подтверждается анализом передового мирового опыта. Рассмотренные проекты – Концертный зал Уолта Диснея и штаб-квартира Equinor – являются яркими примерами того, как ИМ становится ядром организации строительного производства.
При строительстве Концертного зала Уолта Диснея традиционные 2D-чертежи были бессильны описать уникальную геометрию здания. Цифровая модель стала не просто проектным решением, а центральным элементом организации монтажа. Каждый из тысяч уникальных стальных элементов был смоделирован и получил свой идентификатор. Для монтажников на площадке модель служила трехмерной интерактивной инструкцией по сборке, позволяя точно позиционировать каждую деталь. Это прямое применение ИМ для «Управления монтажом уникальных конструкций» и «Координации подрядчиков» (см. Таблицу 1), которое позволило избежать хаоса на площадке и многократных подгонок по месту.
Проект штаб-квартиры Equinor (Statoil) еще более показателен, так как там ИМ была интегрирована во все ключевые организационные процессы.
- Планирование производства работ (4D): Интеграция модели с календарным графиком позволила создать ту самую «визуализацию будущей стройки» [16]. Как отмечалось при анализе проекта, это позволило заранее анализировать пространственно-временные взаимосвязи между строительными операциями и выявлять потенциальные конфликты между строительными операциями и выявлять потенциальные конфликты между рабочими зонами и последовательностью выполнения работ.
- Управление поставками и логистика на основе данных информационной модели: в условиях ограниченной стройплощадки организация снабжения по принципу «точно в срок» (Just-in-Time) была критически важна. Информационная модель, содержащая точные спецификации, была напрямую связана с графиками производства на заводах-изготовителях и графиком поставок [17-18]. Конструкции доставлялись на площадку непосредственно к моменту монтажа, что полностью соответствует механизму, описанному в Таблице
- Оперативный контроль: Регулярная актуализация модели на основе данных с площадки позволяла руководству в любой момент времени видеть реальную картину — выполнять план-факт анализ и визуализировать степень готовности объекта в 3D. Это давало возможность принимать управленческие решения не на основе устаревших отчетов, а на базе актуальных данных, как и показано на Рисунке 6.
Таким образом, обсуждение практических кейсов показывает главный тезис: повышение эффективности строительного производства достигается не самим фактом наличия 3D-модели, а глубокой и осмысленной интеграцией этой модели в ежедневные организационно-управленческие процессы на строительной площадке, от планирования до контроля. Модель становится не просто цифровым архивом, а рабочим инструментом для каждого участника строительства.
Заключение
В результате проведённого исследования установлено, что информационная модель объекта капитального строительства может выступать инструментом организационно-технологического совершенствования строительного производства при условии её интеграции в процессы планирования, координации, материально-технического обеспечения, контроля и оперативного управления. Выявленные организационно-технологические эффекты выражаются в повышении согласованности плановых решений, сокращении информационных разрывов между участниками, повышении оперативности выявления отклонений и более тесной увязке плановых и фактических данных. Полученные результаты имеют качественный характер и отражают выявленные механизмы совершенствования организации строительного производства, а не универсальный количественный прирост эффективности.
Основной организационный эффект заключается в переходе от реактивного управления, ориентированного на устранение возникающих отклонений, к проактивному управлению, предусматривающему предупреждение организационных рисков еще на стадии подготовки строительства.
Таким образом, применение ИМ создаёт предпосылки для повышения управляемости строительного производства за счёт сокращения информационных разрывов, повышения оперативности выявления отклонений, улучшения координации участников и более тесной увязки плановых и фактических данных. Полученные результаты подтверждают целесообразность дальнейшего внедрения ТИМ в практику российских строительных компаний и могут быть использованы для разработки методических рекомендаций по цифровизации процессов организации строительного производства.
