В настоящее время отсутствует нормативная база в области информационных технологий в строительстве. Для решения этой проблемы разрабатываются своды правил (СП), описывающие требования к информационным моделям и правилам формирования проектной документации с использованием современных компьютерных технологий. Формирование подходов к созданию этих документов (терминология, использование нормативной базы) вызвало оживленную дискуссию еще на стадии экспертных советов. Большинство вопросов вызывало использование иностранных стандартов. Разрабатываемые в настоящее время своды правил используют зарубежный опыт и не отражают специфику рынка проектирования в РФ.
Большую критику в процессе обсуждения свода правил вызывало лоббирование отдельных компаний, так как часть терминологии и подходов к представлению элементной базы заимствованы из технической документации конкретных разработчиков и не носят унифицированного характера. В сложившейся экономической ситуации логичнее использовать опыт отечественных компаний и терминологию, сложившуюся в крупных проектных организациях. Создаваемые СП планируется использовать прежде всего при выполнении государственных контрактов. При разработке сводов правил необходимо учесть интересы всех потенциальных заказчиков из различных отраслей, и терминология должна быть однозначно понятной заказчику и подрядчику.
Глава 1 статья 4 Федерального Закона от 30.12.2009 № 384 «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений» определяет 3 уровня ответственности для объектов капитального строительства: повышенный, нормальный и пониженный [1]. К зданиям и сооружениям повышенного уровня ответственности относятся здания и сооружения, отнесенные в соответствии с главой 6 статьей 48 Градостроительного кодекса Российской Федерации к особо опасным, технически сложным или уникальным объектам. Согласно пункту 1 данной статьи к особо опасным и технически сложным объектам относятся:
1) объекты использования атомной энергии;
2) тепловые электростанции мощностью 150 мегаватт и выше [2].
В проекте СП указано, что правила устанавливают требования к объектам информационных моделей зданий и сооружений нормального уровня ответственности [3]. Большинство же объектов энергетики, а тем более объектов ядерной энергетики, относятся к повышенному уровню ответственности. Как сказано выше, основной площадкой внедрения СП становятся государственные контракты, к которым относятся и большинство объектов тепловой энергетики. На данные объекты разрабатываемые своды правил не распространяются.
Ведении к СП указано, что в основе технологии информационного моделирования зданий и сооружений лежит разработка и использование виртуальной модели объекта капитального строительства в виде трехмерной информационной модели и совокупности связанных с ней документов [3]. Такая модель возникает на ранних этапах инвестиционно-строительного проекта, развивается по ходу реализации проекта, пополняется информацией, которая используется различными участниками проекта в зависимости от их роли и решаемых задач. В современном процессе проектирования объектов ядерной энергетики эта модель уже вполне успешно реализована.
В госкорпорации Росатом для объединения всех элементов модели разработана собственная система, получившая название Multi-D [4]. Данная система стала результатом многолетней работы инжинирингового дивизиона госкорпорации Росатом. Изначально это была система трехмерного моделирования, разработанная совместно с компанией Toshiba, но впоследствии, с подключением к этой системе различных структурных подразделений, появилась необходимость доработки данного программного продукта, в соответствии с потребностями каждого подразделения, и организации единого информационного пространства.
Особенностью системы Multi-D является моделирование не только самого объекта строительства, но и технологических решений. Для моделирования технологии служит решение от Компании Dassault Systemes (Дасо Систэм) для создания плоской схемы технологических связей оборудования. После разработки этой схемы модель передается в трехмерную систему, где оборудование компонуется и проверяются связи оборудования. Также существуют системы поиска коллизий для того, чтобы все данные из плоской схемы были правильно перенесены в трехмерную. Объекты для трехмерной модели берутся из специального каталога, доступ к которому имеют производители оборудования. Далее выстраиваются строительные объемы вокруг сформированного технологического оборудования.
Проектные организации строительной отрасли в 46 % случаев для создания строительных чертежей используют программную среду AutoCAD. При этом для реалистической визуализации они предпочитают использовать другие пакеты [5].
В процессе конструирования выполняются комплекты чертежей строительных конструкций марок КЖ (конструкции железобетонные) или КМ (конструкции металлические). Для получения чертежей железобетонных конструкций необходимо расположить арматуру в строительных конструкциях на основании прочностного расчета из расчетных САПР (систем автоматизации проектирования). В процессе конструирования подбирается диаметр арматуры, шаг, форма. Размещаются закладные детали. На основании чертежей автоматически создается спецификация. Наиболее успешно инструменты по подготовке чертежей марки КЖ реализованы в программах REVIT (Autodesck), Tekla Structures (Tekla Corporation), ALLPLAN (Nemetschek). По отзывам инженеров наиболее удобный и соответствующий российским нормативам алгоритм армирования предлагает ALLPLAN (Nemetschek). С точки зрения подготовленных кадров наиболее распространённым является REVIT (Autodesck), т.к. его интерфейс схож с интерфейсом AutoCAD. Госкорпорация Росатом для реализации своих проектов выбрала систему Tekla Structures от корпорации Текла. Все вышеперечисленное говорит о том, что каждая из программ имеет большой потенциал и дает экономический эффект при правильной организации работ.
При подготовке чертежей марки КМ подбираются металлические профили для изготовления строительных конструкций, а также дополнительные элементы необходимые для крепления металлических элементов конструкций (накладки, фасонки). Так же, как и в конструировании КЖ, создается спецификация и подготавливаются чертежи для элементов заводского изготовления. Здесь выбор программ тот же, что и при разработке КЖ, но ALLPLAN проигрывает остальным САПР, т.к. алгоритмы работы с металлом и библиотеки элементов реализованы слабо. Наиболее удобной, по отзывам инженеров, является в этом вопросе – Tekla.
Существует возможность моделирования процесса строительства, создания календарных планов, графика производства работ с помощью программы Primavera. Проработка этапов возведения по наиболее сложным строительным процессам позволяет эффективно и безопасно расставить основные машины и механизмы, решить задачу расстановки персонала на объекте, предусмотреть площади близ возводимого объекта для расстановки монтажного оборудования и оснастки, разместить монтажные блоки, организовать безопасное ведение работ. Данное направление только начинает развиваться и в проектном проектировании применяется нечасто, зачастую только для крупных или особо ответственных строительных объектов. Для разработки графика поставки и монтажа оборудования разработана собственная система, которая позволяет отследить полный жизненный цикл изделия от производства до эксплуатации.
Таким образом, данная система вышла далеко за понятие БИМ (BIM Building Information Modelin – информационное моделирование здания) и позволяет оперировать не только с проектной документацией на объект строительства, но и на оборудование, входящее в состав объекта энергетики, потому что, если мы будем забывать про моделирование поведения оборудования, нам будет крайне сложно эксплуатировать такой объект.
Крайне сложной задачей является процесс эксплуатации, в том числе информационное сопровождение объекта с учетом всех проектных и непроектных изменений, происходящих во время эксплуатации. Также сложной задачей представляется процесс вывода из эксплуатации.
Рис. 1. Основы технологии Multi-D
Рис. 2. Единое информационное пространство [4]
В документах Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ) под выводом из эксплуатации блока АЭС понимается деятельность на завершающей стадии жизненного цикла блока АЭС, характеризуемая изменением состояния ядерной энергетической установки и блока АЭС в целом, включающая в себя этапы перевода блока АЭС в ядерно-безопасное состояние и реализацию выбранной стратегии (т.е. достижения заданного конечного состояния энергоблока АЭС) с целью осуществления полного или частичного его освобождения из-под контроля органов регулирования безопасности [6].
При ВЭ (вывод из эксплуатации) блоков АЭС возникает специфическая проблема – радиоактивное загрязнение и активация (наведенная активность) части оборудования, строительных защитных конструкций, боксов и помещений, так называемая остаточная радиоактивность. Хотя таких радиоактивных систем и помещений на АС не более 20 % от общего количества, именно они определяют принципиальное отличие ВЭ любого промышленного предприятия от ВЭ АЭС [7].
Учитывая потенциальную длительность, сложность и опасность процесса ВЭ, нормативно-технические и руководящие документы Ростехнадзора и Концерна Росэнергоатом предусматривают создание информационной системы базы данных вывода из эксплуатации энергоблоков АЭС с построением трехмерной имитационной модели процесса вывода из эксплуатации [8].
Основной целью создания и применения имитационной модели ВЭ блока АЭС является снижение издержек и повышение безопасности осуществления выбранного варианта ВЭ блока АЭС за счет системного управления требованиями к проекту ВЭ, многофакторного предварительного компьютерного имитационного моделирования и оптимизации осуществления как всего процесса ВЭ в целом, так и его отдельных наиболее сложных технологических операций, итеративной верификации проекта ВЭ на предмет удовлетворения заданным требованиям [9].
Здесь у госкорпорации Росатом существуют собственные решения, но они не связаны с основной системой напрямую и разрабатываются на находящиеся в эксплуатации объекты и объекты, подготовленные к выводу из эксплуатации. В частности, можно привести в качестве примера разработки компании Неолант для вывода из эксплуатации Курской и Игналинской АЭС. Ситуация с объектами ядерной энергетики достаточно сложная, так как в процессе эксплуатации в конструкциях накапливается радиация и разбирать такие конструкции без комплексного подхода оценки состояния строительного объекта невозможно. Нужен постоянный мониторинг и информационное моделирование с целью избежать причинения вреда здоровью персоналу при проведении таких работ.
Сложившаяся в ГК Росатом информационная модель проектирования существует как единое информационное пространство, состоящее из следующих компонентов:
1) информационные ресурсы;
2) средства информационного взаимодействия;
3) организационные структуры.
Используя современную терминологию – единое информационное пространство построено по модульному принципу, что отвечает современным требованиям. Модульные системы, предназначенные для реализации крупных проектов, могут адаптироваться для нужд конкретного предприятия с учетом специфики выполняемых работ и масштаба проекта. Унификация информации позволяет создать единую базу данных для хранения информации об объекте проектирования. В современных информационных технологиях наиболее перспективным является объектно-ориентированное представление информации. Использование компьютерной техники при проектировании и моделировании дает большую экономическую выгоду при относительно малых трудозатратах. Так одним из основных достоинств можно назвать универсальность моделей. Не нужно строить модель каждого строительного объекта физически, все моделирование перенесено в виртуальную среду. Есть достаточно большой математический аппарат для оценки эффективности моделей по различным объективным и субъективным параметрам. Также стоит отметить универсальность моделей, выполненных с помощью САПР. Одна модель может быть легко трансформирована в другую при относительно малых трудозатратах.
Современные универсальные интерфейсы интуитивно понятны для большинства пользователей и позволяют решать различные технические задачи строительной отрасли. Однако следует упомянуть о требованиях к квалификации инженерно-технического персонала, выполняющего расчеты с помощью систем автоматизированного проектирования. Так, довольно сложно отследить ошибки при очень больших объемах информации, используемых при проектировании технически сложных объектов. Еще одна сложность заключается в том, что алгоритм закрыт от конечного пользователя и отследить программные ошибки практически невозможно без проверки данных в сторонних программных комплексах или вручную.
Как отмечал А.А. Гусаков, важнейшие системотехнические проблемы сосредоточены на стыках взаимодействующих систем, что является первоочередной областью применения системотехники как науки об управлении связями и отношениями [10]. Без четкой формулировки ключевых понятий связей каждый участник процесса проектирования понимает свои обязанности в рамках задач информационной системы, ограничиваясь своей областью деятельности. Разработка единой системы моделирования всего жизненного цикла здания – дело крайне затратное и долговременное, так как требуется апробация предлагаемых решений на моделях различной сложности и проработанности.
Для удовлетворения требований, предъявляемых к обеспечению процесса проектирования, необходимо применение интегрированных систем автоматизации проектирования (САПР), отдельные подсистемы которых создаются, возможно, разными разработчиками. Такие системы называются «гетерогенными» [11].
К сожалению, следует отметить, что разрабатываемые в настоящее время нормативные документы (СП) не охватывают всю специфику процесса проектирования сложных строительных объектов. Необходимо расширить область применения разрабатываемых СП на проектирование зданий и сооружений повышенного уровня ответственности (объекты тепловой энергетики). Для создания предлагается использовать единую информационную систему, разработанную и успешно применяемую госкорпорацией Росатом. Кроме того, модули, из которых эта система состоит, безусловно должны быть использованы при формировании СП информационных моделей зданий и сооружений нормального уровня ответственности. Интегрировать в западные информационные системы жизненного цикла здания смежные отрасли проектирования крайне сложно. Очевидно, что для реализации комплексного подхода к проектированию и моделированию строительных объектов необходимо учитывать опыт больших корпоративных компаний, где применение единых стандартов является приоритетным вопросом.
Библиографическая ссылка
Алабин А.В. ПРОБЛЕМЫ ПРИМЕНЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ОБЪЕКТОВ ЭНЕРГЕТИКИ // Современные наукоемкие технологии. – 2017. – № 7. – С. 7-11;URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=36720 (дата обращения: 19.04.2024).