Технология информационного моделирования (ТИМ), или Building Information Modeling (BIM), – это «современный подход к возведению, оснащению, управлению жизненным циклом здания, при котором строительный объект проектируется как единый комплекс объектов инфраструктуры, технологических систем и собственно объекта строительства» [1]. По расчетам специалистов, применение данной технологии позволит экономить до 20 % средств на проектировании и строительстве [1].
Несколько лет назад технологии информационного моделирования казались далеким будущим, однако сейчас они становятся реальностью для большинства строительных организаций. Такая тенденция обусловлена в том числе Постановлением Правительства РФ от 05.03.2021 № 331 [2], которое декларирует обязательное применение цифровой информационной модели для объектов, финансирование которых выполняется с применением государственных средств.
Информационным основанием технологии является цифровая информационная модель (ЦИМ). Согласно [3], ЦИМ – это «совокупность взаимосвязанных инженерно-технических и инженерно-технологических данных об объекте капитального строительства, представленных в цифровом объектно-пространственном виде».
Очевидно, что цифровая информационная модель и основанные на ее базе процессы эффективны, если модель соответствует реальному объекту, не содержит ошибок и отвечает целям моделирования. В связи с этим и возникает проблема, которую можно сформулировать как проблему оценки качества цифровой информационной модели объекта строительства, так как, согласно [4], «Качество – степень соответствия совокупности присущих характеристик объекта требованиям».
Процесс контроля качества ЦИМ состоит из двух основных подпроцессов: верификации и валидации. В первом подпроцессе проверяется соответствие состава включенных в модель атрибутивных и геометрических данных набору требований, во втором подпроцессе – соответствие их содержания этому набору.
Целью проведенного исследования был анализ возможных подходов к автоматизации процесса контроля качества ЦИМ объекта строительства.
Процесс контроля качества состоит из последовательности проверок, которые бывают следующих основных типов:
− проверка пространственного положения и геометрических параметров;
− проверка данных;
− проверка на 3D-координацию.
Если одна из проверок в последовательности дает неудовлетворительный результат, то ЦИМ отправляется на доработку. В этом случае оставшиеся проверки выполняться не будут.
Последовательность проверок качества ЦИМ, предложенная в [5]:
− проверка рабочих наборов: все элементы модели должны находиться в правильных рабочих наборах;
− проверка привязки элементов: в модели не должно быть элементов, привязанных к неправильным уровням;
− проверка целостности системы: все элементы, входящие в систему, должны правильно соединяться друг с другом, образуя единую систему;
− проверка инженерных решений: проверяются сечения, правильность типа используемого оборудования, правильность соединения элементов между собой;
− пересечения (коллизии): пересечения в рамках систем, пересечение АР-КР, пересечения со смежными системами;
− информационная наполненность, проверка на наличие и заполненность параметров.
Многие проектные фирмы вводят дополнительные проверки ЦИМ, свои требования предъявляют и органы экспертиз.
Последовательность проверок трудозатратна, и для ее проведения нужен высококвалифицированный специалист, который будет ей занят достаточное количество времени. Кроме того, не следует исключать влияние человеческого фактора: высокая квалификация не гарантирует отсутствие ошибок. Очевидна необходимость автоматизации данного процесса.
Было выявлено два возможных подхода к решению данной проблемы: использование готовых программных решений, так называемых «коробочных» продуктов, а также создание собственных программ.
Подход на основе готовых программных решений
Существуют программные системы от разных производителей, которые могут автоматизировать процесс проведения проверок ЦИМ. Перечислим наиболее популярные из них.
Autodesk Navisworks. Данный комплекс программ состоит из трех подсистем: Navisworks Manage, Navisworks Freedom, Navisworks Simulate. Для выполнения контроля качества ЦИМ используется первая из перечисленных – Navisworks Manage. В составе функционала этой подсистемы – сборка проектов, и, если есть сводная модель, осуществляется ее проверка на пространственно-временные коллизии и координацию. Найденные коллизии позволяют обнаружить пересечение различных систем или конструкций. C помощью эффективной настройки параметров программы пользователь может выводить данные о количестве элементов и материалов для дальнейшего их анализа, используя при этом связь Navisworks Manage и Microsoft Excel [6]. Также в среду Autodesk Navisworks был введен модуль «BIMACAD Navisworks Coordinator» [7], предназначенный для фиксации проектных ошибок в ЦИМ, позволяющий накапливать статистику по проекту и создавать отчеты.
Solibri Model Checker (SMC). Продукт, который предоставляет готовые инструменты для проверки BIM моделей, контроля соответствия, координации процесса проектирования [8].
Пример правил проверки, доступных в SMC
Программа позволяет создавать и применять различные параметризованные правила [9]. На рисунке приведены примеры таких правил. Стоит отметить, что в программном обеспечении (ПО) Solibri имеется возможность создавать проверки не только с помощью имеющихся шаблонных правил, но и за счет создания собственных, используя при этом язык программирования Java [10].
Система Allcheck. Настраиваемая экспертная система контроля архитектурно-проектных решений, созданных в Allplan, использует возможности искусственного интеллекта. В основе ее работы лежат правила строительных проверок [11]. Выделяют несколько видов проверок, которые могут быть выполнены в программе:
− анализ координации геометрии объектов разного типа;
− анализ взаимосвязи разделов документации;
− анализ соответствия разделов сводам правил;
− анализ соответствия атрибутов (параметров) заданному регламенту.
В качестве преимуществ системы Allcheck можно выделить следующие:
− наличие детального анализа ошибок, подробное рассмотрение моделей и большее (по сравнению с аналогами) количество встроенных проверок;
− использование множества форматов файлов модели, в отличие, например, от Solibri Model Checker, который поддерживает только формат IFC.
Revit Model Checker. Данный продукт является надстройкой для среды Revit, включен в состав BIM Interoperability Tools. Для этой среды характерны: возможность создания собственных проверок, прямая интеграция с моделью. Имеются несколько готовых и протестированных наборов проверок, реализован вывод отчетов и возможность их запуска в Revit [12].
EXPRESS Data Manager. Данная система использует язык моделирования EXPRESS. Основным ее преимуществом является возможность конвертации данных из одного формата в другой [13]. Помимо этого поддерживается возможность архивирования данных и их совместное использование. Программа EDMmodelServerManager, являющаяся компонентом EXPRESS Data Manager и ориентированная на ТИМ, предлагает следующий функционал: создание сводной модели, проверка модели в соответствии с требованиями, проверка на коллизии.
РусБИМэксперт – российская экспертная система контроля качества ЦИМ [14]. Основаниями для создания проверок в данной системе являются строительные нормы и правила, принятые в РФ. Наличие нормативной базы, интегрированной в данную систему, отличает РусБИМэксперт от ранее перечисленных иностранных продуктов и дает существенное преимущество над ними. В ее библиотеке имеется множество готовых проверок: проверки геометрических взаимодействий (пересечения, касание, параллельность), контроль соответствия разделов (зонирование, выпуски, отверстия), проверки для каждого раздела документации (архитектура, пожарная безопасность, конструктив, расчеты, проверка параметров по регламенту).
Сравнительный анализ ПО контроля качества ЦИМ
|
Название |
Страна- разработчик |
Проверка на коллизии |
Собственные проверки |
Проверка на заполнение параметров |
Форматы отчетов |
|
Autodesk Navisworks |
США |
+ |
+ |
– |
NWD, DWF |
|
Solibri Model Checker |
Финляндия |
+ |
+ |
+ |
PDF, RTF, XLSX |
|
Allcheck |
Германия |
+ |
– |
+ |
CSV, BCF |
|
Revit Model Checker |
США |
– |
+ |
+ |
HTML, XLSX |
|
РусБИМэксперт |
Россия |
+ |
+ |
+ |
XML, BCF |
|
EXPRESS Data Manager |
Норвегия |
+ |
+ |
+ |
XLSX |
Сравнительный анализ ПО для автоматизации процесса контроля качества ЦИМ приведен в таблице.
Оценивая данный подход в целом, следует отметить, что он не требует привлечения дополнительных специалистов: изучить работу в этих системах можно, освоив программы дополнительного профессионального образования. Затраты в данном случае потребуются в основном на покупку лицензий, так как всё это ПО – коммерческое.
К недостаткам подхода следует отнести существование ограничений при создании проверок. Определенные правила и шаблоны существуют в системах, в этом есть определенное удобство, но и ограниченность. Пользовательские проверки создавать в некоторых системах можно, но их алгоритмы также имеют ограничения. Есть типы систем, такие как AllCheck, в которых нет возможности создания пользовательских проверок. Стоит обратить внимание и на тот факт, что большая часть программ разработаны за рубежом, а значит, не учитывают потребности российского пользователя. Российское ПО есть, но его функционал ограничен. Следует иметь в виду и то, что иностранные фирмы – производители ПО, такие как Autodesk, заявили о своем уходе с российского рынка.
Подходы на основе программирования
Еще одним вариантом автоматизации контроля качества ЦИМ является написание программных модулей на различных языках программирования. Данный подход обладает большей гибкостью, позволяя создавать любые проверки.
Этот подход можно условно разделить на два:
− создание программного кода на одном из алгоритмических языков;
− использование среды визуального программирования, такой как среда Dynamo, в которой имеются узлы (ноды), реализующие некоторые стандартные функции; из этих узлов, как из некоторого конструктора, собираются скрипты, реализующие проверки.
Revit, являясь основной средой создания ЦИМ, предоставляет API (Application Programming Interface, т.е. набор функций, которые можно использовать в языке программирования для работы с созданной моделью). Используя такие языки программирования, как Python, Java, можно создавать программные модули (скрипты или плагины), которые используют этот API и реализуют различные проверки.
Такой подход является наиболее эффективным, как с точки зрения скорости выполнения, мощности множества проверок, которые можно реализовать, так и с точки зрения нагрузки на Revit. Однако данный способ предполагает, что специалист, работающий с моделью, владеет одним из языков программирования, что встречается достаточно редко.
Dynamo – это среда визуального программирования, некоторая «золотая середина» между готовыми системами и созданием своих программ. В среде имеются готовые компоненты – ноды (узлы), которые реализуют некоторые стандартные функции по извлечению данных из модели и их обработке. Код проверки создается путем соединения этих узлов (нодов). Следует отметить, что можно создавать собственные ноды, используя язык программирования Python, что расширяет возможности системы. Код, созданный в Dynamo, будет менее эффективным, чем при использовании алгоритмического языка, но в среде также можно реализовать практически любую проверку. В Dynamo имеется возможность экспорта и импорта данных в Excel [15], что можно отнести к ее достоинствам. Среда является свободным ПО.
Заключение
Основываясь на результатах сравнительного анализа программных сред, можно сделать вывод, что таких сред создано достаточное количество, большинство из них являются отдельным ПО, которое требует своей установки отдельно от Revit. Такое ПО требует наличия у пользователя навыков по работе с ним, но не требует привлечения профессионалов другой специализации.
Следует отметить, что большая часть таких систем не российского производства, и, хотя нельзя отрицать наличия международных требований к строительным объектам, каждая страна имеет свои национальные особенности и национальные стандарты в строительной отрасли. Имеется российское ПО данного класса, но, так как оно стало развиваться значительно позже, то по функционалу и удобству использования оно еще уступает зарубежным.
Стоит отметить, что собственные проверки можно создавать в большинстве сред, но есть определенные ограничения на их содержание.
Для коммерческого ПО требуется покупка лицензии, что влечет для компании дополнительные финансовые затраты, а в современных условиях ухода с рынка многих иностранных компаний приобретение такой лицензии вообще находится под вопросом. Сложившееся положение остро ставит вопрос импортозамещения, но это же дает шанс для развития российским фирмам-производителям ПО.
Если говорить о выполнении процесса контроля качества с использованием своих программ, то после анализа можно сделать вывод о том, что преимуществом этого подхода является эффективность созданных приложений, возможность создания уникальных проверок, простота использования готового продукта на практике: пользователю достаточно нажать кнопку «запуск» для выполнения той или иной проверки.
Все проверки можно разрабатывать в соответствии с отечественными нормами и правилами. Однако следует иметь в виду, что придется привлекать профессионалов в области программирования и усиливать составляющую программирования в образовательных программах будущих специалистов в области ТИМ, что потребует дополнительных затрат.