Бум BIM: как изменилось строительство

Когда мы говорим о строительстве, в голове вспыхивают стереотипы, что это безумные горы денег, в городах бесконечно не докладывают перекладывают плитку, гости из южных стран орудуют мастерком и кирпичами, где-то в офисах сидят архивариусы с кульманами и ватманами, а во главе всего этого, в лучшем случае, сидит эпик-босс с автокадом.

Но на самом деле цифровизация добралась и сюда. В этом лонгриде я расскажу, как сквозь века менялась сфера строительства, а потом познакомлю вас с мистером BIM, который сыграл не последнюю роль в этом деле. Так что откидывайте спинку кресла, сдвигайте рабочие дедлайны и заваривайте чего-нибудь покрепче — будет интересно.

Содержание

Что такое BIM

История до и после BIM

• Жилища – первые постройки человечества

• Хроники проектирования

  • Чертежи

  • Появление компьютеров и CAD

  • Бум BIM

• Специалисты, работающие с BIM

• Все дороги ведут к BIM

Что даёт BIM бизнесу

• Плюсы

• Минусы

• Уровни зрелости BIM-культуры в бизнесе

Примеры софта для BIM

• Autodesk

• Digital Project

• Graphisoft

• Bentley Systems

• Nemetschek

• Tekla Structures

Выводы

Что такое BIM

Аббревиатура BIM расшифровывается как Building Information Modeling. Эта технология даёт возможность не просто проектировать интеллектуальные 3D-модели, а позволяет создавать полный виртуальный аналог сооружения и работать всем участниками проекта, где бы они не находились, в одном информационном пространстве.

Термин BIM в буквальном переводе означает “информационное моделирование зданий”, но сюда входят и любые другие объекты инфраструктуры.

Например:

• Аэропорт;

• Стадион;

• Автостоянка;

• Жилое помещение;

• Инженерная сеть (электрическая, канализационная, газовая и т.д.);

• Железная дорога;

• Тоннель;

• Мост;

• Башня Саурона.

BIM значительно увеличивает эффективность на всех этапах жизни проекта: планирование, проектирование, строительство, эксплуатация и обслуживание. Всё это позволяет заглядывать в будущие свойства и характеристики реального объекта, чтобы эффективно управлять им.

История: до и после BIM

Жилища – первые постройки человечества

Люди во всех сферах жизни перманентно совершенствовали своё окружение. Первые жилища первобытного человека были скорее природными, чем созданными человеком: пещеры, гроты и т.д.

Вероятно, всё началось с пещерных людей. Холодные каменные гроты в скалах были далеки от идеала, а потому нужно было обустраивать жильё: мощение камнем, спальные места из шкур диких животных, ограды из камней и костей и т.д. Назвать это строительством палец на клавиатуре не повернётся, но предпосылкой – пожалуй.

Изменение климата, освоение северных территорий и дикие животные вынуждали древнего человека думать об улучшении условий жилья. Появление первых построек, отдалённо напоминающих современные дома, связывают с эпохой неолита. Тогда у людей появились каменные шлифовальные и просверленные орудия труда, а также сместился акцент с собирательства и охоты на земледелие и скотоводство. В разных народах старт строительства начался в разное время. Например, неолитические жилища Древнего Египта относят к X тысячелетию до н.э., а в Греции найдены сооружения, созданные примерно 6000 лет до н.э.

С развитием земледелия люди стали вести оседлый образ жизни, а потому изменили подход к строительству жилищ. Строили в ту эпоху из того, что было рядом и под рукой. Есть лес? Значит вырубали деревья и строили дома. Нет леса, а климат сухой? Тогда дома строили из кирпича, глины и саманных материалов (википедия — кирпич-сырец из глинистого грунта с добавлением соломы или других волокнистых растительных материалов, этакий прото-железобетон). Вместе с оседлым образом жизни начали появляться и комнаты: кухни, спальни т.д.

Приблизительно на стыке каменного и бронзового веков у многих народов распространяются свайные дома и склады. Мелким вредителям было сложнее добраться до склада на сваях в воде, а жилища становились защищеннее от наводнений.

Сельское хозяйство способствовало появлению деревень и сёл, а ремесленный образ жизни и купечество начали эпоху городов, которые вырастали на торговых путях. При этом из-за постоянных войн, конфликтов и грабежей появилась необходимость в защищённых поселениях, замках, крепостях и кремлях. Приход захватчиков и грабителей нёс с собой только беды: убийства, поджоги, голод и т.п. Поэтому при приближении врага жители ближайших поселений прятались за укрпелёнными городскими стенами, забирая из незащищенных домов самое ценное.

Важным этапом в истории жилищ стало отделение дома от работы. Вплоть до средневековья большинство людей работало либо внутри дома, либо на его территории. Однако с ростом городов и промышленности труд всё больше отдалялся от дома. Так, жилые помещения превратились в небольшие постройки без больших прилегающих территорий, где комфортно могло проживать совсем немного людей – 4 или 5.

Великая индустриальная революция подарила людям доставку суши и подписки машинный труд, заводы, фабрики, рабочие места и нехватку жилищного фонда. Чтобы хоть как-то справиться с резко возросшим спросом на жильё, вызванным урбанизацией, стали повально возводить кирпичные дешёвые однотипные дома.

С развитием автомобильной промышленности у людей появляется возможность быстро перемещаться. Это дало толчок к развитию пригородов, что видно по застройке в США и Западной Европы.

При этом уровень жизни и медицины, а также население планеты и процент городских жителей рос невообразимыми темпами. В таблице ниже приведены цифры.

Как видно из таблицы, для каждого нового миллиарда с 1960 года (эпоха бэби бума) требовалось чуть больше десятилетия. Чтобы успевать строить жильё, отрасль сменила вектор на типовое проектирование, а индивидуальное строительство свелось к минимуму.

В СССР первую каркасную панельку построили в 1947 году, а дальше началась эпоха крупнопанельной застройки.

Такой подход по созданию безликих кварталов (хотя со своим шармом и уютом, безусловно) привёл к отсутствию какой-либо эстетики, выразительности и индивидуальности в архитектурно-строительном проектировании. И вроде принято ассоциировать панельки с СССР и постсоветским пространством, НО! Когда мы говорим об относительно доступном жилье, то к типовой застройке пришли многие страны.

До появления компьютеров и профессионального софта большую часть работы делали руками: от проектирования, до строительства по чертежам и макетам. Если требовались изменения в проекте, то приходилось изменять или переделывать чертежи, что отнимало кучу времени, сил и денег. Поэтому в те времена очень ценилась профессия макетировщика.

Хроники проектирования: чертежи, CAD и BIM

Чертежи

Классические чертежи были необходимым условием для постройки объекта, но с развитием технологий возрастала сложность проектируемых сооружений.

Например, вся Эйфелева башня была построена вручную по чертежам за 2 года, 2 месяца и 5 дней. Такой впечатляющей скорости (для тех времён вообще фантастика) способствовала сборная конструкция, а также точнейшие чертежи 12’000 деталей, которые в будущем скрепили 2’500’000 заклёпок.

Проекты повышенной сложности точности и сложности выполнять в BIM-программах намного быстрее, дешевле и проще. Технологии прошлого, разумеется, не позволяли создать нечто подобное. Но спрос на автоматизацию и систематизацию в строительстве уже появился.

Шаг в будущее: появление компьютеров и CAD

Первым шагом к появлению BIM стало создание компьютера общего назначения в 1943-1946 годах. Над его разработкой трудились специалисты из Электротехнической школы Мура по заказу Лаборатории баллистических исследований Армии США.

Результат работы назвали ENIAC, сокр. от Electronic Numerical Integrator and Computer.

Уже в начале 1960-х на рынке появились первые коммерчески доступные системы автоматизированного проектирования (САПР или CAD). Они использовались такими гигантами, как Lockheed, General Motors и IBM, в аэрокосмических, инженерных и информационных отраслях.

Одна из первых графических систем автоматизированного проектирования “DAC-1” (дизайн, дополненный компьютером) появилась в 1963 году. Над ней трудились IBM и General Motors. Технологию использовали почти десять лет, пока ей на смену не пришли более совершенные программы.

В 1971-м доктор Патрик Хэнретти (его называют отцом CAD) – основал компанию Manufacturing and Consulting Services (MCS), которая создала системы Automated Drafting And Machining (ADAM). MCS предоставляла ПО для таких крупных компаний, как McDonnell Douglas и ComputerVision. Многие идеи, заложенные в ADAM, составляют основу почти 70% современного профильного ПО.

В 1980-е годы твердотельное моделирование стало главным достижением CAD-систем. Не смотря на то, что 3D CAD уже был представлен, широкого распространения он не получил. Сильным игроком на рынке того времени была популярная 2D “AutoCAD”.

В 1990-х годах начался постепенный прогресс в 3D CAD вместе с первой версией Solidworks в 1995 году. В 2D CAD создание чертежей занимало почти столько же времени, как их создание вручную. Ключевая разница заключалась в том, что вносить изменения было быстрее и проще. 3D CAD же был принципиально новым способом взглянуть на работу, но требовалось намного больше времени, чтобы внедрить и адаптироваться к нему. Точь-в-точь как с BIM.

CAD-системы были первым шагом на пути к BIM. На первый взгляд у них много общего, однако в BIM все данные, заложенные в объект, взаимосвязаны между собой и доступны разным группам специалистов, чтобы вести комплексную работу над проектом. А CAD-системы – это скорее софт для персонального пользования отдельным специалистом. Такое ПО стало логичной эволюцией традиционного черчения, которое изменило подготовку чертежей и саму суть проектирования.

Например:

• Упростилась коллективная работа над проектом;

• Появилась возможность одновременного доступа к проекту для разных исполнителей;

• Управление всем проектом стало легко вести из одного центра одним руководством;

• Доступ к данным из любой точки планеты по запросу – никаких почтовых пересылок, дорогостоящих командировок;

• Работа над проектом могла вестись круглосуточно специалистами из разных стран, что значительно сокращало сроки проектирования.

И именно на начальных стадиях проектирования (при создании эскизов и технико-экономических обоснований) стало очевидно, что тщательная и глубокая проработка проекта выгодна и застройщикам, и заказчикам. Первым – точная оценка эффективности проекта, а вторым – лучшая оценка затрат.

Вышеописанный плацдарм из технологий, наработок и новых подходов к решению старых задач позволил IT-разработчикам создать новое поколение софта – BIM.

Бум BIM

CAD-системы незадолго до появления BIM почти достигли пределов в 3D-моделировании зданий. На пике развития они двинулись в сторону визуальных и анимационных улучшений, автоматизации рутинных и черновых работ, упрощения создания документации и т.д. Даже появились библиотеки, чтобы использовать типовые наработки из предыдущих проектов. Но всё это по-прежнему не переосмысляло, а лишь модифицировало подход к проектированию. Индустрия изголодалась и ей требовался глоток свежего воздуха.

Тогда и пришло понимание, что нужна не просто 3D-визуализация здания, а полный его аналог в виртуальном пространстве. При этом внутри должна быть “зашита” исчерпывающая информация, необходимая на всех этапах проектирования и существования здания. Туда относится и внутреннее устройство здания, и коммуникации, и используемые материалы с учетом их свойств, и даже наполнение оборудованием, мебелью и т.д. Практически The Sims на максималках. Киллер-фичей такой модели выступает скоординированность и восприятие движения любой внутренней “шестерёнки”, чтобы все остальные релевантно изменились с учётом зависимостей.

И BIM создавалось именно с учётом этих идей, а также потребностей проектировщиков. Талапов В.В. в своей книге “Основы BIM: введение в информационное моделирование зданий” выделил следующие особенности:

Информационная модель здания – это:

• Хорошо скоординированная, согласованная и взаимосвязанная;

• Поддающаяся расчетам и анализу;

• Имеющая геометрическую привязку;

• Пригодная к компьютерному использованию;

• Допускающая необходимые обновления;

• Числовая информация о проектируемом или уже существующем объекте.

Эта информация в первую очередь предназначена и может использоваться для:

• Принятия конкретных проектных решений;

• Создания высококачественной проектной документации;

• Предсказания эксплуатационных качеств объекта;

• Составления смет и строительных планов;

• Заказа и изготовления материалов и оборудования;

• Управления возведением здания;

• Управления эксплуатацией самого здания и средств его технического оснащения в течение всего жизненного цикла объекта;

• Управления зданием как объектом экономической (коммерческой) деятельности;

• Проектирования и управления реконструкцией или ремонтом здания;

• Сноса и утилизации здания;

• Иных связанных со зданием целей;

Относительно всей истории архитектурно-строительной практики, BIM, грубо говоря, выбил дверь с ноги. И главными двигателями инноваций стали по большей мере архитекторы. Они оценили преимущества новой технологии по достоинству и начали применять её в работе, а дальше всё пошло по эффекту домино – другие участники также начали применять информационное моделирование в своей работе.

Так как архитекторы были первопроходцами в освоении новой технологии, почти весь софт для BIM начинался с архитектурных версий и только потом дополнялся необходимым для других специалистов (конструкции, электрика, воздуховоды и другое). На западе заведено, что архитекторы не только начинают проект, но и координируют все этапы его выполнения, устанавливают требования, выбирают подходы к проектированию.

Отсюда возникает вопрос: кто вообще использует BIM в своей работе?

Специалисты, работающие с BIM

Архитекторы действительно очень важные фигуры в информационном моделировании зданий, но всё же собственник всегда имеет больший вес. В целом, список пользователей (групп специалистов) BIM будет выглядеть примерно так:

• Собственники объекта;

• Архитекторы;

• Конструкторы;

• Эксплуатанты;

• Девелоперы;

• Проектировщики инженерных систем;

• Инженерное благоустройство систем;

• Службы ГО и ЧС;

• Ремонтники;

• Производители строительных изделий и конструкций;

• Производители материалов и оборудования;

• Строители;

• Субподрядчики.

При этом сейчас в компаниях собирается специальная BIM-команда, которая имеет доступ ко всем уровням проекта, чтобы выдавать необходимую информацию всем участникам. Также BIM-команда отвечает и за поддержание технологии проектирования.

• BIM-менеджер;

• BIM-координатор;

• BIM-автор;

• BIM Support;

• BIM Master.

Что говорит специалист, работающий с BIM-системами?

Цын Гэ (Qing Ge), Shanghai Tower Development

«Экономия, которая возникла исключительно из-за возможности устранения ошибок на этапе проектирования Шанхайской башни, составила не менее 100 млн. юаней ($16 млн.). Благодаря BIM мы повысили эффективность размещения конструкций, было просчитано размещение высотных кранов, которые играют ключевую роль при создании башни, сделали анализ их взаимного расположения, взаимодействия. В рамках BIM-модели были созданы инженерные системы и конструкции для всех этажей здания. Когда на этапе проектирования была рассмотрена планировка стандартного этажа, мы обнаружили и впоследствии ликвидировали 200-300 строительных конфликтов».

Все дороги ведут к BIM

В России с сентября 2020-ого года на законодательном уровне утверждаются правила формирования и ведения информационной модели, а также состав включаемых в нее сведений. С 1 января 2022 года применение BIM-технологий при госзаказах на строительство станет обязательным.

Что говорит об этом специалист, работающий в России?

Николай Герасимов

AECOM Россия, г. Москва

«Все проекты AECOM, в том числе и в России, делаются на базе трехмерного проектирования, с применением BIM-технологий, технологий энергетического моделирования. Не стоит думать, что заказчик не знает о преимуществах этих технологий. У многих наших российских клиентов уже прописаны требования по энергоэффективности, экологичности, по уровню проработки проекта». Тенденции прослеживаются чётко – мы постепенно движемся в мир, где любое проектирование объектов станет информационным. Правда заключается в том, что для внедрения BIM потребуются вложения: мощные компьютеры и серверы, специальный софт (Revit, Tekla, Allplan, Navisworks, Archicad), обучение квалифицированных специалистов. Также переход на BIM займёт, по опыту руководителей, от полугода до двух лет. Помимо этого возникает сложность с адаптацией под наши ГОСТы.

BIM, бизнес и решение проблем

Разумеется, любой бизнес вводит инновации по одной простой причине – решение существующих проблем. BIM-cистема – это B2B продукт, а потому ориентирован на оптимизацию бизнес-процессов.

Ответственные (чаще всего крупные) компании рассчитывают специальный коэффициент ROI (Return On Investment). Если коэффициент положительный, то и бизнес будет эффективным и прибыльным. В этом ключе важно понимать, что возврат инвестиций от внедрения BIM не будет мгновенным и лавинообразным, а скорее начнёт плавно нарастать. Консалтинговая компания McGraw Hill Construction утверждает, что 90% компаний добиваются положительной отдачи от внедрения BIM, 50% компаний заявляют о ROI более 25%.

Также McGraw Hill Construction провела опрос среди компаний строительной отрасли и узнала, какие преимущества они получили с внедрением BIM. Так, 41% опрошенных компаний отметили сокращение количества ошибок после внедрения технологии. 35% и 32% обратили внимание на улучшение коммуникации между руководителями и проектировщиками и улучшение имиджа предприятия.

Решение проблем с помощью BIM: плюсы и недостатки.

Плюсы:

• Автоматизация рутинных процессов: делопроизводство, закупки, сметы, перерасчёт материала и т.д.;

• Изменения отслеживаются автоматически и учитываются во всех связанных разделах проекта;

• Координация работы всех специалистов в одной среде: это позволяет минимизировать коллизии в BIM-модели;

• Уменьшение правок на последних стадиях проектирования;

• Увеличение качества проектных решений благодаря детальной визуализации с техническими характеристиками;

• Улучшение точности прогнозов;

• Улучшение контроля расходов;

• Сокращение сроков разработки проекта: обсуждения, согласования, принятие решений и правки происходят быстрее.

Минусы:

• Нужны финансовые вложения;

• Требуется создание и обслуживание IT-инфраструктуры;

• Придётся переучивать специалистов или искать новых;

• Внедрение занимает время;

• Сложности с адаптацией под наши ГОСТы;

Уровни зрелости BIM-культуры

Чтобы получить полную отдачу, нужно задействовать все возможности BIM-технологий – внедрить их в большую часть рабочих процессов организации. Нераскрытый потенциал очень часто становится бутылочным горлышком, не позволяющим компаниям достигать качественно-новых результатов. Всего можно выделить три основных уровня зрелости BIM-культуры в компании.

1 lvl – Crook. От CAD к BIM

Это этап создания фундамента для внедрения BIM.

• Создаются основы управления проектами.

• Формируются BIM-стандарты.

• Внедряются процедуры взаимодействия с упором на обмен данными и их совместимость.

• Проводится базовый анализ на основе модели: визуализация, поиск коллизий, 2D и 3D-расчеты.

35 lvl – Villain. Продвинутый BIM

BIM затрагивает всё больше сфер компании, что улучшает качество взаимодействия, интеграции данных и инженерных расчётов.

• Стандарты моделирования распространяются на новые типы проектов.

• Внедряется прогрессивная технология управления инженерными данными, интегрированная в коллективный производственный процесс.

• Больше внимания уделяется совместному использованию информации и метаданным.

• Проводятся новые виды расчетов и анализа, например расчет смет и планирование (4D и 5D).

100 lvl – Boss. Интегрированный BIM

В компании появляется собственная среда для всех групп специалистов, позволяющая эффективнее вести проекты, проводить инженерные расчёты и управлять объектами.

• Высокий уровень управления с упором на качество и удобство эксплуатации.

• Модели и BIM-стандарты стабильны и могут применяться повсеместно с высокой эффективностью и выгодой.

• Совместная работа выходит на более высокий уровень; на основе модели предлагаются расширенные сервисы, повышается ее доступность.

• Открываются возможности более широкого анализа экологичности проекта, его жизненного цикла, организации строительных работ.

Примеры софта для BIM

Программного обеспечения для BIM разного уровня и назначения достаточно много. Уже существуют облачные продукты, которые совмещают в себе сразу несколько модулей платформы, например BIM 360 или BIMcloud.

Но важно понимать, что информационное моделирование зданий не происходит сугубо в одной программе на одном компьютере или в облаке. Обычно в крупных компаниях и проектах это большой комплекс железа и софта. Всё это многообразие в рамках одной статьи рассмотреть не получится, поэтому акцентируем внимание только на некоторых популярных комплексах программ:

1. Комплекс BIM-программ, которые выделяет компания Autodesk. На этом ПО, например, построили 130-этажную Шанхайскую башню.

Комплекс включает в себя:

• AEC Collection;

• Revit;

• BIM 360;

• BIM 360 Design;

• Civil 3D;

• InfraWorks;

• PlanGrid;

• Assemble;

• Building Connected;

• AutoCAD Plant 3D;

• AutoCAD.

2. Программа Digital Project компании GT. На этом ПО, например, построили Музей Гуггенхайма в Бильбао.

Комплекс включает в себя:

• Designer;

• Viewer;

• Primavera Integration;

• MEP/Systems Routing;

• Image and Shape;

• Photo Studio.

Интересный факт.

Заха Хадид получила за работу в Digital Project на базе Catia V5 Притцкеровскую премию (не путать с Пулитцеровской), которую присуждают за достижения в области архитектуры. Она спроектировала потрясающую библиотеку и центр знаний Венского экономического университета.

3. Софт от компании Graphisoft. На этом ПО, например, построили 92-этажный небоскрёб Эврика в Мельбурне.

Комплекс включает в себя:

• Archicad;

• BIMcloud;

• BIMx.

4. Комплекс программ фирмы Bentley Systems. Компания даже ввела понятие BrIM (Bridge Information Modeling – информационное моделирование мостов). На этом ПО, например, построили пешеходный спиралевидный мост Хеликс в Сингапуре.

Комплекс включает в себя:

• OpenBuildings Designer;

• LEGION Model Builder;

• LEGION Simulator;

• MicroStation;

• ProjectWise Design Integration;

• Bentley Pointools;

• Descartes;

• LumenRT;

• OpenCities Map;

• SITEOPS;

• STAAD.Pro;

• Bentley Raceway and Cable Management;

• ProjectWise Deliverables Management;

• ProjectWise Project Performance Dashboards.

5. Программы компании Nemetschek. На её ПО построили музыкальный театр в городе Грац, Австрия.

Комплекс включает в себя:

• Allplan Engineering;

• Allplan Architecture;

• Allplan Bimplus.

6. Комплекс проектирования строительных конструкций Tekla Structures. На этом ПО произвели реставрирование стальных конструкций статуи “Рабочий и колхозница”.

   

Комплекс включает в себя:

• Steel Detailing;

• Reinforced Concrete Detailing;

• Drafter;

• Engineering;

• BIMsight.

Каждая из компаний-разработчиков и их софт имеет богатую историю, а фотографии реализованных проектов – это лишь частные случаи из огромного многообразия реальных объектов. Эффективность и состоятельность BIM-софта не нужно доказывать – лучше всего с этой задачей справляются иллюстрации выше.

Это, разумеется, не значит, что софт идеален и не требует исправлений и модификаций. Совсем наоборот – он постоянно развивается и дорабатывается с учётом замечаний специалистов, работающих на нём. Помимо упомянутых программ существует множество других, а также появляются новые потребности в строительстве и проектировании, что отражается в непрерывном развитии BIM-технологий.

Выводы

В будущем любое проектирование и эксплуатирование объектов станет информационным – это уже закрепляется на уровне законодательства, а также становится стандартным требованием современных заказчиков.

Выгода от использования BIM-систем окупает не только вложенные инвестиции с точки зрения денег, но и в других плоскостях. Совершенно очевидно, что молодой перспективный архитектор со свежей головой и ясным умом будет изучать BIM. А какую компанию после обучения он выберет? С BIM или с CAD-системой? Подобные показатели сложно измерить в конкретных цифрах, но тенденция есть и с этим нужно считаться.

BIM-технологии, как мост между континентами, соединили и переосмыслили две эпохи проектирования: классическую и информационную, став логичным и одновременно необходимым шагом в будущее.

И помните, лучший способ стать просветлённым — это указать на ошибки автора и вступить в спор с случайным комментатором на Хабре 🙂