ИНФОРМАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В РОССИИ

INFORMATION MODELING AND PROSPECTS FOR ITS USE IN RUSSIA

Vladimir Vysokosov

student master, Faculty of Engineering Systems and Structures Voronezh State Technical University

Russia, Voronezh

Antipov Sergey Aleksandrovich

student master, Faculty of Engineering Systems and Structures Voronezh State Technical University

Russia, Voronezh

Maksimenko Artur Mikhaylovich

student master, Faculty of Engineering Systems and Structures Voronezh State Technical University

Russia, Voronezh

АННОТАЦИЯ

Строительство является важной сферой экономики государства. Для снижения издержек, рисков, повышения продуктивности управления для бизнеса и государства необходимо внедрение общей концепции управления данными о объектах капитального строительства в течении всего жизненного цикла объекта с использованием информационных моделей. В статье рассмотрена степень внедрения BIM-технологий и направления, в которых используют BIM-модели. Изучены инструменты энергомоделирования зданий и вычислительной гидродинамики. Энергомодели позволяют повысить энергоэффективность зданий. CFD-моделирование эффективно применяется для решения прикладных задач вентиляции и кондиционирования помещений, позволяет подобрать оптимальные инженерные решения. Выявлены основные проблемы на пути повсеместного внедрения BIM-технологий в сфере строительства.

ABSTRACT

Construction is an important area of the state's economy. In order to reduce costs, risks, and increase management productivity for business and the state, it is necessary to implement a General concept for managing data on capital construction projects throughout the entire life cycle of the object using information models. The article considers the degree of implementation of BIM technologies and the areas in which BIM models are used. Tools for energy modeling of buildings and computational hydrodynamics were studied. Energy models can improve the energy efficiency of buildings. CFD-modeling is effectively used for solving applied problems of ventilation and air conditioning of premises, allows you to choose the optimal engineering solutions. The main problems on the way to widespread implementation of BIM technologies in the construction sector are identified.

Ключевые слова: информационные моделирование, BIM-моделирование, энергомоделирования, CFD-моделирование, жизненный цикл объекта.

Keywords: information modeling, BIM modeling, energy modeling, CFD modeling, object lifecycle.

Область строительства является одной из базовых сфер государственной экономики. Для формирования комфортной городской среды необходимо создание доступного жилищного фонда, инфраструктуры города. В отрасли существует ряд проблем, значительно увеличивающих степень издержек и рисков для бизнеса и государства, снижающих продуктивность государственного управления и конкурентоспособность компаний.

Отсутствие связи стадий и процессов в течении жизненного цикла объекта капитального строительства, делает неосуществимым учет апробированных эксплуатационных решений и реальных эксплуатационных расходов при подборе технических решений, материалов, инженерного и технологического оборудования на стадии создания объекта капитального строительства.

Внедрение общей концепции управления данными о объектах капитального строительства в течении всего жизненного цикла объекта капитального строительства с использованием информационных моделей гарантирует переход на другую ступень управления строительной отраслью. Государство поддерживает использование информационных моделей в строительстве, на данный момент принято много законодательных актов и постепенно вводятся требования использовать BIM-модели в государственных закупках.

По статистическим данным, собранным консалтинговой компанией «Конкуратор» в сотрудничестве с НИУ МГСУ, уровень использования BIM в России за 2017-2019 годы не изменился. Исследование велось с помощью телефонного опроса, в котором принимали участие 541 предприятие. На 2019 год уровень использования BIM технологий был на уровне 22%. Часть опрошенных рассказывали о том, что находятся на стадии внедрения, таких было 2%. Среди компаний, не использующих BIM, 8% опрошенных анализируют возможность внедрения в качестве направления развития в обозримом будущем.

Применение информационных моделей сооружений упрощает работу на всех стадиях проектирования строительного объекта и обладает рядом положительных сторон. При проектировании с использованием информационных моделей, в отличии от традиционной системы проектирования, получаем визуальную модель с возможностью его разделения на стадии строительства. BIM значительно упрощает процесс проектирования, строительства и эксплуатации сооружений. Готовая информационная модель проектируемого объекта применяется для формирования проектной и рабочей документации, заказа и производства строительных конструкций и материалов, заказа и монтажа технического и инженерного оборудования, экономического расчета, организации строительного процесса и организации процесса эксплуатации объекта.

С помощью современного программного обеспечения на основе BIM-модели сооружения можно проводить огромное количество разнообразных расчетов. От привычных расчетов систем вентиляции, кондиционирования и отопления до сложных математических моделей.

Одним из таких примеров является энергетическое моделирование зданий (BEM — Building Energy Modeling). Энергомоделирования зданий это процесс моделирования годового цикла здания с учетом потребления им энергоресурсов. При этом учитывается архитектура здания, месторасположение, ориентация, затенение окружающей застройки и характеристики ограждающих конструкций. Энергетическая модель позволяет оценить энергопотребления с учетом всех связей между элементами зданий и потребителями энергии в актуальных условиях эксплуатации. Максимально корректно определить будущую нагрузки на систему отопления. Проанализировать параметры воздушной среды в помещениях в течение всего года функционирования систем, заложенных в проектном решении. Спрогнозировать годовую стоимость эксплуатации здания.

Энергоэффективность здания — является важным показателем, влияющим на стоимость его эксплуатации. Энергомоделирование зданий помогает решить широкий ряд задач, оптимизировать энергопотребление и добиться повышения энергосбережения здания, сократить необоснованные эксплуатационные затраты.

Еще одним полезным инструментом является вычислительная гидродинамика (CFD-computational fluid dynamics) — подраздел механики сплошных сред, включающий совокупность физических, математических и численных методов, предназначенных для вычисления характеристик потоковых процессов.

На сегодняшний день CFD-моделирование является наиболее точным и доступным методом исследований во многих сферах науки и техники. Этот метод эффективно применяется для решения прикладных задач вентиляции и кондиционирования помещений, а в некоторых ситуациях без выполнения моделирования помещений просто не обойтись. Следует выделить значимость CFD-моделирования в определение параметров требуемого микроклимата в различных спортивных сооружениях (стадионы, ледовые арены, залы кинотеатров, торговые галереи, помещения для конференций). Стандартные расчётные методики не дают полного представления о картине течений внутри исследуемого помещения, что делает их непригодными для анализа возможных имеющихся проблем вентиляции помещений.

В статье на основе модели кабинета с человеком смоделирован воздушный поток в теплый период года. Для проведения расчетов проводится предварительная подготовка BIM-модели, задаются материалы ограждающих конструкций и всех объектов, находящихся внутри, в данном случаи стены и пол изготовлены из бетона. В кабинете присутствует деревянные стол и стул с сидящем человеком. Следующим этапом подготовки является введение граничных условий расчета. Снаружи на кабинет действуют высокие температуры t_окр=30 °C. Для создание комфортных условий микроклимата в помещение подаются охлажденный воздушный поток с заданной температурой t_в=18 °C и объемным расходом L=5 м³/мин. Создаем сетку для моделирования с помощью метода конечных элементов и производим расчет с заданным количеством итераций. После многоповторного математического моделирования потока получаем данные, по которым можно построить поверхности для изучения распространения потока в пространстве помещения.

Рисунок 1. Поле скоростей в различных точках помещения

С помощью плоскостей мы можем рассмотреть скорость и температуру потока в любой точке помещения и узнать их численное значения. Зная скорость движения воздуха и его температуру в рабочей зоне, мы можем подобрать оптимальные параметры подаваемого воздуха для создания оптимальных условий микроклимата помещения.

Рисунок 2. Поле температур в различных точках помещения

Можно представить данные в виде изоповерхности — это инструмент трехмерной визуализации, который показывает значение, а также физическую форму характеристик потока. Они полезны для визуализации распределения скорости в сложных путях потока, а также распределения температуры при тепловом моделировании. Также можно использовать изоповерхности для определения местоположения максимальных и минимальных значений.

Рисунок 3. Изоповерхности потока со скоростью 0,2 м/с

Используя изоповерхность, мы можем визуализировать поток с необходимыми нам параметрами и изучить его. На основании этих данных можно сделать выводы о пригодности подобранного оборудования, его расположения и параметрах подаваемого воздуха. Еще на стадии проектировании мы можем рассмотреть различные технические решения и подобрать наиболее выгодное.

Рисунок 4. Изоповерхности потока с температурой 23 °C

Основной проблемой на пути развития BIM-технологий в России является высокие начальные затраты на внедрении технологии, в них входит стоимость программного обеспечения и затраты на обучение персонала. На начальном этапе внедрения снижается производительность труда, что тоже является важным фактором. Внедрение повсеместного использования информационных моделей в строительстве позволяет аккумулировать опыт и в дальнейшем использовать наиболее удачные технические решение в новых объектах строительства. Использование BIM-технологий позволяет оптимизировать процессы, избежать коллизий, снизить капитальные затраты на строительство.

Список литературы:

1. Талапов Владимир. Технология BIM. Суть и особенности внедрения информационного моделирования зданий. ДМК-Пресс, 2015 г. 410 с.
2. Батишев Вадим. Из практики информационного моделирования // Sportbuild, Июль 2015. Стр. 20-27.
3. Пеньковский Г.Ф. Основы информационных технологий и автоматизированного проектирования в строительстве. СПбГАСУ. СПб., 2008. 150 с.