4D-моделирование в строительстве

Мир не стоит на месте, он постоянно совершенствуется, появляются новые открытия, разрабатываются новые технологии. Так и в строительной сфере появляются принципиально новые подходы проектирования, которые заключаются в создании компьютерной модели, несущей все сведения о будущем объекте.

3D-технологии в строительстве очистных сооружений и градирен мы успешно осваиваем, а 4D-моделирование — это этап, к которому мы уверенно движемся, чтобы наилучшим образом оптимизировать все процессы реализации объектов и их визуализации для заказчиков.

Давайте разберемся.

Что такое 4D-моделирование?

4D-моделирование – это добавление в 3D-моделирование еще одного измерения – времени.

4D-модель объединяет 3D-модель объекта и его календарный план строительства, таким образом обозначая существование тех или иных элементов в определенном отрезке времени. 

Благодаря этому получается наглядная демонстрация строительства различных объектов не только в пространстве, но и во времени. Весь процесс возведения здания показывается в виде анимационного ролика с возможностью делать паузы и писать комментарии. В нем также учитываются: используемая строительная техника, различные механизмы, места хранения материалов, пути движения техники и рабочих по стройплощадке и т.п. Такое моделирование можно назвать «визуализацией строительства», так как позволяет показать ход возведения объекта всем заинтересованным участникам строительного проекта.

Этапы 4D-моделирования

• Подготовка 3D-модели с помощью 2D-чертежей или моделей BIM (включая архитектуру, структуру и информацию об инженерных сетях)
• Подготовка графика строительства, который включает в себя все проектные работы
• Привязка 3D-/BIM-объектов к проектным работам с помощью связующих элементов (например, название работы, слой, имя объекта и т.д.)
• Обновление и поддержка 4D-модели

Использование 4D-моделей на разных этапах

• Подготовка проекта: стратегическое проектное планирование на стадии оценки проекта.
• Разработка проекта и подготовительные строительные работы: 4D-модели могут улучшить техническую возможность реализации проекта строительства и определить преимущества строительных процессов.
• Строительство: 4D-модели применяется для определения временных рамок, координации и технической реализации проекта. Здесь можно понять о конкретном времени и работах подрядчика на заданном этапе, о процессе строительства. Модель можно применять для контроля текущего строительного процесса и сравнения фактических работ с запланированными для дальнейшей их корректировки.

Для чего нужно 4D-моделирование?

Помимо демонстрации хода строительства объектов, 4D-модели позволяют обнаружить ошибки в календарном плане, помогают найти оптимальные организационные и управленческие решения, наглядно произвести анализ технологии выполнения работ.

4D-модели способны «оживить» календарные графики и позволят их использовать в качестве эффективного средства управления, как минимум, на этапе возведения конструкций. Или для оценки различных альтернативных графиков строительства и принятия одного наиболее эффективного.

Визуализация хода строительства достигается посредством синхронизации элементов 3D-модели с календарным планом выполнения работ.

4D-моделирование эффективно на этапе формирования и планирования проекта, а также на этапе строительства. 4D-модель позволяет проверить объект на наличие каких-либо коллизий, что часто приводит к внесению изменений. А так как проектирование составляет малую часть всего бюджета, заложенного на строительство, в то время как ошибки, допущенные на этом этапе, приводят к очень дорогостоящим последствиям.

Коллизии могут быть:

• Физические – пересечение в модели элементов
• Логические – элементы расположены неверно с точки зрения процесса взаимодействия с ними
• Пространственно-временные – пересечения между элементами с учетом фактора времени

Таким образом, 4D-моделирование позволяет избежать различного рода ошибок и не приводит к удорожанию объекта посредством исправления коллизий во время строительства.

4D-модель полезна в качестве визуального инструмента для подрядчиков, субподрядчиков, а также заказчикам и клиентам. Так как 4D-визуализация представляет собой более простое представление развития проекта, она может быть использована более широким кругом участников проекта с разным уровнем навыков и опыта.

Например, руководство, у которого нет времени для проведения подробного анализа проектной информации, может использовать 4D-модели для визуального понимания последовательности строительства, инженеры-проектировщики и конструкторы могут использовать 4D-модели для детального планирования, а рабочие могут извлекать выгоду из визуализации задач, которые им предстоит выполнить.

В каких программах разрабатывают 4D-модели?

В настоящее время существует ряд программных продуктов 4D-моделирования, наиболее распространёнными из которых являются SYNCHRO Pro и Autodesk Navisworks. Рассмотрим каждый из них.

Autodesk Navisworks – самый простой вариант, где на основе модели из Revit можно сформировать 4D-модель объекта, разделив все элементы на группы, соответствующие позициям в календарном плане строительства. Затем для групп элементов заполняется время их появления, и создаётся анимация процесса строительства.

Для крупных и сложных объектов предпочтение лучше отдать SYNCHRO Pro. Это программное обеспечение. Оно позволяет делить 3D-элементы на части для возможности выполнения работ по захваткам, предоставляет возможность создавать простые 3D-элементы, необходимые для моделирования временных конструкций, позволяет учесть движение техники по объекту, а также направления выполнения отдельных строительных работ.

Программные продукты 4D-моделирования могут синхронизироваться с такими системами планирования проектов, как Microsoft Project, Oracle Primavera. Изменения параметров работ календарного графика, а также учёт в графике фактических сроков выполнения работ, достаточно оперативно находят отражение в системах 4D-моделирования. Если разработчик календарного графика добавил новые работы и/или удалил существующие, пользователь 4D-модели обнаружит эти изменения после её синхронизации с графиком, что может потребовать пересмотра связей между элементами 3D-модели и работами обновлённого графика, но совершенно точно не потребует переделки всей 4D-модели.

Еще существующие программы:

• ProjectWise Schedule Simulation – часть программы Bentley Navigator. ProjectWise Schedule Simulation позволяет более детальное планирование критических точек проекта. Импортирует информацию и привязывает объект к графикам работ, разработанных в Microsoft Project, Excel or Primavera. ProjectWise Schedule Simulation позволяет визуально сравнить несколько вариантов и найти наиболее выгодные и безопасные варианты строительства. Использует графики и анимации 3D-инженерной модели, базирующейся на информации из графика производства работ.
• Navisworks Timeliner. Эта программа добавляет 4D-симуляцию графиков к Autodesk Navisworks Manage. Также она переносит графики из разных источников, соединяет разные объекты в самой модели с заданиями из графика и симулирует график. На модели отображаются эффекты, например сравнение запланированных и фактических порядков выполнения строительных работ. Также эта программа может автоматически обновить симуляцию при изменении модели или графика.
• Innovaya Visual Simulation соединяет BIM с графиком производства работ, чтобы представить планирование 4D-конструкций и анализ технологичности строительства. Эта программа — хорошее подспорье при построении оптимальной последовательности задач для достижения цели проекта и сохранения времени.

Что необходимо для создания 4D-модели?

Процесс создания 4D-модели состоит из нескольких этапов. Применяются следующие решения:

• создание 3D-модели в Autodesk Revit
• построение календарно-сетевого графика в Microsoft (MS) Project
• увязывание элементов 3D-модели с сетевым графиком в Autodesk Navisworks, либо в Synchro Pro
• получение наглядной демонстрации строительных процессов

Остановимся на этих пунктах поподробнее.

Создание 3D-модели происходит в Autodesk Revit. В этой программе есть все функции для детализации модели, есть возможность ввести параметры для правильного взаимодействия с программами, создающими 4D-модель.

Кроме того, в этой программе есть инструмент деления модели на части, что значительно облегчает моделирование элементов, требующих сборку или заливку частей в несколько этапов.

Создать календарно-сетевой график (КСГ) можно в Navisworks, но лучше применить специализированное программное обеспечение, например Microsoft (MS) Project. Это приложение подходит для объектов любого масштаба, в отличие от Navisworks, где выполнить график для очень крупного объекта будет сложно.

В MS Project реально исследовать не только КСГ, но и финансовую составляющую проекта, тогда мы получаем 5D-моделирование. Немаловажно при построении календарно-сетевого графика внести в модель параметры, по которым автоматически устанавливается взаимосвязь с 3D-элементами в Navisworks. Такими параметрами являются, например, этаж, ID элемента и т.д.

После того как КСГ и 3D-модель завершены, начинают построение 4D-модели в программе Navisworks.

Autodesk Navisworks – это программный продукт, позволяющий контролировать создание информационной модели, проверить правильность сборки из разных разделов, искать коллизии. Благодаря этому можно легко и эффективно проверять корректность BIM-проекта.

Сначала в Navisworks подгружается 3D-модель, настраиваются поисковые наборы элементов таким образом, чтобы названия наборов и название работ в КСГ совпадали, затем подгружается КСГ, и через модуль TimeLine сопоставляются элементы 3D модели с КСГ. После окончания данной процедуры можно запустить визуализацию модели, которую впоследствии выгружают в формате видео для презентации проекта или для сравнения планируемых сроков строительства с реальностью.

В чем преимущества?

Как и переход от проектирования на бумаге к CAD, так и переход от CAD к BIM открывает множество дополнительных возможностей и преимуществ:

• наглядный и подробный анализ технологии выполнения работ
• наглядный и подробный анализ процесса работ
• соблюдение запланированных дат начала и окончания работ более эффективным и последовательным образом
• возможность заранее отмечать и диагностировать риски и проблемы проекта и предлагать решения для их устранения
• возможность более эффективно отслеживать все аспекты работы посредством видеоматериалов и иллюстраций каждого этапа строительства
• оптимизация логистики
• оптимизация зон строительной площадки
• возможность использования материалов для презентаций

Таким образом, использование 4D-моделирования не только снижает количество ошибок, но и повышает производительность, а также значительно улучшает качество конечного продукта.

Какие препятствия внедрения 4D-моделирования?

В России 4D-моделирование все еще слабо распространено в связи с многочисленными барьерами, мешающими опытным специалистам довериться программному продукту. Они привыкли полагаться исключительно на собственные знания и опыт. А также основными причинами могут служить большие первоначальные затраты, снижение эффективности за счет внедрения и дефицит кадров.

Внедрение любой новой технологии — это работа с нуля, без заданных ориентиров и правил. Чтобы принять это как новый стиль работы, требуется время. За этим стоит перестройка многих процессов компании и получение сотрудниками новой квалификации.

Ограничения 4D-компьютерных чертежей

• 4D-модель нуждается во взаимодействии между проектированием и информацией о планировании. Работники вынуждены переключаться между несколькими программами, для того чтобы овладеть всей необходимой информацией для создания 4D-модели.
• Не все строительные работы возможно отобразить визуально.
• Трудно оценить и сравнить продолжительность строительных работ, особенно когда проект крупный либо работы имеют большую разницу во времени начала.
• 4D-модель не дает представления о взаимозависимости работ.
• Длительность разработки модели, возможность допустить ошибки.
• Отсутствует возможность автоматически вносить изменения.

Заключение

В заключение можно сказать, что 4D-моделирование, несомненно, является важным инновационным прорывом. Оно позволяет с высокой долей вероятности оптимизировать производственные процессы, визуализировать строительство, решить проблемы экономической эффективности возведения объектов. Многие полагают, что именно за этой технологией будущее.

А подробнее про BIM технологии в строительстве читайте в нашей статье.