Безусловно, есть хорошо известные программные комплексы, такие как Microsoft Project, Oracle Primavera, разрабатываемые специально под решение конкретных задач (например, программные продукты для контроля сроков и качества строительства). Такие программы обладают схожим функционалом и используют классические инструменты проектного менеджмента: метод критического пути, построение диаграммы Ганта, постановку задач, отслеживание эффективности выполнения и т. д. Однако все эти комплексы имеют один очень важный недостаток: описывая последовательность, взаимозависимость, состав работ и необходимые для выполнения этих работ ресурсы, они не дают возможности увидеть в прямом смысле этого слова, как работы будут выполняться и какой результат будет получен, перекладывая данную задачу на пользователей системы. Таким образом, при формировании календарно-сетевого графика планировщик представляет у себя в голове процесс строительства и перекладывает его на бумагу в виде наименований работ, их последовательности и т. д., по сути, зашифровывая. Пользователи такого графика на строительной площадке – инвестор, заказчик, подрядчики, поставщики, строительный контроль – вынуждены расшифровывать его и держать у себя в голове, представляя весь процесс строительства. Отсюда и огромное количество ошибок – пространственно-временных коллизий, которые просто невозможно быстро обнаружить в графике из тысяч взаимосвязанных работ. Именно для решения этой проблемы формируются 4D-модели. Взаимная увязка классических систем проектного менеджмента и трехмерных моделей дает потрясающий синергетический эффект.
Концепция BIM, берущая начало в 70-х годах прошлого века, уже давно заняла прочные позиции в строительной индустрии, в то время как непривычная пока для большинства инженеров технология 4D-моделирования (метод визуального планирования – МВП) еще только начала осторожно проникать на рынок. Эту новую технологию также часто называют 4D BIM, или «визуальным моделированием», ссылаясь на то, что она объединяет в себе 3D-модель и план работ в виде календарно-сетевого графика, дополняя тем самым привычную трехмерную модель четвертым — временным — измерением. Получаемые в результате 4D-модели позволяют проследить всю последовательность выполнения работ по реализации проекта во времени. Сегодня такие модели уже используются во многих проектах, причем как проектировщиками, так и строителями.
В России на МВП на системной основе реализуют предприятия Росатома при строительстве и реконструкции своих объектов.
Использование 4D-моделей существенно расширяет возможности 3D-моделей, обеспечивая дополнительные преимущества. Прежде всего, это происходит благодаря тому, что 4D-модели содержат в себе данные календарно-сетевого графика, которые в совокупности с 3D-моделью позволяют получить наглядный план работ. Это, в свою очередь, способствует улучшению взаимопонимания между всем участниками процесса выполнения работ. Кроме того, одним из главных плюсов таких моделей является опция «а что, если…», которая позволяет тестировать и совершенствовать имеющиеся варианты плана работ проекта.
Рис. 1. 4D-модель строительства автомобильной дороги
С помощью 4D-модели может быть проведен анализ всей последовательности выполнения работ по проекту, а также выполнен поиск возможных пространственных коллизий в проектных решениях. Кроме того, она позволяет обнаружить пространственно-временные коллизии, которые могут возникнуть в процессе строительных работ. Таким образом, применение 4D-моделей помогает проанализировать и предотвратить многие проблемы заранее, еще до начала строительства.
Визуальная модель последовательности выполнения строительных работ создается для того, чтобы проектировщики, подрядчики и даже владельцы смогли проанализировать весь процесс и принять необходимые эффективные решения по его реализации. Создавать 4D-модели можно как для всего проекта в целом, так и для отдельных его частей, представляя проект в виде отдельных моментов времени. При этом любые корректировки плана или 3D-модели отражаются и в самой визуальной модели. Например, такие технологии могут применяться для планировок в пространстве, установки оборудования и т. д. Навигация в реальном времени помогает увидеть и оценить весь проект и процесс его реализации в целом.
В настоящий момент инструменты 4D-моделирования в основном представлены внутри «тяжелых» САПР, выпускаемых такими компаниями, как Intergraph или Dassault Systemes, которые обычно работают только с собственной 3D-моделью. Однако среди этих систем стоит выделить решение Synchro (Synchro Software, Великобритания), специально разработанное для 4D-моделирования. МВП увязывает трехмерную модель строящегося объекта, импортированную из внешней системы 3D-проектирования, с календарно-сетевым графиком, созданным в системе управления проектами (например, Primavera или Microsoft Project).
Рис. 2. 4D-модель строительства объекта ПГС
МВП позволяет моделировать широкий набор параметров: использование рабочих зон, размещение кранового хозяйства и при площадочных складов, транспортные потоки и многое другое. В результате может быть получена наглядная визуализация плана и факта выполнения работ, очевидная даже неспециалисту. Кроме того, МВП может являться полноценной системой планирования, содержащей алгоритмы расчета расписания по методу критического пути, календари и сметы. Также эта система обеспечивает возможность ввода фактической информации и анализа хода выполнения проекта по методике освоенного объема.
Процесс создания 4D-модели может быть достаточно прост в том случае, если 3D-модель, на основе, которой разрабатывается 4D-модель, имеет детализацию, сопоставимую с детализацией плана работ. Отдельные элементы (или группы) в 3D-модели должны быть привязаны к задачам, которые, в свою очередь, привязаны к определенным срокам. Сами задачи при этом обычно содержатся в плане подрядчика. Создатель 4D-модели просто привязывает элементы модели к элементам плана. Если 3D-модель строится так, что отдельные ее элементы могут быть сопоставлены с отдельными задачами плана строительства, то процесс «сочленения» отдельных элементов (или групп элементов) упрощается. Однако если 3D-модель не соотносится с четким планом строительства (является укрупненной или, наоборот, имеет более глубокую детализацию), то придется приложить немало усилий к тому, чтобы «сочленить» все элементы со сроками. Именно по этой причине важно создать модель, максимально приближенную к условиям планирования, то есть 4D-модель.
Разработчики программного обеспечения позаботились о 4D-планировщиках и создали инструменты, позволяющие объединять объекты 3D-модели непосредственно внутри ПО для увязывания с одним видом работ или же, наоборот, разбивать элемент модели «на захватки». Это позволяет работать с уже существующей моделью, не переделывая ее под график.
Созданная 4D-модель (рис. 1, 2) может быть визуализирована как полностью, так и по частям. Это позволяет увидеть все события, происходящие в нужный пользователю отрезок времени, в том числе и с учетом внесенных изменений.
Визуализация всего процесса строительства в контексте реального времени на строительной площадке – это возможность для проектировщиков, собственников, исполнителей и всех остальных участников проекта увидеть весь процесс строительства практически «вживую», что во многом упрощает понимание происходящих событий. Как следствие, в большинстве случаев это отражается и на простоте принятия решений, в том числе и при решении логистических задач. Другими словами, визуализация способствует интуитивному восприятию и пониманию всего процесса.
Проанализировав различные специализированные решения для 4D-моделирования, компания «РосГеоПроект» остановила свой выбор на Synchro по следующим причинам:
Данная система изначально предназначена для использования в процессах управления строительными проектами, а следовательно, содержит все средства, необходимые для планирования, включая расчет расписания, календари, возможность разбивки элементов модели «на захватки» и т. д.;
Система позволяет объединять в рамках единой 4D-модели 3D-элементы и фрагменты календарно-сетевых планов, разработанные в различных сторонних системах. На сегодняшний день обеспечена поддержка около 30 источников получения 3D-моделей (рис. 3), а для импорта календарно-сетевых графиков могут быть использованы, например, системы Primavera и Microsoft Project;
Использование системы не предполагает длительного процесса внедрения и отказа от других систем. В большинстве случаев она просто дополняет существующие САПР и систему управления проектами;
Информация аккумулируется в виде семантических данных каждого элемента модели (объекта строительных работ) и может быть извлечена нажатием одной кнопки в любой момент (при традиционном «аналоговом» подходе, когда вся эта информация хранится на бумаге, восстановить, кем выполнялась конкретная работа, с каким качеством и в какой срок, практически невозможно. Более того, вышеназванные параметры сейчас учитываются в совершенно разных системах учета и контроля: проектной документации, строительных журналах, исполнительной документации, бухгалтерии и т. д. Соответственно, просто собрать объективную картину даже непосредственно после окончания строительства достаточно сложно, а по истечении 5 лет – просто невозможно).
Рис 3. 3D-модель, импортированная в систему визуальногопланирования из IndorCAD для 4D-моделирования
В настоящее время специалисты компании «РосГеоПроект» совместно с компанией IndorSoft ведут активную работу по интеграции проектных 3D-моделей автомобильных дорог в систему 4D-моделирования для последующего планирования и управления процессом строительства. Уверены, расширение использования BIM и 4D — это близкое будущее строительной индустрии.
Текущий спад в российской строительной отрасли лишь отчасти обусловлен внешними неблагоприятными факторами (падением цен на нефть, международными санкциями и т. д.). Воздействие кризисных явлений проявлялось бы существенно легче, если бы производительность труда строителей была хотя бы сопоставима с производительностью труда отечественной промышленности в целом. По оценкам аналитиков, в строительном секторе России производительность труда сегодня составляет около 21 % относительно соответствующего уровня США и 33 % относительно уровня Швеции.
Российские строительные компании остро нуждаются в повышении рентабельности, уровень которой по причине низкой производственной культуры близок к нулю. Достичь этого в современных условиях, когда исчерпаны возможности экстенсивного развития, допустимо только через увеличение эффективности использования имеющихся ресурсов, интенсификацию процессов строительства и повышение производительности труда. Иными словами, бизнес в условиях дороговизны кредитных ресурсов и снижения покупательной способности должен научиться зарабатывать на обороте, а не за счет высокой маржи.
С этой задачей невозможно справиться без научного подхода к решению прикладных управленческих и технических задач, но отечественная наука также находится в глубоком системном кризисе, выражающемся в отсутствии путей социализации и практического применения научных наработок. Изобретение — техническое, административное, финансовое — ничего не стоит без его социализации. Необходимо сделать так, чтобы открытие было подхвачено экономикой и обществом: новый продукт сначала вписывается в социум, становится востребованным и известным, а затем находит широкое распространение в стране и за ее пределами как готовый экономически эффективный образец (паттерн). Следовательно, необходимо связать науку и реальное строительство с помощью системных управленческих решений, свежих подходов к внедрению технологий и научных разработок (методик организации проектно-строительного производства, системы мониторинга процессов и менеджмента качества и многих других), а также автоматизации и координации взаимодействий всех участников и создания единой информационной среды строительства.
В последние годы на мировом рынке (в США, Великобритании, Японии, Китае) активно применяются соответствующие решения, способные преобразить всю инвестиционно-строительную деятельность — это BIM & 4D-моделирования, позволяющие:
• значительно сократить издержки и сроки проектирования и строительства;
• заранее узнать характеристики объекта и точную его стоимость;
• обеспечить строго целевое использование средств;
• осуществлять полный и исчерпывающий контроль процесса реализации проекта;
• обеспечить высокое качество проектирования и производства работ.
Мировая архитектурно-строительная отрасль динамично переходит на 4D-моделирования: проектирование уже сейчас повсеместно проводится в 3D. Сначала трехмерный проект насыщается данными. Таким образом формируется информационная модель, с помощью которой затем осуществляется координация и управление всеми ресурсами, строительством и эксплуатацией.
В настоящее время в США и Великобритании крупнейшие государственные строительные и инфраструктурные проекты реализуются только через информационное моделирование. Органы законодательной власти этих стран определили значения системы BIM как соответствующие государственным стратегическим интересам, разработаны соответствующие национальные стандарты, методики и нормы. Китай также узаконил обязательность применения информационного моделирования при выполнении государственного заказа в крупнейшем мегаполисе страны — Шанхае.