Цифровая архитектура, или BIM-моделирование в строительстве

Дворец гимнастики Ирины Винер-Усмановой, Дворец водных видов спорта в «Лужниках», дома по программе реновации и на территории бывшей промзоны «ЗИЛ» – эти и другие объекты в столице построены с применением технологии BIM-моделирования. Представители Института генплана Москвы и архитектурных бюро рассказывают о том, что такое BIM, в чем ее инновационность и как новые технологии меняют облик города.

Умные 3D-модели

BIM (Building Information Modeling) – технология информационного моделирования, которая включает в себя элементы геоинформационной системы и системы автоматизированного проектирования. Она позволяет спроектировать любые объекты – здания, инженерные и улично-дорожные сети, мосты и тоннели, порты и железные дороги. Ее принципиальное отличие от простого 3D-моделирования заключается в том, что BIM-модель неразрывно связана с базой данных. Она включает в себя всю информацию о строящемся здании и его составных частях – физические характеристики, способы размещения в пространстве и даже цену каждого кирпича, водопроводной трубы или потолочного плафона. Эти данные называются семантикой элементов.

Благодаря BIM здание предстает как единое целое: его части взаимосвязаны, и при внесении каких-либо изменений система автоматически пересчитывает все параметры. Это позволяет избежать ошибок при проектировании и строительстве и необходимости по многу раз корректировать чертежи.

У BIM-моделей множество преимуществ перед традиционным подходом к проектированию. Одно из них – повышение безопасности: BIM позволяет сымитировать строительный процесс и заранее оценить возможные риски. Кроме того, трехмерную модель можно в любой момент в реальном времени сравнить с объектом на любом этапе строительства, что существенно повышает качество проводимых работ.

Однако, пожалуй, самые важные преимущества BIM – это точность и скорость проектирования. Трехмерные модели создаются в масштабе 1:500 вместо привычных для бумажных чертежей 1:2000, что позволяет обеспечить очень высокую степень детализации проекта. При этом проектировщики используют в работе шаблонные элементы с заранее заданными физическими параметрами и семантикой. Таким образом, у них исчезает необходимость отдельно прорисовывать и описывать каждый элемент постройки, будь то стены или электропроводка. Здания, кварталы и даже целые районы собираются в BIM-модели как конструктор.

От топографии до ремонта

Институт генплана занимается преимущественно планировкой городских территорий. На уровне города используется система CIM (City Information Planning), которая, по сути, представляет собой множество взаимосвязанных BIM-проектов. Семантикой здесь обладают не только составные части строений, но целые жилые кварталы, районы и округа. Эта система позволяет вести мониторинг и делать прогнозы по разным аспектам развития города: от транспортных и экологических до экономических и социальных.

Процесс планирования территории для будущей застройки начинается за пределами Института генплана. Сперва специалисты ГБУ «Мосгоргеотрест» проводят топографическую, инженерную и геодезическую съемки и создают заготовку для BIM-модели, которую передают в Институт генплана. Здесь ее дорабатывают – получается трехмерная проекция участка городской территории с рельефом, зданиями и сооружениями, инженерными сетями, дорогами и вертикальной планировкой. На ее основе создают проект планировки территории, который передают на утверждение в Правительство Москвы.

После этого 3D-модель попадает к проектировщикам для разработки проектно-сметной документации. Она содержит все данные по готовящемуся строительству и призвана объяснить, для чего нужны будущие сооружения, как их будут строить, безопасно ли это и сколько будет стоить производство. Готовую проектно-сметную документацию после утверждения и выдачи разрешения на строительство передают застройщику.

«Прораб ходит по объекту не с рулоном бумаги в руках, а с планшетом, в котором у него вся документация. В любой момент он может открыть любой чертеж, посмотреть, увеличить, внести изменения. И за счет того, что это высокотехнологичное производство, в котором все унифицировано, организовано и четко подсчитано, включая комплектацию и сроки поставки материалов, сроки работы сокращаются. Ситуации, когда кирпич есть, а раствора нет, на такой стройке исключены», – подчеркивает Олег Григорьев.

Таким образом, BIM снижает себестоимость и значительно ускоряет работу. За счет этого в конечном итоге снижается и себестоимость квадратного метра недвижимости.

Когда строительство заканчивается, владелец или управляющая компания получают BIM-модель со всеми данными по объекту. Ее использование значительно упрощает обслуживание здания или территории, будь то ремонт отдельных элементов, реконструкция или демонтаж, – ведь модель содержит всю информацию о материалах и технологиях, которые применялись. А если синхронизировать модель с датчиками внутри объектов, то, например, при протечке или замыкании в электросети специалисты смогут мгновенно найти проблемный участок на плане здания и отправить для решения проблемы сантехника или электрика, у которого уже будет с собой запчасть на замену сломавшейся — ее марка, размер, энергоемкость и другие данные также содержатся в BIM-модели.

«По запросу, например “покажите мне трубы, которые были сделаны в таком-то году”, на модели сразу будут видны эти трубы, когда истечет их срок годности и так далее. Всю информацию, которая вводится в рамках технологического процесса, можно получить из модели», – комментирует Валентина Чешева.

Дома, дворцы, кинотеатры

BIM-технологию уже успешно применяют в столичной строительной отрасли. Так, за последние несколько лет с помощью трехмерных моделей реконструировали здание и территорию вокруг Политехнического музея, перестроили кинотеатр «Таджикистан», построили Дворец гимнастики Ирины Винер-Усмановой и новый храм Сретенского монастыря.

Застройщики, работающие по программе реновации, активно используют BIM как для проектирования новых жилых комплексов, так и для моделирования сноса ветхих пятиэтажек и будущей перепланировки территории. Причем BIM-модели кварталов реновации включают в себя не только строительные и инженерные показатели, но и социальные: количество магазинов, школ и детских садов, необходимое на новой территории, количество и конфигурацию детских и спортивных площадок, беседок, зон отдыха и многое другое.

Проектировать такие сложные пространства с учетом всех особенностей и потребностей жителей помогает вариантная проработка. Для каждой стартовой площадки программы реновации создают несколько моделей планировки территории, чтобы выбрать вариант, который удовлетворит и застройщика, и город, и будущих жителей.

«Это похоже на игру в пятнашки. Ставятся 3D-модели домов. Рассчитываются технико-экономические показатели. Затем делается новый вариант. Вариантов может быть три, пять, десять, но результат должен быть только один: условия должны быть не хуже, а лучше, должны быть запроектированы дороги, стоянки, озеленение, которому сейчас уделяется очень много внимания. Если делать это на плоских чертежах, глаз замыливается и варианты кажутся очень похожими, а в 3D-модели можно изменить этажность домов, поменять конфигурацию, проверить инсоляцию. Поскольку модель динамическая, то сразу меняются технико-экономические показатели. По всем площадкам реновации, выполненным Институтом генплана Москвы, есть модели, которые отражают сегодняшнюю ситуацию, и есть проектные модели – уже без домов, которые снесут, то есть модели будущих районов», – рассказывает Валентина Чешева.

Институт генплана уже использует BIM для всех проектов. Успешно применили информационное моделирование при строительстве южных станций Сокольнической линии метрополитена: их наземные павильоны были спроектированы в трехмерном формате. Сейчас институт работает в BIM над строящимися дорогами – Северо-Восточной и Юго-Восточной хордами, дублерами Кутузовского проспекта, а также над Большой кольцевой и Бирюлевской линиями метро.

Строительство последней обещают организовать по новым принципам: над одной BIM-моделью впервые будет работать единая команда из сотрудников Мосгоргеотреста, Института генплана, проектировщиков, строителей и представителей самого метрополитена как эксплуатирующей организации. Таким образом, Бирюлевская линия метро станет первой, целиком созданной по технологии информационного моделирования.

BIM в «Лужниках»

Один из ключевых объектов, созданных в последние годы в Москве с применением BIM-моделирования, – Дворец водных видов спорта, который построили в «Лужниках» на месте старого плавательного бассейна. Проект реконструкции был создан в 2016 году под руководством архитектора Юлия Борисова.

Рабочая документация для строительства комплекса целиком разработана в программах для информационного моделирования. Архитектурный облик, инженерные сети, фасадные конструкции, конструктивные разделы, включающие в себя все металлические и бетонные конструкции, прозрачный купол-трансформер и даже восстановленные исторические барельефы – все это стало частью BIM-модели. Особенно сложными в проектировании оказались горки аквапарка. По словам главного архитектора Дворца Михаила Иванченко, разместить их в соответствии с архитектурными и конструктивными особенностями здания было практически невозможно без 3D-модели.

Кроме того, информационное моделирование серьезно ускорило процесс строительства, поскольку из-за своей сложности проект изменялся не один раз и каждый раз проходил государственную экспертизу.

«В модели мы можем передвинуть стену, меняется зонирование, отделка, все спецификации и связанные элементы меняются автоматически, также специалисты других разделов могут это учесть. Если мы это делаем на 2D-чертежах, то архитектор осуществляет в разделе АР данную корректировку, отдельно выполняются все связанные с этим работы: пересчет ведомостей отделки и площадей помещений, технико-экономических показателей и так далее. А перемещение стены происходит отдельно во всех связанных инженерных разделах. Работа получается гигантская. Может быть, при первоначальном создании объекта на BIM-модель уходит больше времени, чем на привычные чертежи, но в итоге мы гораздо больше времени экономим в процессе детальной проработки», – отмечает Михаил Иванченко.

Быстро, дешево и точно

По мнению экспертов, в ближайшие годы все строители перейдут на BIM-технологию. Для ускорения этого процесса в Институте генплана создан центр компетенций по информационному моделированию градостроительных объектов. Его сотрудники не только работают с конкретными 3D-моделями, но и создают внутренние регламенты, собирают библиотеки элементов, а также обучают коллег работе с программным обеспечением и технологиями производства.

По мнению Олега Григорьева, сейчас без BIM невозможно добиться нужной точности проектировки, особенно в таком мегаполисе, как Москва.

«Например, при строительстве дороги невозможно на плоской топосъемке точно определить, как ляжет эта дорога, какие будут уклоны и откосы, где нужно поставить опоры под эстакады, как пройдет в этом месте туннель. Если вы работаете на плоскости, в 2D, вы будете не в состоянии это сделать. Кроме того, вы сами видите, насколько интенсивно ведется строительство и сколько объектов сейчас в городе возводится. Справиться с этим объемом с нужной степенью точности и качества без применения новых технологий сегодня невозможно», – уверен он.

Таким образом, BIM серьезно повышает качество и сокращает сроки проектирования и строительства, удешевляет его и позволяет избежать множества ошибок. В Градостроительный кодекс Российской Федерации уже начали вносить изменения: в нем появились термины «информационная модель», «формирование и ведение классификатора строительной информации», «цифровая архитектура», «управление жизненным циклом объекта». Осталось принять ряд подзаконных актов, и строительный комплекс Москвы станет полностью цифровым.