Цифровизация на базе BIM IFC
Авторская статья. Хитров Константин 09.2023 г.
ИНФОРМАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
Использование BIM представления информации.
Ограничения IFC формата.
Описание BIM формата
Формирование представления о BIM складывается с момента визуального отображения 3 В модели в окне проектировщика. Нет сомнения, что объемное твердотельное моделирование элементов строительных конструкций, систем и оборудования информационно и визуально точнее, нежели плоские чертежи, условно отображающие ту же информацию.
Второе свойством BIM, определяется тем, что это машинный формат данных, где построенные 3д конструкции имеют конечное, однозначно определяемое представление в электронной форме, доступной для автоматизированного анализа данных. В этом кроется принципиальное отличие формата BIM модели от любых других 3D представлений: дизайна, визуализации и т.д. Это органическая интеграция структуры строительного объекта в объемную модель. Каждый элемент строго определен своим типом: стена, перекрытие, балка, арматура, воздуховод электрощит и т.д., если рассматривать грубо рассматривать концепцию BIM в целом.
Естественным следствием из этого становится автоматизированный подсчет и фильтрация элементов модели. Имеется ввиду запрос типа - “количество окон на 2 этаже”.
Следует добавить, что уже в таком упрощенном представлении bim модели формируется перечень геометрических параметров элементов - высота стены, ширина проема. Объем тела. Использование понятия материала с математическими характеристиками плотности автоматически рассчитывает массу элемента.
Третьим основополагающим свойством BIM технологии / BIM модели / BIM структуры являются атрибуты и их содержание. Любому элементу можно назначить неограниченное количество “переменных” - полей значений, которые могут быть заполнены произвольной информацией в процессе разработки и эксплуатации модели. В устоявшейся терминологии данные поля значений носят название “атрибуты”. Элемент приобретает дополнительные свойства и наполняется информацией, такой как марка, гост, поставщик, стоимость, время, КСИ, и т.д. Важно понимать, что свойства могут принимать любые значения в рамках своего формата данных, что снижает возможность автоматизированного анализа на их основе.
BIM модель условно можно рассмотреть как базу данных, содержащую основной набор полей с строго определенными значениями - тип элемента, длина, ширина, геометрическое положение, и с дополнительным набором полей, определяемых пользователем. При этом в составе BIM модели отсутствуют подключаемые справочники, содержащие варианты значений для этих дополнительных полей.
На простом примере понятно, что синтаксическая ошибка при ручном заполнении этих полей - внесении одинаковых наименований изделий, ГОСТа, марки приводит разным значениям полей при машинном анализе. Усугубляет проблему свободное наименование полей. Каждый разработчик модели может сделать любое удобное поле атрибута, заполнив ее по сути не структурированной информацией, которую автоматически проанализировать невозможно.
На этом базовые возможности BIM формата модели заканчиваются. Расширение применения формата информационного моделирования зависит от 2-х факторов: 1. возможности наполнения модели информацией, на всех этапах жизненного цикла здания, 2. Унификации формы и структуры информации в модели для автоматизированного анализа, поиска и обработки заложенных в модель данных.
3. Общей среды взаимодействия участников процесса, где накапливается информация и предоставляется доступ.
Применение BIM ориентированной структуры данных.
Информация, ожидаемая от BIM модели 4-5-6 D уровня жизненного цикла имеет широкую вариативность и различную строгость представления. -
1 Собственно модель (как в собственном формате, так и в формате Industry Foundation Classes (IFC),
2 структурированные данные с определенным конечным набором полей и значений в них, структурированных по принципам - ХML формата структурированных данных. .
3 Исходная, сканированная, неструктурированная информация в форме файлов в собственных форматах, отчетах, ТУ, заключений итд .pdf, таблицы, графики, плоские чертежи и т.д., т.е. та информация которая на сегодняшний день составляет 98% объема взаимодействия между участниками процессов строительства и эксплуатации).
Можно утверждать, что цифровизация отрасли основной задачей несет именно обеспечение полной, достаточной, актуальной, достоверной и доступной для анализа информацией всех участников процесса в нужный момент времени.
Наиболее прямолинейным видимым вариантом достижения указанной цели пошло законодательное регулирование Великобритании. Разработаны стандарты, которые регулируют информационный состав по следующим принципам.
- Требования к информации: Подчеркивается необходимость четкой информации для каждой стадии проекта, включая согласованный уровень детализации и объем информации, подлежащей обмену.
- Общая среда данных: Содействие использованию общей структуры для измерения и представления данных между различными программными платформами.
- Интероперабельность: поощрение программных средств к легкой интеграции и передаче информации друг другу.
- Стандарты проекта: Установление необходимости в согласованных протоколах по всему проекту, включая соглашения об именовании файлов и форматы обмена данными.
- Сотрудничество и коммуникация: Определение четких ролей и обязанностей между заинтересованными сторонами для эффективной коммуникации.
- Системы классификации : Содействие использованию стандартных систем классификации для организации информации о проекте. Сюда входят такие системы, как COBi.
Опыт применения показывает, что при наличии указанных стандартов в строительной отрасли не происходит активного внедрения цифровизации. Это отражает несостоятельность описанного выше прямолинейного решения по жесткому нормированию структуры и процессов взаимодействия.
Противодействующие факторы жесткого нормирования для переноса строительного процесса на BIM - ориентированный формат обмена данными.
Фактор сроков и дополнительной работы. Неактуальность задачи структурирования информации.
На уровне проектировщика основной задачей является выпустить проектную документацию - разработать и оформить. Для этого он использует ограниченный запас исходных данных и временных ресурсов. Оформление документации так же требует времени. Любая дополнительная задача, увеличивающая трудозатраты не несет для проектировщика ценности, а лишь снижает его продуктивность. Следствие - специалист старается найти наиболее оптимальный, быстрый и правильный вариант выполнения требований по оформлению, а значит и формированию информационной модели данных для передачи в общую среду взаимодействия.
Специалист контроля, эксперт. - тома документации имеют строгую структуру, наличие той или иной информации регламентировано. Опыт и навыки проверки отработаны. В текущий момент BIM модель накладывает необходимость дополнительной проверки, валидации бумажной и цифровой bim документации. Как следствие - отсутствует возможность проверки соответствия требованиям ФЗ 384 без дополнительной информации из “бумажного” проекта, по причине невозможности внести эту информацию в структуру BIM модели.
Прораб, инженер ПТО - производство. Аналогично проектировщику. Любая задача по структурированию, изменению формата и переносу в цифровую среду общих данных является дополнительной, а значит требует доп. ресурсов.
Фактор человеческой ошибки. Внесение тех или иных данных человеком сопровождается наличием ошибок. При этом, для распознавания информации человеком, например при проверке, таковые неверно введенные значения трактуются правильно. При машинном анализе информации значения атрибутов требуют однозначности в написании и толковании. Решением данной проблемы, помимо применения систем искусственного интеллекта становится справочник поля значений, которые допустимы для внесения. КСИ как один из примеров такого справочника.
Фактор доступности и интероперабельности ПО. Вне зависимости от применяемого ПО структура данных ожидается однозначной для любого из участников процесса. Таким образом требуется среда общих данных, поддерживающая единую структуру представления всего объема данных. А также ПО для решения прикладных задач строго сохраняющее структуру этой среды.
Несопоставимость - четкая структура BIM модели, отражающаяся, как в зеркале, в иерархии IFC формата не сопоставима с информационным потоком строительного процесса. О чем идет речь: невозможно однозначно привязать на структуру модели все данные, относящиеся к производству, сметам, графикам и т.д. Это хорошо видно на невозможности сопоставить даже сметные расценки и элементы модели. Сметная норма учитывает данные, которые напрямую не относятся к одному элементу, а объединяет несколько элементов, характеристики площадки, технологию производства. Сходная ситуация и с другими данными и информацией, формирующейся по ходу процессов производства и эксплуатации.
Факторы ограничения формата IFC в части предоставления необходимой и достаточной информации для проверки на соответствия требованиям 384-ФЗ “Технический регламент безопасности зданий и сооружений”.
- IFC не поддерживает чертежи и текст проектной документаци
- IFC не может содержать документы .pdf , как то ТУ, Письма, отчеты и т.д.
- IFC структурирован под информационное атрибутивное описание конечных элементов, и не имеет структуры для описания общих проектных решений, принципиальных схем, технологических и иных требований. Упрощенно - IFC не содержит контейнера для включения всех данных пояснительной записки какого-либо раздела проектной документации.
Факторы ограничения автоматизированной проверки на соответствие требованиям 384-ФЗ
Обеспечение соответствия проектной документации 384-ФЗ достигается выполнением норм СП и иных нормативных документов (123-ФЗ, ГОСТ, СанПин) содержащих требования по соответствующим разделам, решениям, в целом по проекту.
Определение пункта нормы в частном случае, для примера, зависит от сопоставления данных по разрешительным документам, принципиальным решениям, которые не описываются прямым образом, а являются результатом анализа документации экспертом.
Нормы в полной мере не поддаются переводу в структуру алгоритма машинного анализа, на основании которого возможно провести проверку. Отметим, что для задачи переноса положений норм в атрибутивно зависимые алгоритмы анализа внесен термин “Параметрическое нормотворчество”.
Обеспечение и расширение доли внедрения параметрического нормотворчества в составе экспертизы проектной и строительной документации - вопрос дальнейшей проработки и внедрения цифровизации отрасли.
Выводы
Перед нами вырисовывается задача ограниченная рядом взаимозависимых факторов. Подход к решению видится в нормализации (вычленения и структурирования) информации. Разработки и интеграции применимых параметрических нормативов в интероперабельное ПО разработки и среды общих данных. С одновременным формированием доступной системы внесения данных для участников строительного процесса без увеличения трудозатрат на дублирование этих данных.
Начальным пунктом дорожной карты видится отработка кейсов по каждой дисциплине на предмет необходимых параметров в модели, наличия повторного дублирования этих параметров при внесении, автоматизации процесса проверки по этим параметрам отталкиваясь от норм (СП) и возможности внесения информации в IFC или иной носитель среды общих данных. Для разработки требуется активное участие сообщества заинтересованных и компетентных участников строительного процесса, органов регулирования и разработчиков ПО.
По мере накопления решений подобных кейсов ожидается формирование оптимального пути или механизма взаимодействия, отвечающего вышеизложенным ограничениям.
Хитров Константин. Санкт Петербург. 09.2023 г.