Борьба с коллизиями при проектировании инженерных систем

А.Ю. Иванов, руководитель мастерской «Траст инжиниринг»
В.А. Ливанов, руководитель BIM отдела «Траст инжиниринг»

Спросите у любого заказчика: «Для чего нужны BIM технологии?» и вы получите два самых распространенных ответа: «Избежать пересечений и получить точную спецификацию».

Наши замеры времени показали, что трудозатраты на устранение коллизий на сложных объектах составляют 30-40% от всех расходов на проектирование инженерных систем. Для минимизации усилий на увязку систем необходимо решить две масштабные задачи:

• Инженерная: продумать концепцию прокладки сетей еще до начала моделирования и таким образом предупредить возникновение самых сложных коллизий;
• Техническая: отточить работу с самой BIM средой, чтобы свести на нет лишние действия команды.

Сегодня мы поговорим о второй, технической задаче. А в будущем, если вам это будет интересно – об инженерной.

Опасность BIM технологий

Если стоимость проекта всех внутренних инженерных систем составляет, скажем, 500 руб./кв.м, то до 200 руб./кв.м из них расходуются на устранение коллизий. Для здания площадью 50 000 кв.м борьба с инженерными коллизиями обойдется в 10 000 000 руб. Очевидно, что любая оптимизация этого объема работ благоприятно скажется и на математике проекта, и на графике его выполнения.

Несмотря на инфляцию и растущие расходы проектной компании, заказчики не готовы увеличивать расценки, а значит не налаженная работа с коллизиями может нести в себе риски для проектной организации.

Понимая это, BIM отдел нашей компании начал проводить исследования и эксперименты, которые и привели к разработке собственной технологии работы с коллизиями, которой мы хотим с вами поделиться.

Ее применение на нескольких проектах продемонстрировало резкое снижение трудозатрат при значительном повышении качества отработки коллизий.

Ценой прогресса стала необходимость в корректировке структуры компании, повышении требований к сотрудникам BIM отдела и приобретении дополнительного программного обеспечения.

Суть BIM технологий простыми словами

Прежде чем описывать технические нюансы, необходимо разобраться, почему так много ресурсов уходит на работу с BIM технологиями.

При работе в 2D программах вы используете линии. С помощью одних и тех же линий можно нарисовать воздуховод, молекулу плесени или кошку. При этом вам позволительно не доводить трубы до радиаторов, проходить воздуховодами сквозь шинопроводы, нарушать законы физики – программа на это не отреагирует. Она ничего не проверяет.

В BIM среде вы лишены этой свободы «творчества», поскольку проектируете исключительно с помощью объектов, которые кто-то (BIM отдел или производители) заботливо прорисовал и наполнил параметрами.

Эти объекты называются семействами и выполняются по универсальным правилам и имеют встроенную функцию «свой-чужой». Это и позволяет алгоритмам программы постоянно проводить внутренние проверки моделей.

BIM программа воспринимает проектируемое здание, как целый объект, а не как набор чертежей. В модели нет привычных планов, есть лишь объемный макет со всей массой элементов – монолитных конструкций, перегородок, окон, мебели, трубопроводов, воздуховодов, светильников и унитазов.

Лучший аналог BIM модели, который мы нашли – масштабная авиамодель.

Рис. Детализация такого макета (как и BIM модели) поражает

Представим, что перед вами поставили обратную задачу – выпустить комплект 2D чертежей на основе готового макета самолета. Как можно выполнить эту задачу?

Вам придется воспользоваться виртуальными разрезами. Но как не «разрезай» модель, вы получите нагромождение деталей и их обрывков. Чтобы выдать чертежи, скажем, только силового каркаса самолета, из разреза нужно убрать попадающие в него приборы, трубопроводы, тяги, кабели, топливные баки и т.п.

Так и в BIM модели. Чтобы выпустить план вентиляции, необходимо очень тщательно настроить параметры горизонтального разреза здания. В него должны попасть несущие конструкции и перегородки, но должны быть исключены трубопроводы, лотки, светильники, лифты и т.п.

Пока вы программе не объясните, вид с какими параметрами вы от нее хотите получить, она и не поймет, что такое план.

Рис. Представьте, сколько условий необходимо прописать, чтобы BIM программа могла сделать подобный вид (фото с сайта www.drive2.ru)

BIM модель – это база данных колоссальных размеров, и чтобы не сгинуть в бесконечности ее строк и ячеек, требуется специалист по тонкой настройке. В этом и помогает BIM отдел.

Если вы сталкивались с электронной таблицей длиной в десятки тысяч строк, то можете в некоторой степени понять, о чем мы говорим.

Самая сильная сторона BIM технологий – почти бесконечная детализация и информационная наполненность модели – порождает и ее самую большой слабость – отсутствие самостоятельности, поскольку для любого действия программе необходимы точные алгоритмы и шаблоны действий: что программа должна сделать, как в точности она это должна сделать, а чего ей делать запрещено.

В полной мере это отражается при работе с коллизиями.

Принципы проверки модели на коллизии

В силу ограничений программного обеспечения, при работе с коллизиями возникает две глобальные проблемы:

• Огромное количество ненужного «шума», т.е. мнимых, неважных и задублированных коллизий. BIM координатор, как высококачественный радиоприемник, отсеивает все лишнее из эфира.
• Хаотичность подачи информации о коллизиях, которую крайне сложно анализировать. BIM координатор должен подать ее в хорошо организованном виде.

Итак, в функции BIM отдела при увязке систем входят следующие работы:

1. Выбрать из BIM модели те элементы, коллизии между которыми необходимо выявить. К примеру, пересечения круглых оцинкованных воздуховодов с металлоконструкциями.
Для этого нужно настроить поиск коллизий. Это может выглядеть так:

• Категория №1 – объекты, в описании которых есть слово «воздуховод», включая слова «круглый» и «оцинкованный»;
• Категория №2 – объекты категории «конструкции», в описании которых есть слова «металлоконструкция» и «сталь», но исключены слова «арматура», «подсистема фасадов», «рекламные конструкции кровли».
  
  Как вы понимаете, перед тем, как проводить такую тонкую проверку, в семейства требуется добавить дополнительные параметры. Например, в стандартном семействе воздуховодов нет разделения на круглые и прямоугольные воздуховоды, поэтому BIM координатор должен эти параметры внести.

2. Поскольку программа не умеет анализировать, ей нужно задать четкие параметры, что считать действительными коллизиями, что – допустимыми (в соответствии с принятыми условностями и практикой строительства), а что принимать за коллизии нельзя.

Рис. Настройки параметров поиска коллизий – это кропотливая и внимательная работа. В тысячах пересечений отсеять значимые от формальных совсем не просто. В этом примере труба канализации пересекает раму инсталляции, и выглядит это пугающе, но в действительности коллизии нет, т.к. рама имеет регулировку по высоте

Запустить проверку на коллизии и получить отчет, который уже передается инженерам-проектировщикам.

И далее – повторять эти шаги до тех пор, пока проектирование объекта не будет завершено.

В том, как выполняются эти три шага, и кроется секрет экономии времени всей команды. Чем хуже организована работа BIM координатора, тем хуже «фильтры», а значит больше «шума» и хаотичной информации поступит в мозг десяткам проектировщиков, кратно увеличивая их трудозатраты на проект.

Рис. В идеале каждый проектировщик должен получить хорошо организованный отчет о коллизиях, в котором не нужно «ковыряться» в поисках нужных строк

Традиционный подход позволяет обходиться небольшим количеством координаторов, каждый из которых может вести много проектов одновременно. При этом координатору вовсе не обязательно разбираться в инженерных вопросах и глубоко знать программное обеспечение.

В нашей компании все наоборот – координатор вкладывает больше своего времени в проект, но высвобождает часы и дни работы инженеров.

Традиционный метод против нашей технологии

Познакомимся с нашими наработками на примере жилого комплекса премиум класса с подземной стоянкой. Общая площадь объекта 40 000 кв.м.

В каждом описываемом ниже шаге содержится масса технических тонкостей, но не будем перегружать ими статью. Мы скрупулезно подсчитали, сколько времени уходит на каждый шаг при обоих схемах работы.

Шаг 1. Подготовка и экспорт моделей в Navisworks

Когда инженеры-проектировщики закончили очередной этап работы над моделью, BIM координатор экспортирует модели в Navisworks.

Справка: Navisworks (от англ. «navis» – навигатор) – незаменимая программа для анализа BIM моделей. В нее можно загружать файлы, выполненные в самых разных BIM программах (Revit, Tekla, Sketchup, Bentley и др.) и создать объединенную BIM модель. Ее можно рассматривать, делать разрезы, измерять, писать заметки, но главное – выявлять коллизии, готовить отчеты, а также извлекать данные для расчетов объемов.

Модель в Navisworks можно сравнить с форматом PDF, который позволяет объединить любые файлы и просматривать их в одном месте.

• Настраиваем каждую из BIM моделей инженерных систем (в этом проекте было 30 моделей) для экспорта: отключаем ненужные связи и элементы, чтобы уменьшить объем файлов;
• Выполняем экспорт каждой модели из BIM программы.
• Импортируем модели в Navisworks.

На этом шаге мы добиваемся экономии за счет того, что, протестировав различные способы экспорта, выбрали наиболее быстрый.

Таблицы затраченного времени приведены в формате «часы : минуты : секунды»

Шаг 2. Настройка проверок на коллизии

На настройку поиска коллизий может требоваться различное время. При традиционном методе работы первичная настройка занимает семь часов работы BIM координатора, а по нашей методике – 15 часов.

Разница в том, что мы формируем матрицу проверок для каждой пары разделов, что и позволяет формировать компактные узкопрофильные отчеты.

Например, если требуется проверка коллизий труб с несущими конструкциями, то мы не создаем универсальную проверку «трубы-конструктив».

Мы настраиваем проверки для каждого типа труб: «трубы водоснабжения - конструктив», «трубы канализации - конструктив», «трубы пожаротушения - конструктив», «трубы отопления - конструктив», «трубы холодоснабжения – конструктив» и т.д.

В данном проекте таких пар коллизий насчитывалось 173, поэтому настройка параметров оказалась трудоемкой. Рациональность такого подхода мы покажем позже.

При традиционной работе такая тщательная настройка, конечно же, не выполняется.

Примечание: таковы трудозатраты на первичную настройку параметров, при последующих проверках этот срок уменьшается на порядок.

Шаг 3. Подготовка и выгрузка отчетов

Далее начинается основная работа с отчетом о пересечениях, который может насчитывать многие тысячи строк. Наш BIM отдел научился превращать громоздкий отчет в лаконичный файл с удобной навигацией.

На этом этапе BIM отдел выполняет следующие действия:

• Группирует коллизии по разделам, чтобы разработчику противодымной вентиляции не приходилось вручную отделять свои коллизии от тех, которые относятся к смежнику по общеобменной вентиляции.
• Присваивает всем коллизиям статусы:

- игнорируемые (скажем, коллизии теплоизоляции с теплоизоляцией), если это допускается техническим заданием;
- устраненные;
- неисправленные;
- новые коллизии.

• Если BIM координатор, который воспринимает проект целиком, наметанным взглядом видит простой путь исправления той или иной коллизии, он может дать свои рекомендации.
• Стандартный отчет Navisworks – это HTML файл, который имеет очевидные недостатки – нет функции сортировки, возможности скрытия ненужных строк, оставления комментариев, просмотра заголовков и т.п. Поэтому BIM отдел с помощью разработанных макросов переводит отчет в Excel, что сильно упрощает навигацию и сохраняет нервы проектировщику и ГИПу.

При традиционном методе BIM координатор фактически не выполняет эти шаги, а только тратит 20 секунд, чтобы выполнить экспорт стандартного отчета в формат HTML.

Путь, который проходит наш BIM координатор, дольше и интересней.

Работа проектировщиков с отчетами

Далее отчеты уходят к проектировщикам.

Хорошо организованный и легко настраиваемый Excel отчет бесконечно удобней неповоротливого HTML отчета, что и приводит к колоссальной экономии трудозатрат.

Сравним трудозатраты на работу с двумя типами отчетов команды из 10 инженеров:

Подведем итоги

При нашей технологии мы экономим около 60 человеко-дней на первом цикле проверки на коллизии, т.е. фактически три человеко-месяца (напомним, что в месяце 22 рабочих дня).

К сожалению, даже такое радикальное уменьшение трудозатрат с трудом поспевает за сложностью инженерных систем и растущими требованиями заказчиков к детализации BIM моделей. Усугубляет ситуацию и множество итераций, через которые проходит увязка моделей, поскольку в процессе работы часто меняются архитектурные решения, технология и пожелания заказчика.

Как в свете этого выживают компании, которые работают по старинке, мы не представляем.

Выводы

Мы перестроили структуру компании ради следующей концепции: намеренно передать больше ответственности BIM отделу, чтобы высвободить время инженеров проектировщиков.

В результате этот отдел стал выполнять функции настоящего отдела подготовки производства в сфере цифрового проектирования. Требования к количеству и качеству BIM координаторов значительно выросли, что позволяет нам выпускать более качественные модели за меньшее время. Тем самым мы облегчаем жизнь архитекторам и заказчикам, что и дает компании дополнительный фактор выживания в наше непростое время.