Информационное моделирование и интегрированная реализация проектов в кроссдисциплинарном курсовом проектировании студентов строительных специальностей

Использование методологии информационного моделирования в строительстве BIM (Building Information Modeling) и сопутствующей ей методологии интегрированной реализации проектов в строительстве IPD (Integrated Project Delivery) во всем мире развивается быстрыми темпами. Поэтому, безусловно, является важным образование студентов строительных специальностей в области BIM / IPD. Во многих государственных и частных вузах США, таких как, университеты штата Пенсильвания, Южная Калифорния, Техас, Джорджия и др. [1, 2]., имеются разработанные аккредитованные ACCE (American Council for Construction Education - Американский Совет по Образованию в Области Строительства) учебные программы BIM/IPD-образования [3 -7].

Информационное моделирование зданий – Building Information Modeling (BIM) процесс генерации и управления данными о здании (или строительной конструкции) на протяжении всего жизненного цикла[8, 9].

Модель BIM 3D – комплекс архитектурных, конструктивных и расчетных моделей, выполненных на объектно-ориентированном программном обеспечении.

Модель BIM 4D – модель организации и технологии строительного производства, позволяющая визуализировать всю продолжительность серии событий (анимация строительных процессов) и отображения хода строительных работ (календарные планы и графики).

Модель BIM 5D – сметная модель проекта строительства.

Интегрированная реализация проектов в строительстве – Integrated Project Delivery (IPD) разработана Американским институтом архитекторов (AIA). В основу IPD положены следующие принципы [10, 11].

Вовлечение всех участников процесса проектирования и строительства с первого этапа жизненного цикла здания или сооружения – концептуализации (расширенного технического задания) (см. рис. 1).

Взаимное уважение и доверие: в интегрированном проекте, владелец-инвестор, проектировщики, консультанты, строители, субподрядчики и

ТРАДИЦИОННЫЙ МЕТОД РЕАЛИЗАЦИИ ПРОЕКТОВ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ ЧТО будет построено

Экспертиза

Владелец (Инвестор)

Архитектор (ГАП, ГИП) Проектировщики по разделам

Гэнподрядчик

ИНТЕГРИРОВАННЫЙ МЕТОД РЕАЛИЗАЦИИ ПРОЕКТОВ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Рис. 1. Взаимодействие участников внутри этапов жизненного цикла в традиционном и интегрированном методах реализации проекта поставщики понимают ценность сотрудничества и готовы работать в команде в наилучших интересах проекта.- Взаимная выгода и вознаграждение. Все участники или члены команды выиграют от IPD. Выплаты основаны на добавленной стоимости, выполненной участниками проекта, и вознаграждение следования принципу «что лучше для проекта», например, путем создания стимулов, привязанных к достижению целей проекта. Интегрированные проекты используют инновационные бизнес модели для поддержки сотрудничества и эффективности – многосторонние и рамочные контракты [12].

Рис. 1 показывает традиционное и интегрированное взаимодействие участников внутри этапов жизненного цикла. Руководство AIA по интегрированной реализации проекта IPD детально описывает действия участников процесса: владельцев (инвесторов), архитекторов (проектной команды), строителей (генподрядчика, субподрядчиков, поставщиков), а также экспертизы, органов государственного контроля на всех этапах жизненного цикла.

В образовательной практике этапы жизненного цикла представлены соответствующими курсовыми проектами. Моделирование IPD - взаимодействия проектировщиков и строителей предполагается через выполнение крос-сдисциплинарного курсового проекта кафедр «Железобетонных конструкций» и «Технологии и организация строительного производства» в Самарского государственного архитектурно- строительного университета:

• -    конструирование и расчет плоского и ребристого железобетонного перекрытия на кафедре «Железобетонные конструкции»;

• -    разработка технологии производства работ монолитных железобетонных конструкций на кафедре «Технология и организация строительного производства».

IPD взаимодействие является наиболее соответствующим методологии информационного моделирования в строительстве BIM.

Таким образом, планируется организовать и скоординировать в курсовом проекте усилия по разработке конструкторской 3D BIM модели и 4D, 5D BIM модели технологии производства работ на основе принципа IPD – раннего вовлечения участников процесса проектирования и строительства с первого этапа жизненного цикла – концептуализации (расширенного технического задания).

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Методом исследования является педагогический эксперимент, моделирующий в кроссдисци-плинарном курсовом проекте следующие этапы жизненного цикла зданий и сооружений: концептуализация, проектные решения, разработка проекта, исполнительная (имплементационная) документация, прохождение экспертизы (защита проекта).

Экспериментальные группы одновременно начинают разработку конструкторской модели от эскизной до детальной разработки и модели производства работ от укрупненных показателей до детальной привязки к конкретному проектному решению конструкторов.

В нашем случае планирование работ сводится регламентации действий внутри следующих этапов жизненного цикла, отраженных на рис. 1.

Далее приводится программа действий, разработанная авторами, для участников крос-сдисциплинарного курсового проекта кафедр «Железобетонные конструкции» и «Технологии и организация строительного производства» в соответствии с этапами жизненного цикла зданий и сооружений на основе методологии IPD.

Стадия IPD – Концептуализация

Стадия курсового проекта – Задание на проектирование

Цели и задачи интегрированного курсового проекта (кафедра ЖБК и ТОСП):

• 1.    Запроектировать два варианта перекрытия многоэтажного здания с монолитным железобетонным каркасом:

• -    плоское безбалочное перекрытие;

• -    ребристое перекрытие.

• 2.    Разработать технологию устройства монолитных конструкций перекрытия.

• 3.    Выбрать наиболее эффективный вариант, в том числе по экономическим параметрам (target costing – проектирование по запланированным затратам).

Результаты данной стадии:

• 1.    Задание на проектирование.

• 2.    Цена за 1м³ (1м²) конструкции.

• 3.    Цена 1 дня стройки.

Стадия IPD – Проектное решение

Стадия курсового проекта – Проектные решения

Результаты данной стадии:

Кафедра ЖБК (Все показатели определяются по укрупненным данным):

• 1    . Определить конструктивное решение (тип армирования, шаг гл. и вт. балок, размеры сечений и.т.д.).

• 2.    Определить опалубочные формы.

• 3.    Выполнить сбор нагрузок (с обоснованием СП, СНиП, Еврокод, противопожарных требований).

• 4.    Разработать расчетную схему с применением BIM (с обоснованием СП, СНиП, Еврокод).

• 5.    Цена за 1м³ (1м²) конструкции.

• 6.    Target costing.

Кафедра ТОСП (Все показатели определяются по укрупненным данным):

• 1.    Определить опалубочные формы.

• 2.    Дать предложения по способу устройства конструкций (способ бетонирования, опалубочные системы, подбор техники).

• 3.    Дать предложения по способу устройства конструкций (с обоснованием требований СП, СНиП, Еврокод, противопожарных требований по безопасности выполнения СМР).

• 4.    Разработать расчетную схему с применением BIM (с обоснованием СП, СНиП, Еврокод).

• 5.    Цена за 1м³ (1м²) конструкции.

• 6.    Сроки выполнения работ.

• 7.    Target costing.

Стадия IPD – Разработка рабочей доку ментации

Стадия курсового проекта – Аналог разработки рабочей документации

Результаты данной стадии – применение BIM:

Кафедра ЖБК:

Детальная разработка проекта:

• 1.    Расчеты строительных конструкций.

• 2.    Разработка чертежей плоского безбалочного перекрытия.

• 3.    Разработка чертежей ребристого перекрытия.

• 4.    Спецификации.

• 5.    Модель 3D.

• 6.    Цена за 1м³ (1м²) конструкции.

• 7.    Target costing.

Кафедра ТОСП:

Детальная разработка технологии производства работ:

• 1.    Разработка технологии возведения плоского безбалочного перекрытия.

• 2.    Разработка технологии возведения ребристого перекрытия.

• 3.    Графики производства работ.

• 4.    Требования безопасности производства работ.

• 5.    Материально-технические ресурсы.

• 6.    Модель 4D, 5D.

• 7.    Цена за 1м³ (1м²) конструкции.

• 8.    Сроки выполнения работ.

• 9.    Target costing.

Стадия IPD – Исполнительная документация

Стадия курсового проекта – Исполнительная документация

Результаты данной стадии – применение BIM

Кафедра ЖБК:

• 1.    Спецификации.

• 2.    Модель 3D.

• 3.    Цена за 1м³ (1м²) конструкции.

• 4.    Target costing.

Кафедра ТОСП:

• 1.    Предложения по улучшению и интенсификации строительно-монтажных работ без изменения проектных решений.

• 2.    Модель 4D, 5D.

• 3.    Цена за 1м³ (1м²) конструкции.

• 4.    Сроки выполнения работ.

• 5.    Target costing.

• 6.    Оценка взаимного влияния конструктивных решений и технологии.

• 7.    Предложения по снижению стоимости конструктивных решений, технологии.

Стадия IPD – Экспертиза, разрешение на строительство, окончательные закупки

Стадия интегрированного курсового проекта – Защита курсового проекта

Результаты данной стадии:

Кафедра ЖБК: Презентация конструктивных решений.

Кафедра ТОСП: Презентация технологии.

Ожидаемые результаты

Участие в кроссдисциплинарном курсовом проекте направлено на формировании следующих знаний, компетенций и мотиваций:

• -    моделирование, когда выбранные системы влияют на смежные дисциплины и общее время выполнения проекта;

• -    осознание, что цель команды имеет большее значение, чем достижение индивидуальных целей и признания;

• -    активизировать понимание процессов BIM / IPD;

• -    получить толчок в понимании глубины дисциплины;

• -    выработать умение обращать рабочие процессы в информационный поток;

• -    стать продвинутыми командными игроками, овладеть навыками технической речи и описания процессов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Программа действий, разработанная авторами на основе методологии BIM/IPD, для участников кроссдисциплинарного курсового проекта является универсальной для профессионального учебного процесса, поскольку сам набор кафедр строительного университета является учебной моделью этапов жизненного цикла зданий и сооружений.

В рамках подготовки к проведению кроссдис-циплинарного курсового проекта заключены договора о стратегическом партнерстве Autodesk и Tekla Россия с Самарским государственным архитектурно-строительном университетом, в рамках которых университету поставлены лицензионные программные комплексы, реализующие технологию BIM. Проведено обучение и сертификация преподавателей СГАСУ в авторизованных учебных центрах компаний.

В настоящий момент методика IPD/BIM курсового проекта вводится в рабочие программы кафедр «Железобетонные конструкции» и «Технология и организация строительного производства» СГАСУ.