Внедрение BIM-технологий в инженерные изыскания на примере объекта транспортной инфраструктуры

Информационная модель транспортного объекта – это трехмерная визуализированная структура, которая обладает всей полнотой информации проектируемого объекта – комплекс, состоящий из основания, по которому пролегает линейно протяженный участок дороги, расположенного на нём земляного полотна, больших и малых искусственных сооружений, притрассовых коммуникаций и всех сопутствующих структур, обеспечивающих нормальное функционирование транспортной артерии.

При этом основание содержит сведения о ситуации – отражает пересекаемые лесные массивы, существующие коммуникации, водные объекты, болота, особенности рельефа, сведения о грунтах, и тому подобное.

Все возводимые элементы имеют заданные проектом геометрические характеристики, вписанные в природные особенности участка и взаимно увязанные между собой и с существующими объектами как в точках примыкания, так и на своём протяжении.

Такая структура существует виртуально и востребована на всех этапах жизненного цикла объекта – от стадии проектно-изыскательских работ к строительству и эксплуатации.

BIM в практике инженерных изысканий

В настоящий момент АО «Стройизыскания» выполнены комплексные изыскания для проектирования объекта «Обход г. Барнаула с мостом через р. Обь».

Географическое положение объекта обеспечило изыскателей возможностью решить множество интересных и трудных задач: на протяжении 68 километров проектируемая дорога пересекает пять небольших рек и 15-километровую пойму р. Обь, осложненную озерами, старицами и протоками, два склоновых участка, на одном из которых осуществлен переход из глубокой выемки в высокую насыпь, а также четыре пересечения с существующими автомобильными и железными дорогами.

Инженерно-геологические условия объекта характеризуются как сложные – в разрезе выделены глинистые грунты от текучей до твердой консистенции, часть элементов - с включением органики, в том числе слабо- и среднезаторфованные, а также несколько разновидностей песков.

При работе над этим объектом параллельно с выдачей материалов в традиционном формате чертежей, решались задачи интеграции результатов изысканий в среду информационного моделирования.

Процесс применения BIM-технологий на практике выявил следующие вопросы:

• область хранения массивов информации. Организация файловой системы для обеспечения удобства работы с большим количеством разрозненных элементов;
• формат передаваемых результатов. Что именно должны содержать элементы BIM из сферы ответственности инженерных изысканий;
• техническое регулирование, стандартизация и соответствие выданных материалов действующей нормативной литературе. Экспертиза объекта;
• подготовка квалифицированных кадров для работы в информационной модели.

Для накопления и обработки огромного массива информации, которым является BIM -модель, при проектировании «Обхода г. Барнаула» было выделено пространство на сервере заказчика – виртуальный «диск» с возможностью доступа через интернет-браузер к файлам и папкам, расположенным на диске.

Рис. 1. Схема организации папок в инженерных изысканиях

Доступ каждого ответственного исполнителя осуществляется посредством ввода логина и пароля. В качестве меры защиты, аналогично системе онлайн-платежей, вход подтверждается введением одноразового кода, направляемого через службу коротких сообщений мобильного оператора. Таким образом исключается доступ посторонних лиц к проектной информации.

Структура каталогизации файлов – зона ответственности заказчика. Для всего проекта вводится единая система папок, в которой каждому разделу предоставлено своё информационное пространство, а также выделено место для сводного файла проекта – главного файла модели. Сводные файлы составляются путем создания внешних ссылок, то есть фактически все элементы находятся в своих каталогах, откуда они загружаются в единый файл для работы. Для регистрации новых изменений предусматривается система маркеров.

Для начала надо ответить на вопрос о том, что могут дать инженерные изыскания для BIM-конструкции конкретного объекта?

На сегодняшний день основной задачей изыскателей является построение цифровой модели местности - совокупности информации о положении, характеристиках объектов местности, связях между ними и топографической поверхности, представленные в форме, доступной для обработки на ЭВМ.

Использование цифровых технологий для построения ЦММ выражается в следующем:

- на стадии полевых работ топографическая съемка выполняется с применением как цифровых теодолитов-тахеометров, так и систем лазерного сканирования. Информация о пикетах съемки сохраняется в контроллерах приборов, а затем передается на ЭВМ в виде табличного массива точек, каждая из которых хранит в себе информацию о координатах и высотных отметках. В среде разработки AutoCad Civil 3D такие точки называются «точки COGO» (точки координатной геометрии). Их особенность в том, что данные существуют независимо от программной среды, их можно импортировать в любой аналогичный совместимый продукт. Файл с точками сохраняется в проекте вне чертежа, к нему могут обращаться другие пользователи, помимо исполнителя по конкретному объекту. В процессе полевой съемки инженерами-геодезистами составляется абрис ситуации, по которому затем в полученный файл с точками наносятся структурные линии, отражающие характерные элементы рельефа, а также добавляются отдельные точки без отметок, отражающие локальные особенности рельефа, например, отдельно стоящие деревья;

- на стадии камеральных работ по массивам точек COGO производится построение поверхности. Среда автоматизированного проектирования, будь это Credo или Civil, самостоятельно формирует поверхность, соединяя точки ребрами треугольников. При необходимости по ребрам треугольников выполняется построение горизонталей с заданным сечением. Задача исполнителя на данном этапе – проанализировать ситуацию по абрису, уточнить построение поверхностей с учетом характерных линий, чтобы программа «поняла», что в том или ином месте находится обрыв, искусственно созданное препятствие или яма. То есть, поверхность корректируется вручную на отдельных участках. Поэтому никто не говорит о том, что программа в дальнейшем отменит участие человека в процессе создания цифровой модели местности. Наоборот, акцент делается на взаимодействие ресурсов ЭВМ с опытом построения топографических планов, накопленным сотрудниками.

Формат передачи данных проектировщикам

В свете применения BIM-технологий необходимо обратить внимание на следующий момент: практикуя взаимодействие с проектировщиком напрямую, в постоянном режиме, изыскателями уточнен и скорректирован формат передачи данных. Для разных проектных групп формируются различные форматы промежуточных данных, загружаемых в файловую систему проекта. Если речь идет о проектировании мостовых опор на свайном основании, то востребованы, в основном, физические параметры грунтов и результаты опытных полевых работ, а для участков индивидуального проектирования земляного полотна необходимы уже механические характеристики, показатели сжимаемости грунтов, причем не в виде конечных цифр, а в формате графиков испытаний.

Поэтому, несмотря на то, что конечный отчет сохраняет консервативную форму, прописанную в СП по инженерным изысканиям, на сервер объекта загружаются данные в виде отдельно сблокированных массивов данных. Например, паспортов искусственных сооружений, в которых приводится конкретная информация под конкретный мост или путепровод, где приводятся сведения о грунтах основания, указываются данные о коррозионной активности грунтов и грунтовых вод, сейсмичности участка, фрагмент топоплана, то есть всё то, что нужно для работы именно с этим сооружением.

Подобный опыт взаимодействия способствует ускорению процесса проектирования, что приводит к оптимизации сроков выдачи объекта.

Инженерно-геологические изыскания 3D

В части инженерно-геологических изысканий в настоящий момент переход к построению разрезов в виртуальном трехмерном пространстве находится в стадии разработки. Первичным является вопрос применения Geotechnical Module - отдельного приложения для AutoCad Civil 3D. Применение данного приложения позволяет формировать трехмерную модель инженерно-геологических условий на заданной территории. В дальнейшем по этой модели есть возможность построения инженерно-геологических разрезов в произвольном направлении.

Фактически, построение объемного разреза достигается формированием поверхностей, залегающих одна над другой, то есть в качестве исходных данных рассматриваются всё те же точки COGO. Главное отличие от построения топографической поверхности заключается в том, что помимо таблицы точек, импортируется еще таблица с послойным описанием границ слоев. В этой таблице указываются номера точек – скважин, и к каждому номеру привязывается ряд интервалов, заданных в относительных величинах, от поверхности, численно равной отметке точки-скважины. Все данные вносятся в текстовом формате, вручную. То есть, чтобы импортировать несколько скважин, придется набрать достаточно большой массив текстовой и цифровой информации в виде двух таблиц. Чем больше переслаиваний в скважинах, тем более трудоемко заполнение таблицы. На сегодняшний день есть необходимость дополнения геотехнического модуля внутренней утилитой по созданию инженерно-геологических выработок. Такое нововведение должно значительно сокращать время на ввод исходной информации.

Забегая вперед, можно предположить, что следующим шагом к переводу инженерно-геологических изысканий в виртуальное пространство будет программный продукт, который будет определять границы инженерно-геологических элементов не на основании вводимых интервалов, а посредством анализа лабораторных данных, в соответствии с требованиями ГОСТ о классификации грунтов. Технически, составление алгоритма выделения элементов по массиву данных сегодня – вполне решаемая задача. Но при этом требуется изменение критериев отбора образцов в количестве, большем, чем предусмотрено ГОСТ 32868-2014 «Дороги автомобильные общего пользования. Требования к проведению инженерно-геологических изысканий».

Нормативное обеспечение

Специализированная нормативная литература для выполнения инженерных изысканий в среде информационного моделирования в России сегодня отсутствует. Но при этом нельзя однозначно заявить, что это препятствует внедрению BIM-технологий в изыскательскую отрасль. Базовые принципы выполнения изысканий остаются неизменными – перед тем, как данные по рельефу, грунту, экологической или гидрологической ситуации попадут в виртуальную модель, необходимо выполнение целого комплекса работ на местности. В настоящее время разработано достаточное количество нормативной литературы для определения необходимого объема полевых работ. Главная проблема заключается в том, что оборудование для выполнения изысканий совершенствуется, меняется формат предоставления отчетных данных. Для современных расчетных систем требуются несколько иные исходные материалы. И вот это уже влечет за собой необходимость модернизации правил осуществления изыскательской деятельности.

Основным документом, на основании которого осуществляется выполнение инженерных изысканий, является свод правил СП 47.13330, недавно вышедший в редакции 2016 года.

В обновленном своде правил уже присутствуют ссылки на применение прогрессивных технологий в инженерной геодезии – рекомендации по использованию методик, содержащихся в руководствах по эксплуатации современного оборудования, например, для спутниковой съемки или лазерного сканирования. Требования к техническому заданию предусматривают в том числе и подготовку цифровой модели местности. Однако, требования к точности инженерно-топографической съемки по-прежнему определяются по документам, разработанным в конце прошлого века.

Действующий свод правил и сопутствующие ему СП и ГОСТы на инженерные изыскания не определяют главное для BIM-технологии положение – положение о выдаче материалов изысканий, готовых для интеграции в виртуальную модель. Отсутствует регламентирование того, как должен выглядеть технический отчет формата BIM.

Поэтому на экспертизу техническая документация по инженерным изысканиям выходит в предусмотренном СП консервативном двухмерном формате. Но, с учетом повсеместного внедрения электронного документооборота, последние объекты уже передаются не в виде распечатанных на бумаге томов, а в электронном формате PDF.

Подготовка квалифицированных кадров для работы в информационной модели

В этом вопросе, говоря о внедрении BIM-технологий, можно сделать заключение о том, что молодые специалисты, приходя на предприятие, имеют преимущество в работе с современным программным обеспечением. Однако, как показывает практика, ситуация с кадровым ресурсом несколько иная.

Сейчас подготовка студентов высших учебных заведений изыскательского профиля и смежных направлений практически не включает в себя обучение работе в среде информационного моделирования. Опять же впереди всех в этом вопросе выпускники инженерно-геодезических институтов, которые в обязательном порядке обучаются построению цифровых моделей местности в программах AutoDesk Civil 3D и MicroStation от Bentley. В инженерной геологии сложилась практика, когда в камеральной группе работают выпускники не только геологических учебных заведений, но и люди, получившие дипломы по проектированию в строительных ВУЗах. И здесь наблюдается такая картина – специалисты по проектированию обладают бомльшим опытом работы в таких программах, как AutoCAD, Credo, Robur, чем геологи.

BIM – будущее инженерных изысканий

С учетом того, что проектно-изыскательская отрасль в России с каждым годом всё увереннее переходит на BIM-технологии, ещё более остро назревает необходимость перестраивания программ образовательных учреждений с включением туда обучения работе с BIM-ориентированными программами. В противном случае предприятиям изыскательской отрасли помимо затрат на весьма дорогостоящее программное обеспечение, придется нести расходы на дополнительное обучение сотрудников. Фактически, сейчас всё происходит именно так – внедрение новых технологий сопровождается необходимостью отрыва людей от производства для переподготовки.

Информационное моделирование это не абстрактное будущее, это новая реальность проектно-изыскательской деятельности. На государственном уровне проводится разработка новой нормативной документации, утверждаются основные положения проектирования, регламентируется теоретический базис. В органы экспертизы уже заходят объекты, выполненные в системе BIM. Очевидно, что изыскания – не первые на очереди в разработке ГОСТов и сводов правил. Но благодаря стараниям компаний-разработчиков ПО, активно распространяющих свои продукты и проводящих консультации на многочисленных форумах и конференциях, а также в сети Интернет, появляются наработки по внедрению цифровых методов в нашу, пока еще довольно консервативную, профессию.

Энтузиастами BIM-технологий разрабатываются различные методы, облегчающие перевод материалов инженерных изысканий в цифровую плоскость. Благодаря активной обратной связи эти методы постепенно находят отражение в законченных программных решениях.

Главное преимущество информационного моделирования в том, что оно развивается в среде эффективного обмена информации, без границ и барьеров. Поэтому в ближайшее время можно ожидать появления локальных стандартов на изыскания с применением BIM, которые, в дальнейшем, будут систематизированы в своды правил и включены в систему технического регулирования.

Даже в действующей сегодня системе достаточно консервативных норм, отрасль инженерных изысканий не только имеет возможность работать по новым стандартам, но уже постепенно начинает перестраивать свою деятельность для присоединения к информационному моделированию.