О дорожном проектировании: проблемы и решения

Анастасия Морозова,
руководитель направления «Строительство и инфраструктура» Autodesk в России и СНГ

Сегодня перед компаниями, работающими в области проектирования дорог, мостов и других объектов транспортной инфраструктуры, стоят непростые задачи. С одной стороны, количество проектов в данной сфере с каждым годом увеличивается, и эта тенденция, по оценкам аналитиков, сохранится как минимум до 2020 года. С другой — проекты становятся все более сложными и комплексными, объединяющими в себе и новое строительство, и реконструкцию и включающими сразу несколько видов проектируемой инфраструктуры, как то: автомобильные дороги, железные дороги с системой пересадки на метро или даже самолет. При этом рентабельность крупнейших мосто­ и дорожно­строительных компаний снижается за счет постоянного давления на стоимость реализации проекта со стороны заказчика. Например, аудиторская компания KPMG оценила падение рентабельности мостостроительных компаний с 12 до 9% в период с 2009 по 2012 год. Кроме того, значительное влияние на отрасль оказывают новые развивающиеся формы реализации проектов (ГЧП), изменения в законодательной сфере (44ФЗ). При снижающейся рентабельности любые ошибки проектирования и строительства, незапланированные расходы и простои техники или рабочей силы приводят к печальным для компании последствиям.

В связи с этим одной из самых актуальных задач становится снижение издержек за счет контроля затрат, максимально точного расчета стоимости строительства на самых ранних этапах и при внесении каких­либо изменений в проект, сокращения сроков проектирования и строительства, сокращения количества ошибок в проектной документации и несоответствий проектной документации реальному рельефу местности, а значит, и связанных с этим рисков.

С очень похожими задачами сталкиваются и родственные отрасли, в частности промышленное и гражданское строительство. При этом проектировщики и строители зданий обгоняют инфраструктурные компании по темпам внедрения новых технологий, таких как концептуальное проектирование и информационное моделирование, и уже ощущают позитивное влияние этих технологий на сроки и стоимость проектов. В чем особенность подхода транспортной отрасли к внедрению современных технологий и почему во всем мире, так же как и в России, они приживаются с опозданием в два­три года?

Реконструкция моста Oakland Bay Bridge в Сан-Франциско
(на заднем плане — замещаемая часть моста)

Проект современного моста (фото)

По своим законам

Сравнительно невысокие темпы внедрения новых технологий в компаниях, занимающихся проектированием и строительством транспортных объектов, связаны в первую очередь с базовыми принципами работы отрасли: для подавляющего большинства проектов в качестве заказчика выступает государство, использующее сложившийся годами подход, при котором цепочка «заказчик — проектировщик — строитель» имеет множество разрывов. Как следствие, на каждом из этапов случаются потери информации, приводящие к ошибкам, непрогнозируемым затратам/простоям ресурсов, дополнительным расходам.

В то же время в области проектирования и строительства промышленных и гражданских объектов весь жизненный цикл объекта достаточно часто находится в зоне ответственности единого заказчика в лице вертикально интегрированного строительного или крупного производственного холдинга. При этом разрывов нет — заказчик, проектировщик и строитель работают «в связке», а ошибки, сделанные в документации и плане­графике работ, в конечном счете ложатся на плечи единого владельца. Именно такие компании, а точнее, их руководители, являются основными проводниками новых технологий, в частности технологии информационного моделирования (BIM) в области промышленного и гражданского строительства. Они кровно заинтересованы в налаживании взаимодействия между проектировщиками и строителями и выстраивании нового процесса, позволяющего в результате сократить стоимость строительства вплоть до 30%.

Цена ошибки

При проектировании и строительстве транспортных объектов после прохождения экспертизы проектировщик сдает работу и фактически не несет ответственности за ошибки, допущенные в документации и не отслеженные экспертизой. Документация на проект очень часто задерживается, и строительная компания, чтобы соблюсти сроки, фактически вынуждена начинать работу еще до утверждения ее экспертизой. Любые изменения вносятся невероятно долго, что приводит все к тому же риску срыва сроков либо к выполнению работ с ненадлежащим уровнем качества. Нередки ситуации, при которых документация, полученная строительной компанией, противоречит инженерно­геологическим данным на участке, в частности неверно определен тип грунта. Представьте ситуацию, когда в документации указана глина или песок, а по факту оказывается гранит? Как следствие, стоимость и сроки земляных работ могут различаться в десятки раз. Нарушаются сроки, страдает качество, превышаются бюджеты. И все это приходится покрывать строительной компании, которой государственный заказчик вряд ли даст возможности увеличить стоимость проекта, да и сроки должны быть выдержаны.

Огромное значение имеют ошибки, допущенные из­за неверных данных о существующей инфраструктуре, застройке или рельефе местности. Из­за высокой протяженности автомобильных и железных дорог подобные ошибки могут в разы увеличить конечную стоимость объекта. Особенно это касается развязок, мостовых переходов, туннелей и других участков дороги, где бюджет строительства на единицу площади достаточно высок. Об одном из таких проектов рассказывает Андрей Кирьякиди, «Бамстроймеханизация» (г.Сочи): «Нашей организации было необходимо построить дорогу с выемкой по рабочей документации, предоставленной сторонним проектировщиком. Ближе к завершению выемки предполагался котлован под устой моста и мостовое полотно. При проверке РД мы обнаружили, что полученная поверхность полотна выемки имела очень серьезный дефект, который являлся следствием «ручного» проектирования столь сложного участка. На участке, где начинался котлован под устой моста, не был соблюден переход бокового откоса с дополнительными вертикальными и горизонтальными звеньями. В результате откос выемки на участке котлована «просел» на 4 м и сместился от оси на 1 м. Эта ошибка могла бы стоить заказчику многие миллионы рублей за дополнительные работы по исправлению откоса и срыв сроков сдачи участка. Обнаружив ошибку, мы, как подрядчики, избежали длительных простоев техники, непременно последовавших бы, случись это в процессе проведения работ».

Высокоскоростная железная дорога (рендер Autodesk 3ds Max)

Железнодорожный туннель (рендер Autodesk 3ds Max)

Больше задач — выше рентабельность

Одной из ярких тенденций последних лет стала консолидация мосто­ и дорожно­строительных компаний. Во многом этот процесс стал ответом на то самое повышение комплексности проектов и снижение рентабельности. Руководители компаний хотят и расширять перечень услуг, и контролировать как можно большую часть жизненного цикла объекта строительства. Одновременно с этим наиболее передовые компании стали применять и новые информационные технологии, к которым относится информационное моделирование объектов строительства (BIM).

Я уже упоминала компанию «Бамстроймеханизация», которая является одним из примеров такой многопрофильной организации. Другим примером может послужить питерская компания «Трансмост», которая расширила свою сферу деятельности в сторону проектирования автодорог, организовав специальный отдел и полностью прейдя на использование технологии BIM.

Выбор технологии BIM и инструментов Autodesk для ее реализации для всех этих компаний связан с объединением лучших мировых практик с нормами и стандартами российских стандартов проектирования. Ежегодно Autodesk выпускает пакеты адаптаций для строителей автомобильных и железных дорог, которые готовятся совместно с крупнейшими игроками отрасли. В 2014 году началась активная работа по подготовке пакета адаптаций для проектировщиков метрополитена, для задач реконструкции железных и автомобильных дорог.

Кроме того, в портфеле Autodesk существуют продукты, поддерживающие все ключевые инновационные технологии проектирования и управления строительством, такие как концептуальное проектирование, использование данных лазерного сканирования и, наконец, информационное моделирование (BIM).

Вид с воздуха на автодорожную развязку (рендер AutoCAD Civil 3D, Autodesk 3ds Max Design, Revit Structure)

Концептуальное проектирование для быстрых и аргументированных проектных решений

Современные программные продукты позволяют в короткий срок (дни или даже часы) определить принципиальную трассировку дороги, оперативно рассмотреть варианты проектных решений, сравнить их между собой, в том числе, по объему земляных работ, протяженности трассы и ее стоимости. Это в разы, а иногда в десятки раз быстрее, чем при применении принятого в отрасли 2D­подхода. Кроме того, появляется возможность оценить десятки различных вариантов прохождения трассы за достаточно короткий промежуток времени и выбрать оптимальный — именно тот, который в дальнейшем будет прорабатываться в деталях.

Еще одно преимущество заключается в том, что трехмерная концептуальная модель, полученная с помощью Autodesk Infraworks, может быть передана для дальнейшей детальной разработки на стадию «проект» в AutoCAD Civil 3D и составлять примерно 30% от будущего проекта, в то время как при традиционной технологии на стадии «проект» работа по сути начиналась с нуля. В результате ускоряется процесс проектирования, сокращается несогласованность данных, а значит, и количество ошибок, вызванных человеческим фактором.

Технология концептуального проектирования эффективно проявляет себя как на проектах федерального значения, так и при решении повседневных задач, с которыми сталкиваются проектировщики городской инфраструктуры, — при благоустройстве внутридворовых территорий, архитектурном проектировании городской застройки, транспортных объектов, представлении концепций для общественных слушаний.

В качестве примера можно привести несколько вариантов трассировки Керченского перехода, которые были выполнены за рекордные четыре дня. Еще один интересный проект — уже для Москвы: концепция дублера Кутузовского проспекта, выполненная за пять дней силами одного специалиста. Традиционные технологии двумерного проектирования потребовали бы для реализации этого проекта кратно большее количество времени и вовлеченных специалистов. Кроме того, концептуальное проектирование, выполняемое в 3D на основе цифровой модели местности, позволяет избежать многих ошибок и коллизий, которые неочевидны при работе с «плоскими» чертежами.

Разрез местности с автодорогой, грунтовыми водами и трубами канализации как часть процесса информационного моделирования (рендер 3ds Max)

BIM-решение для железнодорожного моста (рендер 3ds Max)

Лазерное сканирование для более точного представления исходных данных

На основе данных лазерного сканирования создается трехмерная модель, на базе которой построено все дальнейшее проектирование, строительство и эксплуатация объекта. Эта технология очень актуальна для ремонта и реконструкции автомобильных и железных дорог. Полученная с помощью лазерного сканирования модель сравнивается с «идеальной», построенной моделью дорожного полотна. Таким способом обнаруживаются расхождения и на их основе планируются ремонтные работы. Технология в разы сокращает этап проектирования при реконструкции дороги в сравнении с традиционными методами.

Коллективная работа всех участников процесса на основе технологии BIM

Технология BIM — это процесс коллективного создания и использования информации о со­оружении, формирующий базу для всех решений на протяжении жизненного цикла объекта (от стадии предпроекта до проектирования, выпуска рабочей документации, строительства, эксплуатации и сноса). В основе BIM лежит трехмерная информационная модель, на базе которой организована работа всех участников процесса проектирования.

В отличие от обычной 2D­мо­дели или даже 3D­гео­метрии, информационная модель содержит в себе большое количество дополнительных данных об объекте, например толщину бетонного покрытия, глубину залегания элекрокабелей или труб ливневой канализации, запроектированную скорость движения на данном участке трассы и многое другое.

Объекты инфраструктуры на окраине города, проектирование
в AutoCAD Civil 3D и Autodesk Infrastructure Modeling (рендер 3ds Max)

Железнодорожный туннель (фото)

По мнению специалистов компании «Трансмост», информационная модель позволяет принимать более конкретные проектные решения, создавать высококачественную проектную документацию, моделировать эксплуатационные качества объекта, точно составлять сметы и строительные планы, заранее заказывать изготовление материалов и оборудования, управлять строительством объекта, его реконструкцией и эксплуатацией.

Таким образом, сокращаются издержки на всех этапах жизненного цикла объекта, а на стадии эксплуатации у владельца объекта появляются не только бумажные чертежи, но и полный набор данных, в частности, для планирования ремонтных работ — спецификации материалов, графики строительства и т.д.

Технология BIM может принести ощутимый эффект в отдельных сферах транспортной отрасли, в том числе при проектировании, строительстве и эксплуатации метрополитена. Наличие информационной модели позволяет правильно спланировать обслуживание — спрогнозировать объем необходимых материалов, смоделировать график работ, организовать процесс управления оборудованием, а также смоделировать поведение людей в чрезвычайных ситуациях и найти правильные способы выхода из этих ситуаций.

Очевиден потенциал технологии BIM для проектирования пересадочных узлов, где необходимо планировать взаимодействие транспортных артерий разного типа и распределять транспортные потоки. BIM позволяет объединять многочисленные объекты в рамках единой модели, синхронизировать работу архитекторов, конструкторов, инженеров и генпланистов. В результате появляется возможность уже на этапе проектирования просчитать и оптимизировать стоимость и график строительства, исключить коллизии.

Что касается проектирования железных дорог, то в качестве примера применения BIM можно привести опыт одного из подразделений «Росжелдорпроект» — компании «Уралжелдорпроект». По данным, представленным специалистами этой компании на Autodesk University в 2013 году, в результате применения AutoCAD Civil 3D и создания цифровой модели они смогли увеличить скорость принятия проектных решений на 30%, а скорость подсчета объемов земляных масс — на 90%. При этом время, затраченное на проектирование, сократилось на 29%, а понимание проектного замысла заказчиком достигло 100%, в отличие от 10%, которых удавалось достигать с использованием традиционных 2D­технологий.

Уже многие пользователи инфраструктурных решений Autodesk, в основе которых лежит идеология BIM, почувствовали преимущества работы с информационной моделью. Вот еще несколько примеров из опыта наших клиентов:

Андрей Кирьякиди, «Бамстроймеханизация» (г.Сочи): «Благодаря применению AutoCAD Civil 3D наша компания совершила технологический прорыв. За счет исключения простоев и свое­временного обеспечения проектной документацией нам удалось значительно увеличить производительность механизированных комплексов и геодезической бригады, повысить качество выполняемых работ за счет оперативного контроля, сократить общие сроки строительства участков, снизить издержки производств, сэкономить десятки миллионов бюджетных рублей. AutoCAD Civil 3D, поддерживающий технологию BIM, позволил анализировать проекты на стадии заключения контракта и выявлять всевозможные «подводные камни», тем самым исключая выполнение бросовых работ, позволил заранее с большой точностью просчитывать объемы предстоящих работ, проводить визуальный анализ предполагаемого конечного результата проектирования и строительства».

Железнодорожные пути (фото)

BIM-решение в проекте автодорожной развязки, проектирование в AutoCAD, Civil 3D, Navisworks (рендер в 3ds Max). Предоставлено Hejmands, Breijn, Voker Infradesig, Geonius, Нидерланды

«Трехмерная информационная модель одного из технологических заездов, созданная с помощью AutoCAD Сivil 3D, позволила обнаружить ошибку в расчете бетона на 4 млн руб. Она была допущена сторонними проектировщиками на предыдущем этапе работ. При этом построение BIM­модели данного участка заезда заняло всего 15 минут».

Cергей Савельев, главный инженер «Мечел Инжиниринг»: «Благодаря AutoCAD Civil 3D наша компания за два c половиной месяца справилась с проектом технологических автодорог каменноугольного месторождения, на который до внедрения программы пришлось бы потратить не менее полугода. Это позволило увеличить производительность труда подразделения и окончить год с лучшими финансовыми результатами».

Сергей Турбин, инжиниринговая компания «ПМП» (г.Санкт­Петербург): «С финансовой точки зрения, основным преимуществом использования программного комплекса Autodesk Infrastructure Design Suite, поддерживающего BIM­технологию, стало исключение коллизий. Работая с информационной трехмерной моделью, их легко можно найти и поправить. При старом подходе ошибки обнаружились бы только на стройке, что могло привести к потерям и по времени, и по деньгам».

САПР и графика 6`2014