10 - 2019

Эволюция проектирования системы отопления: от наскальных рисунков к BIM-моделям

Екатерина Васильева, менеджер по продукту Renga МЕР компании
Renga Software
Екатерина Васильева, менеджер по продукту Renga МЕР компании
Renga Software

С давних времен человечество заботилось об обогреве своего жилища. Люди XXI века относятся к комфортной температуре воздуха в помещении независимо от времени года как к чему-то само собой разумеющемуся. Но так было далеко не всегда. Современные высокотехнологичные энергоэффективные системы отопления являются результатом многовекового поиска людьми ответа на вопрос: «Как себя согреть?» Параллельно с развитием технических решений в этой области менялись и способы создания проектов, а также формы записи, хранения и передачи накопленной столетиями информации. Непрерывный полет инженерной мысли постепенно привел нас от первобытных условий к высокому уровню жизни.

Как согревались люди

Известно, что еще в каменном веке наши предки использовали в своих пещерах первые «отопительные приборы» — костры. Место очага тщательно продумывалось и оберегалось. Можно сказать, что тогда и зародились ранние принципиальные решения системы отопления: в крыше над очагом делали отверстия для выхода дыма, а сам очаг обкладывался камнями, чтобы сквозняк не потушил огонь. Эту важную информацию первобытный человек передавал потомкам через наскальную живопись, создавая таким образом наглядные пособия по грамотному обогреву жилища (рис. 1).

Рис. 1. Наскальный рисунок организации костра и быта

Рис. 1. Наскальный рисунок организации костра и быта

В Древнем Египте для отопления использовали бани, а инженеры Древнего Рима создали камин, который дошел до наших дней. Камин устанавливали в центре помещения и окружали со всех сторон теплоаккумулирующими каменными материалами, чтобы избежать перегрева в процессе и резкого охлаждения по окончании протапливания. Проектировали и вентиляцию помещений, создавая тягу в дымоходе. Предварительные эскизы и подробные зарисовки сооружений выполнялись на папирусе, пергаменте, отбеленных деревянных досках, а также на плоских каменных плитах (рис. 2).

Рис. 2. Эскизы французских каминов

Рис. 2. Эскизы французских каминов

В средние века в Европе широкое развитие получило печное отопление, которое  обогревало помещение лучше. Следующим шагом после индивидуального печного отопления стало появление централизованных систем. В 1777 году французский инженер М. Боннеман изобрел первую водную систему с естественной циркуляцией. Ее основные принципы применяются для отопления жилых зданий до сих пор. В то время уже повсеместно было распространено слово «чертеж», которое обозначало схематичное изображение с большим количеством подписей и комментариев. Такие изображения элементов системы отопления использовали в инженерном деле.

С развитием промышленности и широким применением паровых машин в XIX веке массовое распространение получили водяные и паровые системы отопления. В XX веке насосы стали электрическими, а системы отопления начали оборудовать принудительной циркуляцией, в которой обеспечивается постоянное перемещение воды по замкнутому контуру. Начиная с XVII века, параллельно с развитием и совершенствованием инженерной отрасли, предпринимались попытки создания вычислительных механизмов. В середине прошлого столетия произошла настоящая революция, ознаменованная появлением быстродействующих вычислительных машин. Специалисты по отопительным системам стали использовать возможности компьютеров для создания 2D-чертежей, которые отличались высокой точностью и аккуратностью по сравнению с ручными аналогами. С этого момента быстрыми темпами стали развиваться инструменты для автоматизации действий инженера в процессе проектирования. Помимо программных продуктов для 2D-моделирования, появились 3D-системы, где основная работа ведется с объемным рисунком.

Сегодня системы отопления направлены на снижение тепловых потерь, учет расхода тепла, использование энергосберегающих технологий и поиск новых источников топлива. Например, в современных многоквартирных жилых домах все чаще применяется горизонтальная разводка трубопроводов отопления, установка в каждой квартире индивидуальных счетчиков тепла и терморегуляторов, которые позволяют экономить тепловую энергию (рис. 3).

Рис. 3. Двухтрубная система отопления многоэтажного жилого дома с горизонтальной коллекторной поэтажной разводкой

Рис. 3. Двухтрубная система отопления многоэтажного жилого дома с горизонтальной коллекторной поэтажной разводкой

Высокая стоимость устанавливаемого энергоэффективного оборудования, наличие большого количества элементов сетей и трудоемкие инженерные расчеты делают работу проектировщика сложной, длительной и требующей высокой квалификации. Но САПР XXI века не отстали от технологического прогресса строительной отрасли и предложили принципиально новый подход, удовлетворяющий тенденциям нового времени в концепции сокращения используемых ресурсов, минимизации ошибок, точной оценки времени и стоимости строительства. Наступила эра технологии информационного моделирования.

Русские системы

На всем протяжении развития систем отопления русские инженеры не оставались в стороне от поиска новых способов обогрева, открывая миру новые возможности. В свое время печная техника в России достигла высокого уровня. Прогрессивные конструкции изготовления отопительных печей с вытяжным устройством через дымоход в Европе называли русскими. Первый в мире прототип калорифера был представлен русским военным инженером Николаем Аммосовым. А чуть позже российский промышленник с немецкими корнями Франц Карлович Сан-Галли создал принципиально новое обогревательное устройство — радиатор водяного отопления. В начале XX века в стране занимались разработками в области панельного отопления, которые впоследствии стали основой лучистого отопления.

Старались не отставать в развитии и системы автоматизированного проектирования. После появления вычислительных машин советские IT-специалисты активно работали в направлении создания отечественных программных продуктов для 2D- и 3D-моделирования. Широкую популярность среди инженеров отопительных систем приобрели продукты семейства Компас-3D и NanoCAD. С переходом мирового строительного рынка на технологию информационного моделирования стало ясно, что пришло время двигаться вперед и соответствовать высоким стандартам международного уровня. В конце прошлого года компания Renga Software представила пользователям первую российскую систему для проектирования внутренних инженерных сетей по технологии информационного моделирования Renga MEP. Первой в программе была реализована возможность проектировать раздел водоснабжения и водоотведения. А уже этим летом, благодаря появившемуся в Renga MEP новому функционалу, профильные специалисты начали создавать информационные модели систем отопления и индивидуальных тепловых пунктов (ИТП).

Умные инструменты Renga MEP в помощь инженеру

Для тех, кто только сейчас знакомится с технологией информационного моделирования, — несколько слов об основной идее. Специалисты в ходе рабочего процесса создают в Renga MEP электронную виртуальную копию системы отопления и тепловых сетей ИТП, по которой в дальнейшем будут разрабатываться сметы и вестись строительство. Проектирование становится высокоинтеллектуальным. Все объекты создаваемой модели системы отопления (трубопроводы, отопительные приборы, арматура и т.д.) несут в себе как информацию о геометрических параметрах, так и сведения о расходе, материале, производителе, а также количественные характеристики для дальнейшего расчета и анализа. Эти данные используются программой при создании спецификаций и оформлении чертежей, значительно сокращая время работы над проектом, а кроме того, они лежат в основе ключевых возможностей Renga MEP в части проектирования раздела «Отопление и ИТП». Рассмотрим их в логической последовательности работы инженера:

  1. Создание и последующая расстановка на 3D-виде параметрического оборудования системы отопления и элементов ИТП любых производителей.
  2. Автоматическая прокладка трубопроводных трасс и подключение оборудования.
  3. Получение аксонометрических схем системы отопления.
  4. Автоматическое формирование спецификаций всех элементов модели.
  5. Автоматизированное получение чертежей соответствующих разделов, оформленных по СПДС.

В самом начале профильный специалист создает номенклатуру изделий, которая будет использоваться в проекте. Большим преимуществом программы является независимость работы проектировщика от «незаполненных» каталогов объектов сетей отопления и ИТП. В Renga MEP реализован универсальный инструмент Стили, позволяющий создавать все необходимые виды параметрического оборудования, арматуры, труб, фитингов (рис. 4). В считанные минуты, путем изменения параметров системного типа, инженер имеет возможность получить требуемый в проекте экземпляр отопительного прибора (после подбора мощности в специальных расчетных программах) и элемента тепловых сетей ИТП любого производителя. Вместе с тем, в случае необходимости, есть возможность импорта в модель трехмерных объектов, которые пользователь сможет применять в создаваемой модели. Для этого предусмотрена интеграция системы с другими программными продуктами и импорт в форматах *.ifc, *.c3d, *.step, *.sat, *.iges и др.

Рис. 4. Создание параметрического оборудования инструментом Стили

Рис. 4. Создание параметрического оборудования инструментом Стили

Созданное с помощью инструмента Стили оборудование специалист расставляет на 3D-виде. В Renga MEP существует удобная система объектных и 3D-привязок, которая помогает с легкостью располагать отопительные приборы в пространстве архитектурной модели (рис. 5).

Рис. 5. Расстановка отопительных приборов на 3D-виде

Рис. 5. Расстановка отопительных приборов на 3D-виде

Следующим шагом проектировщика будет прокладка трубопроводных трасс и подключение к ним расставленных отопительных приборов. В этом ему поможет основной уникальный инструмент Renga MEP Автоматическая трассировка. Он самостоятельно выполняет построение трубопроводов отопления и тепловых сетей ИТП, а также подключение оборудования в соответствии с правилами, которые задает инженер (высота расположения трубопроводной трассы от уровня пола, смещение от стены, материал труб и используемых фитингов). В специальном режиме, который называется «конструктор систем», пользователь показывает последовательность соединения объектов, а параллельно его действиям в модели строится трубопроводная трасса. На проложенную трассу автоматически назначаются заданные проектировщиком трубы и фитинги, которые вставляются в местах ее поворота и ответвлений. При этом максимально минимизируются действия специалиста и сокращается время на принятие решения о пространственной конфигурации элементов сетей, так как в процессе построения программа учитывает объекты архитектурного раздела: стена, фундамент, балка, колонна, оконные и дверные проемы. В результате в созданной модели наглядно видно расположение всех трубопроводов системы отопления и ИТП, а также их позиционирование относительно друг друга и других внутренних инженерных сетей (например, водоснабжения и водоотведения). Это помогает избежать ошибок при согласовании и увязывании разделов проектной и рабочей документации между собой (рис. 6 и 7).

Рис. 6. Автоматическое подключение отопительного прибора к подающему и обратному трубопроводу путем соединения объектов в конструкторе систем

Рис. 6. Автоматическое подключение отопительного прибора к подающему и обратному трубопроводу путем соединения объектов в конструкторе систем

Рис. 6. Автоматическое подключение отопительного прибора к подающему и обратному трубопроводу путем соединения объектов в конструкторе систем

При любом изменении в модели будет автоматически перестраиваться как трасса, так и расположенные на ней трубы и фитинги. Таким образом, благодаря ассоциативным связям между объектами, геометрия сети отопления всегда будет корректироваться при смене положения подключенного к ней оборудования. В то же время у проектировщика есть возможность быстрого и гибкого редактирования проложенной программой трассы со всеми ее элементами.

Рис. 7. Автоматическое последовательное подключение отопительных приборов к подающему 
и обратному трубопроводу путем соединения объектов в конструкторе систем

Рис. 7. Автоматическое последовательное подключение отопительных приборов к подающему 
и обратному трубопроводу путем соединения объектов в конструкторе систем

Рис. 7. Автоматическое последовательное подключение отопительных приборов к подающему
и обратному трубопроводу путем соединения объектов в конструкторе систем

По окончании моделирования специалисты приступают к созданию аксонометрических схем системы отопления, которые являются обязательной частью готовой рабочей документации. Предоставленные пользователям инструменты дают возможность автоматизированного формирования требуемых аксонометрических проекций внутренних инженерных сетей в соответствии с ГОСТ 21.602-2016, где соблюдены чертежные масштабы, а все элементы отображены в соответствии с УГО (условно-графическими обозначениями). Возможность получения классической косоугольной фронтальной изометрии сетей отопления с левой системой осей выгодно отличает Renga MEP от других программ. Кроме того, можно выполнять схемы в прямоугольной изометрической проекции без искажения по осям X, Y, Z, что допускается по нормам и часто применяется на практике (рис. 8).

Рис. 8. Формирование аксонометрической схемы системы отопления из 3D-модели

Рис. 8. Формирование аксонометрической схемы системы отопления из 3D-модели

Рис. 8. Формирование аксонометрической схемы системы отопления из 3D-модели

Когда информационная модель создана и аксонометрические схемы сформированы, инженеры переходят к подсчету количества используемых в проекте изделий, оборудования и материалов. Для точного вычисления всех элементов системы отопления и тепловых сетей ИТП в Renga MEP существует инструмент Спецификации. Он автоматически собирает информацию с объектов модели и формирует по ним необходимую проектировщику таблицу по ГОСТ 21.110-95, позволяя забыть про ручной расчет и заполнение данных. Спецификации ассоциативно связаны с 3D-моделью и пересчитываются при любом ее изменении, значительно экономя время пользователя и сводя к нулю возможность ошибки (рис. 9).

Рис. 9. Спецификации элементов системы отопления в Renga MEP

Рис. 9. Спецификации элементов системы отопления в Renga MEP

Последним этапом работы над проектом системы отопления и разделом ИТП является оформление чертежей. Renga МЕР — это российская BIM-система, которая настроена под выпуск документации по действующим на территории РФ стандартам. Разработанные шаблоны позволяют проектировщику очень быстро и грамотно производить оформление чертежных листов системы отопления согласно СПДС. Всё, что нужно сделать инженеру, это перейти в режим чертежа и разместить в нем требуемый вид модели. При этом отопительные приборы и трубопроводная арматура автоматически отображаются по ГОСТ, а применение инструментов встроенного чертежного редактора дает пользователю возможность добавлять необходимые выноски, марки и размеры (рис. 10).

Рис. 10. План типового этажа с сетями отопления многоэтажного жилого дома

Рис. 10. План типового этажа с сетями отопления многоэтажного жилого дома

Стили отображения позволяют настраивать видимость и уровень детализации объектов на чертежах. Высокая детализация трубопроводов и обвязок оборудования может использоваться профильными специалистами при оформлении раздела ИТП (рис. 11).

Рис. 11. План расположения оборудования ИТП многоэтажного жилого дома

Рис. 11. План расположения оборудования ИТП многоэтажного жилого дома

Приручаем BIM: как сохранить скорость и улучшить качество проекта

Когда-то древний человек приручил для своего блага огонь, что позволило ему перейти на новый уровень жизни. Как от костров перешли к современным системам отопления, так в скором времени от классического 2D-черчения перейдут к проектированию систем жизнеобеспечения по технологии информационного моделирования. Поэтому каждому инженеру необходимо следить за развитием BIM и пробовать новые инструменты в работе.

На строительном рынке существует мнение, что внедрение BIM — это сложный процесс, который требует длительной переподготовки специалистов и больших изменений в структуре организации. В основном, это убеждение сформировалось из-за подхода, который лежит в основе зарубежных BIM-систем. Но Renga MEP предлагает принципиально новые решения, которые приятно удивляют пользователей. Прежде всего, это быстрота освоения программы: полноценно работать в системе инженер может всего после нескольких дней обучения. Простой и лаконичный контекстно-ориентированный интерфейс помогает эффективно, без траты большого количества времени на подготовку проектировать сети отопления. Значительно увеличивается скорость работы специалиста благодаря минимальному количеству панелей инструментов, интуитивно понятной навигации по модели и высокой производительности Renga MEP. При этом минимизируются ошибки, возникающие в ходе стандартного 2D-проектирования.

Уже сегодня инженеры по внутренним сетям могут освоить технологию информационного моделирования, что даст им возможность перейти на принципиально новый уровень проектирования. Попробуйте и оцените российскую BIM-систему на практике. Используйте Renga МЕР в ваших инженерных проектах!