Программное обеспечение для повышения эффективности строительного проектирования

Павел Кокин, Ренат Магатасимов

Компания «тиссенкрупп Индастриал Солюшнс (РУС)» (ткИС РУС) является современным международным предприятием, оказывающим услуги в сфере промышленного инжиниринга. Свое историческое начало организация берет в 1953 году, когда на базе комплексного отдела Государственного союзного проектного института № 3 в городе Дзержинске Горьковской области был создан новый филиал. На тот момент основной специализацией института было проектирование производств винилхлорида, поливинилхлорида, акрилатов и сополимеров на их основе.

В настоящее время компания является частью крупнейшего международного концерна thyssenkrupp, за плечами которого более 200 лет развития, инноваций и командной работы, и осуществляет комплексное проектирование объектов промышленного назначения в области органической и неорганической химии, производства полимеров, электролиза, биотехнологий, технологий нефти и газа, а также в сфере добычи, обработки и транспортировки полезных ископаемых и минералов и производства цемента.

Учитывая уровень технической сложности современных промышленных объектов и установок и высокие стандарты качества оказываемых инжиниринговых услуг, трудно представить рабочий процесс без применения набора средств автоматизированного проектирования, представленных в данной статье и применяемых во время работы сотрудниками строительного отдела.

Процесс проектирования можно условно разделить на два блока: расчет строительных конструкций и конструирование. Для работы над каждым блоком характерно применение своего набора инструментов. Так, при выполнении расчетов строительных конструкций в отделе используются такие программы, как SCAD Office, Staad.Pro, ФОК­Комплекс, NormaCAD, MS Excel. Для конструирования и разработки чертежей применяются TEKLA Structures, Archi CAD, Autodesk Inventor, AutoCAD. Следует отметить, что основной упор в отделе сегодня делается на 3D­проектирование с последующим получением чертежей из модели. Наибольшая эффективность рабочего процесса отмечена при использовании связки SCAD OFFICE — TEKLA Structures/Staad.Pro — TEKLA Structures, применение связки TEKLA Structures/Staad.Pro — TEKLA Structures наиболее целесообразно при выполнении международных проектов. В свою очередь, программы ФОК­Комплекс, NormaCAD используются  для решения отдельных узконаправленных задач.

Одним из первоочередных направлений освоения программы TEKLA является получение чертежей из модели в соответствии с требованиями всех стандартов по оформлению рабочей и проектной документации без промежуточной корректировки в программе AutoCAD.

В рамках третьего этапа формирования национальной системы стандартизации, одобренной Распоряжением Правительства Российской Федерации № 1762­р от 24 сентября 2012 года «О Концепции развития национальной системы стандартизации Российской Федерации на период до 2020 года», отмечается активное обновление нормативно­технической базы. Для достижения целей этапа и выполнения поставленных задач особое внимание было уделено приведению отечественных норм международным стандартам, обеспечению заданного темпа обновления фонда стандартов в приоритетных секторах экономики, в том числе строительстве, активной разработке стандартов для использования новых материалов и технологий. В связи с этим в процессе проектирования приходится не только работать с большим количеством документов, но также отслеживать их актуальность и особенности применения.

Эффективность в данном вопросе позволяет обеспечить одна из ведущих справочных систем — «Техэксперт». Помимо огромного количества нормативно­технической документации и нормативно­правовых актов данный комплекс содержит различную технологическую документацию, аналитические данные, различные классификаторы и словари. По отдельным запросам возможно получение доступа к международным и зарубежным стандартам как на языке оригинала, так и на русском языке. В рамках сотрудничества между нашими компаниями специалисты «Техэксперт» регулярно производят обновление системы, а также организуют обучение для сотрудников компании — как в виде очных мероприятий на территории ткИС (РУС), так и посредством вебинаров.

Достаточно часто в процессе проектирования приходится руководствоваться не только нормативно­технической документацией, но и дополнительными требованиями различных участников проекта. Как правило, зарубежные партнеры (заказчики, лицензиары), имея собственный опыт проектирования, вводят дополнительные ограничения, условия, правила. Эти требования могут затрагивать планировочные и конструктивные решения, формы предоставления отчетности и документации, правила кодирования документов, принципы 3D­моделирования. Всё это находит отражение в таких документах, как технические спецификации, стандарты организаций, рабочие инструкции. Документы анализируются на предмет разногласий с действующими нормами, при этом выполнению подлежат те условия, которые являются более жесткими. В отдельных случаях такие документы разрабатываются непосредственно нашей компанией в рамках выполнения проекта.

Расчеты строительных конструкций выполняются при помощи интегрированной системы прочностного анализа и проектирования конструкций — SCAD Office. В состав этой системы входит вычислительный комплекс SCAD++, реализующий метод конечных элементов, и программы­сателлиты, предназначенные для решения отдельных узкоспециализированных задач. Возможности вычислительного комплекса обеспечивают выполнение расчетов стальных и железобетонных конструкций с учетом статических и динамических нагрузок в соответствии с актуальными требованиями стандартов Российской Федерации, а также Европейских норм. Кроме того, в последних версиях программы появилась возможность выполнения расчетов с учетом физической нелинейности, что позволяет осуществлять более качественный анализ работы конструкций.

Для того чтобы успевать за всеми нововведениями, необходимо не забывать о развитии сотрудников. Наибольшую ценность в отделе, как и в компании в целом, представляют люди и их компетенции. Поэтому большое внимание уделяется обучению и повышению квалификации. В условиях постоянной высокой загруженности специалистов крайне востребованным является обучение в формате вебинаров. Инженеры­расчетчики регулярно принимают участие в обучающих мероприятиях, организованных компаниями SCAD Soft, ГК ИНФРАС и др.

Альтернативным расчетным комплексом в отделе стала программа Staad.Pro от компании Bentley Systems. Выбор данного инструмента был обусловлен требованиями заказчика при выполнении зарубежного проекта.

В рамках данного контракта предполагались расчет строительных конструкций и разработка рабочей документации для четырех юнитов завода по производству удобрений в г.Айн Сохна (Египет). Проектирование конструкций осуществлялось в соответствии с EN 1990­1998, а также Египетскими нормами ECP. Абсолютно новое программное обеспечение и зарубежные стандарты осваивались буквально в процессе проектирования. В освоении программы значительную помощь оказал ЧУ ДПО Институт САПР и ГИС, специалисты которого в кратчайшие сроки смогли провести обучение. На деле оказалось, что интерфейс Staad.Pro хоть и имеет иную структуру, но в то же время является интуитивно понятным и содержит близкий к SCAD++ набор функций.

Интерфейсы программ представлены на рис. 1­3.

Рис. 1. Дерево расчетной модели в программе SCAD++

Рис. 2. Интерфейс программы SCAD++

Рис. 3. Интерфейс программы Staad.Pro

Обе программы имеют три основных блока:

1. Ввод данных, построение расчетной модели.
2. Настройки и выполнение расчетов.
3. Постпроцессоры, анализ результатов, проверка конструкций на соответствие нормам.

При работе с данными расчетными комплексами каждый из них показал свои достоинства и недостатки. Так, к примеру, Staad.Pro имеет продвинутый режим работы с моделью через текстовый редактор (представлен на рис. 4), что в SCAD Office пока реализовано не в полной мере.

Рис. 4. Текстовый редактор модели Staad.Pro

В SCAD Office результаты проверки элементов конструкций по нормам имеют более понятный и информативный вид, по сравнению с Staad.Pro (вид результатов проверки конструкций представлен на рис. 5). Тем не менее любой из этих инструментов занимает достойное место на рабочем столе инженера­расчетчика и открывает большие возможности для повышения эффективности проектирования.

Рис. 5. Отображение результатов проверки конструкций: а — в программе Staad.Pro; б — в программе SCAD++

Конструирование и разработка чертежей, как было упомянуто ранее, осуществляется в различных графических программах. Мы не ограничиваемся применением AutoCAD, и хотя он остается основным графическим редактором в отделе, был необходим переход на трехмерное моделирование. Долгое время довольно остро стоял вопрос создания единой 3D­модели объекта, где можно было бы отслеживать конфликты и наблюдать общую картину. Первое время было решено вводить строительные конструкции непосредственно в PDMS, что само по себе являлось двойной работой: приходилось разрабатывать чертежи строительных конструкций и в то же время создавать те же конструкции в PDMS. Данную проблему решило применение нового программного комплекса для строителей: несколько лет назад нашими коллегами в головном офисе фирмы в г.Дортмунд (Германия) была внедрена программа Tekla Structures, выпускаемая корпорацией Trimble.

Программа обладает широким спектром возможностей: она позволяет осуществлять и контролировать процесс строительства практически с «нуля» до завершения проекта. И наши немецкие коллеги в этом действительно преуспели: на сегодняшний день мы, работая в пределах одной графической программы, получаем 3D­модель, все чертежи — от стадии «проект» до стадии «деталировка», всевозможные ведомости и объемы материалов и профилей, проверку на конфликты — в том числе и с опорными моделями.

Но помимо того, что программа упрощает процесс проектирования в строительной части, стало возможным создание единой 3D­модели в PDMS(E3D) посредством импорта­экспорта опорных моделей Tekla↔PDMS(E3D). Таким образом, при применении Tekla отпадает необходимость создавать строительные конструкции в PDMS(E3D), так как они приходят из Tekla (рис. 6). Опорные модели для PDMS(E3D) из Tekla создаются посредством специального плагина, разработанного Trimble, и эти модели представляют собой больше чем просто набор форм — каждая деталь экспортированной модели содержит в себе всю необходимую для наших коллег информацию, которая доступна прямо в модели. Опорные модели, получаемые из PDMS, в свою очередь, тоже содержат атрибуты, читаемые в модели Tekla (рис. 7).

Рис. 6. Конструкции в PDMS из Tekla (CS/CV/CZ)

Рис. 7. Опорные модели в Tekla из PDMS

Однако на этом преимущества применения данного программного обеспечения не заканчиваются: наши коллеги из Германии уже несколько лет используют на международных проектах облачный сервис от Trimble — Tekla Model Sharing. Данный сервис позволяет пользователям работать в одной модели совершенно независимо от их местонахождения — при такой схеме работы основная модель располагается в облачном пространстве, но доступ к ней имеют лишь конкретные пользователи. Благодаря этому сервису стало возможно вести работу над одним проектом сразу нескольким офисам из разных стран. Так, над строительной частью проектов Brunei (Бруней), MOL (Венгрия), NCIC (Египет) работы велись одновременно из Германии, Индии, Вьетнама, Египта и России. Сервис Tekla Model Sharing также помог продолжить работу из дома во время режима самоизоляции: при его применении скорость работы в модели не зависит от качества соединения с сетью, так как работа ведется в локальной копии модели на компьютере, а Интернет задействуется преимущественно для активации лицензий и загрузки/выгрузки обновлений модели в облако (рис. 8).

Рис. 8. Общая схема работы Tekla Model Sharing

Из основных проблем, возникших при внедрении Tekla Structures, стоит отметить следующие: во­первых, сложность перехода пользователей с 2D на трехмерное проектирование — практика показала, что специалистам требуется значительное время на привыкание к принципиально новому стилю работы и наличию рядом более опытных пользователей; во­вторых, локализация программы — Tekla обладает возможностью довольно гибких настроек, что, несомненно, дает много преимуществ, но вместе с тем занимает очень много времени. Хотя у Trimble и имеется уже разработанная среда Russia, но полноценный выпуск проекта в программе «из коробки» не представляется возможным, поскольку необходимы значительные доработки в оформлении чертежей по стандартам фирмы и по желаниям заказчиков, требуются доработки таблиц, отчетов — во всем должна быть единая система, так как модель, чертежи, отчеты и таблицы связаны напрямую. В компании уже имеются наработанные нашими коллегами из других стран стандартизированные настройки по европейским нормам, применяемые при работе в международных проектах, но ввиду принципиальных различий в стандартах для работы над проектами по российским нормам нам потребовалось начать разработку собственной локализации для российского офиса. Тем не менее среда Russia постоянно развивается, с каждым выходом новой версии программы выходит и обновленная среда.

Техподдержку по Tekla оказывают НИП­Информатика и Tekla Support Russia. На сайте Trimble регулярно проходят вебинары с участием представителей Trimble Russia и НИП­Информатика.

Разработка локализации еще не завершена, но результаты уже имеются: в данный момент два крупных проекта в строительном отделе ведутся в Tekla Structures. После завершения локализации перед отделом встанет другая трудоемкая и важная задача — более тесная коллаборация программы с расчетными комплексами. Определенный опыт взаимодействия между программами Tekla Structures и SCAD++ уже был получен при проектировании установки разделения воздуха для одного из постоянных клиентов компании. Основные конструкции завода, по требованию заказчика, были полностью спроектированы в среде Tekla. В целях повышения эффективности проектирования построенная модель была успешно экспортирована в расчетный комплекс для выполнения расчета конструкций. Результаты взаимодействия представлены на рис. 9.

Рис. 9. Импорт модели в SCAD Office из Tekla Structures

Однако обратная связь из SCAD Office требовала значительных трудозатрат, поэтому все изменения по результатам расчета были выполнены вручную. Но благодаря полученному опыту нам стала понятна необходимость исследования и поиска решений в области двустороннего взаимодействия между расчетным комплексом и графическим редактором. У Trimble и наших немецких коллег уже имеются наработки в этом направлении, однако мы снова упираемся в вопросы локализации.

В целом, основным недостатком Tekla Structures видится только один — высокая стоимость. Тем не менее повышение качества выполняемых работ для нас является неоспоримым преимуществом.

Сегодня в строительной отрасли наблюдаются значительные перемены, связанные с переходом от традиционных методов проектирования, реализуемых на бумажном носителе, к новейшим инновационным способам. Строительные объекты становятся всё более информационно нагруженными. Вследствие повышения технической сложности объектов и отсутствия необходимой информации для принятия решений в условиях сокращения сроков проектирования реализация проектов оказывается недостаточно эффективной. Переход с традиционной CAD­технологии проектирования и ведения объекта на технологию информационного моделирования зданий и сооружений по праву может стать решением проблем сбора, учета и обработки данных проектирования, строительства и эксплуатации объектов капитального строительства в условиях больших объемов информации. Такой подход в значительной мере позволяет снизить затраты на корректировку данных в процессе реализации проекта, поскольку подразумевает прямое взаимодействие всех составных частей.

BIM­моделирование активно развивается по всему миру, и в нашей стране интерес к нему с каждым годом неминуемо возрастает: пополнение Градостроительного кодекса РФ понятием информационного моделирования в строительстве — явное тому доказательство. Мы идем в ногу со временем, и однозначно находимся на верном пути!