2 - 2021

Идеи в металле. Технологии BIM для эффективного производства металлоконструкций

С переходом на BIM в строительной отрасли укрепились требования высокой детализации и прозрачности документации. В публикации мы расскажем о том, как используют в своей практике возможности информационного моделирования проектировщики и компании — производители металлоконструкций и каким образом это влияет на процесс и качество строительства.

Металлоконструкции — ключевой элемент современного коммерческого и промышленного строительства. Они также широко используются при изготовлении фасадных покрытий, широко распространены в сегменте кровельных работ при реализации объектов жилого и коммерческого назначения. Металлоконструкции становятся всё более актуальными для сферы жилищного строительства: сталь имеет преимущества при использовании в проектах со сложной геометрией, а кроме того, расчеты металлоконструкций на стадии проектирования отличаются высокой степенью точности и прогнозирования хода строительных работ. Необходимы металлоконструкции и при возведении зданий из железобетона — они применяются как для армирования композитных конструкций (обычно при возведении высотных строений), так и в виде съемной многоразовой опалубки.

Одна из причин большой востребованности решений на базе ТМК, ЛМК и ЛСТК — высокая степень их технологичности, позволяющая строить быстро и качественно. Развитие BIM поднимает эти показатели на новый уровень и при этом позволяет девелоперам добиться заметного сокращения затрат, а подрядчикам — минимизировать свои риски и избежать нарушения сроков сдачи объектов.

Информационные технологии на службе жилищного строительства

Технология BIM наиболее эффективна для проектов с уникальными конструктивными решениями. Один из них — строительство многофункционального комплекса «Бадаевский» в Москве. Концепция, разработанная именитым швейцарским архбюро Herzog & de Meuron, подразумевает возведение жилых, общественных и коммерческих площадей. Особенность объекта — сложная структура: жилые корпуса расположены на металлических колоннах высотой 36­40 м. Проектировщикам необходимо было максимально точно подобрать металлоконструкции и рассчитать их нагрузку, чтобы сделать постройку устойчивой и исключить вероятность обрушений. Для этого применялся метод BIM.

Проект выполнялся в программе Tekla Structures с использованием интегрированного программного комплекса SOFiSTiK. «Самым интересным опытом для нас был расчет на прогрессирующие обрушения. Жилые модули располагаются на платформе, которая установлена на более чем 160 колоннах, и нам нужно было понять, какая из них могла оказаться потенциально слабым звеном. Для этого при работе с информационной моделью здания мы использовали специальную программу, которая перебирала все подряд колонны, выводила их из строя и оставляла в условно подвешенном состоянии. Благодаря детальным расчетам удалось просчитать все возможные риски на этапе проектирования», — отмечает Никита Трастьян, главный специалист­конструктор ООО «Проектное бюро АПЕКС», работавшего над объектом.

Результат известен заранее

Если говорить о заводах — производителях металлоконструкций, то сведения о проекте, полученные от заказчика в виде информационной модели, а не бумажных чертежей или pdf­файлов, помогают существенно сократить время проработки моделей, избежать контрольных сборок и при этом дает гарантию того, что на стройплощадке всё будет работать безукоризненно, как в механизме швейцарских часов. Трехмерную информационную модель здания начинают создавать уже на этапе концепта для согласования проекта с заказчиком. Такой подход позволяет выполнить предварительную оценку, которая дает возможность сразу получить прогноз производительности по будущему проекту. В результате уже на старте работ заказчик знает их реальную стоимость и сроки выполнения, а подрядчик может оценить собственные риски и целесообразность участия в тендере.

«Построение и расчет модели здания происходят в автоматическом режиме. За основу берется фрагмент будущей конструкции, к нему добавляются необходимые узлы и соединительные элементы, формируется перечень материалов, строится технологическая карта с учетом производственных затрат. Затем программа вычисляет стоимость и производит экстраполяцию всех расчетных параметров на здание целиком. В зависимости от типа конструкции выполняется расчет производительности с учетом коэффициента сложности. В итоге уже на старте проектирования мы имеем полную картину для принятия решений и дальнейшего планирования строительства», — объясняет представитель компании — производителя металлоконструкций и оборудования для них Voortman Steel Group в России Александр Мухранов.

Одно из преимуществ используемого ПО — совместимость и интеграция с широким спектром решений для архитектурного проектирования и инженерного моделирования, например с ArchiCAD, Revit, Grasshopper, RFEM, IDEA StatiCa и др.

Используя современное программное обеспечение, проектировщики работают даже с очень крупными моделями высокой степени детализации при весьма умеренных требованиях к аппаратной части компьютера. Из полученной в результате многослойной модели пользователь может в автоматическом режиме получить всю необходимую документацию и передать данные на станки.

Мультизадачность в проектировании

Значительно сократить сроки проектирования и избежать несогласованности в работе разных проектных групп позволяет работа с BIM­моделью в многопользовательском режиме. Такой подход, в частности, использовала команда инженеров Челябинского завода металлоконструкций при работе над проектом реконструкции московского стадиона «Динамо».

Модель крытой зоны большой спортивной арены была построена в Tekla Structures, при этом процесс моделирования шел снизу вверх: сначала конструкции в основании трибуны, потом верхние ярусы. Для ускорения работы разные проектные группы параллельно работали над несколькими моделями в многопользовательском режиме. На различных этапах разработкой модели и подготовкой документации занимались от трех до пятнадцати человек: когда рабочая группа начинала следующий ярус, предыдущий был уже готов. Дополнительно увеличить производительность проектных работ позволила предусмотренная ПО возможность копировать однотипные элементы модели и вставлять их на других уровнях.

Аналогичный подход был использован при проектировании футбольного стадиона «Мордовия Арена» в Саранске, ставшего одной из площадок чемпионата мира 2018 года. Здесь над проектом одновременно работали три группы специалистов ООО «Белэнергомаш — БЗЭМ»: одна занималась созданием моделей, другая выполняла 2D­чертежи, а третья отвечала за их проверку. Благодаря использованию многопользовательского режима конструкторы смогли полностью разработать модель стадиона за три месяца.

Здание с конвейера

«Одна из проблем российской стройиндустрии — рассогласованность проектирования с производством и строительством, не говоря уже об эксплуатации сданных объектов. Сегодня это одна из главных причин срыва сроков и размытия бюджетов строительства. Технология BIM решает проблему, соединяя в одно целое все этапы жизни здания: от первых расчетов до эксплуатации», — заявляет Денис Купцов, региональный директор направления «Технологии для строительства Тримбл РУС».

Применительно к металлоконструкциям это, в частности, предполагает построение модели, сразу включающей рабочую документацию, подробную деталировку и технологические карты для производства. Например, программные решения позволяют стандартизировать узлы и детали модели, а также обеспечить бесшовную передачу данных на станки и линии с ЧПУ. Тем самым они автоматизируют производство, чтобы добиться полного соответствия изготовленных деталей конструкции проектным параметрам, исключив возможность ошибки и влияние человеческого фактора.

Для последующей сборки металлоконструкции на площадке бригада монтажников также использует планы, чертежи и схемы, автоматически сформированные на базе построенной BIM­модели, и саму 3D­модель. Еще больше повысить точность и скорость сборки можно с помощью нанесения на детали конструкции монтажной разметки.

Так, в Voortman разработали программный модуль TLMP (Tekla Layout Marking Plugin), добавляющий в файл для ЧПУ­станка инструкции по нанесению на заготовку минимально необходимой разметки, основой которой являются осевые линии крепежных отверстий. Подобная технология используется и в компании Ficep. Как показала практика, она позволяет сократить время сборки и сварки на 20­30%. Кроме того, на масштабных стройках для визуализации возводимых объектов можно использовать инструменты дополненной реальности в 3D, что также облегчает процесс сборки и монтажа металлоконструкций.

Наконец, во многих случаях производственный процесс целесообразно разбить на ряд последовательных фаз, например, приняв за единицу грузоподъемность транспорта, доставляющего элементы конструкции на стройплощадку. Модель Tekla позволяет разделить проект на такие единицы и для каждой отдельно спланировать инжиниринг, производство, логистику и монтаж. Таким образом, стройка никогда не будет простаивать в ожидании недостающих элементов.