Технологии информационного моделирования как новая парадигма градостроительной деятельности

Актуальность проблемы

В настоящее время повестка цифровой трансформации присутствует во всех отраслях экономики, в том числе и в строительстве. Несмотря на консервативность отрасли и накопленный опыт, процесс цифровизации неизбежен, так как цифровые технологии являются сквозными, горизонтальными по отношению к рынкам и отраслям и, появившись в одной сфере, закономерно проникают в другие [6].

Градостроительная отрасль – важнейшее перспективное направление инновационного развития нашей страны, основой конкурентоспособности которой является внедрение цифровых технологий, в частности технологий информационного моделирования (далее, ТИМ). В РФ (Российская Федерация) в сравнении с мировым рынком уровень интеграции высоких технологий в строительной отрасли остается низким из-за высокой стоимости инвестиций, сложностей с интеграцией ИТ-систем. Согласно данным Министерства Строительства и ЖКХ (жилищно-коммунальное хозяйство) лишь 5-7% компаний в РФ применяют ТИМ, по большей части в крупных городах [36]. Согласно мнению участников российского рынка, внедрение ТИМ на всех этапах жизненного цикла проекта является крайне перспективным направлением развития, особенно в части реализации крупных общегородских проектов, что определяет исключительную актуальность исследования.

Актуальность данного исследования обоснована также тем, что градостроительная деятельность решает множество социальных проблем. На данный момент Россия уступает развитым странам в вопросе обеспечения населения жилплощадью, а именно – в объемах строительства в США данный показатель в 3,1 раза выше, чем в РФ, в странах Европы в 2,2 раза выше РФ [24]. В мировом ВВП (валовый внутренний продукт) строительная отрасль имеет удельный вес 6%, во Франции 5,6%, в Польше 8%, в России 7%, в Китае 10%, в Индии 12% [20], что говорит о существенном вкладе строительной отрасли в экономику развитых и развивающихся стран.

Цель исследования

Целью настоящего исследования является систематизация сведений о результатах внедрения технологий информационного моделирования в строительной отрасли. Главной научно-практической задачей, на решение которой направлено исследование, является выявление долгосрочных тенденций трансформации парадигмы градостроительной деятельности, основанной на применении ТИМ. В этом контексте автором предпринята попытка обоснования применения парадигмального подхода в исследования трансформации градостроительной деятельности.

Материалы и методы

Согласно Градостроительному Кодексу РФ под градостроительной деятельностью понимается комплекс мероприятий, который направлен на развитие территорий страны, включая города и другие населенные пункты. В число данных мероприятий входит территориальное планирование, зонирование, проектирование, строительство, осуществление капитального ремонта, реконструкции и снос сооружений, благоустройство территорий и в целом комплексное их развитие [7].

Для выявления долгосрочных тенденций в области цифровой трансформации градостроительной отрасли следует определить положения стратегического направления. Согласно Распоряжению Правительства Российской Федерации от 27 декабря 2021 г. № 3883-р в ходе реализации стратегического направления строительной отрасли, а также городского и жилищно-коммунального хозяйства в области цифровой трансформации до 2030 года будут внедрены следующие инновационные технологии [18]:

¾ системы распределенного реестра;

¾ обработка больших данных;

¾ телеметрия;

¾ быстродействующие системы обработки информации;

¾ виртуальная и дополненная реальность;

¾ интернет вещей;

¾ пространственный анализ и моделирование;

¾ искусственный интеллект;

¾ микроэлектроника и радиоэлектроника;

¾ проводная и беспроводная передача данных;

¾ информационное моделирование – ТИМ.

Появившиеся еще в 1980-х годах технологии информационного моделирования и сегодня остаются одной из наиболее обсуждаемых тем в градостроительной деятельности. В мире строительного сектора концепция ТИМ многими считается настоящей революцией. ТИМ, или BIM (англ. Building Information Modeling), это интеллектуальный, основанный на моделях процесс планирования, проектирования, строительства и управления зданиями и инфраструктурой. Он объединяет профессионалов для более эффективного проектирования, создания и эксплуатации инфраструктуры с помощью BIM. Это основанный на 3D-моделировании процесс создания и управления данными здания. BIM позволяет централизовать все данные о здании в цифровой, уникальной и рассчитываемой модели. BIM обеспечивает последовательность и координацию на протяжении всего жизненного цикла здания, от проектирования до утилизации. Этот процесс помогает решать проблемы до того, как они приведут к задержкам и станут дорогостоящими. BIM объединяет всю техническую информацию, относящуюся к конструкции, и позволяет обмениваться этой информацией.

В настоящее время Министерство строительства и ЖКХ РФ создают единую государственную отраслевую цифровую платформу, работа которой будет взаимодействовать с государственными информационными системами обеспечения градостроительной деятельности (ГИСОГД) субъектов РФ, что позволит обеспечить преемственность информации, «бесшовность» технологического процесса проектирования, алгоритмизировать процессы строительства и эксплуатации, создать единое информационное пространство [18].

В зависимости от уровня экономического развития страны и ее вовлеченности в цифровую трансформацию существуют различные стадии внедрения технологий информационного моделирования. Марк Бью и Мервин Ричардс разработали модель уровней зрелости BIM (рис.1), которая позволяет выделить уровни внедрения технологий информационного моделирования в процессы строительства объектов капитального строительства.

Рис. 1. Модель уровней зрелости BIM Бью-Ричардса [40].

Начальный уровень «BIM Level 0» предполагает использование программы AutoCAD и файлов 2D для предоставления информации о проектировании объекта строительства.

«BIM Level 1» или «The Lonely BIM» (Одинокий BIM) - этап, на котором используются 3D-данные для представления проекта строящегося объекта. Вовлеченных в проект проектировщиков может быть несколько. Они имеют возможность работать с отдельными автономные пакетами управления финансами, однако на данном этапе данные не интегрируются в общую информационную модель. Соответственно проектировщики, дизайнеры не имеют возможности сотрудничать в одной бизнес-среде.

«BIM Level 2» – этап, раскрывающий все преимущества технологий информационного моделирования. Управляемая модель проектируемого объекта сохраняется в 3D-формате в программных разделах с данными по каждому конструктивному элементу проектируемого сооружения. Важным элементом второго уровня зрелости технологий информационного моделирования является внедрение операций по обмену информацией в строительстве. По-другому это называется COBie (англ. Construction Operations Building Information Exchange), где разрабатываются принципы обмена данными, отражаются все вовлеченные в процесс строительства участники, что позволяет им взаимодействовать друг с другом в единой среде [41].

«BIM Level 3» представляет собой модель реального времени, которая интегрируется со многими сторонними сервисами (см. рис. 1).

Вышеописанная модель позволяет проследить развитие и раскрыть сущность технологий информационного моделирования, являющихся движущей силой современной градостроительной деятельности.

Результаты исследования

Основываясь на определениях ТИМ и модели уровней зрелости, отметим структурные изменения, происходящие в градостроительной деятельности. ТИМ, являясь одновременно базовыми технологиями строительства, управления строительством и эксплуатацией объектов, объединяют между собой эти процессы, закладывая основу для смены или формирование новой высокотехнологичной парадигмы градостроительной деятельности.

Несмотря на принадлежность понятия «парадигма» к философии науки, парадигмальный подход является одним из распространенных методов познания в гуманитарных науках.

Томас Кун в своей книге «Структура научных революций» вводит понятие «смены парадигмы», определяя это явление как научную революцию или фундаментальный сдвиг основ общепринятой модели [12]. В контексте градостроительной деятельности данное явление является следствием технологической революции, глобальной трансформации экономики, повсеместной повестки цифровизации, а также развития мирового рынка ТИМ.

Для обоснования смены парадигмы градостроительной деятельности возьмем за основу урбанистическую парадигму Б.Коэна и Э. Таунсенда, технико-экономическую парадигму академика РАН С.Ю. Глазьева и высокотехнологичную парадигму государственного управления д.э.н. С.Г. Камолова.

Б. Коэн и Э. Таунсенд исследуют концепцию «умных городов», предполагающую преобразование города путем внедрения ИКТ в инфраструктуру города, вовлекая граждан в решение экономических, экологических, социальных проблем города. Э. Таунсенд в своей книге «Умные города, большие данные, гражданские хакеры и поиски новой утопии» пишет, что в настоящее время в мире происходит не просто техническая революция, а исторический сдвиг в том, как мы строим города и управляем ими [23].

Целью данной концепции является создание нового гражданского порядка, трансформация модели градостроительного планирования и пространственного развития.

В свою очередь теоретическим фундаментом, который объясняет закономерности развития, основанные на научно-техническом прогрессе, является теория Больших циклов конъюнктуры Н.Д. Кондратьева, который в своем труде «Большие циклы конъюнктуры и теория предвидения» описал циклы с 1775 по 1925 годы [11].

Заметный вклад в исследование современного этапа технологического развития вносит швейцарский экономист Клаус Шваб, который называет его «Четвертой промышленной революцией». Согласно его исследованиям, человечество стоит на пороге масштабных изменений во всех отраслях, которые произойдут за относительно короткий период с 2025 по 2035 годы, в том числе в рамках градостроительной деятельности [34]. Здесь его взгляды во многом пересекаются с вышеупомянутыми трудами урбанистов.

Российский экономист, академик РАН С.Ю. Глазьев в своем исследовании теории долгосрочного технико-экономического развития сформулировал положения технологической парадигмы, фокусирующейся на технологических укладах, географии и механизмах их смены, показателях макроэкономической динамики [3].

Рис. 2. Смена технологических укладов [2].

Основой современного шестого технологического уклада составляет синтез нанотехнологий, достижений в молекулярной биологии и прогресса информационно- коммуникационных технологий. Предвидение масштаба, траектории и темпов макроэкономических изменений в рамках технологической парадигмы Глазьева легли в основу формирования высокотехнологичной парадигмы государственного управления д.э.н. С.Г. Камолова, который рассматривает парадигму как отдельный объект исследования как механизм принятия управленческих решений в высокотехнологичной среде [9].

В своей работе С.Г. Камолов доказывает возможность использования парадигмального подхода в построении высокотехнологичной среды развития промышленности России, что соотносится с направлением исследования данного понятия в контексте имеющейся трансформации градостроительной отрасли нашей страны. Согласно теории Камолова парадигмальный подход имеет особую ценность при разработке методологии измерения показателей, участвующих в моделировании управленческих процессов, так как при использовании парадигмы выявляется вариантность выхода исследуемой отрасли на алгоритмы действий, с учетом многофакторности и текущих управленческих реалий [9].

Парадигма градостроительной отрасли в этом контексте коррелируется с циклом Деминга-Шухарта «Plan-Dо-Check-Act», основанном на последовательности действий: «планирование, осуществление, проверка, действие» [32], являющейся фундаментальным уровнем парадигмы управления организационной структуры.

Дискуссионная часть

Подстраивание уровней парадигмальной абстракции государственного управления под контекст градостроительной деятельности позволяет выявить последовательность действий согласно циклу Деминга-Шухарта (рис.3).

Рис.3. Уровни парадигмальной абстракции управления в градостроительной деятельности.

Источник: составлено автором на основе [9].

Уровни парадигмальной абстракции государственного управления были определены С.Г. Камоловым при объяснении высокотехнологичной парадигмы государственного управления. По мнению автора, парадигмальный подход, основывающийся на теории, концепции, показателях, ожидаемом результате, согласно схеме, представленной на рис. 3 может быть адаптирован и к регулированию градостроительной деятельности.

Заключение

В настоящее время мы наблюдаем формирование новой морфологии не только технологического развития, но и управленческих процессов. В контексте градостроительной деятельности эти процессы становятся все более взаимосвязанными. Наиболее полно данные вопросы отражаются в Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации, где вводится понятие «больших вызовов», которогое означается совокупность проблем, сложных ситуаций, требующих более серьезного и многомерного подхода к их решению, помимо увеличения расходов и ресурсов. В рамках Национальной технологической инициативы разработан ряд мероприятий, основной целью которых является создание условий и введения новых рынков для технологического прорыва Российской Федерации, а также для определения её лидерства в мире.

Согласно федеральному проекту «Цифровая экономика», одной из целей которой является трансформация бизнеса, в Российской Федерации на период 2019–2024 годы ввод технологий информационного моделирования по строительству, проектированию и эксплуатации объектов стали основой цифрового развития отрасли. В настоящее время ввиду потока санкций доступ к большинству зарубежных программ для России закрыт. В этих условиях российским компаниям необходимо в самые ближайшие периоды провести импортозамещение таких популярных программ, как САПР, BIM, PLM.

Достаточно долгое время на рынке российских программных продуктов не было конкурентных программ и решений, что конечно является серьезным упущением в данный момент. В текущей ситуации санкционных ограничений этот вопрос становится критически важным. Благодаря усилиям разработчиков и поддержке государства ситуация меняется. Российские компании на сегодняшний день могут предложить высокие по качеству и разнообразные по широте функционала решения по информационному моделированию BIM-платформы [22]. Одним из информационно-технологических инструментов для моделирования и проектирования является российская система Model Studio CS (CSoft Development), общая функциональная схема которой представлена на рис.4.

Рис.4 Общая функциональная схема комплексной системы Model studio CS [22].

Подобные решения, в отличие от западных, соответствуют российскому законодательству и встраиваются в сложную и перспективную систему централизованного информационного взаимодействия, решающую современные задачи градостроительной деятельности.