Учредитель журнала

Классификация информационных моделей объекта строительства с использованием классификатора строительной информации

УДК 69; 62; 681.5.042

DOI 10.52815/0204-3653_2023_1190_70
EDN: VWORVU

Лосев Константин
Доцент, к. т. н., доцент кафедры информационных систем, технологий и автоматизации в строительстве, ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет».
E-mail: LossevKY@mgsu.ru

Чаплыгин Евгений
Магистр 2‑го курса кафедры информационных систем, технологий и автоматизации в строительстве, ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет».
E-mail: Chaplygin58@yandex.ru

Введение

Для инвестиционно-­строи­тельного проекта (ИСП) характерно формирование и накопление большого объема данных на протяжении жизненного цикла информационных моделей здания или сооружения [1]. Для обеспечения автоматизации процессов работы с данными, а также для возможности их бесшовной передачи и увеличения эффективности информационного взаимодействия между различными источниками и потребителями, которыми могут являться, как люди, так и информационные системы, необходимо использовать единый унифицированный язык разметки данных, а также соответствующую систему индексации (разметки) отдельных элементов объектов моделирования с понятной семантикой представления данных, входящих в состав информационных моделей. В качестве языка разметки данных для моделей зданий или сооружений широкое применение нашли различные системы строительной классификации – классификаторы, а в качестве правил индексации используют специализированные системы кодирования, представляющие собой набор правил и алгоритмов индексации отдельных единиц данных.
Применение универсальной и единой методики классификации строительной информации позволяет на основе правил кодирования, структурировать информационные модели понятным и однозначным способом, решая проблему распределенного представления данных и их неправильной интерпретации.
Количество классификаторов строительной информации (КСИ) в мире растет, и поскольку они решают для своих создателей конкретные коммерческие задачи, то каждый национальный классификатор собирает вокруг себя клиентов, ориентированных на строительную индустрию конкретной страны, поэтому единый общемировой КСИ пока не появился. Тем не менее, для национальных классификаторов были созданы международные стандарты, чтобы они лучше взаимодействовали друг с другом [2]. Следовательно, можно сделать вывод, что разработка и развитие национальной системы КСИ является первоочередным и базовым этапом для внедрения технологий информационного моделирования (ТИМ) в строительстве на государственном уровне. Преимуществами данной системы классификации будет возможность государственного регулирования и экспертизы информационного моделирования в строительной отрасли. Как показывает мировая практика развитие КСИ и BIM-технологий сопровождалось проведением активной государственной политики в части стандартизации и регламентирования применения ТИМ в строительстве [3].
Постановление правительства Российской Федерации № 1416 «Об утверждении Правил формирования и ведения классификатора строительной информации» обязывает использование классификатора использовании ИМ в строительстве. В связи с чем, с 1 декабря 2020 г. вступили в силу положения статьи 57.6 Градостроительного кодекса Российской Федерации, определяющие понятие и область применения КСИ, а также компетенцию Минстроя России и подведомственного ему учреждения (ФАУ «ФЦС») на осуществление деятельности по его формированию и ведению с использованием государственной информационной системы обеспечения градостроительной деятельности Российской Федерации (ГИСОГД РФ).

BIM-моделирование зданий
Источник: gymnasia2.ru

ГИСОГД – это систематизированный свод документированных сведений о развитии территорий, их застройке, о земельных участках и иных сведений, которые представлены в виде платформы для хранения и использования всей собранной информации из информационных систем, это инструмент для быстрой работы и связи государства и застройщика. Одна из целей данной платформы отказаться от формата предоставления данных в виде бумажных носителей, переведя все национальные и отраслевые стандарты в машиночитаемый вид, с помощью чего будет проводиться автоматизированная экспертиза информационного моделирования, которые будут загружаться на платформу ГИСОГД. Для того, чтобы все модели имели идентичный вид данных, они должны быть классифицированы с помощью государственного КСИ.
Отечественный КСИ представляет собой единый язык общения участников строительного процесса, необходимый для унификации проектов и улучшения взаимодействия между участниками строительного процесса [4]. КСИ обеспечивает обмен данными между информационными системами и возможность однозначной идентификации элементов информационного моделирования, то есть платформа ГИСОГД обеспечивает возможность автоматизированной проверки моделирования объектов капитального строительства (ОКС), а КСИ служит для этого отправной точкой.
Ожидается, что применение КСИ сделает возможным индексацию и структурирование всего массива данных ИСП, обеспечивая удобный доступ и позволяя однозначно идентифицировать состав данных информационной модели на каждом из этапов жизненного цикла ОКС, что особенно важно в рамках процессов контроля реализации и управления рисками ИСП [5].
Полноценное внедрение КСИ положит начало применению единого универсального «языка общения», используемого всеми участниками реализации ИСП [6].
Соответственно, внедрение КСИ на всех этапах жизненного цикла ОКС подразумевает эффективное и автоматизированное управление информацией. Эффективность обеспечивается прежде всего с помощью структурированного представления данных, а автоматизация обуславливается уменьшением трудозатрат на получение конечного результата.
Тем не менее, решения, принимаемые человеком, должны играть важнейшую роль в информационной поддержке и формировании всех процессов жизненного цикла зданий [7–8], поэтому задача профессионального сообщества в среде технологий информационного моделирования поддерживать и способствовать результативному внедрению КСИ, путем совместного с разработчиками улучшения и повышения качества классификатора до уровня его использования во всех строительных проектах, применяющих ТИМ.

Методы

Из анализа существующих методов кодирования, присущих различным системам классификации строительной отрасли в мировой практике, становится понятно, что подавляющее большинство систем, применяемых в настоящее время на территории ряда государств Европы и Северной Америки, базируются на международных стандартах серии ISO. Прежде всего, это базовый стандарт ISO 12006–2:2015 и серия стандартов ISO/IEC 81346, которые образуют систему стандартов, применяемую для разработки современных классификаций в области строительства, а также устанавливают правила структурирования и кодирования систем, рекомендуемых к применению для задач информационного моделирования ОКС [9].
Чтобы охватить весь жизненный цикл здания, необходимо достаточно много глав классификатора, охватывающих различные сферы строительства, поэтому классификатор строительной информации состоит из 21 таблицы [10]. В рамках данной статьи будет рассмотрено три из них, которые являются основополагающими для определения «Строительного элемента» в цифровой информационной модели (ЦИМ), а именно: «Функциональная система», «Техническая система» и «Компоненты» [11]. Принципиальная структура указанных таблиц представлена на рис. 1.

Рис. 1. Пример структуры таблиц КСИ

Можно сделать вывод, что данные таблицы заимствуют свою структуру из ISO/IEC 81346, в отличие от остальных таблиц, которые преимущественно базируются на ISO 12006–2:2015. Данный вывод можно сделать на основе таблицы 8, рассмотрев «Референтные КТ», в которых на первом месте практически везде указан «OmniClass», основанный в свою очень на ISO 12006–2:2015, согласно сравнительной таблице 1 национальной классификационных систем [11].
Разница подходов классификации ISO 12006–2:2015 и ISO/IEC 81346 в определении элемента ЦИМ в том, что ISO 12006–2:2015 предлагает классифицировать элементы с помощью одной таблицы (одним кодом), имеющей иерархическую структуру, разделяющую элементы по их признакам, например, «A.11 Construction elements». В свою очередь ISO/IEC 81346 описывает подход к определению элемента с помощью трех таблиц: «Functional systems», «Technical Systems» и «Components», разделяющих элементы на системы.
Выбор организации КСИ на основе ISO/IEC 81346 обусловлен тем, что с помощью одной таблицы в некоторых случаях сложно определить однозначное значение идентификационного кода классификатора, т. к. у каждого элемента может быть несколько признаков для классификации (материал, принцип устройства и т. д.), которые невозможно описать одним кодом, поэтому такие признаки выносятся за рамки классифицируемых объектов и являются атрибутами (параметрами), присущими объекту, но не участвующими в классификации [12]. Данные характеристики могут меняться на протяжении всего жизненного цикла объекта классификации, однако их изменение не затрагивает основание классификации, следовательно, объект способен иметь неизменный код классификации на протяжении всего жизненного цикла. Также для определения элемента в ЦИМ с помощью ISO/IEC 81346 не требуется указывать его характеристики, достаточно лишь указать принадлежность к системе. Следуя из этого, было принято решение реализовать фасетную структуру классификатора.
Выбор, сделанный создателями КСИ, аргументирован, но имеет свои недостатки. Для того, чтобы классифицировать один и тот же элемент в ЦИМ понадобиться использовать минимум две таблицы, а в ряде случаев и три, т. е. назначить и определить для одного элемента 2–3 кода, что увеличит трудозатраты на классификацию в 2–3 раза.
В качестве примера последовательности действий специалиста рассмотрим классификацию воздуховода общеобменной вентиляции:

  • Находим в таблице «Компоненты» класс для воздуховода: WPB «Канал».
  • Находим в таблице «Техническая система» класс определяющий тип системы: HF20 «Система общеобменной вентиляции».
  • Находим в таблице «Функциональная система» класс определяющий вид системы: J10 «Система основной вентиляции».

Таким образом нам потребовалось найти три кода для классификации одного элемента, а таких элементов в модели десятки тысяч.
Еще одним недостатком наличия трех таблиц, а не одной, является сложность в образовании подклассов. Каждая таблица имеет свою иерархию принадлежности кода к предыдущему. Например, «Компоненты» логичнее всего делить на системы, но они задействованы в других таблицах, поэтому структурировать «Компоненты» на системы нельзя, т. к. появятся одинаковые коды, что недопустимо в идеологии создания классификаторов, поэтому вынужденно образуются «абстрактные» подклассы, в которых сложно ориентироваться, что видно на рис. 2.

Рис. 2. Пример иерархии и «абстракций» подклассов

Также существует другая проблема, которая может появиться в ближайшем будущем для частных застройщиков. На данный момент платформа ГИСОГД тестируется на государственных ресурсах и внедряется в рамках пилотного проекта во многие регионы, но, когда все процессы будут отработаны, данная платформа станет обязательной сначала для государственных структур, а после и для частных застройщиков. На этом этапе могут появиться сложности, так как на данный момент практически все крупные застройщики используют свои внутренние классификаторы или адаптированные под себя зарубежные, на которых построены все внутренние процессы. Переход на КСИ будет для данных компаний очень болезненным. Самый очевидный способ решения данной проблемы – дополнительно классифицировать модели с помощью КСИ, но это влечет за собой дополнительные трудозатраты, которые не принесут пользы и выгоды застройщику, поэтому их нужно максимально минимизировать.

Результаты

Для решения вышеуказанных недостатков предлагается изменить фасетную структуру КСИ на иерархическую, не создавая новых классов и имен.
Для случаев, когда элементу присваивается несколько кодов разработчиками КСИ был предусмотрен «Многоуровневый код», который объединяет в себе все внесенные коды в элемент ЦИМ с помощью «аспектов» и символов в коде, которые несут в себе связующую информацию.
Для рассматриваемых в статье таблиц КСИ таким аспектом будет являться «аспект продукта» (–), а символом «символ разделитель» (.), то есть многоуровневый код для упоминаемого выше «воздуховода общеобменной вентиляции» будет являться «-J10.HF20.WPB01», который несет в себе следующую информацию: канал (в нашем случае являющийся воздуховодом) приобретает дополнительное обозначение в виде цифр «01» и относится к типу систем общеобменной вентиляции, которая в свою очередь является основной системой вентиляции.

Рис. 3. Предлагаемая иерархическая структура КСИ

Основываясь на этом, составляется сводная (единая) таблица для иерархической классификации элементов ОКС с использованием КСИ. Таблица основывается на многоуровневом коде. Таким образом для определения элемента ЦИМ потребуется один код, а не три. Данная таблица будет иметь трехуровневую иерархическую систему, где первым уровнем будет являться код «Функциональной системы», вторым код «Технической системы» и третий код «Компоненты».
Для того, чтобы не терять информативность после внесения многоуровневого кода, код будет разбиваться (разгруппировываться), на составляющие его части и вноситься в отдельные параметры с соответствующим наименованием, осуществить это планируется с помощью написания дополнительного приложения к программному обеспечению (ПО), в котором осуществляется классификация или с помощью внутренних средств ПО.
Разработчики КСИ предусмотрели перечень атрибутов, которые могут понадобиться для заполнения характеристик элементов. Данные атрибуты помещены в таблицу 21 «Характеристики». Атрибутивный состав элемента с учетом правил и особенностей кодирования, указанных в методике кодирования с помощью КСИ [4], представлен в таблице 1.

Таблица 1. Атрибутивный состав элемента ЦИМ «воздуховода общеобменной вентиляции»

Таким образом предлагается разработать технологию классификации элементов ОКС через сводную таблицу, основанную на иерархическом многоуровневом коде КСИ.
Но в данный момент КСИ имеет фасетную структуру, а классификатор застройщика чаще всего иерархическую. Это делает сопоставление крайне затруднительным, потому что, например, приходиться сопоставлять три таблицы КСИ к одной таблице застройщика.
Разработанная таблица позволит решить и проблему частных застройщиков, после ввода обязательной классификации и выгрузки моделей на платформу ГИСОГД, таким решением станет сопоставление (mapping) КСИ и внутреннего классификатора застройщика, что позволит соотнести коды один раз и использовать это сопоставление постоянно.

Выводы

  1. Применение иерархического подхода к организации структур данных облегчает восприятие информации человеком, принимающим решение, и создает основу для непосредственного применения к данным математических методов обработки (кластерный анализ, метод анализа иерархий и др.).
  2. Предлагаемая сводная многоуровневая таблица КСИ, имеющая иерархическую структуру данных, обеспечивает простое сопоставление КСИ и классификаторов частных застройщиков, позволяя не классифицировать ИМ ОКС дважды, что снижает трудозатраты лица, принимающего решения, увеличивая скорость информационного моделирования ОКС.

Дальнейшие исследования предполагается сосредоточить на количественном определении эффекта использования модернизированного КСИ и разработке дополнительного приложения к программному обеспечению, реализующему классификацию элементов информационной модели зданий и сооружений.

3D-модель здания города вселенной
Источник: 1xpert / depositphotos.com