Учредитель журнала

Модернизация информационных систем каталогизации строительных ресурсов

УДК 004.9
EDN: GASFYH

Жаров Ярослав
Руководитель отдела планирования и организации строительства, доцент, к. т. н., Научно-­проектный центр «Развитие города», Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ)
E-mail: y.zharov@devcity-­project.ru

Шабалин Михаил
Ведущий инженер-­программист, студент магистратуры, Финансовый университет при Правительстве РФ
E-mail: m.shabalin@devcity-­project.ru

Потехин Никита
Помощник инженера, студент бакалавриата, Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУ МГСУ), научно-­проектный центр «Развитие города»
E-mail: n.potekhin@devcity-­project.ru

Введение

Строительная отрасль Российской Федерации интенсивно развивается и изменяется за счет общей цифровизации и внедрения технологии информационного моделирования. Для обеспечения устойчивого функционирования и применения новых разработок правительство поддерживает отрасль различными методами. Одним из таких методов является создание и ведение каталогов строительных ресурсов (материалов и оборудования), создание общедоступных библиотек методических и справочных документов.
Различные сборники ресурсов создавались и велись в стране еще в 90‑х гг. XX века, тогда они публиковались в печатном формате, обновлялись и издавались в определенные промежутки времени. В современных реалиях все сборники строительных ресурсов ведутся в электронном формате, однако некоторые их них по сей день публикуются в не редактируемых форматах без поддержки машинного чтения, кластеризации и пр. Несмотря на практическую значимость государственных сборников ресурсов для обеспечения цифровизации строительной отрасли, функциональные возможности существующих сборников и информационных систем, на которых они публикуются, не покрывают потребностей проектных и строительных компаний [1–3].
Учитывая ключевые цели внедрения ТИМ необходимо подробно рассмотреть задачу повышения эффективности использования информационных систем, на которых размещают каталоги ресурсов, материалов и оборудования, а также профильную методическую документацию и справочники.

Материалы и методы

Для наглядного рассмотрения в качестве объекта исследования был выбран общедоступный каталог ресурсов – Московский территориальный строительный каталог (МСТК), являющийся подсистемой Информационной аналитической системы управления градостроительной деятельности (ИАС УГД).
МТСК – открытый информа­ционно-­аналитический ресурс, который содержит информацию о новых и эффективных строительных материалах, изделиях, конструкциях, технологиях и технических решениях для применения, на объектах городского заказа, предприятиях, осуществляющих производство и поставку строительных материалов, конструкций, оборудования, программных комплексов, а также нормативные правовые, нормативно-­технические, научно-­методические материалы в области проектирования и строительства объектов капитального строительства.
В базу данных МТСК включаются ресурсы, услуги и различная продукция, соответствующая нормативно-­технической документации, стандартам, техническим условиям, имеющая необходимые сертификаты соответствия и рекомендуемая для применения на строительных площадках города Москвы, а также продукция, находящаяся в Реестре инновационных технологий и технических решений, проходящая рассмотрение экспертной комиссией по инновационным технологиям и техническим решениям.
В МТСК включены 6 реестров (рис. 1):

  1. Строительные ресурсы;
  2. Организации;
  3. Услуги;
  4. Документация;
  5. Инновации;
  6. Проекты.
Рис. 1. Реестры МТСК

Остановимся подробнее на реестре строительных ресурсов. В общем виде ресурсы, продукция и услуги в сборнике представлены в виде карточек: сокращенные карточки – при просмотре списка ресурсов, полные карточки – при просмотре конкретного ресурса. Конкретно для реестра строительных ресурсов содержание карточек следующее:

  1. Сокращенная карточка содержит наименование ресурса, значок производителя, его код по общероссийскому классификатору продукции по видам экономической деятельности (далее ОКПД2), код по классификатору строительных ресурсов (далее КСР), пиктограмму страны производителя в виде флага, пиктограмму, указывающую на инновационность ресурса (в виде лампы), а также некоторые характеристики объекта, указанные производителем.
  2. Полная карточка содержит расширенную информацию из краткой карточки, а также пометку «Актуально», категорию, описание, раздел «Приложения». Могут встречаться разделы «Сертификаты»; «Базовые элементы BIM», «Аналоги», «Объекты капитального строительства», «Использование в проектах».
Рис. 2. Сокращенная карточка ресурса

Практическая значимость МТСК очевидна, однако в условиях цифровизации строительной отрасли ситуация неоднозначная. Рассмотрим основные недостатки МТСК с точки зрения цифрового информационного моделирования зданий и сооружений. В текущей редакции МТСК не содержит инструментов и ресурсов, упрощающих и автоматизирующих создание цифровой информационной модели объекта капитального строительства. Исключением являются производители, добавляющие в карточки ресурсов компонентов цифровых информационных моделей (ЦИМ) из собственных (локальных) библиотек ЦИМ. Просмотр таких компонентов без скачивания недоступен, что в значительной степени увеличивает время на отбор ресурсов их компонентов.
Что такое библиотеки ЦИМ и какой эффект они дают при создании цифровой информационной модели здания или сооружения? Библиотека ЦИМ – это набор компонентов ЦИМ, сгруппированных в зависимости от принадлежности к функциональной и/или технической системе здания или сооружения [4–7].
Библиотеки компонентов ЦИМ можно разделить на следующие группы:

  1. Локальные. Создаются пользователем во время работы над конкретным проектом. Они имеют специфику конкретной компании и используются чаще только в ней.
  2. САПР библиотеки. Создаются производителями программного обеспечения (далее ПО). Могут распространяться бесплатно в приложении к ПО, либо за определенную плату в качестве дополнения.
  3. Библиотеки вендорные. Создаются производителями строительных материалов и конструкций. Преследуется цель популяризации, т. к. при проектировании и моделирование удобно использовать материалы и оборудование производителя, имеющего библиотеку ЦИМ для своей продукции.
  4. Отраслевые библиотеки. Создаются государственными или коммерческими структурами при участии профессионального сообщества с целью унификации описания элементов зданий и сооружений с применением технологии информационного моделирования.
  5. Национальные библиотеки. Межотраслевые, создаются на государственном уровне. Для национальных библиотек не характерно детализированное описание единичных элементов достаточное для включения в состав ЦИМ ОКС на этапе моделирования проектных решений.
Рис. 3. Полная карточка ресурса

МТСК с учетом необходимой модернизации можно отнести к отраслевой библиотеке, т. к. размещаемые ресурсы применяются при реализации объектов Градостроительного комплекса г. Москвы. Информационный ресурс размещен на Единой цифровой платформе в качестве подсистемы ИАС УГД.
Главными плюсами использования библиотек ЦИМ является упрощение и ускорение проектирования и строительства за счет отсутствия надобности разработки элементов информационной модели. Стандартизация проектных решений и ЦИМ ОКС – как результата проектирования. Стандартизация обеспечивается потребностью использования отраслевого стандарта разработки ЦИМ для корректного применения библиотек [8–10].
Также, у библиотек ЦИМ есть ряд потенциальных возможностей, не реализованных в текущей редакции, а именно:

  1. Расчет сметной стоимости строительства ресурсным методом основываясь на трехмерной модели. Для реализации данной возможности необходимо наличие заполненного у каждого элемента модели кода ТСН для связи с территориальными сметными нормативами.
  2. Унификация и стандартизация элементов модели за счет однотипного заполнения атрибутов по типам экземпляров.

Стоит отметить ряд проблем, наличие которых в значительной степени затрудняет достижение полного эффекта от применения ТИМ и использование библиотек ЦИМ:
Различия в номенклатуре и наименовании атрибутов (параметров) компонента ЦИМ в различных библиотеках. Это создает сложности для пользователя, в виде дополнительных затрат на адаптацию компонента под используемый стандарт.
Актуальность. Библиотеки должны быть не просто хранилищем файлов. Имеющаяся информация должна актуализироваться, а устаревшая – удаляться. Библиотека, содержащая устаревшую информацию, может привести не только к увеличению сроков разработки проектных решений, снижению их качества, а также к увеличению продолжительности строительства в связи с потребностью замены материалов и проектных решений, а также из-за срыва поставок материалов и оборудования. Для решения данной проблемы необходимо наличие оператора информационного ресурса, закрепленного отраслевым приказом или постановлением профильного ведомства. Оператор информационного ресурса в определенные промежутки времени будет актуализировать библиотеку, а также отвечать за ее содержимое. Важным для оператора библиотеки наличие обратной связи от ее пользователей, проектировщиков, строителей, управленцев в том числе и представителей ОИВ, для формирования планомерного развития и модернизации с учетом развития ТИМ и доступности ресурсов и оборудования.
Составляющей информационной системы для размещения каталога строительных ресурсов является модуль, отвечающий за применение классификаторов для кластеризации единичных элементов каталогов. Учитывая значительное количество ролей пользователей информационной системы (проектные, строительные организации, поставщики и производители ресурсов, представители ОИВ) целесообразно использовать фасетные классификаторы, позволяющие классифицировать единичные элементы по нескольким аспектам. Для стандартизации и выстраивания наиболее полной и точной классификации информационной модели объекта капитального строительства и компонентов библиотек ЦИМ возможно использование отраслевых и национальных классификаторов, например, классификатор строительной информации (далее КСИ). КСИ представляет из себя инструмент, для кодирования различных компонентов модели – элементов здания и сооружения [11]. КСИ позволяет кодировать широкий перечень информации, также он предусматривает возможность работы с другими классификаторами, к примеру, КСР.
Принцип кодирования по классификатору состоит в декомпозиции композиции ЦИМ по системам, имеющим свое индивидуальное буквенное обозначение. Далее системы разбиваются на некоторое количество подсистем. В результате декомпозиции конечным звеном будет являться непосредственно компонент (объект) модели. К примеру, для объекта, который находится в подсистеме некой системы код будет выглядеть, как на рис. 4, где: 1 – буквенное обозначение системы; 2 – буквенное обозначение подсистемы с числом, указывающим порядковый номер, в конце; 3 – буквенное обозначение непосредственно объекта с числом, указывающим порядковый номер объекта [11].

Рис. 4. Вид кода КСИ для объекта в составе некоторой системы

Важной особенностью КСИ является возможность кодировать аспектов, за счет использования нескольких классификационных. В данном случае структура кода достаточно сложная и скорее подходит для использования в САПР и информационных системах с возможностью формирования машиночитаемых запросов. Как результат использования нескольких классификационных таблиц получаем матричную структуру составного кода (код объекта, составленный по нескольким классификационным таблицам в зависимости от выбранных аспектов классификации), который позволяет идентифицировать компонент по двум и более аспектам [11].

Результаты. Предложения по модернизации информационных систем для каталогизации строительных ресурсов

Для применения информационных систем для каталогизации ресурсов в цифровом информационном моделировании объектов капитального строительства необходимо расширить требования к информационному наполнению карточки строительного ресурса (в т. ч. «Оборудования») путем добавления в нее информационной модели, выполненной в программах САПР отечественной разработки и находящейся в российском реестре программного обеспечения. Наиболее подходящими программными продуктами на момент написания предложений являются комплексы ПО Renga и Nanocad BIM. Реализация информационных моделей должна быть представлена в унифицированном виде и с минимально-­достаточным атрибутивным составом для возможности применения в различных проектах. При этом к информационной модели объекта должен быть приложен XML или JSON файл, дублирующий атрибутивный состав элемента.
Минимально-­достаточный атрибутивный состав элемента должен определяться на основе требований государственных экспертиз и практического опыта проектирования с применением ТИМ в проектах с государственным участием. Практический опыт применения ТИМ в государственных контрактах целесообразно зафиксировать в стандартах цифрового моделирования, например, ТИМ-стандарт Департамента строительства и/или Фонда реновации жилой застройки г. Москвы.
Уровень проработки модели должен соответствовать указанным требованиям, необходимым для решения задач информационного моделирования на всех стадиях жизненного цикла создания объекта.
Для размещения ЦИМ ОКС необходимо предусмотреть специализированный реестр «Цифровые информационные модели». Это позволит пользователям более эффективно производить поиск ресурсов в каталоге.
Систематизацию и классификацию информации в реестре «Цифровые информационные модели» и в одноименном каталоге целесообразно выполнять на основе КСИ. Учитывая стандартизированный подход к формированию структуры проектно-­сметной документации деление и хранение ЦИМ ОКС может осуществляться с градацией по функциональным и/или техническим системам.
Авторам работы видится целесообразным вести учет применения ресурсов в различных функциональных и технических системах. Присвоенный классификатор КСИ при наличии связи «ЦИМ ОКС-Ресурс» может быть агрегирован в карточку Ресурса и записан соответствующим атрибутом. После накопления такого рода информации, при последующих модернизациях, информация, о том, что ресурс применен в функциональных и технических системах, может использоваться при оптимизации навигационно-­поисковой подсистемой.
Применение цифрового каталога в качестве инструмента подбора материала-­аналога не только по техническим характеристикам, но и по функциональной системе
(в связке с классификатором строительной информации).
При разработке ЦИМ ОКС на предпроектной стадии (разработка архитектурно-­планировочных решений) и стадии разработки проектных решений всем элементам ЦИМ ОКС должен быть присвоен код КСР до «Уровня группы» . В процессе подготовки документации пользователь (проектировщик, архитектор, сметчик, заказчик, подрядчик) выгружает свою модель формата IFC  в просмотрщик ЦИМ ОКС , интегрированный в информационную систему для каталогизации строительных ресурсов.
Просмотрщик ЦИМ ОКС в свою очередь может базироваться на основе геометрического ядра САПР C3D Modeler или его отечественных аналогах  для отображения информационных моделей. C3D Modeler включен в реестр отечественного программного обеспечения. C3D Modeler выполняет все геометрические расчеты, необходимые для построения 2D-эскизов и 3D-моделей. Для описания формы моделируемого объекта в C3D Modeler используется граничное представление геометрии, при этом модель строится из трехмерных тел, которые создаются с помощью поверхностей и кривых. Далее тела группируются в сборочные единицы, из которых строятся сборочные единицы следующего уровня.
Обращение к цифровому каталогу для удобства проектирования должно происходить через надстраиваемый программный модуль. Программный модуль при этом должен иметь открытый программный интерфейс для обеспечения возможности встраивания в программные комплексы информационного моделирования.
Отображение и группировку ресурсов целесообразно сделать с выделением функциональных систем на основе КСИ . Это поможет оптимизировать подбор ресурса для нужд и функций организации строительного комплекса. Фрагмент схемы группирования ресурсов на основе КСИ представлен на рис. 5.

Рис. 5. Фрагмент схемы группирования ресурсов на основе КСИ

В просмотрщике ЦИМ ОКС или программе информационного моделирования следует выбрать элемент ЦИМ функциональной системы. В выпадающем контекстном меню выбирается пункт «Подобрать по КСР» и происходит обращение к всплывающему окну программного модуля цифрового каталога.
Следующим шагом программный модуль должен выполнять запрос к базе данных цифрового каталога. По результатам запроса, пользователю предоставляется перечень элементов каталога «Строительные ресурсы», удовлетворяющих указанному в запросе КСР на «Уровне группы» для применения в конкретном проекте с возможностью загрузки выбранного из перечня элемента. При использовании просмотрщика ЦИМ, внедрённого в цифровой каталог целесообразно реализовать возможность скачивания архива с компонентом ИМ  для последующего импорта в ЦИМ ОКС. Дополнительно реализуется возможность прямого импорта компонента ИМ при встраивании дополнительного модуля в программный комплекс САПР (среда создания проектной ЦИМ ОКС).
Выбор элемента каталога «Строительные ресурсы» производится из списка с возможностью указания типа производителя/поставщика (отечественных или с применением импортных составляющих). При отсутствии в выдаче по запросу ресурсов отечественного производства может быть реализована корректировка запроса до уровня «Раздел КСР», что позволит расширить функциональную возможность замены ресурса на «аналогичный».

Выводы

При реализации единичных проектов (проектов точечной застройки) важную роль играет система учета ресурсов, необходимых для реализации объектов капитального строительства. Если рассматривать комплексное строительство или реализацию городских программ, то вопрос ресурсообеспечения строительного производства выходит на принципиально значимый уровень, в данном контексте ресурсообеспечение является отраслевым трендом и задачей, решение которой представляется затруднительным без регулятивного участия органов исполнительной власти города Москвы и профильных ведомств. От качественного решения зависит темп работы производственного комплекса отрасли как в регионе реализации проекта, так и на федеральном уровне.

Строительная площадка
Источник: stevanovicigor / depositphotos.com

Результирующими предложениями по размещению цифровых информационных моделей объектов капитального строительства и их конструктивных элементов (материалов, изделий) в составе цифровых каталогов строительных ресурсов являются:
Расширение требований к информационному наполнению карточки строительного ресурса (добавления к карточке информационной модели конструктивного элемента, выполненной в программах САПР отечественной разработки и находящихся в российском реестре программного обеспечения).
Разработка модуля отображения ЦИМ (просмотрщик ЦИМ ОКС).
Структуризация информации с применением классификатора строительной информации (КСИ) и классификатора строительных ресурсов (КСР).
Выделение реестра и каталога для размещения ЦИМ ОКС.