Изменения в строительной отрасли отражаются на попытках интегрировать людей, процессы и информацию на протяжении всего срока службы построенных объектов. Для разработки и эксплуатации зданий и инфраструктуры в этом сценарии требуется, чтобы данные и информация о доставке и операционных процессах объекта были доступны ключевым участникам, включая клиентов/разработчиков, архитекторов, инженеров, подрядчиков, поставщиков и управляющих объектами/активами.
Строительный сектор все больше полагается на следующие системные факторы:
1) модель оценки данных, информацию для принятия решений, происходящих на протяжении всего срока службы построенных объектов – от начальной стадии проекта и закупки материалов строительства до схематического и детального проектирования, строительства, эксплуатации, технического обслуживания и вывода здания из эксплуатации;
2) понимание как непосредственных, так и будущих потребностей проекта с точки зрения организационных процессов, предлагаемых продуктов и услуг.
Эти возможности изначально были задуманы вокруг концепции информационного моделирования зданий (BIM — Building Information Modelling), 3D-объектно-ориентированного подхода для создания, управления и использования информации о различных аспектах объектов, от этапов капитального ремонта до эксплуатации и технического обслуживания. Несмотря на то, что в применении BIM было достигнуто много успехов, ограничения на управленческие, технологические и совместные возможности сохраняются на проектном и оперативном уровнях. Именно с учётом этих ограничений в строительной отрасли возникла концепция цифрового инжиниринга (DE — Digital Engineering). Это более комплексный подход к работе с активами в отличие от BIM, так как представляет собой целостную концепцию, которая направлена на устранение недостатков, присущих BIM, с акцентом на стратегические и бизнес-ориентированные аспекты.
Хотя многие рассматривают основные элементы этих двух концепций как решение для совершенно различных фундаментальных проблем, у них определённо существуют схожие черты и характеристики. Восприятие их как сосуществующих или даже конкурирующих концепций также является распространённым явлением. Точно так же существует несколько критических замечаний, связанных с ограниченной функциональностью BIM-проектирования по сравнению с цифровым инжинирингом и технологией цифровых двойников в строительной отрасли. Состояние путаницы в концептуальных определениях может препятствовать прогрессу в достижении статуса согласованной нормы, что крайне необходимо специалистам по строительству, где растёт уровень цифровых преобразований и быстрых технологических изменений. Кроме того, формальные определения новых цифровых технологий и методологий являются строительными блоками для любой области деятельности.
Строительная отрасль является одним из крупнейших секторов мировой экономики. В глобальном масштабе расходы, связанные со строительством, составляют 13%, а общий годовой доход сектора оценивается примерно в 10 трлн долларов, прогнозируемый до 14 трлн долларов к 2025 году. Она также имеет один из самых больших экономических побочных эффектов, а именно, она представляет собой дополнительную экономическую выгоду в размере 2,86 доллара на каждый 1 доллар Валового внутреннего продукта (ВВП) от строительства.
Несмотря на свою значимость, этот сегмент экономической деятельности сталкивается с серьёзными глобальными проблемами – высокими затратами на строительство, неудовлетворительным выполнением проектов, недостаточной безопасностью и низкой производительностью.
Реформирование отрасли путём внедрения технологических инноваций может решить многие из этих проблем. Из различных технологических инноваций BIM признан “тенденцией будущего”, новой прорывной инновацией для отрасли и многообещающим направлением решения вышеуказанных факторов.
BIM — это объектно-ориентированный подход к созданию, управлению и использованию различных готовых структурированных данных при строительстве:
— геометрических – таких как размеры и вес;
— и не геометрических – таких как данные о материалах и стоимости.
Эта система, которой уже широко пользуются проектировщики и архитекторы, поддерживает визуализацию данных, управление информацией и документацией, некий встроенный интеллект для анализа и моделирования, а также инструментарий управления рабочими процессами. Возможности управления документами и информацией объединились и эволюционировали с появлением BIM-приложений, поскольку информация внедряется, добавляется или привязывается к объектно-ориентированным моделям, которые объединяют все формы геометрических и негеометрических данных. Все чаще эти специализированные приложения становятся ценными хранилищами проверенных подтверждённых данных, которые объединяют знания предметной области от различных участников, связанных со строительными проектами и их цепочкой поставок.
Сосредоточив внимание на обмене структурированными данными по всей цепочке поставок, можно определить эту систему как инструмент для управления точной информацией о здании на протяжении всего жизненного цикла. Этот инструмент позволяет всем заинтересованным сторонам иметь доступ к одной и той же информации в одно и то же время, благодаря взаимодействию между технологическими платформами.
В контексте информационного моделирования зданий проектировщики признают эту технологию «тем инструментом, который создаёт ценность на протяжении всего жизненного цикла объекта, подкрепляя её постоянно созданием, сопоставлением и обменом общими 3D-моделями и интеллектуальными, структурированными данными».
Концептуально элементы этой технологии могут использоваться на всех этапах жизненного цикла построенных объектов, но, тем не менее, на практике её использование за пределами этапов проектирования и строительства невелико. Идеальное использование BIM на всех этапах жизненного цикла активов реализовано лишь частично — в настоящее время используется только на этапе реализации проекта для достижения индивидуальных целей на уровне проекта. Это произошло потому, что на самом деле этак концепция эволюционировала только как набор процессов и инструментов, а не как метод управления объектом на разных этапах его существования. Экономия затрат и времени на стадии проектирования и строительства — это преимущества технологии. Но она не предназначена для повышения прибыльности, процветания бизнеса и улучшения отношений между клиентами. Организационные и социально-технические сложности делают возможности BIM неузнаваемыми за пределами строительной отрасли и архитектурного проектирования. В качестве работоспособного решения наряду с этим инструментом необходимо использовать различные дополнительные цифровые технологии. Поэтому разработчики задумались о том, как интегрировать BIM с другими технологиями, методологиями и участниками. Необходимость переосмысления привела к появлению в строительной отрасли цифровых двойников и цифрового инжиниринга.
Одно из первых применений термина «цифровой инжиниринг» относится к 1975 году, когда DE обсуждался в контексте проектирования электронных и логических схем. В то время термин «цифровой» означал переход от аналогового к цифровому типу формирования и передачи данных. Было предсказано, что в контексте производства будущего распространёнными приложениями станут инструменты разработки цифровых концепций и систем для управления жизненным циклом продукта (PLM).
Целью концепции цифровой инженерии является создание единого потока данных за счёт взаимодействия между разнородными системами, а также интегрированного управления информацией для облегчения обмена и использования данных в течение жизненного цикла продукта. В традиционном понимании термин «Инженерия» относится к использованию научных принципов для проектирования и создания различных объектов и деталей. Он чаще используется в производстве, например, при конструировании оборудования, деталей машин, транспортных средств, либо в среде возведения инженерных сооружений – строительстве мостов, туннелей, дорог и зданий. В настоящее время все инженерные дисциплины эволюционировали, чтобы улучшить практическую отдачу от накопленных за века знаний.
Современная инженерия, посредством мощных компьютеров, оперирует огромными потоками данных. Это требует преобразования традиционных инженерных практик в цифровую инженерию, где технологические инновации объединяются для обеспечения комплексного подхода, основанного на цифровых компонентах. Это поддерживает деятельность на протяжении всего жизненного цикла и развивает культуру заинтересованных сторон для более эффективной работы. По своей сути цифровая инженерия влечёт за собой радикальные цифровые преобразования, для которых требуются цифровые компоненты.
Все элементы системы (соответствующие процессы, оборудование, продукты, детали, функции, услуги и т.д.) в рабочей среде должны быть представлены в форме готовых проверенных цифровых компонентов, чтобы обеспечить точное и универсальное представление всех этих явлений. Должна существовать формализованная стратегия создания этих элементов для управления, кураторства, совместного использования, интеграции и создания цифровых двойников в рамках дисциплинарных команд. Организация этих процессов на всех этапах жизненного цикла должна проходить при поддержке авторитетного источника истины (AST — authoritative source of truth). Этот элемент в структуре необходим для обеспечения хранилища данных и организации портала доступа к стандартизированным цифровым компонентам, данным и другим объектам.
Концепция цифрового инжиниринга также актуальна для строительной отрасли, учитывая наукоёмкий характер отрасли, преобладание виртуальных организаций и команд, фрагментированные рабочие условия и разрозненную цепочку поставок в строительном секторе. Эти неотъемлемые характеристики порождают широкий спектр проблем, которые негативно сказываются на всей отрасли:
— неэффективность коммуникаций;
— несоответствие информации;
— потеря данных и членов команды, работающих с заменёнными моделями;
– нерелевантные и дезорганизованные данные, непригодные для использования по назначению.
Влияние концепций, методов и технологий цифровой инженерии на строительную отрасль стимулирует изменения в предположениях об управлении информацией и знаниями на протяжении всего жизненного цикла активов. Это также меняет подход строительных компаний к бизнес-процессам. Понимание концепции и её технологий, а также требований к поддержке строительной деятельности проникает в область строительных исследований.
