4D-моделирование строительства: календарное планирование в BIM

↑ Наверх

Интеграция BIM и календарного планирования

Технология информационного моделирования зданий и сооружений продолжает развиваться, выходя за рамки традиционного трехмерного представления объектов капитального строительства. Четырехмерное моделирование, или 4D BIM, представляет собой методологию, объединяющую пространственную информационную модель с временными параметрами строительного процесса. Данный подход позволяет производителям работ, инженерам проекта организации строительства и руководителям строительных организаций визуализировать последовательность возведения объекта на протяжении всего календарного плана.

Согласно серии международных стандартов ISO 19650, информационный менеджмент в строительстве с использованием технологии информационного моделирования предусматривает управление информацией на всех стадиях жизненного цикла актива. В российской практике данные принципы отражены в СП 333.1325800.2020, регламентирующем формирование информационной модели объектов на различных стадиях жизненного цикла. Интеграция календарно-сетевого планирования с трехмерной моделью объекта обеспечивает синхронизацию проектных решений с организационно-технологическими требованиями производства работ.

Основы 4D-моделирования в строительстве

Формирование четырехмерной модели строительного объекта осуществляется путем интеграции трехмерной информационной модели с календарным планом производства работ. Процесс включает несколько последовательных стадий: подготовка трехмерной модели с необходимой степенью детализации, разработка календарно-сетевого графика в специализированном программном обеспечении управления проектами, экспорт модели и графика в программную среду 4D-моделирования, установление связей между элементами модели и задачами графика.

Структура информационной модели для календарного планирования

Информационная модель объекта капитального строительства, предназначенная для календарного планирования, отличается от координационной модели, используемой для обнаружения пространственных коллизий. Модель для 4D-планирования требует структурирования элементов в соответствии со структурой декомпозиции работ. Группировка конструктивных элементов осуществляется по принципу технологической последовательности их возведения: фундаментные конструкции, вертикальные несущие элементы каркаса, горизонтальные несущие элементы, ограждающие конструкции, инженерные системы.

Детализация модели определяется уровнем календарного планирования. Для стратегического планирования достаточно укрупненного представления объекта по этажам или секциям. Оперативное планирование требует детализации до отдельных конструктивных элементов: каждая колонна, каждый участок перекрытия должны быть представлены отдельными объектами информационной модели.

Требования к календарно-сетевому графику

Календарный график строительства, интегрируемый с информационной моделью, должен содержать структурированную иерархию задач, соответствующую технологической последовательности производства работ. Каждая задача графика характеризуется наименованием работы, датой начала и окончания, длительностью выполнения, предшествующими и последующими работами, назначенными ресурсами. Программное обеспечение календарного планирования, такое как Microsoft Project, Primavera P6 или Spider Project, позволяет создавать комплексные графики с учетом ресурсных и технологических ограничений.

Связь элементов модели с задачами проекта

Установление программной связи между элементами информационной модели и задачами календарного графика является центральной процедурой формирования 4D-модели. Процесс связывания может осуществляться вручную путем выбора элементов модели и назначения им соответствующих задач графика, либо автоматически на основе атрибутивных данных элементов модели.

Методы связывания элементов и задач

Ручное связывание применяется при небольшом количестве элементов или при необходимости точного контроля соответствия модели и графика. Инженер последовательно выбирает группы элементов в трехмерном представлении модели и назначает им задачи из импортированного календарного плана. Данный метод обеспечивает высокую точность, но требует значительных трудозатрат при работе с крупными объектами.

Автоматическое связывание основывается на использовании параметров элементов модели, таких как этаж, категория элемента, материал или пользовательские параметры. Программное обеспечение анализирует атрибуты элементов и сопоставляет их с наименованиями или кодами задач в календарном плане. Для эффективного автоматического связывания необходимо предварительно унифицировать наименования и кодировку как в информационной модели, так и в календарном графике.

Особенности связывания для монолитного строительства

В монолитном каркасном строительстве процесс возведения характеризуется повторяющимися циклами работ по этажам. Типовая последовательность включает установку опалубки колонн, армирование и бетонирование колонн, набор прочности бетона, демонтаж опалубки колонн, установку опалубки перекрытия, армирование перекрытия, бетонирование перекрытия, набор прочности перекрытия, демонтаж опалубки перекрытия. Каждая операция представлена отдельной задачей в календарном графике и связывается с соответствующими элементами информационной модели.

Колонны одного этажа могут возводиться одновременно или последовательными захватками в зависимости от наличия опалубочных систем и бригад. В календарном графике это отражается делением работ на захватки, и каждой захватке соответствует определенная группа колонн в информационной модели. Аналогично структурируются работы по устройству монолитных перекрытий, которые могут выполняться участками с учетом технологии передвижения опалубки.

Этапы возведения объектов строительства

Календарное планирование строительного процесса базируется на разделении всего комплекса работ на последовательные этапы, отражающие технологическую и организационную структуру производства. Для объектов капитального строительства традиционно выделяются шесть основных этапов, каждый из которых характеризуется специфическими технологическими процессами и требованиями к организации работ.

Нулевой цикл строительства

Нулевой цикл объединяет все виды работ, выполняемые ниже уровня чистого пола первого этажа. Этап начинается с подготовки строительной площадки: расчистки территории, устройства временных подъездных путей, установки ограждения, размещения бытовых помещений для работников. Инженерно-геологические изыскания предоставляют данные о характеристиках грунтов, уровне залегания грунтовых вод, что определяет выбор типа фундамента и технологии его устройства.

Земляные работы включают разработку котлована, устройство дренажных систем при высоком уровне грунтовых вод, крепление стенок котлована при необходимости. Для многоэтажного строительства применяются свайные фундаменты, буронабивные или забивные, либо монолитная фундаментная плита. Устройство фундаментов требует строгого соблюдения проектных отметок и геометрических параметров, поскольку погрешности на данном этапе критически влияют на точность всех последующих конструкций.

Возведение монолитного каркаса

Монолитный железобетонный каркас формирует несущую систему здания и включает вертикальные элементы, такие как колонны и стены-пилоны, а также горизонтальные элементы в виде перекрытий и балок-ригелей. Технология возведения монолитного каркаса характеризуется цикличностью работ: после завершения конструкций одного этажа процесс повторяется на следующем уровне.

Установка опалубки вертикальных конструкций выполняется с использованием щитовых опалубочных систем или самоподъемной опалубки для монолитных стен. Армирование колонн осуществляется пространственными каркасами из стержневой арматуры класса А500С, изготавливаемыми в арматурных цехах или на строительной площадке. Бетонирование колонн производится бетонными смесями класса не ниже В25, подаваемыми бетононасосами или башенными кранами в бадьях.

Устройство монолитных перекрытий требует монтажа горизонтальной опалубки на стоечных системах, раскладки арматурных сеток нижнего и верхнего армирования, установки закладных деталей для инженерных систем. Толщина монолитных перекрытий в жилых зданиях обычно составляет от ста восьмидесяти до двухсот двадцати миллиметров в зависимости от пролетов между колоннами и расчетных нагрузок.

Устройство ограждающих конструкций

Наружные стены зданий с монолитным каркасом выполняются из кладочных материалов: керамического кирпича, газобетонных блоков, керамических блоков с пустотами. Кладка наружных стен осуществляется участками по мере готовности каркаса этажей. Многослойные стены включают несущий слой из кладочных материалов, слой теплоизоляции из минераловатных плит или пенополистирола, наружный облицовочный слой из лицевого кирпича или навесных фасадных систем.

Монтаж светопрозрачных конструкций выполняется после завершения кладки наружных стен. Оконные блоки устанавливаются в проемы с применением монтажных анкеров и заполнением швов монтажной пеной. Витражное остекление больших площадей требует устройства специальных несущих конструкций из алюминиевого профиля или стальных элементов.

Монтаж инженерных систем

Инженерное оборудование зданий включает системы отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха, водоснабжения, канализации, электроснабжения. Прокладка инженерных коммуникаций начинается после закрытия теплового контура здания и устройства кровли. Трубопроводы систем отопления и водоснабжения монтируются из стальных или полимерных труб с применением сварных или резьбовых соединений.

Вентиляционные системы включают воздуховоды из оцинкованной стали, вентиляционные установки, системы автоматического регулирования. Электрические сети прокладываются в скрытых полостях строительных конструкций, в штробах стен или в специальных коробах. Слаботочные системы, такие как сети передачи данных, системы пожарной сигнализации, системы контроля доступа, монтируются параллельно с силовыми электрическими сетями.

Выполнение отделочных работ

Отделочные работы подразделяются на внутренние и наружные. Внутренняя отделка включает оштукатуривание стен и потолков, устройство стяжек полов, монтаж подвесных потолков, укладку напольных покрытий, окрашивание или оклейку стен обоями. Наружная отделка фасадов выполняется штукатурными составами по утеплителю, облицовкой керамогранитными плитами на вентилируемых фасадных системах, окрашиванием фасадными красками.

Программное обеспечение для 4D-моделирования

Создание четырехмерных моделей строительных объектов требует использования специализированного программного обеспечения, обеспечивающего интеграцию информационных моделей с календарными графиками. На российском и международном рынке представлено несколько программных продуктов, различающихся функциональными возможностями, степенью интеграции с другими системами, удобством использования.

Autodesk Navisworks Manage

Программный комплекс Navisworks Manage компании Autodesk является одним из наиболее распространенных решений для координации информационных моделей и создания 4D-симуляций строительного процесса. Программа обеспечивает объединение моделей, созданных в различном программном обеспечении проектирования: Autodesk Revit, AutoCAD, Civil 3D, а также поддерживает импорт моделей в открытых форматах IFC.

Модуль TimeLiner в составе Navisworks Manage предназначен для создания четырехмерных визуализаций. Инструмент позволяет импортировать календарные графики из Microsoft Project, Primavera P6 или других систем управления проектами в формате XML. После импорта графика пользователь устанавливает связи между задачами графика и элементами модели путем выбора геометрических объектов и назначения им соответствующих задач.

Визуализация строительного процесса в Navisworks осуществляется путем проигрывания анимации, в которой элементы модели появляются, изменяют цвет или становятся прозрачными в соответствии с датами начала и окончания связанных задач. Программа позволяет создавать видеоролики симуляции строительства для презентаций заказчикам или использования на совещаниях по планированию.

Synchro

Программное обеспечение Synchro компании Bentley Systems специализируется на детальном календарном планировании строительных проектов с использованием технологий информационного моделирования. Synchro обладает развитыми инструментами для создания и редактирования календарных графиков непосредственно в программной среде, что позволяет не зависеть от внешних систем управления проектами.

Интерфейс Synchro ориентирован на специалистов по календарному планированию и предоставляет расширенные возможности для управления ресурсами, анализа критического пути, оптимизации последовательности работ. Программа поддерживает импорт и экспорт графиков в форматах Primavera P6, Microsoft Project, Asta Powerproject, что обеспечивает совместимость с существующими процессами планирования в строительных организациях.

Связывание элементов модели с задачами графика в Synchro выполняется через систему фильтров и правил, позволяющих автоматически группировать элементы по заданным критериям. Например, все колонны третьего этажа автоматически связываются с задачей бетонирования колонн этажа три на основании параметра уровня элементов модели.

Autodesk BIM 360

Облачная платформа Autodesk BIM 360 представляет комплексное решение для управления строительными проектами, включая функции среды общих данных, контроля качества, управления документацией. Модуль BIM 360 Build предназначен для полевого управления строительством и включает инструменты календарного планирования с визуализацией на основе информационных моделей.

Преимуществом BIM 360 является облачная архитектура, обеспечивающая доступ к проектной информации с мобильных устройств непосредственно на строительной площадке. Производители работ и прорабы могут просматривать актуальные версии моделей и графиков, фиксировать отклонения от плана, загружать фотографии выполненных работ, что обеспечивает оперативный план-факт анализ хода строительства.

Российские программные решения

Среда общих данных Pilot-BIM, разработанная компанией АСКОН, включает модуль TASQ для календарного планирования по информационным моделям. Решение ориентировано на соответствие российским стандартам по технологиям информационного моделирования и обеспечивает интеграцию с системами проектирования, применяемыми в России. Модуль TASQ, разработанный компанией КВЕРТА, предоставляет возможность 4D-моделирования через BIM-плеер, позволяющий отслеживать плановый и фактический ход возведения объекта.

Программа Spider Project, используемая для календарного планирования сложных инфраструктурных проектов, поддерживает интеграцию с информационными моделями через экспорт данных в форматы, совместимые с Synchro или Navisworks. Данный подход позволяет использовать расширенные возможности Spider Project для ресурсного планирования в сочетании с визуализацией строительного процесса в специализированных 4D-системах.

Визуализация хода строительства

Визуализация строительного процесса на основе четырехмерной модели обеспечивает наглядное представление последовательности возведения объекта во времени. Различные временные масштабы визуализации соответствуют различным уровням управления строительством и требуют соответствующей детализации информационной модели и календарного графика.

Детализация по дням для оперативного планирования

Оперативное планирование производства работ на строительной площадке требует детализации календарного графика с точностью до одного дня. На ежедневных планерках производители работ анализируют выполнение заданий предыдущего дня, планируют работы на текущий день, выявляют отклонения от графика. Четырехмерная модель с детализацией по дням позволяет визуально определить, какие конструктивные элементы должны быть возведены в течение рабочей смены.

Для монолитного строительства дневная детализация отражает участки работ, выполняемые одной бригадой за смену. Например, бетонирование колонн одной захватки этажа, установка опалубки перекрытия на определенном участке, армирование фрагмента плиты перекрытия. Каждая такая операция представлена отдельной задачей в графике и отдельной группой элементов в модели.

Недельная детализация для тактического планирования

Тактическое планирование строительства осуществляется с горизонтом от одной до четырех недель и фокусируется на координации работ различных подрядных организаций, обеспечении строительной площадки материалами и механизмами, решении организационных вопросов. Недельная детализация 4D-модели укрупняет представление работ: вместо отдельных участков колонн показывается завершение всех колонн этажа за неделю, вместо фрагментов перекрытия показывается устройство перекрытия целого этажа.

Визуализация хода строительства с недельной дискретностью используется на еженедельных совещаниях руководителей проекта для анализа выполнения плановых показателей, выявления задержек, принятия решений о корректировке графика или перераспределении ресурсов между участками работ.

Месячная детализация для стратегического планирования

Стратегическое планирование строительного проекта оперирует крупными этапами работ с длительностью от одного до нескольких месяцев. Визуализация по месяцам отражает переход от нулевого цикла к возведению надземной части, от возведения каркаса к устройству ограждающих конструкций, от монтажа инженерных систем к отделочным работам. Такой уровень детализации применяется для отчетности перед заказчиком, инвесторами, органами государственного строительного надзора.

Цветовая кодировка состояния работ

Программное обеспечение 4D-моделирования использует цветовую индикацию для отображения состояния конструктивных элементов относительно календарного плана. Традиционная схема включает серый цвет для элементов, которые еще не начаты, зеленый цвет для элементов, строительство которых ведется в текущий момент согласно плану, красный цвет для элементов, возведение которых просрочено относительно графика, синий цвет для завершенных элементов.

При внесении в календарный график фактических данных о выполнении работ цветовая визуализация позволяет немедленно выявить отклонения: участки, окрашенные красным цветом, требуют первоочередного внимания и принятия корректирующих мер для устранения отставания от графика.

Оптимизация графика и выявление узких мест

Основное преимущество четырехмерного моделирования строительства заключается в возможности проактивного выявления пространственно-временных коллизий и оптимизации календарного плана производства работ на этапе подготовки проекта организации строительства. Визуализация последовательности возведения объекта позволяет обнаружить конфликты, которые невозможно выявить при анализе традиционного табличного календарного графика.

Выявление пространственно-временных коллизий

Пространственно-временная коллизия возникает, когда два различных вида работ требуют одновременного использования одного участка строительной площадки или одного объема пространства внутри здания. Примером служит ситуация, когда календарный график предусматривает одновременное выполнение кладки наружных стен и монтажа конструкций перекрытия над тем же участком. Трехмерная визуализация немедленно выявляет невозможность совмещения данных работ, поскольку кладочные леса препятствуют подаче элементов перекрытия краном.

Другой тип пространственно-временных коллизий связан с перемещением строительных машин и механизмов. Башенный кран, обслуживающий возведение каркаса, имеет определенный радиус действия стрелы. Календарный график может предусматривать одновременное выполнение работ в различных точках объекта, находящихся в зоне действия крана, что создает конфликт при планировании работы крана. Четырехмерная модель позволяет проанализировать загрузку крана по дням и скорректировать последовательность работ для равномерного распределения нагрузки на подъемные механизмы.

Анализ фронтов работ

Эффективность производства строительно-монтажных работ зависит от обеспечения непрерывности работы бригад, что требует своевременного открытия новых фронтов работ по мере завершения предыдущих участков. Четырехмерная модель визуализирует момент завершения работ на одном участке и готовность следующего участка для передачи бригаде. Перерывы в работе бригад из-за отсутствия фронта работ приводят к простоям и увеличению сроков строительства.

Для монолитного строительства критическим является обеспечение непрерывности работы бетононасосов и бетоновозов. Календарный график должен предусматривать последовательное бетонирование участков без длительных перерывов, поскольку остановка бетонирования приводит к образованию рабочих швов, требующих дополнительной подготовки поверхности при возобновлении работ.

Оптимизация логистики строительной площадки

Четырехмерная модель может включать элементы строительного генерального плана: площадки складирования материалов, стоянки строительной техники, бытовые городки. Визуализация размещения этих элементов во времени позволяет оптимизировать использование территории строительной площадки. На начальных этапах строительства, когда возводится нулевой цикл, требуются большие площади для складирования опалубки фундаментов, арматуры, материалов. По мере возведения надземной части освобождающиеся участки могут использоваться для размещения других временных сооружений или складов материалов для последующих этапов.

Сокращение сроков строительства

Применение 4D-моделирования на этапе подготовки проекта организации строительства позволяет выявить возможности сокращения общей продолжительности строительства. Анализ критического пути в календарном графике в сочетании с визуализацией последовательности работ помогает определить операции, задержка которых влияет на срок завершения проекта. Концентрация ресурсов на критических работах, параллельное выполнение независимых операций, применение более производительных технологий на узких местах обеспечивают оптимизацию графика.

Практический опыт применения 4D-технологий показывает возможность сокращения сроков строительства на десять-пятнадцать процентов за счет лучшей организации производства работ, устранения простоев, оптимизации использования строительных машин и механизмов.

Нормативное регулирование 4D-моделирования

Применение технологий информационного моделирования в строительстве регламентируется комплексом нормативных документов международного и национального уровня. Стандартизация процессов создания, обмена и использования информационных моделей обеспечивает совместимость между различными программными продуктами, унификацию методологических подходов, повышение качества проектной и строительной документации.

Международные стандарты ISO 19650

Серия международных стандартов ISO 19650 определяет принципы информационного менеджмента в строительстве с использованием технологии информационного моделирования. Первая часть стандарта, ISO 19650-1:2018, устанавливает концепции и принципы управления информацией на протяжении всего жизненного цикла объектов капитального строительства. Вторая часть, ISO 19650-2:2018, регламентирует информационный менеджмент на стадии капитального строительства, включая требования к организации процессов проектирования и строительства.

Стандарты ISO 19650 вводят понятие среды общих данных, представляющей собой программно-технический комплекс для совместной работы всех участников проекта с информационными моделями. Календарное планирование строительства в контексте данных стандартов рассматривается как часть плана реализации задач информационного моделирования инвестиционно-строительного проекта.

Российские стандарты по технологиям информационного моделирования

В Российской Федерации применение технологий информационного моделирования регулируется сводом правил СП 333.1325800.2020, устанавливающим правила формирования информационной модели объектов на различных стадиях жизненного цикла. Свод правил определяет уровни проработки геометрии и информационной насыщенности элементов модели, требования к структуре модели, порядок обмена информационными моделями между участниками строительства.

Градостроительный кодекс Российской Федерации в статье пятьдесят семь целых пять десятых регламентирует требования к информационной модели объекта капитального строительства, создаваемой в рамках подготовки проектной документации. Законодательство устанавливает поэтапный переход к обязательному применению технологий информационного моделирования при проектировании и строительстве объектов, финансируемых с участием бюджетных средств.

Требования к проекту организации строительства

Свод правил СП 48.13330.2019 (с Изменением № 2 от 22.05.2025) регламентирует организацию строительства и содержит требования к разработке проекта организации строительства. Проект организации строительства включает календарный план строительства, строительный генеральный план, решения по организации работ. Применение 4D-моделирования повышает качество проекта организации строительства за счет визуализации последовательности работ, выявления организационно-технологических коллизий, оптимизации использования ресурсов.

Заключение

Четырехмерное моделирование строительства представляет собой эффективный инструмент интеграции информационного моделирования зданий и сооружений с календарным планированием производства работ. Технология обеспечивает визуализацию последовательности возведения объекта во времени, что позволяет производителям работ, инженерам проекта организации строительства, руководителям строительных организаций принимать обоснованные решения на всех этапах подготовки и реализации строительного проекта.

Связь элементов информационной модели с задачами календарного графика создает основу для проактивного выявления пространственно-временных коллизий, оптимизации последовательности работ, анализа фронтов работ, планирования логистики строительной площадки. Программное обеспечение для 4D-моделирования, такое как Autodesk Navisworks Manage, Synchro, Autodesk BIM 360, Pilot-BIM с модулем TASQ, предоставляет инструменты для создания календарно-сетевых планов с различной степенью детализации, интеграции с системами управления проектами, визуализации хода строительства.

Практическое применение технологий 4D-моделирования в монолитном и каркасном домостроении демонстрирует возможности сокращения сроков строительства, повышения эффективности использования ресурсов, улучшения координации между участниками строительного процесса. Дальнейшее развитие методологии информационного менеджмента в строительстве, совершенствование программных инструментов, расширение нормативной базы будут способствовать более широкому внедрению 4D-технологий в практику проектирования и строительства объектов различного назначения.