Как BIM помог в проекте реконструкции автомобильной дороги

Сегодня расскажем о внедрении BIM для компании «Севзапдорпроект», по результатам которого был представлен доклад на Autodesk University 2019.

О Заказчике

Проектно-изыскательский институт «Севзапдорпроект» выполняет полный комплекс инженерно-изыскательских и проектных работ для строительства автомобильных дорог и сооружений. На сегодня его штат насчитывает около 350 человек. Объём института продолжает расти, в связи с чем перед проектировщиками поставили задачу перехода на BIM-проектирование, чтобы в перспективе добиться повышения качества выпускаемой проектной документации уменьшения сроков её разработки до 20%.

О проекте

В 2018 году «Севзапдорпроект» начал работать над первым пилотным проектом BIM. Им стал проект капитального ремонта автомобильной трассы Р-243. Трасса включала в себя участки дороги II и III категории, с ограничением по скорости 120 км/ч и 100 км/ч соответственно. На участке предстояло запроектировать около 60 пересечений и примыканий, 53 водопропускных трубы, около 450 погонных метра водопровода и канализации, 10 участков освещения, переустройство линий электропередач, шумозащитные экраны и подпорные стенки.

Проекты капитального ремонта являются нетипичными для исполнения для большинства специализированных программных средств, опыт разработки таких объектов в BIM довольно небольшой и информация в открытых источниках скудная. Учитывая значительные объемы и сжатые сроки проекта, было принято решение о привлечении компании-интегратора для обеспечения технического сопровождения проекта. После тщательного изучения рынка, компания «Севзапдорпроект» приняла решение о сотрудничестве с ГК «ИНФАРС».

Подготовительные мероприятия

В качестве подготовки к пилотному проекту специалисты пилотной группы прошли обучение по специализированным курсам по направлениям – инженерно-геодезические изыскания, инженерно-геологические изыскания, автомобильные дороги, наружный водопровод и канализация (для представителей подрядной организации), электрические сети, наружное освещение и сети связи, искусственные сооружения, организация дорожного движения. Весь процесс обучения был полностью организован экспертами «ИНФАРС»: от составления учебного плана, адаптации программ курсов до проведения курсов на базе собственного учебного центра и с выездом в «Севзапдорпроект». Обучение проводилось на выполненных проектах, аналогичных по специфике пилотному проекту.

Эксперты «ИНФАРС» совместно с ГИПом и BIM-менеджером проекта разработали «План реализации проекта BIM». Были определены ключевые задачи проекта и сценарии для их выполнения. Были разработаны требования к моделям по всем разделам и многое другое.

Также были адаптированы шаблоны по всем направлениям. Разрабатывался BIM-стандарт организации.

После этого начались работы над пилотным проектом.

Инженерные изыскания

Данные инженерных изысканий являются исходными данными для проектирования, поэтому, на первом этапе переход на BIM технологию коснулся этого раздела.

Инженерно-геодезические изыскания разрабатывались в Civil 3D и включали в себя цифровую модель рельефа и цифровые модели существующих инженерных сетей. Решение задач данного раздела выполнялось стандартными средствами Civil 3D и не вызвало каких-либо проблем.

Данные инженерно-геологических изысканий традиционно передавались проектировщикам раздела АД в 2D формате. Чертежи содержали плоские продольные профили, поперечные сечения на искусственных сооружениях, оформленные полностью вручную. Но при переходе на BIM проектирование, возникли и новые требования к исходным данным. Для того, чтобы проектировщики раздела АД могли автоматизированно прокладывать коридоры с реконструируемой дорожной одеждой, для начала их необходимо было обеспечить информационной трехмерной моделью существующего дорожного полотна.

Таким образом, возникла необходимость разработки цифровой модели геологического строения существующей автомобильной дороги. Почему существующей? При проектировании капитального ремонта автомобильной дороги задача проектировщика – максимальное использование существующей дорожной одежды и минимизация создания новой дорожной одежды. Это дает существенную экономию средств заказчика при строительстве объекта.

Также была определена вспомогательная задача – создание цифровой модели расчетного уровня грунтовых вод для автоматизированного нанесения на поперечниках.

Поверхности щебня, песка, суглинка были созданы стандартными инструментами Civil 3D и Subassembly Composer с использованием данных существующего геологического профиля. Основная проблема возникла при построении модели существующего асфальтобетона. Исходными данными для построения асфальтобетона являются георадарные исследования, а также выпилы, которые делаются ручным способом. Т.е. имеется информация по мощности слоя по оси, кромкам, по переходно-скоростным полосам. Дальше эти данные формируются в ведомости. На основании этой ведомости благодаря экспертам «ИНФАРС» был разработан небольшой плагин для Civil 3D, с помощью которого строится массив точек, которые имеют отметку низа существующего асфальтобетона. Далее по этим точкам строится поверхность по низу существующего асфальтобетона. С помощью полученных поверхностей были выдавлены 3D тела по всем слоям - щебню, асфальтобетону, песку, суглинку и пр.

В итоге, была получена единая геологическая модель с уровнем грунтовых вод. Уровень грунтовых вод был нанесен стандартными инструментами с помощью Subassembly Composer. Эта модель служила исходными данными для проектировщиков раздела АД. То есть проектировщики уже брали данные с модели, а не обращались каждый раз за дополнительными поперечниками к геологам, как это было ранее.

Проектирование раздела АД

Разработка BIM модели капитального ремонта автомобильной дороги – задача довольно специфичная и не простая.

Рассмотрим основные отличия проектирования новой автомобильной дороги и капитального ремонта существующей. Новое строительство подразумевает создание новой дорожной одежды.

Капитальный ремонт – это восстановление дорожной одежды, покрытия, земляного полотна. Включает в себя срезки, ровики, уширения и, в том числе, создание полностью новой дорожной одежды. Осложнил ситуацию факт, что в этом проекте использовались 2 технические категории автомобильной дороги, разные геометрические параметры.

Главной проблемой же стало огромное количество используемых типовых поперечных сечений. И, как следствие, предстояло создать огромное количество конструкций в Subassembly Composer (SAC). Каждая конструкция SAC имела около 10 целей. Дорогу протяженностью 26 км разделили на 6 коридоров, которые состояли в среднем из 200 областей. К концу моделирования последнего шестого коридора было создано 340 уникальных конструкций.

Создание конструкций заняло порядка 2,5 месяца одного специалиста с отвлечением на другие проекты. На следующих объектах данная работа предположительно займет один месяц.

В процессе работы проектировщики столкнулись со следующей сложностью – из-за большого количества конструкций, было невозможно воспользоваться функционалом копирования целей. Было около 600 областей, и вручную задание целей стало трудоемкой задачей. Это основная проблема, которая увеличила трудозатраты на создание коридора основной дороги.

Одним из вариантов решения стало создание конструкции, состоящей из одного элемента конструкции Subassembly Composer. Это помогало избежать излишнего дробления областей, что позволило по максимуму использовать копирование параметров областей.

Также для автоматизации данной задачи использовался автокликер. Это стороннее бесплатное приложение, например, UoPilot. Для его применения необходимо подготовить конструкцию в SAC – названия Target Parameters должны начинаться с уникального символа.

Еще одной проблемой стало некорректное выдавливание 3D тел по коридору автомобильной дороги. В итоге специалисты «Севзапдорпроект» составили свой список нюансов, на которые нужно обращать внимание при построении конструкций в Subassembly Composer:

1. Избегать использование отрезков нулевой длины. Если в SAC в фигуре будет использоваться такой отрезок, то скорее всего будут проблемы с выдавливанием 3D тела.
2. Задавать равное количество звеньев (Link) во всех фигурах (Shape) одного элемента, находящихся на разных ветвях построения узла.

3. Для «ветвящихся» конструкций с использованием условий (Decision), рекомендуется звенья строить в одном направлении в одинаковом порядке. Это необходимо, чтобы избежать построения некорректных 3D солидов. На рис. ниже отображена область построения ровика уширения, звенья которого заданы не в одном направлении, и, как результат – некорректно выдавленный солид по этой области.

4. В SAC в точках пересечения (Intersection Point) не использовать пересечение двух линий, так как зачастую это приводит к проблемам с выдавливанием 3D солидов по коридору. Пересечение двух линий заменить на линия-точка-уклон.
5. В SAC использование одного звена (Link) в разных фигурах (Shape), в некоторых случаях препятствует построению 3D тела.

В итоге модель капитального ремонта автомобильной дороги протяженностью 26 километров была разработана, 3D тела на протяжении всех коридоров были полностью корректно выдавлены. По модели были получены чертежи и подсчитаны объемы земляных работ и конструктивных слоев дорожной одежды.

Создание элементов организации дорожного движения

Специалисты «Севзапдорпроект» приняли решение создавать информационные модели обустройства автомобильной дороги средствами AutoCAD. В качестве альтернативы рассматривался Revit, но так как владение трехмерным моделированием в AutoCAD у специалистов было на высоком уровне, было принято решение в пользу AutoCAD.

В итоге стандартными средствами AutoCAD 3D были разработаны динамические 3D блоки автобусных остановок, основных дорожных знаков, секций ограждений, пешеходных переходов. Расстановка линейных объектов производилась с помощью функции линейного массива. Эта работа не заняла много времени.

Для расстановки автопавильонов, дорожных знаков, пешеходных переходов использовалось простое переопределение блоков. Уже были готовы планы с расставленными 2D блоками по этим объектам. Создали новый чертеж, где блоки с теми же именами уже представлены в виде 3D блоков. Скопировали 2D блоки с готового плана в новый чертеж в исходных координатах, все 2D блоки после этого переопределяются на 3D-блоки. Далее этим блокам задается отметка поверхности. В итоге все элементы были расставлены очень быстро на протяжении 26 км.

Пешеходные переходы были созданы в виде динамических блоков AutoCAD. В процессе работы все модели насыщалась необходимой атрибутивной информацией. Использование динамических блоков AutoCAD позволяет также создавать спецификации дорожных знаков.

Искусственные сооружения

В разделе «Искусственные сооружения» разрабатывались информационные цифровые модели шумозащитных экранов и водопропускных труб. Водопропускные трубы были разработаны в Autodesk Revit. Всего было 2 типа труб:

1. Металлические гофрированные водопропускные трубы.
2. Железобетонные водопропускные трубы.

Для этого было разработано 2 типа семейства Revit. С помощью двух таких типовых семейств быстро подготовились все 53 водопропускные трубы на протяжении 26 км. В результате по BIM-модели были получены конструкторские чертежи – разрезы, узлы, выведены спецификации.

Затем эти трубы были размещены в сводной модели NavisWorks.

Инженерные сети

Следующим этапом стало проектирование инженерных сетей в Autodesk Civil 3D. Сборку единой BIM модели и ее проверку на коллизии проводили в Autodesk Navisworks. Трасса проходила за пределами города, поэтому инженерных сетей было относительно немного. Тем не менее возможность проверки на коллизии стала важным преимуществом работы в BIM для «Севзапдопроект». Так, в ходе промежуточных проверок в Navisworks было обнаружено несколько ошибок, которые могли вскрыться только на стройке и задержать работы. В частности, Navisworks показал, что инженерные сети на одном из участков попали в стойки барьерного ограждения.

Раздел «Наружный водопровод и канализация» был разработан подрядной организацией «Севзапдорпроект». Специалисты этой организации прошли специализированный курс «Autodesk Civil 3D: Наружный водопровод и канализация» в учебном центре «ИНФАРС». После прохождения курса специалисты самостоятельно разработали проект в Civil 3D - разработали информационную модель сетей по разделу и выпустили проектную документацию по модели. Их модель была включена в общую сводную модель проекта.

Разделы «Электрические сети», «Наружное освещение», «Сети связи» разрабатывались специалистами «Севзапдорпроект». Раздел был выполнен силами одного сотрудника. Общая протяженность сетей составила около 19 км. Работы велись около 4-х недель с отвлечением специалиста на другие задачи.

В этих разделах самой трудоемкой задачей стала наработка каталога опор и других необходимых конструкций, так как в стандартном каталоге эти элементы отсутствуют. Эта задача выполнялась в Конструкторе элементов Civil 3D. При наличии каталога с наиболее часто используемыми конструкциями процесс проектирования с созданием цифровых BIM моделей будет сравним по длительности с 2D проектированием.

Сети связи были разработаны в виде стандартных сетей Civil 3D. Сигнальные столбики сетей связи были разработаны как отдельное семейство в Конструкторе элементов.

По разделу «Наружное освещение» были разработаны пользовательские семейства опор СФГ с однорожковыми и двухрожковыми кронштейнами под 90 и под 180 градусов с обычным и выносным фундаментом. Из модели получена документация по разделу.

Модели по разделу содержат информацию о маркировке опоры, данные об используемом материале. В дальнейшем планируется создание общей базы элементов по всем разделам проектной документации, что поможет сократить затраты времени на формирование спецификаций.

После наработки основных типовых конструкций сетей дальнейший процесс проектирования займет гораздо меньше времени.

Состав пилотной группы и длительность проекта

В начале процесса внедрения BIM на данном пилотном проекте была определена пилотная группа в составе 6-7 человек. Пилотная группа включала в себя ответственных специалистов по каждому направлению. Эти специалисты были основными разработчиками BIM моделей. Роль BIM менеджера взял на себя ГИП проекта Евгений Сомов. Итого над пилотным проектом работали:

• 1 ГИП/BIM менеджер;
• 1 Инженер-геодезист;
• 1 Инженер-геолог;
• 1(2) Инженер-проектировщик отдела транспортного проектирования;
• 1 Инженер-проектировщик отдела искусственных сооружений;
• 1 Инженер-проектировщик отдела инженерных сетей.

Работа над созданием модели заняла у «Севзапдорпроект» четыре месяца. В начале 2019 года проект получил положительное заключение экспертизы, и осенью заказчик приступил к капитальному ремонту трассы.

Результаты первого проекта

Специалисты «Севзапдорпроект» отметили следующие преимущества работы в BIM в сравнении с традиционной технологией:

1. Возможность более точно отражать в модели существующие инженерные сети.

2. Возможность быстро находить и исправлять коллизии.

3. Наличие открытого кода у BIM-решений Autodesk, что позволяет делать любые доработки и специфические интеграции.

4. Создание геологической модели существующей автомобильной дороги.

««При работе над трассой Р-234 мы уложились в те же сроки, в которые выполняли проекты по старой технологии», – говорит Евгений Сомов. – Это дает уверенность, что уже на следующих проектах мы сможем выйти на целевые 10-20% ускорения». Еще одним результатом проекта стало решение о создании в компании BIM-отдела, который будет отвечать за более глубокую интеграцию BIM-технологий в процессы компании.

Представители «Севзапдорпроект» высоко оценили сотрудничество с ГК «ИНФАРС». Эксперты «ИНФАРС» не только провели специализированные обучения, но и обеспечивали техническое сопровождение пилотного проекта. Благодаря качественной и незамедлительной экспертной поддержке, первый пилотный BIM проект завершился успешно и в срок.