ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ. КОМПЬЮТЕРНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ

Строительная отрасль — это сфера экономики, которая занимается сооружением и реконструкцией производственных и жилых зданий, коммуникаций, объектов инфраструктуры.

В широком смысле к строительству также относят капитальный и текущий ремонт зданий и сооружений, а также их реконструкцию, реставрацию и реновацию.

Отрасль охватывает весь жизненный цикл объекта — от инженерных изысканий и проектирования до сдачи в эксплуатацию. На практике представляет собой совокупность производственно-хозяйственных единиц: подрядных организаций, проектных институтов, инжиниринговых и девелоперских компаний, заводов строительных материалов, поставщиков техники и специализированных услуг.

Некоторые виды строительной отрасли:

Промышленное — возведение производственных зданий и сооружений — заводов, фабрик, ТЭЦ, складов, логистических терминалов, цехов, шахт и перерабатывающих предприятий.

Инженерное и инфраструктурное — охватывает дороги, мосты, железные дороги, аэродромы, трубопроводы, системы водоснабжения и канализации, ЛЭП, очистные сооружения.

Энергетическое и специальное — к этой категории относятся гидроэлектростанции, ветряные и солнечные станции, объекты ядерной и химической промышленности, хранилища, бункеры, тоннели, системы связи.

Гражданское — возведение жилых домов, общественных зданий, торговых комплексов, складов.

Развитие строительной отрасли сопровождается усложнением архитектурных форм, ростом требований к надёжности зданий и необходимостью оптимизации затрат. В этих условиях использование информационных технологий становится ключевым фактором повышения качества проектирования и управления строительными процессами [1].

Информационные технологии в строительстве представляют собой совокупность программных средств, методов и алгоритмов, обеспечивающих автоматизацию проектирования, расчётов и анализа строительных объектов. Наиболее широкое распространение получили системы автоматизированного проектирования, которые позволяют создавать цифровые модели зданий и сооружений [2].

В строительной отрасли применяются, например:

Строительное информационное моделирование (BIM) — создание и управление информацией о строительном объекте в цифровой форме. Позволяет создавать трёхмерные модели зданий, которые содержат информацию о геометрии, конструкции, материалах, расходе энергии и других параметрах.

3D-печать — создание элементов зданий с помощью специализированных принтеров. Помогает сократить расход материалов и уменьшить количество отходов.

Модульное строительство — отдельные элементы здания изготавливаются на заводе, доставляются на строительную площадку и собираются в единую конструкцию. Это сокращает длительность строительства за счёт параллельного изготовления модулей.

Строительные дроны — используются для аэрофотосъёмки, тепловизионного анализа и инспекции объектов, позволяют контролировать качество строительства дистанционно.

Для формализации процесса проектирования здание может быть представлено в виде системы взаимосвязанных элементов, параметров и зависимостей:

B = {Eᵢ, Pᵢ, Rᵢⱼ},

где Eᵢ — конструктивные элементы здания, Pᵢ — их геометрические и физические параметры, Rᵢⱼ — зависимости между элементами. Данная модель используется в современных BIM-системах для обеспечения согласованности проектных данных [3].

Геометрическое моделирование — это процесс создания математических моделей геометрических объектов, которые могут быть использованы для анализа, симуляции и оптимизации их поведения.

Геометрическое моделирование в САПР основано на описании формы строительных элементов в трёхмерном пространстве. Каждый элемент описывается функцией:

Gᵢ = f(x, y, z, Pᵢ)

Параметрическое моделирование позволяет задавать зависимости между элементами здания, что обеспечивает автоматическое обновление модели при изменении исходных данных [4].

Одним из ключевых преимуществ BIM является автоматизированный расчёт объёмов строительных конструкций. Объём отдельного элемента определяется выражением:

Vᵢ = Lᵢ × Hᵢ × Tᵢ

Суммарный объём материалов вычисляется автоматически по всей модели здания, что существенно снижает вероятность ошибок и повышает точность сметных расчётов [5].

Выводы

Использование информационных технологий и компьютерного проектирования в строительстве позволяет повысить качество проектных решений, сократить сроки разработки документации и снизить затраты на реализацию строительных проектов. Применение BIM и математических моделей является перспективным направлением развития строительной отрасли.