УДК 722.7 ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИИ

УДК 722.7
ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАЦИОННОГО
МОДЕЛИРОВАНИЯ ГОРНО-ОБОГАТИТЕЛЬНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Мазманян Г.А.
Научный руководитель д-р техн. наук Брагин В.И.
Сибирский федеральный университет
Актуальность
«Нет дела, коего устройство было бы труднее, ведение опаснее,
а успех сомнительнее, нежели замена старых порядков новыми.
Кто бы ни выступал с подобным начинанием, его ожидает враждебность тех,
кому выгодны старые порядки, и холодность тех, кому выгодны новые».
Николо Макиавелли, «Государь»
На уровне государства обнаружились серьезные проблемы в ценообразовании и
контроле стоимости объектов промышленного строительства. Данной проблемой занимаются соответствующие службы, ведомства, а также, большое количество проектных институтов, и вывод такой, – необходимо в кратчайшие сроки внедрить инновационные технологии в области проектирования промышленных зданий и сооружений.
Именно сейчас есть возможность реально рассмотреть их преимущества и приступить к
их реализации совместно с международным сообществом.
Целесообразность внедрения средств оптимизации стоимости проектирования,
возведения и эксплуатации зданий очевидна.
В 1990-е годы западные эксперты в области проектирования пришли к выводу,
что в отрасли промышленного строительства, в частности, горно-обогатительных
предприятий не только не повышается эффективность процессов (нет снижения затрат),
но происходит их плавное увеличение. Особенно это стало заметно на фоне сравнения с
другими отраслями, где с внедрением информационных технологий, автоматизации
процессов, удалось существенно повысить эффективность.
Сам процесс строительства горно-обогатительных предприятий является достаточно сложным объектом детального контроля средств, обеспечения качества. Недавно американские специалисты опубликовали уже несколько отчетов, в том числе и на
государственном уровне, о существенных, неуправляемых затратах, вернее, потерях для
американского рынка (по минимальной оценке около 16 млрд. долларов ежегодно) на
этапе строительства только по причине отсутствия технологий обмена данными между
процессами проектирования – строительства – эксплуатации. Процесс эксплуатации же,
ввиду своего длительного временного цикла, факторов смены владельцев, недостаточной информатизации деятельности служб эксплуатации, еще более увеличивает финансовые потери.
Наше время ставит перед российскими проектировщиками горно-обогатительных предприятий новые задачи и предъявляет совершенно иные, ранее не возникшие,
требования. В современных условиях требуется уже не просто проект возводимого
здания, а содержащая всю необходимую информацию модель объекта, которая может
быть востребована в течение всего периода его существования. И эта модель должна
быть не выполненным с помощью компьютера аналогом обычного картонного макета,
дающего представление о формах объекта, а полноценной виртуальной копией здания
со всей его начинкой, с количественными геометрическими и технологическими характеристиками конструкций, материалов и оборудования.
Причем все данные об объекте должны быть не просто собраны воедино,
а являться параметрами модели, корректировка которых с учетом существующих между ними зависимостей влечет за собой автоматическое изменение всей модели.
Таким образом, на рынке, прежде всего промышленного строительства, возникла четкая необходимость и факторы, способствующие появлению новой технологии
проектирования – технология информационного моделирования зданий или, сокращенно, BIM (Building Informational Modeling).
Коротко о технологии BIM
Информационное моделирование здания (далее BIM) – это подход к возведению, оснащению, обеспечению эксплуатации и ремонту здания, который предполагает
сбор и комплексную обработку в процессе проектирования всей архитектурно-конструкторской, технологической, экономической и иной информации о здании со всеми ее
взаимосвязями и зависимостями. Другими словами, здание и все, что имеет к нему отношение, рассматриваются как единый объект, и изменение какого-либо одного из его
параметров влечёт за собой автоматическое изменение остальных связанных с ним параметров и объектов, вплоть до чертежей, визуализаций, спецификаций и прочее.
Технология BIM – это новый подход к проектированию и созданию строительных объектов:
 Building (Здание) – учитывается полный жизненный цикл здания (проектирования – эксплуатация – строительство).
 Information (Информация) – включена вся информация о здании на протяжении его жизненного цикла.
 Modeling (Моделирование) – моделирование здания и связанных с ним
процессов с использованием интегрированных инструментов.
Применение BIM существенно облегчает работу с проектируемым объектом,
и имеет массу преимуществ перед иными формами проектирования. Прежде всего, оно
позволяет в виртуальном режиме собрать воедино, подобрать по предназначению, рассчитать, состыковать и согласовать создаваемые разными специалистами и организациями компоненты и системы будущего здания.
Результатом BIM здания обычно является объектно-ориентированная цифровая
модель, как всего объекта, так и процесса его строительства. А также, возможно заранее
проверить жизнеспособность, функциональную пригодность, эксплуатационные качества объекта и избежать самого неприятного – внутренних нестыковок.
Построенная специалистами информационная модель проектируемого объекта
затем активно используется для создания рабочей документации всех видов, разработки
и изготовления строительных конструкций и деталей, комплектации объекта, а также
для заказа и монтажа технологического оборудования, экономических расчетов, организации возведения самого здания, решения технических и организационно-хозяйственных вопросов последующей эксплуатации.
Информационная модель объекта существует в течение всего жизненного цикла
здания, и даже дольше. Содержащаяся в ней информация может изменяться, дополняться, заменяться, отражая текущее состояние здания. Такой подход в проектировании,
когда объект рассматривается не только в пространстве, но и во времени, то есть «3D
плюс время» (или «3D плюс информация»), часто называют 4D.
При этом нужно подчеркнуть, что BIM – это виртуальная модель (виртуальная
копия здания). На начальном этапе создания модели мы имеем некоторый набор информации, почти всегда неполный, но достаточный для начала работы в первом приближении. Затем введенная в модель информация пополняется по мере ее поступления,
и модель становится более насыщенной.
Таким образом, процесс создания BIM всегда растянут во времени (носит
практически непрерывный характер), поскольку может иметь неограниченное количество «уточнений». А сама информационная модель здания – весьма динамичное
и постоянно развивающееся образование, «живущее» самостоятельной жизнью.
Экономические факторы. Возврат инвестиций от технологии BIM
Чем дальше уходит процесс проектирования, тем труднее специалистам вносить
в него корректировки. А уж когда проект завершен и дело дошло до строительства, то
безболезненные изменения практически невозможны. Но если все-таки надо что-либо
поменять, то стоимость этих изменений, наоборот, резко растет по мере завершения
проектирования и возведения здания (рис. 1-А).
При переходе от классического проектирования CAD к технологии BIM производительность труда сотрудников сначала резко снижается (процесс освоения, обучения, наработки навыков, просто привыкания к новому), а затем постепенно возрастает,
в итоге достигая более высокого уровня. Период последующего плавного восстановления производительности труда (ПТ) составляет примерно 3-6 месяцев, при этом рост ПТ
составляет в среднем 30-50% (в отдельных случаях до 100%) (рис. 1-Б).
А
Б
Рис. 1 – А – Кривая наибольшей эффективности усилий по проектированию. Б – Качественный характер
изменения ПТ проектировщиков при переходе на BIM
Рис. 2 – Результаты расчетов изменения уровня ПТ
и объема выполненной работы
(за 100% принимается годовая выработка).
Российский исследователь Игорь Козлов проанализировал экономический эффект от внедрения BIM на примере типичной проектной организации, работающей в
Сибирском регионе. Для определения затрат на приобретение новых программ была
взята стоимость необходимого количества специализированных рабочих мест комплекса Autodesk Revit как наиболее эффективного инструмента BIM-технологии.
Максимальный уровень повышения производительности труда в первый год
был взят 30%, срок выхода на максимальный уровень – 6 месяцев, срок обучения персонала – 1 месяц. Во второй год уровень повышения ПТ предполагается уже 50% (рис.2).
Проведенные расчеты показали, что примерно через 15-16 месяцев после перехода на технологию BIM проектная организация может выйти на тот же объем выполненной работы и продолжать работать с большей производительностью, увеличив при
этом уровень заработной платы и общую прибыль.
Расчет возврата инвестиций (ROI) – в первую очередь применяется для обоснования покупки. Кроме этого, при вложениях в технологию расчет помогает всем сторонам
достичь взаимопонимания в том, на что тратятся деньги и каковы ожидаемые результаты.
При его выполнении предполагаемые доходы сравниваются с расходами на покупку (1).
ROI=
доходы
расходы
(1)
Ниже приведена стандартная формула (2) для расчета возврата инвестиций в течение первого года. В ней всего несколько параметров, связанных со стоимостью системы, затратами на обучение и общим выигрышем в производительности.
(B- (
ROI1 год =
B
)) х(12-С)
1+E
(2)
A+(B∙С∙D)
где: A – стоимость оборудования и программного обеспечения (руб.); B – стоимость рабочей силы
в месяц (руб.); C – длительность обучения (мес.); D – снижение производительности во время обучения (%);
E – рост производительности после обучения (%).
В декабре 2012 года компания Autodesk провел онлайн-опрос пользователей Revit
Architecture. В нем участвовало около 100 организаций. По результатам были определены
типичные значения, которые мы применим ниже.
Стоимость оборудования и программного обеспечения
Стоимость рабочей силы в месяц
Длительность обучения
Снижение производительности во время обучения
Рост производительности после обучения
A $6,000
B $4,200
C 3 месяца
D
50%
E
25%
Рассчитанный по этим цифрам возврат инвестиций составил более 60%. Для
вложений в информационные технологии это – неплохой показатель.
Рост производительности, использованный в примере (25%) – достаточно консервативное значение. Компания Donald Powers Architects, работающая с Revit Architecture, недавно произвела свои замеры роста производительности. Компания, выполнив
десятку проектов в Revit, добились 30 процентного роста производительности при проектировании и выпуске документации, а количество запросов дополнительной информации от подрядных организаций снизилось на 50%. Кроме того, длительность обучения
составила всего 14 дней, а вовсе не 3 месяца, как в нашем примере.
Недавний онлайн-опрос Autodesk показал, что более половины пользователей
добились роста производительности на 50% и выше, а 17% пользователей удалось перейти 100-процентный барьер. Данный опрос показал, чем опытнее пользователь (компания), тем прибыльнее для них технология BIM, следовательно, при внедрении BIM
желательно в помощь персоналу привлекать более опытных пользователей или
BIM-консультантов – их услуги полностью себя оправдают (рис. 3).
Эксперты
Опытные
Средный уровень
1
2
3
4
5
6
7
5
8
9
23
16
19
20
8
13
12
19
Новички
0
10
1. Отрицательный
4. 10-25$ на 1 вложенный
30
26
33
17
21
19
29
20
30
40
50
2. Без изменений
5. 25-50$ на 1 вложенный
10
18
60
10
10
11
3 3
3 2 4
70
80
90
100
3. Менее 10$ на 1 вложенный
6. 50-100$ на 1 вложенный
Рис. 3 – Различие в возврате инвестиции от технологии BIM в зависимости от уровня пользователя
Самым незначительным фактором при расчете возврата инвестиций стала стоимость оборудования и программного обеспечения. Заметим, если удвоить стоимость системы, возврат инвестиций сократится всего на 20% (с 61% до 41%).
Одна из участвовавших в опросе (архитектурно-проектная организация со
штатом 300 человек) указала, что некоторые из проектов в Revit Architecture были выполнены вдвое меньшими силами и на 50% быстрее.
Примеры реализованных проектов
Углеобогатительная фабрика «Тадлинская» (ПИ OOO «КЭНЭС»)
Производительность углеобогатительной фабрики «Тадлинская» – 3млн. тонн в
год (рис. 4). Технологический процесс включает – дробление исходного продукта; получение чистого угля с помощью сепараторов; складирование угля; отгрузку пустой
породы для вывоза на отвал. Габариты главного корпуса – 115х48м; высота – 40м. В
здании размещено более двухсот единиц основного оборудования. В число этих объектов входит оборудование и строительные конструкции, содержащие более 500 тыс.
только стандартных элементов.
Компания «КЭНЭС» активно вовлекал в свои проекты смежников, разрабатывающих различные разделы и использующих в работе другие программные продукты.
Передача данных шла без потерь и исправлений. Например, передача «электрикам»,
«строителям» поэтажный план и 3D-модель, сконвертированную из Autodesk Revit в
AutoCAD (к примеру, «борьба» со шрифтами, прокси-объектами и прочими вопросами
совместимости).
Еще одно преимущество, которое компания получила с внедрением Autodesk
Revit – удобства совместной работы. Во время пилотной стадии над проектом углеобогатительной фабрики работали всего два человека, при этом деления по специализациям
не было, они одновременно работали над компоновкой основного корпуса, склада готовой продукции и фильтр-прессового отделения без проблем, связанных с синхронизацией всей информации. После внедрения Autodesk Revit скорость выполнения проекта
увеличилась как минимум в два раза. Срок проектирования объекта – составил 3 месяца.
Рис. 4 – Вид на углеобогатительную
фабрику «Тадлинская»
Рис. 5 – Вид на углеобогатительную
фабрику «Берзасский»
Углеобогатительная фабрика «Берзасский» (ПИ ОАО «Сибгипрошахт»)
Производительность углеобогатительной фабрики «Берзасский» (рис. 5) –
1,5млн. тонн в год. В ходе проекта были разработаны модели главного корпуса, приемного бункера емкостью 180 тонн, склада товарной продукции, склада магнетита,
здания перегрузки и транспортных конвейерных галерей. Кроме того были спроектированы энергоблок, насосные станции, котельная, очистные сооружения, водозабор.
Общее количество деталей проекта – около 10000, среди них уникальных – 4000.
На все стадии работы, от постановки задачи до совмещения моделей, у разработчиков проекта ушло шесть месяцев. После начала использования в работе технологии
BIM (Autodesk Inventor, AutoCAD Architecture), производительность увеличилась на
30%, повышалось качества проектной документации. Специалисты компании отмечают
легкость передачи информации в другие среды, как трехмерные, так и двухмерные.
Из четырех альтернативных проектных вариантов заказчиком был выбран один,
наиболее оптимальный.
Горно-обогатительный комбинат на базе месторождения алмазов им.
Владимира Гриба (ПИ ОАО «Гипроруда»)
Месторождения алмазов им. Владимира Гриба по запасам (98 млн. карат) занимает четвертое место в России, оцениваются примерно в 4 млрд. долларов. Планируется добыча алмазов 4 млн. карат в год (рис. 6).
В 2010 году коллектив проектного института выполнил разработку проектной
документации (стоимость работ составляет около 240 млн. рублей) для строительства
горно-обогатительного комбината, в составе карьера, отвалов, обогатительной фабрики
с хвостовым хозяйством и всей необходимой инфраструктурой, включающей вахтовый
поселок. Проект не имеет аналогов в мировой практике.
Проект строительства ГОКа на месторождении алмазов им. В. Гриба состоит из
трех основных частей: горно-геологической, строительной и технологической. Объекты
горно-геологической части – геологическая модель месторождения, карьер на конец
отработки, транспортные коммуникации – были разработаны в специализированном ПО
для горнодобывающей отрасли, после чего часть полученных данных была экспортирована в AutoCAD Civil 3D и наложена на образ существующего рельефа местности.
В составе строительной части в макет были включены административно-бытовой комбинат (АБК), главный корпус автобазы, ремонтно-механическая мастерская, обогатительная фабрика, пожарное депо, корпус мойки, склад оборудования и
материалов, энергокомплекс, цех электросетей и подстанций, ограждение промплощадки, а также вахтовый поселок в составе: жилые блоки на 36 и 100 человек, столовая,
и прочие. Объекты данного раздела были созданы преимущественно с помощью Autodesk Revit Architecture и AutoCAD (рис. 7).
Рис. 6 – Общий вид проекта
строительства ГОКа на базе месторождения
алмазов им. Владимира Гриба
Рис. 7 – Вид на энергокомплекс
и обогатительную фабрику
По мере создания объектов каждый из них передавался в общую модель ГОК
при помощи Autodesk Navisworks. Конечным продуктом стала запись видеоролика-презентации проекта в целом. Так как в компании «Гипроруда» наряду с решениями
Autodesk используется целый ряд специализированных программ для горнодобывающей
отрасли, Navisworks Manage 2011 был выбран в качестве идеального компоновщика
3D-геометрии независимо от программных продуктов, использованных при ее создании
или размера файлов. Проект был смоделирован в Autodesk 3ds Max.
Руководство ОАО «Гипроруда» отметило увеличение оборота компании за счет
повсеместного применения сквозной технологии 3D-проектирования и наглядной визуализации на новых и реконструируемых объектах, повышение качества проектной
документации за счет исключения некоторых возможных ошибок и повышение авторитета компании на рынке проектных работ.
Итоговые выводы
Конечно, BIM это технология будущего. Процесс становления и стандартизации
только начался в России, в частности, в отрасли проектирования горно-обогатительных
предприятий.
Чтобы понимать, как работает технология BIM в практике, автор решил провести собственные, «независимые исследования», использую платформы Autodesk Revit
Architecture (Каркас, стены, фундамент и прочее; рабочая документация) и AutoCAD
Revit MEP Suite (внутренние инженерные сети) для разработки проекта административно-бытового комплекса ГОКа «Кубака» (рис. 8).
Срок проектирования всей проектной документации АБК составил чуть больше
месяца. Общее количество деталей проекта – около 1000.
Рис. 8 – Общий вид проекта административно-бытового комплекса ГОКа «Кубака»
(Примеры рабочей документации. План. Разрез)
На данном проекте удалось убедиться в эффективности работы новой технологии проектирования, при этом, значительно сократился львиная доля рутинной работы
(по сравнения с CAD). Больше времени уделялась на разработку и принятию решений,
оценке вариантов и анализу результатов. Проект будет смоделирован в Autodesk 3dsMax.
Итак, можно провести основные преимущества технологии BIM перед CAD:
 Модели и объекты управления BIM – это не просто графические объекты,
это информация, позволяющая автоматически создавать чертежи и отчёты, выполнять
анализ проекта, моделировать график выполнения работ, эксплуатацию объектов и т.д.,
представляющая участникам процесса большие возможности для принятия решения с
учётом всех имеющихся данных;
 BIM поддерживает распределённые группы, поэтому люди, инструменты и
задачи могут эффективно и совместно использовать эту информацию на протяжении
всего жизненного цикла здания, что исключает избыточность, повторный ввод и потерю
данных, ошибки при их передаче и преобразовании.
 BIM определяет деятельность, направленную на объект, а не сам объект.
Многофункциональность, универсальность и эффективность технологии BIM,
как нового подхода к проектированию, гарантируют ему в ближайшем будущем определяющее положение в отрасли проектирования горно-обогатительных предприятий.
Как и всякое новое дело, массовое внедрение технологии информационного
моделирования зданий в проектно-строительную практику горно-обогатительных
предприятий – процесс длительный, сложный и противоречивый. Поэтому он в основном проходит по общим для таких процессов законам. И скорее всего, обречен на победу. Вопрос только во времени.