DIGITAL TRANSFORMATION IN HOUSING CONSTRUCTION DESIGN

全文:

Введение

В современных реалиях строительной отрасли приходится быстро реагировать на любые изменения внешней среды. Особую роль в этом играют в том числе тенденции, приобретает актуальность внедрение цифровых технологий. Трансформация отрасли путем цифровизации открывает новые возможности, повышает эффективность, качество, оптимизирует затраты, сокращает расходы и время реализации того или иного объекта.

Современные проблемы в области проектирования не ограничиваются лишь выходом за рамки бюджета. Недостаточная координация между заинтересованными сторонами, высокая частота ошибок на стадии согласования и отсутствие возможности точного прогнозирования эксплуатационных характеристик здания являются существенными последствиями неэффективных проектных решений. Все эти факторы оказывают деструктивное воздействие на экономическую эффективность проектов и уровень удовлетворенности конечных потребителей. Следовательно, можно сделать вывод о первостепенной роли процесса проектирования в общем жизненном цикле любого жилого объекта.

Благодаря появлению информационных технологий, меняется подход к проектированию, оптимизируются процессы, минимизируются риски на каждом из этапов строительства, улучшается координация между всеми участниками процесса.

В широком смысле, цифровая трансформация означает кардинальное обновление бизнес-процессов, моделей и корпоративной культуры с помощью цифровых инструментов. Такое изменение имеет многогранный характер и может быть проанализировано на технологическом, управленческом, экономическом и социальном уровнях.

Внедрение цифровых технологий в процесс проектирования, охватывающее новые инструменты, методики и платформы, направлено на создание более точных, эффективных и экологичных проектных решений. Главная задача – повысить уровень проектной документации и ускорить вывод продукта на рынок. Это обусловлено тем, что именно на стадии проектирования определяется до 80% всех затрат, связанных со строительством и последующей эксплуатацией объекта. Следовательно, актуальность изучения и активного применения цифровых технологий в проектировании жилья неуклонно растет.

Современные требования рынка вынуждают строительные компании адаптироваться и изменяться, чтобы оставаться конкурентоспособными. Потребность населения в качественном, экологичном жилье растет, численность в городах увеличивается, города расширяются. Все это толкает строительную отрасль в сторону инновационных решений, которые позволят быстро и качественно реагировать на любые изменения на рынке.

Теория и практика последних лет показывают, что в центре внимания для области проектирования и управления жилищным строительством находится цифровая трансформация. Анализируя существующие научные работы, можно сделать вывод: внедрение цифровых технологий позволяет строительной отрасли выйти на принципиально новый уровень, увеличить эффективность проектных решений, улучшить качество объектов строительства, сократить риски в процессе реализации и снизить затраты.

Цель исследования – анализ современных тенденций цифровой трансформации в проектировании и управлении жилищного строительства и определение перспективных направлений развития данной области.

Актуальной тенденцией в современных реалиях является интегрирование в процесс проектирования жилищных объектов BIM-технологий.

Обзор литературы

Для успешного развития строительной отрасли в настоящее время крайне важно интегрировать цифровые технологии в процесс проектирования и управления проектами жилищного строительства. Следовательно, необходимо более глубоко разобраться в сути и значении термина «цифровая трансформация строительной отрасли».

В результате исследования изучены научные статьи и исследования, относящиеся к цифровизации строительной отрасли. Представляется важным уделить повышенное внимание работам А.В. Степанова, М.В. Матвеевой, Е.С. Пешковой, Тарасенко Р.Д.  [1, 7], они подробно исследуют внедрение в отрасль строительства цифровых технологий, исследуют вызовы и перспективы подобных интеграций.

Теоретические и практические вопросы внедрения цифровых технологий в проектирование и управление находятся в центре внимания российских и международных научных сообществ.

Анализ научной литературы подтверждает, что интеграция цифровых технологий в проектирование и управление проектами в сфере жилищного строительства является мощным стимулом для развития отрасли. Это приводит к более эффективным проектным решениям и повышению качества конечного продукта.

Материалы и методы

В процессе исследования был проведен анализ научных статей на тему цифровизации отрасли. Также нами были применены следующие методы исследования: сравнительный анализ, системный анализ, метод индукции. Главной целью было выявление тенденций и закономерностей.

Был произведен анализ эффективности разных подходов к цифровизации в области проектирования и управления в строительной отрасли. В рамки работы входит анализ эффективности разнообразных программных решений, мониторинг динамики производительности до и после внедрения цифровых технологий.

Пользуясь системным подходом, проектирование было рассмотрено как единая целостная система. Были изучены ключевые связи между компонентами проектной деятельности, выявлено воздействие цифровых технологий на каждый из этапов разработки проектов строительства жилья, определен характер взаимодействия всех участников процесса.

Исследование проводилось с помощью индуктивного подхода, благодаря этому были обнаружены ключевые тенденции в процессе цифровизации. Было изучено и рассмотрено большое количество реальных проектов строительства жилья, на основании чего делались выводы. Также, используя аналитический метод, были выявлены правила, позволяющие успешно интегрировать цифровые технологии в проектирование.

Для того чтобы наглядного представить результаты мы использовали визуализацию.

Результаты исследования

Начало цифровизации было положено еще в конце прошлого века с появлением САПР, но настоящий скачок произошел в последние годы с появлением комплексных цифровых решений, охватывающих весь жизненный цикл строительства. Сегодня BIM, системы управления проектами и цифровые платформы для контроля – это уже реальность строительной индустрии.

Первое упоминание о концепции информационного моделирования зданий (BIM) было сделано в 1970-х годах Чаком Истменом. В своей работе он описал концепцию "Building Description System" — системы, которая объединяет всю информацию о здании в единой цифровой модели.

В современное же время мы можем выделить множество определений данного термина. Рассмотрим некоторые из них.

«BIM — это процесс создания и управления информацией о здании на протяжении всего его жизненного цикла». Такое определение дает британский стандарт PAS 1192.

«Цифровая трансформация в проектировании — это применение цифровых инструментов (BIM, цифровые двойники, облачные платформы, ИИ) для создания «умных» проектов, где каждое решение принимается на основе аналитики, моделирования и прогнозирования, а не интуиции или шаблонов.» По определению Autodesk (ведущий разработчик BIM-ПО).

«Цифровой двойник — это виртуальная копия физического объекта, которая обновляется в реальном времени и используется для мониторинга, анализа и оптимизации его работы». Это определение подчеркивает прогностический потенциал технологии.

В заключение, BIM и цифровая трансформация представляют собой целостную систему управления информацией. Она дает возможность всем вовлеченным в проект сторонам оперировать едиными, своевременными данными, что ведет к принятию грамотных решений.

Одним из показательных примеров успешного применения цифровых решений в строительной отрасли России является опыт группы компаний ПИК. Внедрив BIM-технологии на всех стадиях проектирования, компания добилась значительного сокращения коллизий (на 40%) и ускорения процесса проектирования (на 25%). Цифровая платформа ПИК включает в себя инструменты для автоматической проверки соответствия нормам, моделирования освещенности солнцем и расчета энергоэффективности зданий.

В 2017 году компания McKinsey [5] провела первое масштабное исследование цифровизации в строительстве, которое выявило отставание отрасли от других секторов экономики по уровню внедрения цифровых технологий. Несмотря на осознание необходимости цифровой трансформации, руководители компаний сомневались в экономической целесообразности инвестиций и испытывали дефицит квалифицированных специалистов. Более 70% строительных компаний не имели четко сформулированной цифровой стратегии. Однако, начиная с 2020 года, ситуация начала стремительно меняться благодаря государственной поддержке и благоприятным рыночным условиям.

К 2025 году строительная отрасль претерпела радикальные изменения. Инвестиции, которые ранее считались рискованными, теперь являются ключевым элементом конкурентоспособности. За три года (2022-2025) доля жилых проектов с использованием BIM-технологий выросла почти втрое, достигнув 50% против прежних 18%. Цифровые платформы управления проектами стали нормой для более чем 70% крупных застройщиков, а не просто выбором для новаторов. Даже передовые технологии, такие как цифровые двойники и генеративный дизайн с ИИ, которые казались футуристичными в 2022 году, теперь применяются в каждом пятом проекте.

Движущей силой этой трансформации стало сочетание государственного давления и рыночных реалий. Обязательные требования к цифровой документации и льготное финансирование для "цифровых" проектов подтолкнули отрасль к перестройке. Компании также осознали, что цифровизация не только помогает соответствовать нормам, но и значительно ускоряет проектирование (на 20-30%), сокращает количество ошибок при согласовании (на 40%) и повышает прозрачность для инвесторов.

В итоге, строительная отрасль быстро перешла от выжидания к активному внедрению цифровых решений. Цифровая трансформация перестала быть вопросом "будет ли", став вопросом "как быстро и эффективно". Проблема дефицита кадров, актуальная в 2017 году, теперь решается благодаря обновлению образовательных программ, росту онлайн-обучения и появлению ИИ-помощников, упрощающих освоение цифровых инструментов.

В контексте проектирования жилых зданий цифровые технологии позволяют более эффективно оценивать различные проектные решения и выбирать наиболее оптимальные варианты, что подчеркивает важность цифровой трансформации в этой области.

Особенно важным считаем рассмотреть ключевые источники данных для цифровой трансформации, которые можно представить в виде следующей схемы (рис. 1).

 

Рис.1 – Ключевые источники данных для цифровой трансформации

Рассмотрим содержание разделов подробнее.

1. Проектная система. Тут отражены данные, которые создаются в процессе проектирования: 3D-модели, спецификации, ведомости объемов работ, результаты инженерных расчетов (несущая способность, теплопотери, акустика).
2. Система внешних данных. В этом блоке сведена информация из внешних источников: геоподоснова, климатические данные, нормативно-правовая база, рыночные исследования, данные о поведении пользователей из смежных проектов. Эта информация позволяет принимать решения, адаптируя их к конкретному контексту.
3. Система эксплуатационных данных. Служит для обеспечения обратной связи от объектов, которые уже отстроены и введены в эксплуатацию. Сюда входят данные с датчиков (температура, влажность, энергопотребление), отзывы жильцов, статистика поломок. Эти данные позволяют корректировать проектные решения для будущих объектов.

В цифровом проектировании источники данных можно разделить по определенным категориям. Когда речь идет о проектировании жилья, мы можем переосмыслить эту структуру. Учитывая нашу цель – создание максимально эффективного и комфортного продукта – мы можем сгруппировать источники данных таким образом, чтобы они отражали, как именно цифровые технологии интегрируются в процесс проектирования жилых зданий (рис.2).

 

Рис.2 – Источники данных для цифрового проектирования жилищного строительства

Рассмотрим подробнее каждый элемент:

1. Проектная система в зависимости от этапа:

• Концептуальное проектирование: Анализ площадки, массово-пространственное моделирование, сравнение вариантов планировки. Источники: геоподоснова, солнечные диаграммы, нормативы по инсоляции.
• Эскизное проектирование: Детализация конструкций, первичные инженерные расчеты, подбор материалов. Источники: каталоги производителей, базы данных по теплотехническим характеристикам.
• Рабочая документация: Создание полной BIM-модели, проверка на коллизии, формирование спецификаций и смет. Источники: внутренние стандарты компании, нормативные требования, данные от субподрядчиков.

2. Система внешних данных:

• Рыночные исследования: Понимание потребительских предпочтений (планировки, метраж, наличие балконов/лоджий) позволяет создавать актуальный и востребованный продукт.
• Климатические данные: Моделирование ветрового режима, расчет снеговых нагрузок, проектирование систем отопления и вентиляции.
• Нормативная база: Автоматизированная проверка проекта на соответствие СП, СНиП, ГОСТам для минимизации рисков на стадии согласования.

3. Система эксплуатационных данных:

• Данные с датчиков: Анализ реального энергопотребления, температурного режима, уровня шума для корректировки проектных решений в будущем.
• Обратная связь от жильцов: Опросы и рейтинги удовлетворенности по параметрам: шумоизоляция, планировка, качество отделки, работа инженерных систем.
• Статистика по гарантийным случаям: Выявление наиболее часто ломающихся элементов или систем для их доработки в новых проектах.

При построении схемы мы упорядочили источники информации, принимая во внимание как их происхождение, так и их применимость на разных этапах проектирования. Это решение мы считаем обоснованным, поскольку для разработки оптимального проекта критически важно интегрировать данные на всех стадиях, начиная с концептуальной проработки и заканчивая созданием рабочей документации.

Следует отметить, что на начальных этапах проектирования не все источники данных применимы. Так, сведения об эксплуатации становятся доступны лишь после ввода объекта в эксплуатацию. Это подчеркивает, что цифровая трансформация является непрерывным процессом, основанным на цикле обратной связи. Полученные в ходе эксплуатации данные необходимо постоянно возвращать в начало цикла для оптимизации будущих проектов.

Обсуждение и заключение

Проведенное исследование установило тесную связь между цифровой трансформацией и BIM-технологиями, а также выявило ключевые источники данных, необходимые для разработки эффективной стратегии цифрового проектирования жилья. Эти источники были объединены в три основные подсистемы, подчеркивая необходимость использования всей совокупности информационных ресурсов. Отмечается, что одни данные критически важны на этапе концепции, в то время как другие, основанные на эксплуатационных показателях, играют роль в обучении и улучшении будущих проектов. Таким образом, для создания высококачественного и конкурентоспособного жилья необходимо комплексное применение цифровых технологий и данных на всех этапах жизненного цикла проекта.

作者简介

Anna Mikheeva

Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "National Research University "MPEI"

编辑信件的主要联系方式.
Email: annamiheeva01@mail.ru
俄罗斯联邦, 111250, Moscow, Krasnokazamernaya str., 14, building 1

Viktor Epifanov

Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "National Research University "MPEI"

Email: YepifanovVA@mpei.ru
ORCID iD: 0000-0003-1741-4253
Scopus 作者 ID: 318632

Doctor of Economics, Professor

俄罗斯联邦, 111250, Moscow, Krasnokazamernaya str., 14, building 1

参考

补充文件