Введение 5
I. Функционально-стоимостной анализ 10
1.1. Компонентная модель объекта 10
1.1.1. Исходные данные 10
1.1.2. Цель проведения ФСА 10
1.1.3. Известные нежелательные эффекты ПНР: 11
1.2. Структурный анализ 12
1.2.1. Элементы системы 12
1.2.2. Элементы надсистемы 12
1.2.3. Ресурсы системы 13
1.2.4. Описание связей 15
1.3. Функциональный анализ 23
1.3.1. Формирование главной полезной функции (ГПФ) объекта 23
1.3.2. Внешние функции ПНР 24
1.3.3. Функциональный анализ объекта 25
1.3.4. Анализ функциональной модели объекта 27
1.3.5. Анализ значимости функций 29
1.4. Стоимостной анализ 33
1.4.1. Оценка распределения затрат на элементы (функции) ППР 33
1.4.2. Оценка рисков для элементов системы 34
1.5. Параметрический анализ 36
1.5.1. Развитие параметра, характеризующего систему 36
1.6. Функционально-идеальное моделирование 40
1.6.1. Поэлементное функционально-идеальное моделирование,
свертывание элементов ППР 40
1.6.2. Анализ противоречий системы 43
Вывод по разделу 48
II. Моделирование ППР 50
2.1. О программном обеспечении 50
2.2. Процесс моделирования 51
2.2.1. Сбор исходных данных для НИР 51
2.2.2. Составление календарного плана (графика производства работ) с
использованием ТИМ 52
2.2.3. Разработка ГДРС и ГДМиМ 55
2.2.4. Моделирование строительной площадки 56
2.2.5. Моделирование СМР 56
2.2.6. Контроль выполнения на стадии СМР 57
2.2.7. Обеспечение безопасности при строительстве 57
2.2.8. Передача модели на стадию эксплуатации 58
2.3. Преимущества ИМ НИР перед обычным НИР 58
2.4. Анализ возможных улучшений 61
III. Формирование методики 62
3.1. Совершенствование методики разработки НИР при помощи BIM - технологий 62
3.1.1. Требования к договору 62
3.1.2. Требования к исходным данным 63
3.1.3. Требования к ИМ подрядчика: 64
Заключение 69
Библиографический список 70
Приложения 75
Приложение 1 75
Приложение 2 76
Приложение 3 80
Современные тенденции в мировой экономике показывают, что определяющими факторами развития экономики являются не рынок товаров (полезные ископаемые, недвижимость и т.д.) и даже не рынок услуг (страхование, консалтинговые услуги и т.п.), а рынок моделей управления (организационных систем) производством товаров и услуг.
Строительство, определяемое Градостроительным кодексом РФ [1] как процесс создания строений, зданий и сооружений, является, помимо этого еще и высокоорганизованной отраслью экономики, в которой применяются организационные системы управления. Формой выражения одной из таких систем является документ, регулирующий строительно-монтажные работы - проект производства работ.
Сфера строительства является динамично развивающейся отраслью и постоянные усовершенствования в области разработки и создания новых строительных материалов, технологий строительно-монтажных работ, строительных машин и даже технологий изыскания и проектирования сопровождаются повышением качества и эффективности результатов строительной деятельности. Следует отметить, что в сфере проектирования за последнее десятилетие произошел большой скачок в развитии - за счет перехода к проектированию с применением технологии информационного моделирования ТИМ (BIM) [60.,. Эта технология позволяет повысить качество выполняемых работ и постепенно автоматизировать весь процесс проектирования, а в ближайшем будущем можно ожидать её распространения и на определенные стадии строительства. На сегодняшний день одно из перспективных направлений развития ТИМ - организация строительства.
Сегодня в нашей стране заинтересованность во внедрении технологии информационного моделирования есть и на государственном уровне. В соответствии с приказом Министерства строительства Российской Федерации №926 от 14 декабря 2014 [30] ведется работа по переходу на технологии информационного моделирования для выполнения государственных контрактов. В связи с этим разработан ряд проектов-стандартов, регулирующих применение ТИМ в строительстве - ГОСТ Р ИСО (проект) [10-14]. К сожалению, анализ этих документов говорит о необходимости их полной переработки. Работа по переходу на ТИМ будет продолжена в соответствии с Поручением Президента РФ Пр- 1138ГС от 15 июня 2016 года п.2 б) о разработке и утверждении плана внедрения ТИМ в сфере строительства.
Тем не менее, успешное использование ТИМ уже широко ведется в частных инжиниринговых компаниях, которые переходят к этой технологии вместе с использованием приобретаемого программного обеспечения. Эти компании разрабатывают стандарты организации и ведут свою работу по ним. В своих ежегодных докладах компания Autodesk (ведущий разработчик инжинирингового программного обеспечения BIM) в России [59] презентует реализованные с применением ТИМ объекты.
Об отсутствии национального стандарта в области информационного моделирования в строительстве и необходимости разработки такого стандарта пишет в своей статье Козелков М.М. [38].
Строительные подрядчики пока неохотно переходят к технологии информационного моделирования, не понимая до конца выгодность такого перехода. Но зарубежный опыт подтверждает необходимость внедрения ТИМ для ведения строительно-монтажных работ. Компания РОСАТОМ на своих объектах повышенной степени ответственности уже активно применяет технологию симулирования монтажных работ, для последующей роботизации производства опасных работ. Это отражено в докладе А.Агафонова «Комплексное проектирование с использованием технологии многомерного пространства» [64].
Регулирование организационных и организационно-технологических решений в строительстве, на текущий момент, упоминается в работах О.И. Пакидова. В работе «Информационное моделирование для строителей» [62] представлена общая концепция использования ТИМ и описано каким образом предлагается связать СМР со сметами объекта. Этот вопрос представлен и в другой работе О.И. Пакидова - в положении о Российском бережливом строительстве [44]. Также, эта тема поднимается в кругах инженерного сообщества на форуме isicad.ru[52].
Следует ещё раз отметить, что порогом, препятствующим использованию ТИМ подрядчиком, является отсутствие, на сегодняшний день, национального стандарта по применению технологий информационного моделирования для разработки организационно-технологических решений на стадии СМР и эксплуатации объектов.
Необходимо обратить внимание на то, что сегодня порядок проектной подготовки организации строительной деятельности и организационно-технологических решений, регулируется разделом «Подготовка к строительству» в СП «Организация строительства» [5]. А также другими добровольными к применению - методическими рекомендациями, справочными и учебными пособиями и инструкциями для разработки НИР [15-20, 27, 31, 34]. Требования к проектам производства работ предъявляются в зависимости от Технического задания заказчика и в случае, если добровольно применяемые документы указаны в техническом задании заказчика, то они переходят в разряд обязательных .
Гусаков А.А. в своей статье относит переход к технологии информационного моделирования в строительстве для всех жизненных циклов объекта к перспективным направлениям строительной науки. [39]
Зарубежные специалисты применяют ТИМ в области организации строительства для рассмотрения самых разных вопросов:
• симуляция процесса строительства [57];
• анализ работы кранов на строительной площадке (автоматизация работ) [54, 55];
• оптимизация организационно-технологических решений c применением
вероятностных методов [53];
• автоматизация контроля выполнения;
• автоматизация контроля качества с применение геопозиционных систем и сканирующего оборудования [56].
Все это делается для повышения качества строительно-монтажных работ.
В результате обзора зарубежного опыта (Великобритания, США, Канада, Сингапур, Новая Зеландия, Финляндия) в сфере информационного моделирования [45-51], можно сделать вывод, что прописанные «правила игры» - неотъемлемая часть регулирования строительной деятельности. Так в Британии, где появился первый BIM стандарт [45], ТИМ стало неотъемлемым условием для подрядчиков на участие в конкурсе по возведению Олимпийских объектов. С 2011 года, начиная с Финского национального стандарта, стали предусматриваться BIM стандарты не только на стадию проектирования, но и на стадию строительства и эксплуатации [51].
Также, в учебном пособии «Обеспечение устойчивости возводимых зданий и сооружений» [35] Г.А. Пикус делает предположение о необходимости в будущем поменять структуру разработки организационной и организационно-технологической документации с передачей части полномочий от проектировщиков в зону ответственности подрядной организации . Как вариант, уже на стадии проектирования подрядчик разрабатывает проект организации строительства.
Необходимость в повышении надежности организационно-технологических решений обосновывается в учебном пособии «Современные методы управления качеством в строительстве» [36], так как по вероятностному соотношению ошибок на разных стадиях приводящих к авариям больше именно для СМР - 44%.
Цель магистерской диссертации - исследование, разработка новых и совершенствование существующих методов организационно-технологического проектирования.
Задачи исследования:
• изучение существующей методики разработки организационно¬
технологических решений;
• моделирование элементов НИР с применением ТИМ;
• оценка методики на возможность улучшения;
• разработка предложений по модернизации методики выполнения НИР с применением технологии информационного моделирования.
К методам исследования, используемым в магистерской диссертации, относится проведение функционально-стоимостного анализа, изучение зарубежного опыта по проблеме и моделирование положений из предлагаемой методики.
Объектом данной работы является методика разработки организационно-технологических решений в строительстве, предметом - проект производства работ для проведения строительно-монтажных работ (СМР).
Организационно технические решения для производства СМР разрабатываются с целью принятия наиболее выгодного решения по монтажу и с учетом обеспечения безопасности, регламентируемой ФЗ-384 [2] и ФЗ-116 [3] (для промышленных объектов). К таким решениям относятся:
• технология производства строительно-монтажных работ;
• установление последовательности производства работ и календарного планирования;
• обоснование потребности в рабочих ресурсах, машинах и механизмах;
• оперативный контроль качества выполняемых работ;
• контроль выполнения работ;
• обеспечение безопасных условий работы;
• обоснование распределения и контроль расходования бюджета проекта.
Структура магистерской диссертации представляет собой три раздела и приложения.
В первом разделе магистерской диссертации проводится функционально-стоимостной анализ существующей методики разработки НИР. В ходе анализа рассмотрены организационные решения для строительства (проект организации строительства ПОС, разрабатываемый в соответствии с НП РФ №87 [4] на стадии проектирования), а также рассмотрены организационно-технологические решения (проект производства работ - НИР) на строящиеся объекты. Часть документации приведена в приложениях к диссертации.
Во втором разделе моделируется ППР, на примере проектируемого и строящегося объекта, в среде информационного моделирования для производственного объекта - завода «Ямал СПГ» в рамках проекта «Комплексное освоение Южно-Тамбейского газоконденсатного месторождения. Строительство завода СПГ ОАО «ЯМАЛ СПГ», расположенного в Ямало-Ненецком автономном округе на востоке полуострова Ямал, к северу от поселка Сабетта». Объект относится к опасным производственным объектам в соответствии с ФЗ-384 О безопасности зданий и сооружений [2].
В третьем разделе по результатам первого и второго разделов работы формируются методические указания, которые предлагается включить в национальный стандарт по разработке и использованию ИМ на стадии разработки НИР, строительства и эксплуатации объекта.
Принятая последовательность обоснована необходимостью сначала оценить существующую методику разработки организационно-технологических решений для СМР, проанализировать систему структурным, функциональным, стоимостным и параметрическими видами анализа и выявить в ней так называемые нежелательные эффекты (НЭ) и противоречия системы, затем, с помощью известных методов теории решения изобретательских задач (ТРИЗ ), предложить пути разрешения НЭ и противоречий системы. Далее - смоделировать применение предложенных решений на примере разработки ППР для промышленного объекта и в итоге - вывести методические положения по применению ТИМ для организации строительно-монтажных работ.
На основании проведенного исследования можно сделать следующие выводы:
1. Обзор зарубежного и отечественного опыта разработки организационно-технологической документации с применением технологии информационного моделирования показал, что для повышения эффективности строительно-монтажных работ требуется совершенствование методики разработки НИР с включением положений о применении ТИМ.
По выполненному функционально-стоимостному анализу определены параметры требующие улучшения в существующей системе НИР и предложены пути оптимизации этих параметров.
На примере смоделированных элементов интерактивного ППР сформулированы и продемонстрированы положения по совершенствованию методики организационно-технологического проектирования с применением ТИМ.
Представленные в работе положения по совершенствованию методики разработки НИР предусматривают требования, предъявляемые при внедрении ТИМ для организации строительства.
Пути развития темы
1. Организационно-технологическая документация предусматривается, не
только для организации строительства, но и для последующей эксплуатации объекта: регламентных работ, реконструкции и модернизации.
2. Осуществление автоматизированного контроля на основе ППР
разработанного в среде ИМ.
3. Накопление и анализ данных принятых организационно-технологических решений с целью создания типовых алгоритмов.
4. Привлечение производителей строительного оборудования для включения реальной продукции в ИМ
5. Вовлечение строительных организаций в комплексный проект, выполненный с применение ТИМ. Взаимосвязь проектных решений с организационно-технологическими решениями в ИМ.
6. Развитие программного обеспечения для разработки ИМ НИР, разработка новых инструментов работы с ИМ ППР.
7. Сбор и анализ информации по выполненным интерактивным НИР для совершенствования нормативной базы. Модификация норм и расценок на СМР и совершенствование методик разработки.
1. Градостроительный кодекс Российской Федерации от 29 декабря 2004 г. №190-ФЗ (ред. от 30.12.2015) (с изм. и доп., вступ. в силу с 10.01.2016).
2. Федеральный закон от 30 декабря 2009 г. № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений».
3. Федеральный закон от 21 июля 1997 г. № 116 ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов».
4. Положение о составе разделов проектной документации и требованиях к их содержанию, утв. постановлением Правительства Российской Федерации от 16 февраля 2008 г. № 87 «О составе разделов проектной документации и требованиях к их содержанию».
5. СП 48.13330.2011 Организация строительства. Актуализированная редакция СНиП 12-01-2004.
6. СНиП 12-03-2001 Безопасность труда в строительстве. Часть 1. Общие требования.
7. СНиП 12-04-2002 Безопасность труда в строительстве. Часть 2. Строительное производство.
8. СП 246.1325800.2016 Положение об авторском надзоре за строительством зданий и сооружений
9. ГОСТ 31385-2008 «Резервуары стальные вертикальные для нефтепродуктов».
10. ГОСТ Р ИСО 29481-1 (проект, первая редакция). Моделирование информационное зданий и сооружений. Требования по обмену информацией на всех этапах жизненного цикла.
11. ГОСТ Р ИСО 10845-1 (проект, первая редакция). Моделирование информационное зданий и сооружений. Требования к организации работ и программному обеспечению.
12. ГОСТ Р ИСО 12911 (проект, первая редакция). Моделирование информационное зданий и сооружений основные положения
13. ГОСТ Р ИСО 22263 (проект, первая редакция). Модель организации данных о строительных работах. Структура управления проектной информацией
14. ГОСТ Р ИСО 12006-2 (проект, первая редакция). Строительство. Модель организации данных о строительных работах. Часть 2. Структура классификации информации.
15. Методические рекомендации по разработке и оформлению проекта организации строительства и проекта производства работ. МДС 12-81¬2007 / ЦНИИОМТП. - М.:ФГУПП ЦПП, 2007. - 10 с.
08.04.01-2016-163-ПЗ
16. Методические рекомендации по разработке и оформлению технологической карты. МДС 12-29-2006 / ЦНИИОМТП - М.: ФГУПП ЦПП, 2007. - 15 с.
17. Требования к составу и порядку ведения исполнительной документации при строительстве, реконструкции, капитальном ремонте объектов капитального строительства и требования, предъявляемые к актам освидетельствования работ, конструкций, участков сетей инженерно-технического обеспечения РД-11-02-2006 / Утвержден Ростехнадзор,
26.12.2006. - 27 с.
18. Порядок ведения общего и (или) специального журнала учета
выполнения работ при строительстве, реконструкции, капитальном ремонте объектов капитального строительства. РД-11-05-2007 /
Утвержден Ростехнадзор, 12.01.2007. - 21 с.
19. Порядок проведения проверок при осуществлении государственного
строительного надзора и выдачи заключений о соответствии построенных, реконструированных, отремонтированных объектов капитального строительства требованиям технических регламентов (норм и правил), иных нормативных правовых актов и проектной документации. РД 11-04-2006 / Утвержден Ростехнадзор,
26.12.2006. - 36 с.
20. Методические рекомендации о порядке разработки проектов производства работ грузоподъемными машинами и технологических карт погрузочно-разгрузочных работ. РД 11-06-2007 / Утвержден Федеральная служба по экологическому, технологическому и атомному надзору, 10.05.2007. - 237 с.
21. ЕНиР Общая часть
22. ЕНиР Сборние Е5. Монтаж металлических конструкций. Выпуск 1. Здания и промышленные сооружения.
23. ЕНиР Сборник Е5. Монтаж металлических конструкций. Выпуск 2. Резервуары и газгольдеры
24. ЕНиР Сборник Е22 Сварочные работы Выпуск 1 Конструкции зданий и промышленных сооружений.
25. ГЭСН-2001-9 Сборник №9 Строительные металлические конструкции
26. ГЭСН-2001-13 Защита строительных конструкций и оборудования от коррозии
27. Инструкция по разработке проектов производства работ по монтажу
строительных конструкций. ВСН 193-81 / Утвержден
Минмонтажспецстрой СССР, 30.10.1981
28. Монтаж стальных вертикальных цилиндрических резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов объемом от 100 до 50000 м3. ВСН 311-89 / Утвержден Минмонтажспецстрой СССР, 30.10.1989
29. НЗТС-90 Сборник нормативов затрат труда и стоимости разработки проектов производства монтажных и специальных строительных работ и другой проектной документации, Москва 1990
30. Приказ Минстроя России №926/пр от 29 декабря 2014 года
31. Справочное пособие к СНиП Разработка проектов организации строительства и проектов производства работ для промышленного строительства Москва, Стройиздат, 1990
32. СТО ЮУрГУ 21-2008 Стандарт организации. Система управления качеством образовательных процессов. Курсовая и выпускная квалификационная работа. Требования к содержанию и оформлению / составители: Т.И. Парубочная, Н.В. Сырейщикова, А.Е. Шевелев, Е.В. Шевелева. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2008. - 55 с.
33. Кузин Ф.А. Магистерская диссертация. Методика написания, правила оформления и процедура защиты. Практическое пособие для студентов магистрантов. - 2-е изд., перераб. И доп. - М.: «Ось-89», 1999. - 304 с.
34. Дикман Л.Г. Организация и планирование строительного производства: Управление строительными предприятиями с основами АСУ: Учеб. Для строит. Вузов - 3-е изд., перераб. И доп. - М.: Высшая школа, 1988 - 559с
35. Обеспечение устойчивости возводимых зданий: учебное пособие / Г.А. Пикус. - Челябинск: ООО «Аксиома печати», 2012. - 84 с.
36. Байбурин А.Х. Современные методы управления качество в строительстве: учебное пособие / А.Х. Байбурин. - Челябинск: Изд. Центр ЮУрГУ, 2011. - 105 с.
37. Металлические конструкции: Общий курс: Учеб. Для вузов / Г.С. Ведеников, Е.И. Беленя, В.С. Игнатьева и др.; Под ред. Г.С. Веденикова. - 7-е изд., перераб. И доп. - М.: Стройиздат, 1998. - 760 с.: ил.
38. М.М. Козелков, канд. Техн. Наук, С.С. Антипов, асп. (НИИЖБ им. А.А. Гвоздева, АО «НИЦ» Строительство) Управление жизненным циклом несущих конструкций монолитных и железобетонных зданий при помощи технологии информационного моделирования.
39. Гусаков А.А. Системотехника и новые направления строительной науки. /// Промышленное и гражданское строительство. 2005. №1. С. 82-83.
40. Прохоров Ю.Ф., Лихолетов В.В. Основы функционально-стоимостного анализа систем: Учебное пособие. - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2001. - 122 с. Алгоритм определения ГПФ
41. Основные положения методики проведения функционально -
стоимостного анализа. Методические рекомендации. - М.:Информ- ФСА, 1991. - 40с.
42. Альтшуллер Г. Найти идею: Введение в ТРИЗ - теорию решения изобретательских задач / Генрих Альтшуллер. М.: Альпина Бизнес Букс, 2007
43. Щепетов Е.Г., Шмаков Б.В., Крикун П.Д. Теория решения инженерных задач: Алгоритм решения изобретательских задач / Под ред. Изакова Ф.Я. Челябинск: ЧПИ, 1982.- 82 с.
44. Положение «Российское бережливое строительство» автор разработки инженер Пакидов О.И. 2012 УСЦ «Т1111 Проф-Интех» Кафедра «Современного управления строительством».
45. PAS 1192-2:2013. Specification for information management for the capital/delivery phase of construction projects using building information modeling. The British Standards Institution, 2013. - 68 c.
46. National BIM standard - United States. Version 2. National Institute of building sciences building SMART alliance, 2012. - 676 c.
47. AEC (CAN) BIM protocol. Implementing Canadian BIM Standards for the Architectural, Engineering and Construction industry based on international collaboration. Version 1. The AEC (UK) committee, AEC (CAN) CanBIM designers committee, 2012. - 54c.
48. Singapore BIM Guide. Version 2. Building and construction authority, 2013. - 70 c.
49. New Zeland BIM Handbook. A guide to enabling BIM on building projects. Building and construction productivity partnership, 2014. - 142 c.
50. Common BIM Requirements 2012. Series 1. General part. COBIM project, 2012. - 22 c.
51. Common BIM Requirements 2012. Series 13. Use of models in construction. COBIM project, 2012. - 21 c.
52. Информационный портал ISICAD - САПР в России и в мире - isicad.ru
53. Objective-driven and Pareto Front analysis: Optimizing time, cost, and job¬site movements Vahid Faghihi, Kenneth F. Reinschmidt, Julian H. Kang Optimization construction project scheduling Automation in construction 69 (2016) Pages 79-88
54. Two-way integration of 3D visualization and discrete event simulation for modeling mobile crane movement under dynamically changing site layout Amr ElNimr, Muaz Fagiar, Yasser Mohamed Automation in Construction Volume 68, August 2016, Simulation of site layout Pages 235-248
55. A BIM- and sensor-based tower crane navigation system for blind lifts Ghang Lee, *, Joonbeom Cho, Sungil Ham, Taekwan Lee, Gaang Lee, Seok-Heon Yun, Hyung-Jun Yang 2013.
56. Automated progress monitoring system for linear infrastructure projects using satellite remote sensing Ali Behnam, Darshana Charitha Wickramasinghe, Moataz Ahmed Abdel Ghaffar, Tuong Thuy Vu, Yu Hoe Tang, Hazril Bin Md Isa
57. Life cycle management of construction projects based on Virtual Prototyping technology. H L Guo; Heng Li; and Martin Skitmore 2006
58. http://dynamobim.org DynamoBIM The best source for additional information, learning content, and forums is the DynamoBIM website.
59. Доклад Autodesk 2015 Информационное моделирование объектов промышленного и гражданского строительства. Проектирование, строительство, эксплуатация.
60. “Integrating BIM and Lean in the design phase” Master of Science Thesis in the Master’s Programme Design and Construction Project Management Hashem Izadi Moud.
61. Eastman C.,Teicholz P., Sacks R., Liston K. A guide to building information modeling for owners, managers, designers, engineers and contractors. - 2009 by Jhon Wiley & Sons, Inc.
62. Пакидов О.И. Зав. строительной кафедры УСЦ «Т1111 ПрофИнТеХ» Основы BIM: Информационное моделирование для строителей. Г. Набережные Челны. 2014 http://isicad.ru/ru/articles/Pakidov/BIM-building- book-3.pdf
63. “The Business Value of BIM for Construction in Major Global Markets 2014: How Contractors around the world are driving innovation with building information modeling” McGraw Hill Construction Research & Analytics.
64. Alexey Agafonov JSC “NIAEP” Complex engineering objects construction using Multi-D innovative technology. Interregional Knowledge Management Workshop on Life Cycle Management of Design Basis Information - Issues, Challenges, Approaches
65. Едличка С.Ю. Рекомендации по разработке календарных планов и стройгенпланов Москва 2008 г.