IFC как национальный формат данных:
мнение «против»
Аннотация: В статье обосновывается необходимость разработки национального универсального формата обмена данными в строительной отрасли: как точными геометрическими характеристиками, так и атрибутивными данными объектов капитального строительства. Дается краткий исторический экскурс, оценка текущей геополитической ситуации и делаются выводы о необходимости НИОКР в данном направлении.
Ключевые слова: национальный формат, IFC, интероперабельность, интернет вещей.
Задачи, стоящие перед строительной отраслью
Строительная отрасль в настоящее время находится накануне технологического рывка по нескольким направлениям: электронный документооборот, цифровые двойники, интернет вещей.
Эта отрасль — одна из самых консервативных в мире. Вопросы надежности и безопасности зданий и сооружений всегда остаются основными, свидетельством чего является разветвленное, сложное и запутанное законодательство во всех странах мира, регламентирующее требования к конструкции, инженерным системам, эксплуатационным характеристикам объектов. Следствие этого — огромный поток бумажных документов, жестко фиксирующих все шаги на этапах проектирования и строительства. Все задуманные формы контроля и отчетности нацелены на решение двух основных задач: установление персонифицированной ответственности за каждый этап инвестиционно-строительного цикла и подтверждение соответствия технических характеристик практически всех элементов зданий и сооружений разнообразным стандартам, нормам и требованиям. В итоге мы имеем сотни (порой тысячи) форм документов, предназначенных для фиксации отдельных этапов всего цикла и сопровождаемых многочисленными подписями участников процесса и согласующих надзорных органов. Заметная доля нарушений в строительной отрасли при этом основывается на классическом факте — подделке документов. В судебных процессах зачастую вскрываются факты, что содержание отчетных форм у разных участников строительства — разное. При этом строительная отрасль, указывая в качестве непреодолимого препятствия сложность и многообразие форм документов, используемых для фиксации фактов, напрочь отказывается от перехода на электронный документооборот с юридической значимостью. Еще один фактор — сложное и запутанное законодательство самих контрольно-надзорных органов, требующих для осуществления своих функций только бумажные формы документов и не имеющих как своих собственных систем электронного документооборота, с одной стороны, так и шлюзов с другими информационными системами, с другой. Ключевыми элементами решения этой задачи является формирование технологической базы электронного документооборота со всеми заинтересованными ведомствами и организациями и политическая воля руководства отрасли к переходу на безбумажную форму работы, особенно актуальные в свете борьбы с коррупцией.
Информационное моделирование обеспечивает ряд несомненных преимуществ на всех этапах жизненного цикла объекта капитального строительства, но наталкивается на факторы, препятствующие внедрению такого подхода, инерцию мышления, сложность освоения новой технологии, высокую стоимость программного обеспечения и других сопутствующих технических средств и обучения [1]. Интернет вещей — появление роботов и автономных систем на строительной площадке и в процессе последующей эксплуатации здания и сооружения, а также повышение уровня автономности префабрикации — изготовления крупных сборок в заводских условиях и решение транспортной задачи по доставке на строительную площадку для последующего монтажа. Фактическим ядром таких систем должны стать BIM-модели будущих объектов капитального строительства, на основе которых будут создаваться управляющие программы оборудования и механизмов. Второй, пока неочевидной для отрасли задачей, является переход к автоматическому (или частично автоматическому) сбору исходных данных, которые могут находиться в информационных системах обеспечения градостроительной деятельности и учетных системах ресурсоснабжающих организаций. Фактически, речь идет не только о сборе ТЭПов (технико-экономических параметров) будущих объектов, но и об автоматическом выполнении BIM-моделей на основе заданных граничных условий с условием автоматического подбора строительных материалов, оборудования и механизмов с расчетом доступности таких ресурсов с минимальными транспортными издержками. Стратегической целью всего этого комплексного процесса является исчезновение человеческого фактора сначала с самой строительной площадки, а затем и из проектных работ. Звучит немного фантастически, но все необходимые слагаемые успеха такого подхода мы видим уже сейчас. Здесь следует сделать две важные оговорки: во-первых, управление армией роботов на всех строительных площадках — задача информационной безопасности, прежде всего (возможность перехвата управления армией автономных роботов, вооруженных плазменными резаками и не только); во-вторых — исключение человеческого фактора из всех строительно-монтажных работ как с точки зрения качества самих работ, так и с точки зрения безопасности людей (снижения травматизма). Появление огромного количества компаний, предоставляющих своих роботов и автономные системы (робот-каменщик, робот-маляр, робот по сварке арматурных сеток, робот-экскаватор, сотни других проектов), в настоящее время гарантирует нам появление в ближайшее время серийного производства такого оборудования, и всем этим пестрым хозяйством нужно не только научиться управлять, но и передавать им данные для выполнения таких работ без ошибок.
В наши дни рынок инженерного программного обеспечения стал вполне респектабельной индустрией: миллиардные обороты, десятки миллионов пользователей по всему миру. Связано это напрямую с тем, что разработка сложного инженерного обеспечения является основой для каждой отрасли человеческой деятельности без исключений и требует как масштабных инвестиций, так и огромных ресурсов постановщиков задач — людей, отлично разбирающихся в предметной области. Глупых людей среди акционеров и в советах директоров больших строительных компаний не держат: нельзя никому из малышей дать развиться настолько, чтобы вырос конкурент. Отсюда следует достаточно простой вывод: обменный формат должен быть либо закрытым (пропиетарным), например, как DWG от компании Autodesk, либо настолько сложным и неоднозначно читаемым, но условно открытым, чтобы было немного больно и очень неудобно всем, ведь инвестиции в свои разработки нужно защищать! Сказано — сделано! Так родилась концепция OpenBIM и ассоциация buildindSMART, которая продвигает формально открытый универсальный формат, работа с которым из разных BIM-сред имеет ряд недостатков и сложностей.
В чем же такая сложность обменных форматов для концепции BIM? Ключевым «затыком» является очень простая вещь: двусторонняя ассоциативность (связь) между графическим отображением и табличными данными. Если с табличными данными (хорошо структурированными) наладить обмен технически несложно, то с графикой все сразу на порядок сложнее: разные разработчики используют разные графические ядра для своих приложений, плюс оперируют разными сущностями, типами объектов и представление графики реализуют с помощью разных математических алгоритмов. NURBS-кривые [2] и T-сплайны по-разному интерпретируют графику, не говоря уже о возможности экспорта в разные типы и классы объектов внутри IFC! И тогда возникают вопросы стыковки табличных данных с такой графикой. Для полного погружения в ситуацию рекомендую прочесть статью Артема Бойко по этому вопросу[3].
Помним, что крупные технологические компании питаются стартапами, скупая их: форматы файлов у всех купленных решений разные и одной из задач чаще всего является достижение интероперабельности (переносимости) данных между различными решениями, но внутри экосистемы программных продуктов одной компании-разработчика. С коллегами по цеху обмен налаживается настолько небрежно, насколько это вообще возможно, ибо снижать объем продаж своих решений нельзя, это сразу скажется на квартальных отчетах, способных разозлить акционеров. В итоге мы имеем ситуацию, когда технически проще выстраивать систему проектирования на платформе одного большого разработчика с целью иллюминировать возможные искажения при передаче данных.
В сухом остатке, хотим мы того или нет, но сторонние коллективы программистов вынуждены довольствоваться форматом IFC, что накладывает сразу отпечаток на качество передачи таких данных. IFC — расширение языка описания управляющих программ для станков с ЧПУ STEP (Express) и никак не может без дополнительной разработки новых возможностей применяться в качестве языка управления для будущей цифровой трансформации строительной отрасли, особенно в свете появления интернета вещей.
Поставщики программного обеспечения не могут гарантировать 100% корректную передачу данных из одной системы в другую без аудита высокопрофессиональными сотрудниками, имеющими, в том числе, доступ к исходной модели в нативном формате для сравнения данных. Для строительной отрасли это недопустимо, особенно на больших проектах.
Прямое редактирование формата IFC — сложная задача, потому что непонятно, как эти данные потом могут быть интерпретированы при импорте в другое BIM-решение и с какой точностью это будет сделано заранее сказать невозможно.
Необходимо помнить, что международный стандарт IFC модифицируется от версии к версии с целью поддержки новых возможностей или решения новых задач чаще всего на коммерческой основе. Классический пример — разработка веток ifcRoad и ifcRail, которые были профинансированы Китаем в рамках инициативы «Шелковый путь». Проще говоря, какие опции будут реализованы в формате зависит от того, кто больше даст денег. Но самая большая проблема в том, что введение международных санкций в прошлом году коснулось и компании buildingSMART [4]: ухудшение политической ситуации оказывает прямое воздействие на возможность использования будущих редакций стандарта IFC в юридическом плане, вплоть до возможного судебного преследования в иностранных юрисдикциях в отношении разработчиков, использующих формат IFC в своих решениях.
Геополитический контекст
Если воспользоваться интерактивной картой [5], любезно предоставленной Артемом Бойко, то можно с удивлением обнаружить, что большинство технологических компаний-разработчиков приложений для BIM прямо или косвенно контролируются тремя крупнейшими американскими инвестиционными фондами: The Capital Group, BlackRock и Vanguard (рис. 1). И надо же, какое совпадение: в руках этих фондов большие пакеты акций крупнейших высокотехнологичных компаний из большой семерки MAANGAM: Microsoft, Apple, Amazon, NVIDIA, Google, Adobe, META. Теперь давайте ответим на простой вопрос: возможно ли владение таким технологическим стеком прямо или косвенно без молчаливого одобрения разведывательного сообщества США? И здесь снова интересное совпадение: компания The Vanguard Group — крупный акционер и компании Apple (уличенной в шпионаже за своими пользователями в России [6]), и компании Autodesk, разработчика формата DWG. Просто задумайтесь об этом!
Мысль, в общем, простая: разработка сложного инженерного программного обеспечения — не только дорогой и затратный процесс, а и идеальный инструмент для продвижения своих решений на рынки любых других стран, но и… великолепный инструмент разведки! Значит, замкнув круг технологических компаний в рамках относительной читаемости какого-то «относительно универсального формата с оговорками», можно реализовать концепцию «тотальной слежки» (Global Surveillance [7]). Закрытый клуб избранных видит в режиме реального времени через инструменты телеметрии в сети Интернет каждый запуск всех копий своих программ — легальных, пиратских, образовательных версий. Компания, которая проектирует в пиратской версии BIM-программы пусковую установку баллистической ракеты по заказу Министерства обороны, сама, не ведая того, сдает всю информацию с потрохами потенциальному противнику, вплоть до содержания каждого файла. Ведь это так удобно: компания официально в России не представлена, судебного преследования за использование нелегальной копии не будет, а универсальный обменный формат IFC при этом указан в документах нормативно-технического регулирования в качестве разрешенного и платить российским разработчикам денег не надо. Как видим, само использование формата IFC оставляет открытой возможность использования пиратских версий программного обеспечения BIM-компаний, официально заявивших об уходе из России (присоединению к санкциям), но негласно поощряющих компьютерное пиратство путем потакания многочисленным компаниям, поставившим на поток продажу кодов активации своих программ на маркетплейсах типа Ozon и Wildberries [8], как видно на рис. 2.
Интернет вещей
Основой интернета вещей должна стать BIM-модель как база для разработки языка разметки управляющих программ для роботов и автономных систем. Например, компания Okibo [9], выпускающая робота-маляра, запатентовала технологию сканирования в реальном времени стен здания для автоматического сравнения того, что было заложено в BIM-модель, и того, что построено в реальности. Это важно, потому что таким образом можно существенно сэкономить расход краски, покрасив автоматически только те участки стены, которые реально построены.
Хотим мы этого или нет, но при любом дальнейшем развитии цифровизации строительной отрасли нам придется задуматься о технологическом суверенитете: своем собственном стеке разработок для цифровой трансформации строительной отрасли и универсальном обменном формате с длительным горизонтом хранения.
Необходимо помнить, что любая частная инициатива в этом вопросе — очень деликатный случай. В попытке утвердить себя на рынке большая монополия, имеющая интересы в строительстве, либо компания-разработчик программного обеспечения будет преследовать свои интересы. Это нормально, но монополия никогда не приносит пользы отрасли в целом, создавая искусственные барьеры. Вывод напрашивается сам собой: национальный формат должен быть разработан и утвержден национальным правительством. Да, можно взять чьи-то стартовые наработки, но права на формат должны принадлежать государству, тем самым исключив возможность для крупных компаний-разработчиков частичной поддержки такого формата в угоду своим интересам.
Мало создать универсальный национальный обменный формат, содержащий как атрибутивную (табличную) часть данных о здании или сооружении, так и геометрически точные характеристики. Нужно заложить технические и организационные основы, позволяющие использовать этот новый универсальный формат в качестве базы для создания управляющих программ для автономных систем (роботов) на строительной площадке. Просто представьте себе, что по стройплощадкам страны передвигаются миллионы роботов, вооруженные плазменными резаками, под дистанционным управлением на основе стандарта, принятого в стране геополитического противника! Это другой вид военных действий, к которым никто еще не готов, так что нюансы реализации команд управления такими армиями роботов — это вопрос национальной безопасности прежде всего. Ну и, разумеется, есть масса стран в мире, не очень согласных с доминированием англо-саксонской модели мировой гегемонии, но готовых принять на вооружение технологии, сделанные русскими, как альтернативу. Это открывает широчайшие возможности для экспансии, экспорта продуктов и технологий в такие страны, причем в тесной связке: продукция индустрии строительных материалов, методология использования таких элементов строительных конструкций или инженерных систем зданий плюс общая технология управления строительным процессом через выдачу управляющих команд разнообразным роботам.
Национальный формат
Ключевая роль в этом вопросе должна быть у российской науки. Наша научно-техническая школа, сильно отстающая в технологической гонке, остро нуждается в финансировании и постановке ряда фундаментальных задач, ориентированных как на ускоренное развитие экономики внутри страны, так и на экспорт продуктов и технологий. Успех нейросетей уже сейчас ясно указывает нам путь к достижению технологического лидерства: не надо тащить углеводороды из России в Юго-Восточную Азию, чтобы там при сжигании получить куда более дорогие строительные материалы, которые потом нам же и продают. Нужно локализовать производство здесь, рядом с месторождениями полезных ископаемых, чтобы продавать уже продукцию высокого передела, но снабженную сильной научно-технической составляющей: новым стандартом обмена информацией о зданиях и сооружениях, технологией и методологией управления самим процессом строительства и роботами на стройках.
В Российской Федерации имеется глобальная информационная система взаимодействия органов государственной власти — СМЭВ (система межведомственного электронного взаимодействия). И у этой системы есть свои собственные протоколы и стандарты обмена [10]. Чтобы обеспечить читаемость формата на всем протяжении жизненного цикла здания или сооружения, необходим универсальный обменный формат, который должен быть гарантированно прочитан на всем этом этапе — десятки, подчас сотни лет для всех органов государственной власти (контрольно-надзорных органов), в том числе для расследований техногенных катастроф, судебных процессов и антитеррористической защиты. Опираться в этом деликатном вопросе на иностранный формат IFC, созданный консорциумом, периодически объявляющим о присоединении к режиму санкций, — мягко говоря, неразумное решение.
Тем интереснее тот факт, что «СИСОФТ РАЗРАБОТКА» в прошлом году уже опубликовала [11] альтернативные ГОСТы, созданные с учетом этих принципов, однако в нормативное поле попали документы, где IFC указан в явном виде. Формат, на который опираются проекты ГОСТ от «СИСОФТ РАЗРАБОТКИ», безусловно, требуют доработки, но могут послужить твердой основой для решения этой задачи.
Нужно отметить и еще один существенный факт: на текущем этапе развития цифровых сервисов в строительной отрасли с точки зрения чиновников технология информационного моделирования, которая должна быть просто информационным моделированием, — это совокупность всех сведений, документов, материалов об объектах капитального строительства, включая отсканированные версии бумажных документов, любовно разложенных «по папочкам на сервере». Практическая ценность для автоматизированной обработки таких массивов информации весьма сомнительна, зато отлично передает идею хранения всех документов в одном месте. Хотя правильным было бы вместо оперирования сканами документов через СМЭВ получать от государственных органов машиночитаемые наборы данных с юридической значимостью, а через системы электронного документооборота от всех задействованных предприятий также с юридической значимостью. Так что тут есть существенное отличие от того смысла BIM, который закладывается в иностранной трактовке.
Есть еще одно, не очень осознаваемое пока профессиональным сообществом бедствие — закрытые разработки монополий. РЖД, Транснефть, Русгидро, Росавтодор увлеченно тратят чудовищные бюджеты на информатизацию своей отраслевой специфики, начисто отбросив ключевой вопрос цифровой трансформации строительной отрасли — интероперабельность! Возможность без потерь передать модель линии электропередач со всей сопутствующей атрибутивной информацией, столь нужной при принятии решений, из Русгидро в Росавтодор, чтобы увязать с пересечением автомобильной трассы, и сейчас не велика, а что придется делать, когда в промышленную эксплуатацию уйдут информационные системы, насыщенные отраслевой спецификой, созданные с огромными затратами времени, ресурсов, денег без возможности следовать общим межотраслевым правилам передачи информации?
15 лет назад, при создании СМЭВ, являющейся связующим звеном всех государственных информационных систем, эта проблема стала одной из причин того, что оказалось проще и дешевле написать конвертеры, чем переделать с нуля все многообразные государственные информационные системы. В итоге получились многочисленные шлюзы, которые могут извлекать из государственных систем только жестко ограниченные наборы данных для организации автоматического обмена этими наборами данных между различными государственными ведомствами посредством СМЭВ, но не законченными наборами данных, исчерпывающе описывающими характеристики объектов учета.
В строительстве мы сейчас находимся в самом начале точно такой же проблемы! Нужно немедленно при наличии политической воли регулятора отрасли — Министерства строительства — начать аудит таких закрытых систем, сформировать законодательное поле для достижения интероперабельности данных между монополиями и остальными участниками отрасли. Надо ли говорить о том, что ведущая роль Минстроя в решении этой задачи нужна прямо сейчас?
Заключение
Подводя итог, хочу сформулировать основную мысль — настало время разработки национального формата, универсального и подходящего для передачи BIM-моделей между всеми участниками строительной отрасли, с привлечением научного потенциала и с учетом геополитических реалий сегодняшнего дня. Мы не можем в таких деликатных вопросах, как информация обо всех зданиях и сооружениях в стране, оставить ее в международном формате, не обеспечивающем 100% передачи информации без искажений, не учитывающим национальную специфику и не являющимся базовой платформой для создания управляющих программ для автономных систем и роботов. При грамотном подходе впереди много интересной практической работы, которая должна стать ключевым элементом цифровой трансформации всей строительной отрасли в стране, создавая основу для технологического лидерства в мировом масштабе для всех стран, кто оценит такое комплексное решение и захочет использовать его у себя.
