Роль ЕСИМ

в развитии отечественной цифровой стройки

Предпосылки создания национальной системы стандартов информационного моделирования

Строительная отрасль во всем мире испытывает проблемы с расширением сферы применения цифровых технологий. Несмотря на то, что процесс цифровизации в отрасли продолжается уже более 30 лет, он происходит медленнее, чем ожидалось в его начале [1,2,3]. Одной из актуальных задач цифровизации отрасли сегодня является повышение эффективности всей производственной цепочки инвестиционно-строительного проекта и последующей эксплуатации возведенного объекта [4].

Очевидным способом решения этой задачи могло бы стать внедрение в строительстве сквозных цифровых технологий по опыту применения лучших практик в других отраслях промышленности. Развитие сквозных цифровых технологий способствует созданию конкурентоспособных высокотехнологичных продуктов и сервисов, которые, в свою очередь, позволяют трансформировать отрасли отечественной экономики и внедрять новые системы организации производственных процессов и управления ими.

Госкорпорация «Росатом» в течение последних лет выступает проводником внедрения инноваций в строительной отрасли, в том числе интеграции технологий информационного моделирования на различных этапах жизненного цикла объектов атомной энергетики. Опыт применения технологий информационного моделирования на предприятиях Госкорпорации «Росатом» [5, 6] показал, что решение вопросов по отдельно взятым направлениям, таким как инвестиционно-строительные проекты, горнорудные проекты, управление городской инфраструктурой и территорией, дает определенное повышение эффективности производственной деятельности, но не обеспечивает кардинального повышения производительности. В результате системного анализа опыта отраслевых организаций (Госкорпорации «Росатом») и других ведущих российских компаний, применяющих технологии информационного моделирования (далее — ТИМ), а также в результате анализа международной практики и передовых научных исследований была сформулирована концепция стандартизации информационного моделирования.

В соответствии с основными направлениями развития цифровой системы управления жизненным циклом объектов капитального строительства и жилищно-коммунального хозяйства, градостроительной деятельности, для достижения ключевых показателей эффективности при реализации национальных проектов и государственных программ определена цель информационного моделирования — повышение эффективности инвестиционно-строительной деятельности и управления имущественными объектами. Для достижения этой цели необходимо решить несколько задач, связанных с повышением эффективности и качества территориального планирования, проектной деятельности, строительного производства, эксплуатации и других этапов жизненного цикла имущественных объектов.

Под имущественными объектами понимаются территории, объекты капитального и незавершенного строительства и другие виды объектов, указанные в Градостроительном кодексе Российской Федерации.

Одновременно с этим стоит задача повышения эффективности управления строительным комплексом для реализации задач по обеспечению масштабного жилищного строительства и реконструкции различных производств.

Читатель наверняка задаст вопрос: а как же международный опыт и международные практики, можно же взять и просто использовать уже готовые решения и стандарты? Но, как показала практика последних лет, бездумное копирование и использование зарубежных подходов ставит отрасль в зависимость не только от импортного программного обеспечения, но и от методологии и иностранных технологических решений, что может нанести ущерб технологической независимости и конкурентоспособности отечественных решений в области строительных технологий.

Цели и задачи ЕСИМ

Начиная с 2020 года в рамках работы технических комитетов (далее — ТК) по стандартизации — ТК 465 «Строительство» и ТК 700 «Математическое моделирование и высокопроизводительные вычислительные технологии», а также в специально созданном ТК 505 «Информационное моделирование» ведется работа по формированию Единой системы информационного моделирования (ЕСИМ). Эта система должна обеспечить использование технологий информационного моделирования на всех этапах жизненного цикла объектов градостроительной деятельности и на всех уровнях управления, однако, не будем забегать вперед и последовательно разберем эти вопросы.

Прежде всего, следует отметить, что ЕСИМ задумана и реализуется по образу и подобию фундаментальных систем стандартов, на которых базировалась стандартизация в СССР, таких как ЕСКД, СПДС, ЕСТД и т.д. Этот подход позволяет не только обобщить ранее накопленный опыт стандартизации информационного моделирования, но и сформировать нормативно-техническую основу градостроительной деятельности в части применения технологий информационного моделирования и связанной с ними нормативно-правовой базы.

Основная задача ЕСИМ — обеспечить строительной отрасли унифицированную и согласованную с профессиональным сообществом базу для развития цифровых технологий в градостроительной деятельности в плане формирования и ведения информационной модели объектов моделирования.

При этом для унификации подходов к обработке информации рассматриваются следующие задачи управления ею:

• территориальное планирование;
• недропользование в части градостроительной деятельности;
• управление проектно-изыскательской, строительной, эксплуатационной и другой информацией, формируемой в рамках производственной деятельности по объекту моделирования;
• информация о процессах, происходящих в течение жизненного цикла объекта моделирования;
• социально-экономическая и социально-техническая информация, связанная с объектом моделирования, в том числе информация о физических объектах реального мира и о назначаемых объектах, которые мы представляем для системного описания моделируемого объекта;
• информация о безопасности, организационно-технологической надежности и др.

Здесь необходимо пояснить, что имеется в виду под понятием «объект моделирования» и зачем это понятие вводится в рамках системы моделирования.

Как известно, градостроительная деятельность связана с большинством производственных отраслей страны, а строительство является одной из системообразующих отраслей. Поэтому при применении технологий информационного моделирования возникает задача описания и представления различных объектов: объектов капитального строительства и пространственного планирования, включая территории, участки недр, водные объекты и воздушное пространство, различные инженерные системы и их элементы, электрические и слаботочные системы, в том числе системы автоматизации, а также процессы и системы управления, включая «виртуальные» объекты, которые мы представляем/формируем для лучшего понимания и управления информацией. Все это ведет к необходимости введения нового термина, который смог бы обобщить все эти понятия.

Однако учитывая масштабы градостроительной деятельности, необходимо точно определить границы применения ЕСИМ. Область распространения стандартов этой системы ограничена самой градостроительной деятельностью, а также деятельностью, которая обеспечивает и поддерживает ее. С другой стороны, разрабатываемая система оперирует следующими объектами моделирования:

• объекты капитального строительства: промышленные, транспортные, жилищно-гражданские, гидротехнические, гидромелиоративные;
• территории сельскохозяйственного назначения, населенных пунктов, промышленности, связи и транспорта, земель лесного и водного фондов, особо охраняемые территории, земель запаса;
• участки недр;
• водные объекты;
• воздушное пространство.

Вместе с тем объекты моделирования включают системы и подсистемы, из которых состоят вышеуказанные объекты, процессы, назначенные функциональные системы и их элементы, интерфейсы и т.д. А это, в свою очередь, соответствует принципам и подходам системной инженерии [7, 8, 9].

Требования ЕСИМ не будут распространяться на продукцию и изделия на стадиях их разработки и производства, на компьютерное моделирование физических процессов, кроме изделий, используемых для строительного производства, а также эксплуатации ОКС и территорий.

Система определяет общие принципы формирования, хранения и применения информационных моделей объектов моделирования и управления ими.

Схематично взаимосвязь всех видов объектов моделирования, информационных моделей и связанных с ними сведений, документов и материалов представлена на рис. 1.

Рис. 1. Область применения ТИМ

Группы стандартов охватывают все виды градостроительной деятельности в части технологий информационного моделирования: от моделирования отдельного строительного элемента и узла до моделирования агломерации. Такой подход позволяет выстроить единую схему управления информацией в строительной отрасли — от производства и использования строительных материалов до управления городом — и обеспечить сбор точной статистики о работе строительной отрасли как в масштабе отдельного муниципалитета и региона, так и всей строительной отрасли страны, что крайне важно в настоящее время.

Общие принципы применения ТИМ и повышения качества информационных моделей основываются на стандартизации процессов информационного моделирования и включают:

• применение национальных и отраслевых документов по стандартизации ТИМ;
• разработку и применение стандартов организаций по информационному моделированию;
• регламентацию разработки требований заказчика по управлению информацией;
• разработку регламентов применения ТИМ на проектах, определяющих стандартизацию процессов информационного обмена как внутри организации, так и с внешними участниками проектов; применение открытых форматов и схем данных; организацию совместной работы в Едином информационном пространстве (ЕИП); распределение ролей и функций участников; стандартные методы проверки моделей; применение программного обеспечения и библиотек компонентов; мероприятия по оценке и повышению компетенции сотрудников в области ТИМ.

Какие проблемы решает система стандартов ЕСИМ

Сегодня основной проблемой внедрения ТИМ является отсутствие единой нормативно-технической документации. Поэтому создаваемая система стандартов ЕСИМ позволяет решить следующие задачи:

• обеспечение системного подхода к внедрению в строительной отрасли технологий информационного моделирования;
• определение четких правил подготовки информационной модели;
• определение однозначных правил проверки качества информационных моделей;
• закладывание основы для перехода отрасли на безбумажную технологию;
• обеспечение сквозного применения ТИМ на всех этапах жизненного цикла;
• определение четких правил информационного взаимодействия между участниками инвестиционно-строительных проектов для сокращения временных и трудовых затрат;
• определение открытого национального стандарта обмена данными между участниками инвестиционно-строительного проекта, что обеспечивает импортозамещение и стабильность работы отрасли;
• определение гибкой системы оценки уровня зрелости и внедрения ТИМ в строительной отрасли.

Также следует отметить, что ЕСИМ не подменяет сформировавшиеся системы стандартизации СПДС, ЕСКД, ЕСПП и другие системы и комплексы, а дополняет их в том смысле, что объект стандартизации смежной системы позволяет использовать технологии информационного моделирования.

Особо важной задачей при создании ЕСИМ является формирование единой терминологии в области построения ИТ-инфраструктуры и процессов информационного моделирования. При этом в рамках системы должен быть обобщен опыт профессионального сообщества, что позволит сформировать открытую, гибкую и расширяемую систему стандартов. Безусловно, в рамках процесса обобщения этого опыта придется учитывать широкий спектр вопросов. По этой причине все существующие на российском рынке программные решения в данной области должны быть охвачены этими стандартами. На наш взгляд, это позволит разработчикам программного обеспечения развивать свои продукты согласно собственным планам, но в соответствии с общим, согласованным вектором развития. Такое скоординированное развитие позволит разработчикам и покупателям отечественного программного обеспечения разговаривать между собой на понятном языке.

Почему необходимо Единое информационное пространство

При реализации инвестиционно-строительных проектов возникает необходимость передачи информации между всеми участниками проекта. Поэтому вопрос организации работы всех участников такого проекта в рамках среды общих данных вызывает необходимость взаимодействия сотрудников различных юридических лиц в рамках одной информационной системы. Это создает предпосылки к открытию «внутренней кухни» каждой организации. На практике каждое юридическое лицо имеет собственное информационное пространство, и встает вопрос, как организовать информационное взаимодействие между разными средами общих данных. В дополнение к этому, следует учитывать, что в рамках градостроительной деятельности необходимо организовать взаимодействие заказчиков, проектных, строительно-монтажных, эксплуатирующих организаций, а также различных государственных учреждений.

При такой постановке задачи организация Единой информационной системы, в которой все участники проекта могли бы вести градостроительную деятельность, в принципе невозможна. Если к этому добавить еще и требования обеспечения информационной безопасности управления данными различной степени доступа и конфиденциальности, то задача многократно усложняется.

По результатам обсуждения была предложена концепция построения Единого информационного пространства, которое может включать большое количество различных корпоративных и федеральных ИТ-систем. Важной особенностью является применение доверенного обмена между государственными органами и участниками инвестиционно-строительных проектов и эксплуатирующими организациями.

Концептуальная схема организации такого информационного пространства приведена на рис. 2.

Рис. 2. Концептуальная схема ЕИП

Как видно из приведенной схемы, для обеспечения взаимодействия в рамках такого сложного комплекса информационных систем необходимо зафиксировать требования к информационному обмену на границах систем, которые входят в это пространство.

Единая модель данных

Для решения связанных с информационным взаимодействием вопросов в рамках разрабатываемой системы стандартов формируется общий формат информационного обмена. Для простоты понимания в настоящее время этот формат называется «Единая модель данных».

А для лучшего понимания целей создания Единой модели данных приведем перечень некоторых решаемых ею задач:

• полная поддержка всех аспектов градостроительной деятельности;
• передача достоверной информации от строительной площадки до ГИС «Стройкомплекс.РФ»;
• обеспечение комплексного управления инвестиционно-строительными проектами;
• обеспечение территориального планирования;
• обеспечение управления комплексным развитием территории;
• решение задач информационного моделирования территориального планирования, ОКС, изделия на всех этапах его жизненного цикла;
• обеспечение всех видов взаимодействия: краткосрочного, среднесрочного и долгосрочного;
• обеспечение длительного хранения информационных моделей;
• обеспечение управления информацией о виртуальных (фиатных) объектах;
• обеспечение классификации строительной информации;
• сопровождение развития непротиворечивой схемы данных с минимальными трудозатратами.

Создаваемая модель данных должна удовлетворять следующим функциональным требованиям:

• объектно-ориентированная структура представления объектов моделирования;
• обеспечение возможности формирования машиночитаемых стандартов и автоматизированных проверок;
• обеспечение однократного ввода данных (за один набор данных отвечает один автор/ответственный);
• обеспечение обмена требованиями и замечаниями в рамках инвестиционно-строительного проекта;
• поддержка разных предметных областей (планирование, экономика, социальная динамика и т.д.);
• поддержка комплексного пространственного представления (3D+геоданные);
• поддержка моделирования деятельности (строительство, эксплуатация, технологическое производство и т.д.);
• поддержка компьютерного моделирования;
• поддержка многоязычности и классификаторов разного вида;
• обеспечение краткосрочного, среднесрочного и долгосрочного управления информацией об объекте моделирования;
• проверка непротиворечивости данных с использованием автоматизированных средств проверки и доказательства;
• автоматизированная публикация спецификации и представления в виде открытого формата (xml и т.д.);
• описанная методология разработки схемы данных и лицензия, обеспечивающая коммерческое использование;
• программная инфраструктура, обеспечивающая разработку схемы данных.

В рамках создания Единой модели данных должны быть учтены проблемы разработки и использования открытых форматов STEP [10] и IFC [11]. Также должен быть учтен опыт разработки различных систем классификации и управления нормативно-справочной информацией.

Подводя итоги, следует ответить еще на один вопрос.

Почему Госкорпорация «Росатом» разрабатывает стандарты ЕСИМ?

Система ЕСИМ разрабатывается Госкорпорацией «Росатом» в рамках взаимодействия с Минстроем РФ. В частности, между ними было подписано соглашение о сотрудничестве от 29.11.2019 № 1/18376-Д. Кроме того, Минстрой РФ своим письмом от 10.01.2020 № 220-ДВ/09 утвердил дорожную карту реализации соглашения о сотрудничестве между Минстроем России и Госкорпорацией «Росатом» в 2020–2023 гг. (далее — Дорожная карта).

Для выполнения задач Дорожной карты в Госкорпорации «Росатом» был запущен проект «Стандарты по информационному моделированию и составу информационных моделей на жизненном цикле сложных технологических объектов». В рамках реализации проекта был проведен анализ международной практики в области информационного моделирования на примере более чем 120 международных и региональных стандартов, стандартов иностранных государств и практики применения технологий информационного моделирования в организациях Госкорпорации «Росатом» и других крупных организациях России.

По результатам анализа в 2020 году была разработана Концепция создания ЕСИМ в контексте комплексной междисциплинарной и межотраслевой структуры стандартов по аналогии с действующими системами стандартов ЕСКД и СПДС. После согласования с техническими комитетами по стандартизации — ТК 065 «Разработка и постановка продукции на производство», ТК 194 «Киберфизические системы», ТК 700 «Математическое моделирование и высокопроизводительные вычислительные технологии», ТК 465 «Строительство» — и Росстандартом было предложено системное обозначение стандартов ЕСИМ в виде ГОСТ Р 10.00.00.00.

Комплект базовых стандартов был внесен частным учреждением Госкорпорации «Росатом» «ОЦКС» (далее — ОЦКС) в установленном порядке в Программу национальной стандартизации (ПНС) от ТК 465, а после его реорганизации — повторно в 2022 г. от ТК 505 «Информационное моделирование».

В 2021 году ОЦКС разработал полный комплект базовых стандартов в области информационного моделирования, в том числе проект национального стандарта ГОСТ Р 10.00.00.00 «Единая система информационного моделирования. Основные положения», устанавливающий общие положения, область распространения и структуру единой системы стандартов информационного моделирования в рамках градостроительной деятельности, а также правил обозначения стандартов, входящих в нее. В период с ноября 2021 года по февраль 2022 года было проведено публичное обсуждение стандартов в рамках ТК 465. Обсуждение происходило в ходе очных встреч, в том числе с заинтересованными лицами из шести федеральных округов России. В настоящее время по итогам обсуждения с профессиональным сообществом проводится доработка проектов стандартов.

После образования ТК 505 Росстандарт принял решение провести повторную процедуру публичного обсуждения уже в рамках нового технического комитета, которое завершилось в феврале 2023 года. Сейчас по результатам этого публичного обсуждения дорабатываются основополагающие методические документы ЕСИМ, определяющие общие подходы, принципы, единую терминологию, а не прикладные стандарты по информационному моделированию, которые могут быть разработаны, в том числе и под руководством смежных технических комитетов по стандартизации, и должны наполнить практическим содержанием новую систему стандартизации.

С 1 июля 2023 года вступил в действие утвержденный Росстандартом ГОСТ Р 10.00.00.00−2023 ЕСИМ. «Основные положения», определяющий область распространения и структуру единой системы стандартов информационного моделирования в рамках градостроительной деятельности. Этот стандарт формирует основу стандартизации нового инженерного подхода. Утверждение ключевого стандарта, определяющего структуру самой системы — ГОСТ Р 10.00.00.00−2023 «ЕСИМ. Основные положения» — является отправной точкой для создания Единой системы информационного моделирования.

Следующими шагами станут экспертиза и одобрение в ТК 505 проектов стандартов «ЕСИМ. Термины и определения», устанавливающих систему стандартизованных терминов и соответствующих им определений в области технологий информационного моделирования, «ЕСИМ. Принципы, цели и задачи», определяющие базовые подходы к описанию и внедрению технологий информационного моделирования, основные принципы информационного моделирования и взаимосвязь ЕСИМ с другими системами стандартов национальной системы стандартизации и «ЕСИМ. Жизненный цикл объекта моделирования и информационной модели. Основные положения», определяющие стадии, этапы и фазы жизненного цикла объектов моделирования и взаимосвязь между ними.

Утверждение перечисленных основополагающих стандартов ЕСИМ создает возможность развития системы организациями различных отраслей экономики на основе единой терминологии и методологических принципов.