Эксплуатация недвижимости, цифровые двойники и IFC-формат

Формат данных Industry Foundation Classes (IFC) широко признан на этапах проектирования и строительства зданий и сооружений, обеспечивая интероперабельность и совместную работу за счет обмена информацией между инженерами различных специальностей и программными платформами. Эта интероперабельность имеет решающее значение в процессе интеграции разнообразных аспектов проектных и строительных работ, позволяя достичь высокой степени точности и согласованности в рамках мультидисциплинарной среды. Тем не менее, несмотря на преимущества формата IFC на начальных этапах жизненного цикла здания (проектирование и частично строительство), его функциональные особенности для управления объектами недвижимости вступают в противоречие с динамичной природой эксплуатационного периода.

Рассмотрим пример, когда с момента ввода объекта капитального строительства как здания или строения в эксплуатацию, они начинают подвергаться различным изменениям и модификациям, которые необходимо своевременно отражать в информационной модели. Как правило, это офисные и торговые здания, а также здания научных центров. Конструктивные изменения, модернизация инженерных систем, реконструкция помещений — все эти процессы требуют актуализации информационной базы, что в силу структурных ограничений IFC выполнить затруднительно. В условиях эксплуатации здания, где ежедневные изменения становятся нормой, возникает потребность в более гибком и адаптивном формате управления данными, который бы позволял оперативно вносить изменения в информационную модель и поддерживать ее актуальность на протяжении всего времени эксплуатации здания.

Профессионалы в области строительства и заказчики, обладающие высокой компетенцией в BIM (Building Information Modeling), не могут ограничиваться только получением проектной документации в форматах, которые не предполагают возможности ее редактирования и дальнейшего обновления — таких как IFC, NWF (Navisworks File Set), NWD (Navisworks Document) или NWC (Navisworks Cache File) — после завершения строительства. Учитывая тот факт, что здания с перечисленным выше функционалом начинают претерпевать изменения сразу же после начала их эксплуатации, информационная модель должна быть способна адаптироваться и отражать эти изменения в режиме реального времени. В противном случае, любые дискуссии о создании цифровых двойников становятся непродуктивными.

В этой связи предоставление заказчикам информационных моделей в оригинальных редактируемых форматах становится критически важным требованием для успешного выполнения проекта. Такая модель является инструментом, а не самоцелью; она регулярно используется для экспорта данных в различные аналитические и управленческие программные платформы, что позволяет реализовывать сложные сценарии эксплуатации объекта с использованием технологий управления данными, а также технологическими процессами, протекающими внутри здания/строения. В случае появления существенных изменений в конструкции или функционировании здания, первоочередные обновления производятся именно в редактируемом формате, и затем осуществляется экспорт геометрии и данных для последующего обновления на всех платформах, используемых заказчиком для эксплуатации объектов.

Когда же заказчик получает модель только в IFC-формате, он лишается возможности проводить обновления в информационной модели, что неизбежно приводит к потере актуальности цифрового отображения реального объекта. В таких условиях невозможно поддерживать двустороннюю связь между цифровым и физическим пространствами объекта, что является ключевым для современного управления зданиями и инфраструктурой, а также другими объектами, которые могут объединяться в более крупные цифровые двойники, например, городов.

В профессиональной среде архитекторов и проектировщиков часто наблюдается недостаточное понимание того, что происходит с объектом после его завершения его строительства. Существует мнение, что сдача объекта в эксплуатацию означает окончание работы над проектом, и далее начинается совершенно новый этап, не связанный с процессами проектирования и строительства. Тем не менее, на практике для управляющих и обслуживающего персонала строительный процесс не заканчивается со сдачей объекта, а плавно переходит в повседневные задачи его эксплуатации.

Эти задачи включают в себя регулировку и настройку инженерных систем, передачу помещений арендаторам с последующим контролем отделочных работ, адаптацию электрических щитов под новые нагрузки, а также настройку систем водоснабжения, отопления и кондиционирования. Де-факто строительство продолжается и после ухода последнего субподрядчика, и изменения в построенном здании начинаются с первого дня его эксплуатации и продолжаются до его вывода из эксплуатации, хотя и в более медленном темпе.

Через несколько лет после завершения строительства может возникнуть необходимость в более масштабных изменениях, таких как реконструкция и другие виды модернизации. Это особенно заметно на объектах со сложной инженерной инфраструктурой, например, в больницах, аэропортах, торговых центрах и научных лабораториях. Следовательно, построенное здание представляет собой не статичную, а динамичную систему, которая требует постоянного обновления и модификации. Эта динамика и необходимость постоянного обновления лежат в основе концепции работы с цифровыми двойниками, которые служат для точного отражения текущего состояния реального объекта и изменений в нем.

Принцип постоянного обновления и адаптации зданий находит свое отражение в примере цифровой информационной модели (ЦИМ) основного корпуса научно-исследовательского кампуса Джанелия при Медицинском институте Говарда Хьюза (рисунок 1). С момента постройки этого здания в 2007 году было выполнено более семидесяти реконструкций разного масштаба. Ежегодно в корпусе обустраиваются новые лаборатории, каждая из которых требует индивидуальной перепланировки и подключения специализированных систем, включая электрические и вентиляционные.

Рис. 1. Территория кампуса Джанелия при Медицинском институте Говарда Хьюза

К 2014 году, когда началось создание цифрового двойника (рисунок 2) этого здания, стало очевидно, что существующие чертежи и документация не отражают полной картины текущего состояния объекта. Была проведена детальная работа по воссозданию каждого этапа изменений здания: от демонтажа устаревших элементов до введения в эксплуатацию новых систем, с использованием возможностей программного обеспечения для управления различными этапами проекта. Это позволило смоделировать как окончательное состояние здания, так и все промежуточные изменения.

Рис. 2. Цифровой двойник кампуса Джанелия

В настоящее время все новые проекты реконструкций, выполняемые разными проектными группами, предоставляются в редактируемом формате. Эти данные интегрируются в общую модель как новые фазы (рисунок 3), после чего обновленная версия здания экспортируется в систему управления им. Такой подход гарантирует, что информационная модель всегда точно отражает физическое состояние объекта на всех этапах его жизненного цикла, и возможен только при условии, что заказчику предоставляются исходные редактируемые модели.

Рис. 3. Интеграция новых проектов реконструкций в эксплуатационную модель

Здесь стоит отметить важную разницу между двумя концепциями, существующими в архитектурно-строительном процессе: Record Model (регистрационная модель) и As-built Model (исполнительная модель). As-built Model, или как ее еще называют «модель, как построено», представляет собой цифровое отображение финального состояния здания или инфраструктуры после завершения строительства. Эта модель служит для временной фиксации и официального закрытия архитектурно-строительного процесса. В качестве документации она может быть сохранена в неизменяемых форматах, таких как печатные копии или архивированные файлы, включая формат IFC, обеспечивая возможность возвращения к ней для анализа выполненных строительных работ в будущем. Однако, так как исполнительная модель не предусматривает будущие изменения, она может быстро устаревать, не отражая последующие модификации в здании или его эксплуатацию.

С другой стороны, Record Model, или регистрационная модель, создается с учетом возможности внесения изменений в течение всего жизненного цикла здания. Эта модель начинается как базовый проект в редактируемых форматах, в который вносятся все изменения, произошедшие во время строительства. Исполнительная документация, результаты лазерного сканирования, техническая документация — все эти элементы интегрируются для создания окончательной версии модели, максимально приближенной к фактическому состоянию реального объекта капитального строительства. Таким образом, регистрационная модель становится ключевым элементом для экспорта информации в среду общих данных, которая, в свою очередь, формирует основу цифрового двойника, активно используемого в современном строительстве и управлении зданиями (рисунок 4).

Рис. 4. Интеграция геометрии и информации в модели

Следовательно, эффективность использования здания и управление им зависят от постоянного обновления информационной модели, чтобы она точно отражала текущее состояние объекта. Без возможности адаптации и редактирования модели заказчик лишается инструментов для поддержания своего здания в функциональном состоянии.

В контексте постоянно меняющегося окружения строительного объекта обеспечение доступности и возможности редактирования информационной модели становится не просто предпочтительным, но и необходимым условием для поддержания актуальности данных и обеспечения устойчивого жизненного цикла здания.

В этом контексте заказчик, управляющий своими объектами на основе информационных моделей, сталкивается с проблемой, когда в его распоряжении оказывается серия отдельных IFC-файлов. Эти файлы, хотя и цифровые, фактически используются так же, как традиционная бумажная документация — они хранятся как несвязанные архивные записи. Это создает цифровой аналог стопок бумажных чертежей, которые со временем накапливаются и, в конечном счете, устаревают без возможности их простого обновления или интеграции в текущую рабочую среду.

Такое состояние дел приводит к нескольким ограничениям. Во-первых, хранение множества версий IFC-моделей не способствует легкому доступу к актуальной информации о состоянии здания. Во-вторых, отсутствие интегрированной и динамически обновляемой цифровой модели затрудняет эффективное управление активами и оперативное реагирование на изменения в объекте. И, в-третьих, это создает барьер для использования данных в более широком контексте управления зданием, включая планирование обслуживания, энергетическое управление и другие аспекты эксплуатации.

Следовательно, подход к управлению зданиями должен быть пересмотрен в сторону использования интегрированных и динамично обновляемых информационных моделей. Такой подход позволит не только хранить информацию в актуальном состоянии, но и использовать ее для непрерывного улучшения эксплуатационных характеристик объекта, что в свою очередь приведет к оптимизации затрат и повышению эффективности управления зданием в течение всего его жизненного цикла (рисунок 5).

Рис. 5. Получение динамически обновляемых данных из модели

На американском рынке наблюдается тенденция отказа большинства заказчиков от практики передачи моделей в форматах, которые не позволяют последующие корректировки и модификации. Это обусловлено осознанием того, что здания продолжают эволюционировать в течение всего своего жизненного цикла, и информационная модель должна соответственно адаптироваться к изменениям, происходящим на протяжении эксплуатации объекта.

Такой подход к использованию цифровых моделей позволяет создать унифицированный и голографический источник данных, который отражает все изменения и модернизации здания в реальном времени (рисунок 6). Это не просто обеспечивает точность информации об объекте, но и способствует более эффективному управлению зданием, так как данные остаются согласованными и актуальными на всех этапах его жизни.

Рис. 6. Сохранение целостности информации в различных формах

В результате информационная модель превращается в центральный цифровой хаб, который интегрирует в себе разнообразные данные и обновления, от строительных чертежей до оперативных изменений во внутренней инфраструктуре и управлении зданием. Это обеспечивает непрерывный поток информации между всеми участниками процесса, от архитекторов и строителей до фасилити-менеджеров и обслуживающего персонала, поддерживая жизнеспособность и функциональность объекта на протяжении его всего его жизненного цикла.

В современной практике управления недвижимостью и разработки цифровых двойников значимость формата IFC следует рассматривать в контексте более широкого спектра технологий. Хотя IFC предоставляет определенные преимущества для обмена информацией и координации между различными платформами, его ограничения, особенно в отношении динамичности и возможности постоянного обновления, делают его менее предпочтительным для непрерывного управления и эксплуатации недвижимости.

Более значимой является роль редактируемых и интероперабельных форматов, которые поддерживают бесшовную интеграцию и взаимодействие на протяжении всего жизненного цикла объекта. В России, например, разработка и применение собственных открытых форматов, способных взаимодействовать друг с другом без привязки к IFC, указывает на тенденцию к созданию более адаптивных и гибких систем управления информацией. Эти форматы предоставляют возможности для более глубокой интеграции и эффективной работы, отвечая текущим и будущим потребностям в управлении недвижимостью.

Таким образом, в контексте цифровизации и управления недвижимостью особое внимание следует уделять развитию и применению интероперабельных и редактируемых форматов, способных обеспечить более полное и гибкое взаимодействие между различными системами и платформами. Этот подход позволяет не только усовершенствовать процессы управления, но и обеспечивает более устойчивое развитие в области цифровых технологий в строительстве и недвижимости.