Дигитализация на строителните обекти

Понятието дигитализация или цифровизация се използва за означаване на преобразуването на някаква аналогова информация в дигитална (цифрова) форма чрез електронни устройства, примерно скенери, камери и др. Целта е да се създаде възможност за обработване, съхранение и предаване на информация чрез цифрови схеми, оборудване и мрежи. Понятието е изключително широкообхватно, в него се включват управление на данни, BIM, виртуална и разширена реалност, комуникация между машини, телеметрични данни, стандартизация и цифрови близнаци.

Текст: списание Строители

Строителната индустрия остана устойчива по време на пандемията от коронавирус и сега изглежда, че ще бъде „глобален двигател за икономически растеж и възстановяване“, според нов доклад на Oxford Economics. Докладът, озаглавен „Бъдещето на строителството: Глобална прогноза за строителството до 2030г.“, прогнозира, че глобалната строителна продукция ще нарасне с 42% между 2020г. и 2030г. Поради увеличената урбанизация и нарастването на населението именно покачващите се разходи за инфраструктура и новопостроени жилища са основните фактори, движещи разширяването на този пазар.

Строителството трябва да става все по-ускорено, да отговаря на все по-строги изисквания за опазване на околната среда, да осигурява рентабилност и сигурност. Засиленият стремеж към повече ефективност тласка строителната индустрия към бурно развитие. Разработването на дигитализирани процеси на планиране и строителство се очертава като голяма цел и за производители, и за учени. От една страна, самите строителни обекти стават все по-дигитални, от друга страна дигитализацията навлиза в строителните инженерни услуги, фабричните процеси, планирането, строителните машини, дори в повишаване на безопасността.

Ще има много трудности за преодоляване, но пътят вече се вижда, а световни изложения, като Bauma Munich, дават възможност за обсъждане на различни аспекти, идеи, концепции и достижения. Няма съмнение, че строителната площадка на утрешния ден ще бъде възможна само след задълбочени научни изследвания, иновативни разработки от производителите, усилия от страна на строителните компании и подкрепа от институциите. Тук ще набележим при кои строителни дейности и по какъв начин дигитализацията води към оптимизиране на ефективността, намаляване на разходите, повишаване на безопасността, автоматизиране на работните процеси.

Революционна концепция за строителство на подземни структури

Вече е стартиран проектът GeoProduktion 4.0. Изследванията се провеждат от Института по строителна информатика на Техническия университет в Дрезден. В основата на проекта е киберфизическа система (CРS), вградена в BIM, за динамично адаптиране на производството при изграждане на геотехнически структури. CPS е компютърна система, в която даден механизъм се контролира или наблюдава от компютърно базирани алгоритми. В киберфизическите системи физическите и софтуерните компоненти са тясно преплетени, способни са да работят в различни пространствени и времеви мащаби, да проявяват множество и различни начини на поведение и да си взаимодействат според обстоятелствата. CPS включва трансдисциплинарни подходи, обединяващи теорията на кибернетиката, мехатрониката, дизайна и науката за процесите. Може да се каже, че CPS е подобен на Интернет на нещата (IoT), но осигурява по-добри възможности за комбиниране и координация между физически и изчислителен елемент.

Проектът GeoProduktion 4.0 има за цел да бъде цялостна инженерно-производствена система за управление на информацията за динамично моделиране, анализ на производителността и идентифициране на базата на симулация. Проектът трябва да изведе геотехническия производствен процес на абсолютно ново ниво чрез CPS-подхода, с който ще се обхващат компонентите на онлайн мониторинга, онлайн идентификацията на геоструктурата, базирана на симулация, с усъвършенствани свързани нелинейни механични модели, компютри с огромни възможности, максимална прецизност при наблюдение и отчитане на данни с нови сензори и оптимизирани сензорни системи, онлайн управление на риска и предупреждение, своевременно коригиране на строителния процес чрез симулация на алтернативи и итерационно оразмеряване, докато е необходимо, на подземни структурни елементи, предимно носещи конструктивни елементи от геотехническите конструкции.

Прецизността на идентификацията на системата е изключителна, с повече автоматично генерирани варианти и свързаните с тях симулация и последваща обработка. Това е революция в изграждането на всички видове подземни конструкции (изкопни ями, тунели, галерии, водостоци и др.). Ще се подобри производствения процес, безопасността, надеждността и ще се оптимизира подземното строителство. ИКТ-процесът е почти изцяло автоматизиран. ИКТ, или “информационни и комуникационни технологии”, са инфраструктурата и компонентите, които се осигуряват от компютри. Процесът ИКТ автоматично генерира и изчислява хиляди сценарии, които могат непрекъснато да се сравняват с измервания, за да се избере най-добрия сценарий.

BIM и цифровизацията

Знаем, че информационното моделиране на сгради BIM е цялостен процес на създаване и управление на информация за изграден актив. BIM интегрира мултидисциплинарни данни, за да създаде цифрово представяне на актив през целия му жизнен цикъл, от проучването и проектирането до изграждането и експлоатацията. Една от крачките в това направление е пускането на свободно достъпни 3D модели на строително оборудване за използване с BIM. Създават се виртуални модели на някои от най-използваните строителни машини, които да бъдат достъпни в една BIM библиотека на уебсайта на съответната компания-производител. Специалистите, които работят в BIM среда и имат нужда от конкретна строителна машина, ще могат лесно да изтеглят и да въведат цифрово тези машини в собствените си цифрови работни среди. Информационното моделиране на сгради (BIM) е от ключово значение за спестяване на време и пари.

По тази логика се мисли и за дигитализацията при недвижимите имоти. Идеята е, че подобно на моделирането на строителни инженерни услуги, сложните производствени процеси също могат да бъдат симулирани, и планирането да достигне нива на точност и целесъобразност, немислими доскоро. BIM изследователски проект, който в момента се провежда от Fraunhofer Building Innovation Alliance, описва сложни фабрични процеси, които могат да бъдат интегрирани в BIM и използвани за планиране. “BIMFab Demonstrator” поддържа тестване на различни алтернативи за фабрично планиране на базата на IFC модели. IFC е съкращение от International Foundation Class и файловете, използващи IFC формат, са файлове за информационно моделиране на сгради (BIM). За разлика от други BIM файлови формати, IFC файловете са неутрални за платформата и могат да бъдат четени и редактирани от всеки BIM софтуер.

Интегрирани в облакa строителни обекти?

Облаците и дигитализацията помагат за оптимизиране на ефективността и намаляване на разходите. Софтуерни компании вече ползват интегрирани решения за планиране и строителство, базирани на модели. Новите начини за мобилност позволяват пълна интеграция в света на iTWO. Това е облачна платформа, която предоставя корпоративна облачна технология, основана на 5D BIM c AI интеграция, за строителни компании, проектанти, инвеститори и др. Програмите за дигитални строителни обекти свързват всички строителни дейности с решението iTWO чрез облака. Те оптимизират връзката между строителните обекти и ръководството на компанията. Например компанията за строителни материали Cemex предлага пълна платформа за цифрови услуги от край до край в 18 държави. Платформата следи всички административни процеси на клиента, които са прозрачни, тъй като всички параметри се проследяват в реално време чрез GPS.

Дори графиците на превозните средства могат да бъдат оптимално създадени. Има интегрирани решения за управление на автопаркове от миксери. Сензор регистрира посоката на въртене на барабана и записва операцията по разтоварване. Потокът от данни минава през специален интерфейс към устройство за проследяване и след това - към контролера за изпращане. Усъвършенстваните програми за планиране са опора в кофражната технология. Създадена е дигитална система, която ще помогне на геодезистите и строителните екипи бързо и прецизно да настроят стенен кофраж за самокатерещи се системи. Ключът са сензорите, които са прикрепени към определени точки на кофража и комуникират безжично с централен процесор.

Оптимизиране и справяне с разходите

По време на строителство винаги възникват непредвидени разходи. Досега това непланирано увеличение беше трудно за оценка и неподлежащо на застраховка. Сътрудничеството между застрахователна и софтуерна компании (Munch Re и RIB Software) създава първия в света застрахователен продукт за строителни проекти, базиран на IT (информационни технологии), и по-конкретно на iTWO 5D. Той е проектиран за моделно-ориентирано планиране и строителство с интегриран контрол на разходите и времето. Тази технология позволява строителни проекти да бъдат планирани, симулирани и наблюдавани виртуално и за първи път дава възможност да се осигури застрахователно покритие при допълнителни разходи за строежа.

Цифровизация при строителните машини

Дигитализацията си проправя път и при строителните машини. Целта е потенциалът на новите технологии да се използва за практични решения. Най-съвременните багери, кранове и булдозери са оборудвани с широк набор от сензори и комуникационни интерфейси. Данните, които се генерират от това оборудване, след анализ позволяват да се следи работата на машината, разхода на гориво и местоположенията, да се определи прогнозна поддръжка и да се определят по-точно оперативните разходи. Дигитализацията улеснява автоматизирането на работните процеси, а това може да реши проблема с недостига на квалифицирани работници, пред който е изправена строителната индустрия. Разработени са модели, които могат да се управляват почти автономно, като автономната трошачка на материали. Тя е стъпката, с която се преминава от настоящото, подложено на обстоен мониторинг, оборудване към автономно производство, чрез „интелигентни“, самообучаващи се машини.

Трошачката оценява изходния материал и крайните продукти чрез сензори и системи от камери, регистрира условията на натоварване на трошачното и конвейерното оборудване и оптимизира процесите на разделяне до лентови магнитни сепаратори и вятърни сита. Усъвършенствана система за управление валидира всички работни условия в реално време, извършва необходимите адаптации (настройка на пролуката на трошачката, скорост на ротора и др.) и изпраща стойностите в централата на компанията-производител чрез облака. „Цифров близнак“, компилиран там, съчетава реалните машинни данни с хилядите съхранени референтни данни. Постепенно, въз основа на иновативни сензорни системи и видеотехнология, мощни комуникационни и ИТ мрежи и технологични иновации, „изкуственият интелект“ си търси мястото в строителната техника.

Съвместното цифрово разбиране

Не може да се мисли за процеса, ако няма връзка между отделните участници. Универсалната комуникация на ниво "машина-машина" е абсолютно необходима. Международният стандарт ISO 15143-3 определя комуникационната схема, която да предоставя данни за състоянието на мобилните машини от сървъра на телематичен доставчик до клиентските приложения чрез Интернет. Данните се събират от мобилна машина с помощта на оборудване за регистриране на телематични данни и се съхраняват на сървър на доставчик на телематични услуги. Този документ е приложим за самоходни земекопни машини и мобилни пътностроителни машини, оборудвани с измервателни уреди за местоположение и време.

Именно за осигуряване на комуникацията между машини от различни производители две асоциации, на германската строителна индустрия и на машиностроителната индустрия, основават работната група Машини в строителството 4.0 (Machines in Construction MiC 4.0). Общото събрание на работната група Machines in Construction MiC 4.0 на 24.01.2020г. в Берлин пренася темата за стандартизираните машинни данни на стандарт ISO 15143-3 в следващата фаза. (Земекопни машини, кранове, специално гражданско строителство, пътно строителство, бетонова технология, инсталации за строителни материали и прикачни устройства са седемте клъстера на работната група Machine Data. Участващите компании са се споразумели за отделните параметри за еднакво разбиране на данните за състоянието на машината.)

След споразумението за еднакво разбиране на данните, фокусът вече е върху данните за строителния процес. Общата цел на сътрудничеството между производители и потребители е система за осигуряване на качеството, която да гарантира единен стандарт за строителната индустрия. Сега е важно да бъдат внедрени на пазара разработените стандарти и те да бъдат проверявани от неутрален орган. Това изисква тестов център за интерфейси, одити за съответствие и сертификати. Работната група MiC 4.0 се е заела с изработването на работеща система за осигуряване на качеството.

Стъпките към автономните машини започват от най-простите действия. За да е възможно процесите на един строителен обект да протичат по един по-интелигентен, а в бъдеще - автономен начин, първо трябва да има стандартизирани данни за състоянието на машините. Това започва с информацията дали машината е включена или изключена! Досега всеки производител е дефинирал това сам. Сега всички производители, ангажирани с MiC 4.0, ще се съобразяват с единните критерии.

Стандартизирано ръководство за оператора на строителни машини

Важна задача стои и пред дизайнерите на строителни машини. Нови функции, операционни системи, задачи за комуникация и документиране, всички помощни системи, които се проектират да опростяват операциите, ще доведат до нови контролни елементи и дисплеи в кабината. Това ще увеличи изискванията към оператора в процеса на работа. Засега се очертават два изхода от тази дилема: използване на симулатори за обучение и стандартизиране на елементите. Още през 2018г. е създаден Cluster HMI, алианс от производители на машини и компоненти, строителни компании, търговски асоциации и университети. Той трябва да създаде първите стандарти за насоки на оператора, пиктограми и контролни архитектури. Целта е да се намали времето за учене, което е необходимо на служителите при смяна на обслужваните машини.

Приложение улесняващо лизинга на машини

Някои производители използват вечно присъстващия смартфон като основа на своите нови продукти. Създадено е приложение, предназначено за лизингови компании в строителната индустрия. То предоставя лесен начин за събиране на всички документи, които са необходими за предаване на оборудването, и съхраняването им в облака. Машините се идентифицират чрез QR код и се проверяват с помощта на индивидуални контролни списъци на смартфона. Потребителите и наемодателите могат цифрово да документират повреди и дефекти в снимки и текстове.

Интелигентни системи улесняват водачите

Сензорите също се проектират, за да направят машините по-умни. Разработени са интелигентни асистентски системи за големи колесни товарачи, които използват сензори за разграничаване между хора и статични обекти. Когато бъдат открити хора в опасната зона, системата изпраща предупреждение при по-голямо разстояние, отколкото за стени или колони. Друга интелигентна система, базирана на камера, разпознава хора и обекти на неравен терен и предупреждава водача за потенциални опасности.

Автоматизираните функции не само повишават безопасността на строителните обекти. Те предпазват шофьорите от умора и помагат на сравнително неопитните да бъдат по-продуктивни. Има нови компактни модели челни товарачи с електрохидравлично управление. С повече от 20 сензора и 20 електрохидравлични задвижвания, системата предупреждава водачите за грешки и оптимизира работата на машината, за да пести гориво. Машините повишават производителността и енергийната ефективност и намаляват общите оперативни разходи. Дори предпазните каски могат да бъдат цифрови. Спряхме се на идеи, тенденции, иновативни търсения. Най-хубавото е, че те се превръщат в реални постижения, и по-подробна информация може да се срещне на големите строителни изложения.