Интеграция BIM и ГИС технологий в целях обеспечения экологической безопасности строительства

_ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ / ENGINEERING_

DOI: https://doi.org/10.23670/IRJ.2020.95.5.004

ИНТЕГРАЦИЯ BIM и ГИС ТЕХНОЛОГИЙ В ЦЕЛЯХ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ

БЕЗОПАСНОСТИ СТРОИТЕЛЬСТВА

Научная статья

Абрамян С.Г.1' *, Котляревская А.В.2, Оганесян О.В.3, Бурлаченко А.О.4, Дикмеджян А.А.5

1 ORCID: 0000-0002-3938-1096; i, 3, 4, 5 Волгоградский государственный технический университет, Волгоград, Россия;

2 Университет РУДН, Москва, Россия

* Корреспондирующий автор

Аннотация

В статье рассматривается возможность обеспечения экологической безопасности строительства за счет внедрения BIM-технологий. Подчеркивается важность интеграции двух мощных информационных систем моделирования — BIM и GIS, применяемых в строительстве, а также необходимость доработки некоторых основополагающих моментов этой интеграции. С помощью обзора ряда научных публикаций выявлено, что эволюция системы BIM-технологий привела к тому, что в настоящее время она используется для решения различных управленческих задач, например эффективное управление людскими, энергетическими, материальными ресурсами на строительной площадке, контроль качества выполнения работ и т. д.

Ключевые слова: экологическая безопасность, организация строительства, эффективность внедрения BIM, интеграция BIM- и GIS-технологий.

INTEGRATION OF BIM AND GIS TECHNOLOGIES IN ORDER TO ENSURE ENVIRONMENTAL SAFETY OF

CONSTRUCTION

Research article

Abramyan S.G.1' *, Kotlyarevskaya A.V.2, Oganesyan O.V.3, Burlachenko A.O.4, Dikmedjyan A.A.5

1 ORCID: 0000-0002-3938-1096;

1 3 4 5 Volgograd State Technical University, Volgograd, Russia;

2 RUDN University, Moscograw, Russia

* Corresponding author

Abstract

The paper discusses the possibility of ensuring environmentally safe construction through the adoption of BIM technologies. It underlines the importance of integration of two powerful information modeling systems used in construction -BIM and GIS, and the elaboration of certain basic aspects of this integration. An overview of some scientific publications helped make a conclusion that the evolution of the BIM technologies has brought this system to the point where it is currently used for solving various management tasks, for example, management of workforce, utilities, material resources on construction site, assurance of work quality etc.

Keywords: environmental safety, organization of construction, efficiency of BIM implementation, integration of BIM and GIS technologies.

Введение

Экологическая безопасность строительства является одним из основополагающих направлений устойчивого развития строительного производства. Развитие информационных технологий, появление компьютеров с большой информационной мощностью, доступ к Интернету открыли совершенно новые возможности обеспечения экологической безопасности в строительстве. Информационные технологии позволяют оптимизировать технологические процессы в строительстве по экологическим критериям, провести мониторинг выполненных работ и эксплуатируемых машин, благодаря полученным информационным данным контролировать использование энергетических ресурсов, например при помощи беспилотных летательных аппаратов.

Основной текст

Анализ существующих компьютерных технологий показывает, что экологическая безопасность [1], [2], [3] и охрана труда [4] ,[5], [6] на строительной площадке с максимальной результативностью обеспечивается за счет применения BIM (Building Information Modeling)-технологий.

Если изначально система BIM-технологий толковалась как процесс создания модели, а готовая модель строительной системы как результат этого процесса, то в настоящее время система BIM-технологий воспринимается совершенно по-другому. Эволюция системы BIM-технологий привела к тому, что сегодня она используется для решения различных управленческих задач, например эффективное управление людскими, энергетическими, материальными ресурсами на строительной площадке [7], качеством выполнения работ [8].

В исследовании [9] определяется, что внедрение BIM-технологий приводит к значительному сокращению продолжительности строительства, тем самым решая одну из важнейших проблем всех строительных компаний — повышение фактической продолжительности строительства по сравнению с нормативной. Этой проблеме посвящена обзорная статья [10], где на основе анализа 493 статей выявляются причины «задержки своевременной сдачи объектов в эксплуатацию» в 29 странах мира, том числе в «Иране, Индии, Турции, Бангладеш, Саудовской Аравии,

Объединенных Арабских Эмиратах (ОАЭ), Камбодже, Омане, Малайзии, Тайване, Китае, Вьетнаме, США, Великобритании, Египте».

Экологическая безопасность на строительной площадке обеспечивается за счет сокращения или соблюдения нормативной продолжительности строительства, что, в свою очередь, зависит от ряда прямых и косвенных, внутренних и внешних факторов, к которым относятся правильная организация труда на строительной площадке, выбор необходимых машин и механизмов, привлечение квалифицированных рабочих и др.

Все это в конечном итоге приводит к уменьшению количества отходов строительных материалов, выбросов вредных веществ от работающих машин и механизмов, снижению коэффициента использования строительной площадки, увеличению коэффициентов использования машин по времени и грузоподъемности и т. д., в целом к сохранению экологического равновесия окружающей среды.

В публикациях [11], [12] также рассматриваются вопросы моделирования календарного планирования линейно-протяженных сооружений на примере конкретного объекта в целях обеспечения экологической безопасности выполнения работ на строительной площадке.

Правильность решения управленческих задач, связанных с внедрением BIM-технологий, зависит от совершенства общей среды данных (CDE — Common Data Environment), которая включает несколько различных информационных сред (проектировщиков, заказчиков, генподрядную и субподрядную организации, поставщиков и т. д.).

Отметим, что высокая эффективность внедрения BIM-технологий, особенно при реконструкции зданий [13], [14], специальных и линейно-протяженных сооружений, может быть достигнута путем интеграции BIM- и GIS (Geographic Information System)-технологий. Авторы научных публикаций [9], [15], [16] доказывают, что «интеграция информационного моделирования зданий (BIM) и геоинформационной системы (GIS) в значительной степени зависит от обмена данными между этими двумя системами» и часто при расширении совместимости этих двух систем возникают некоторые потери информации. Новый подход интеграции вышеуказанных информационных систем, а именно создание открытого исходного кода для передачи информации, рассматривается авторами работы [16].

Однако такой подход применим не ко всем объектам, так как некоторые строительные системы в целях экономической безопасности полностью шифруются. Тем не менее цифровое представление объектов строительства без GIS-технологий невозможно, так как на современном этапе развития BIM-технологии «фокусируются на микроуровне представления самих зданий, а ГИС обеспечивают представление внешнего окружения зданий на макроуровне» [15]. Авторы подчеркивают, что должны существовать как минимум три типичных режима интеграции BIM—GIS: 1. BIM приводит и GIS поддерживает; GIS ведет и BIM поддерживает; BIM и GIS участвуют в равной степени.

Особый интерес по обеспечению безопасности и простоты выполнения земляных работ при капитальном ремонте магистральных трубопроводов с интеграцией BIM и GIS представляет авторский подход в [17]. В предложенной автором организационной модели вскрытия участка трубопровода выявляются основные положительные стороны BIM и GIS: «исключение непроизводственных перемещений; снижение расхода топлива; сокращение выбросов в атмосферу; повышение производительности; сокращение сроков выполнения подготовительных процессов для осуществления земляных работ». Мощность интеграции BIM и GIS может быть также фундаментальной основой для создания интеллектуальной городской среды [18]. Системное объединение потенциалов BIM и GIS откроет новые возможности «на принципиально новом уровне проектировать, строить и эксплуатировать современные здания и сооружения, осуществлять мониторинг их безопасности» [19].

Интеграция двух мощных информационных систем может содействовать обеспечению не только экологической безопасности на строительной площадке, но и безопасному функционированию строительных объектов на всех этапах жизненного цикла и, по нашему мнению, в настоящий момент она нуждается в некоторых доработках. Считаем, что интеграционная модель BIM и GIS должна включать несколько этапов экологического планирования организации строительного производства:

- создание модели и разработка календарного плана производства работ (с помощью BIM);

- моделирование и разработка графиков движения людских и технических ресурсов, с привязкой с разработанным календарным планом с применением BIM;

- привязка объекта к конкретной местности строительства и разработка строительного генерального плана (равноценное участие GIS и BIM);

- определение максимальных выбросов вредных веществ: а именно оксидов азота в пересчете на NO2 и углерода, диоксидов углерода и серы, метана, аммиака, закиси азота, неметановых углеродов и различных твердых частиц, пыли и т.д. от работающих машин, механизмов;

- сравнение расчетных значений с предельно допускаемыми концентрациями (ПДК), с целью выявления их влияния на окружающую природно-техногенную систему (равноценное участие GIS и BIM);

- при необходимости корректировки полученных данных (допустим расчетные значения выбросов вредных веществ выше ПДК) нужно создать новую модель экологического планирования.

Заключение

Таким образом, на основе анализа ряда научных публикаций, в том числе зарубежных, входящих в наукометрические базы данных WoS и SCOPUS выявлено, что интеграция BIM и GIS позволяет основательно перейти к новому подходу экологического планирования организации строительного производства. И здесь можно рассматривать как минимум двухвариантное проектирование новой модели экологического планирования: снижение выбросов вредных веществ за счет уменьшения количества одновременно работающих машин и механизмов путем переноса дат начала и окончания некоторых технологических процессов или замены принятых в планировании машин и механизмов на машины с экологозащитными техническими характеристиками, так как выбросы вредных веществ зависят не только от количества машиносмен работы механизма, мощности двигателя, но и от «старения двигателя» машины. Выбор оптимального варианта должен быть обоснован не только полученным экономическим

эффектом, но и размером предотвращенного экологического ущерба.

Конфликт интересов Conflict of Interest

Не указан. None declared

Список литературы / References*

1. Dos Santos JE. Innovations in the Civil Construction Sector Provided by Information Technologies / JE Dos Santos, CX Galhardo, VML dos Santos // Revista Geintec-Gestao Inovacao E Tecnologias. - Vol. 9. - Issue 4. - 2019. - P. 5131-5145. DOI: 10.7198/geintec.v9i4.1382.

2. Jin RY. Integrating BIM with building performance analysis in project life-cycle / RY Jin, BT Zhong, L. Ma, A. Hashemi, LY Ding // Automation in Construction. - Vol. 106. - 2019. - Article Number: UNSP 102861.

3. Ma WN. Comprehensive Performance Evaluation Method of Green Materials for Coastal Buildings Based on BIM / WN Ma, YD Yin, G. Yang, Q. Li, BR Lu // Journal of Coastal Research. - Spec. Issue 93. - 2019. - P. 304-309. DOI: 10.2112/SI93-040.1.

4. Okakpu A., Exploring the environmental influence on BIM adoption for refurbishment project using structural equation modeling / A. Okakpu, A., Tookey J. Ghaffarianhoseini, J. Haar, A. Ghaffarianhoseini // Architectural Engineering and Design Management. - 2019. - DOI: 10.1080/17452007.2019.1617671.

5. Shafique M. An Overview of Construction Occupational Accidents in Hong Kong: A Recent Trend and Future Perspectives / M. Shafique, M. Rafiq //Applied Sciences-Basel. - Vol. 4. - Issue 10. - 2019. - Article Number: 2069.

6. Shuang D. An experimental study of intrusion behaviors on construction sites: The role of age and gender / D. Shuang, L. Heng, M. Skitmore, Y. Qin // Safety Science. - Vol. 115. - 2019. - P. 425-434. DOI: 10.1016/j.ssci.2019.02.035.

7. Yu ZB. Smarter construction site management using the latest information technology / ZB Yu, HT Peng, XY Zeng, M. Sofi, H. Xing, ZY Zhou // Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Civil Engineering. - Vol. 172 (Iss. 2) - 2019. - P. 89-95. DOI: 10.1680/jcien.18.00030.

8. Jayasinghe RS. Information-based quality management in reverse logistics supply chain A systematic literature review / RS Jayasinghe, N. Chileshe, R. Rameezdeen // Benchmarking-An International Journal. -Vol. 26. - Issue 7. - 2019. - P. 2146-2187. DOI: 10.1108/BIJ-08-2018-0238.

9. Sepasgozar SME. Delay Causes and Emerging Digital Tools: A Novel Model of Delay Analysis, Including Integrated Project Delivery and PMBOK / SME Sepasgozar, R. Karimi, S. Shirowzhan, M. Mojtahedi, S. Ebrahimzadeh, D. McCarthy // Buildings. -Vol. 9. - Issue 9. - 2019. - Article Number: 191.

10. Pavlovskis M. Ranking of Heritage Building Conversion Alternatives by Applying BIM and MCDM: A Case of Sapieha Palace in Vilnius / M. Pavlovskis, D. Migilinskas, J. Antucheviciene, V. Kutut // Symmetry-Basel. -Vol. 11. - Issue 8. - 2019. - Article Number: 973. DOI: 10.3390/sym11080973.

11. Abramyan S.G. Modeling of Construction Processes for a Specific Object Based on Environmental Parameters / S.G. Abramyan, O.V. Burlachenko, O.V. Oganesyan // Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. - 2017. - Vol. 12. - Issue 7 (106). - P. 797-803. DOI: 10.22227/1997-0935.2017.7.797-803.

12. Абрамян С.Г. Экологическая обоснованность обеспечения необходимого состава парка машин при капитальном ремонте линейной части магистрального трубопровода / С.Г. Абрамян, В.В. Фоминова // Интернет-журнал «Транспортные сооружения». - 2017. - Том 4. - №4. - C.9. URL: today/PDF/11TS417. pdf. DOI: 10.15862/11TS417

13. Sztwiertnia D. HBIM (heritage Building Information Modell) of the Wang Stave Church in Karpacz - Case Study / D. Sztwiertnia, A. Ochalek, A. Tama, P. Lewinska // International Journal of Architectural Heritage. - 2019. DOI: 10.1080/15583058.2019.1645238.

14. Ding ZK. A digital construction framework integrating building information modeling and reverse engineering technologies for renovation projects / ZK Ding, S. Liu, LH Liao, L. Zhang // Automation in Construction. - Vol. 102. -2019. - P. 45-58.

15. Wang H. Integration of BIM and GIS in sustainable built environment: A review and bibliometric analysis / H. Wang, Y. Pan, XC Luo // Automation in Construction.-Vol. 103, - 2019.-P. 41-52. DOI: 10.1016/j.autcon.2019.03.005.

16. 16. Zhu JX. Integration of BIM and GIS: Geometry from IFC to shapefile using open-source / JX Zhu, XY Wang, P. Wang, ZY Wu, MJ Kim // Automation in Construction. - Vol. 102. - 2019. - P. 105-119. DOI: 10.1016/j.autcon.2019.02.014.

17. Ахмедов А.М. Совершенствование подготовительных процессов при осуществлении земляных работ на линейной части магистральных трубопроводов / Ахмедов А.М. // Инженерный вестник Дона. - 2017. - №1. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2017/3952.

18. Серая Е.С. Интеллектуальная городская среда. Интеграция ГИС и BIM. [Electronic resource] / Серая Е.С., Шеина С.Г., Петров К.С., Матвейко Р.Б // Инженерный вестник Дона. - 2019. - №1. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2019/5495

19. Минаев В.А. Интеграция BIM-технологий и моделей геодинамических рисков на территории застройки. . Минаев В.А., Мохов А.И., Фаддеев А.О., Кузьменко Н.А // Технологии техносферной безопасности. - 2016. - №1(65). - С. 263- 273.

Список литературы на английском языке / References in English*

1. Dos Santos JE. Innovations in the Civil Construction Sector Provided by Information Technologies / JE Dos Santos, CX Galhardo, VML dos Santos // Revista Geintec-Gestao Inovacao E Tecnologias. - Vol. 9. - Issue 4. - 2019. - P. 5131-5145. DOI: 10.7198/geintec.v9i4.1382.

2. Jin RY. Integrating BIM with building performance analysis in project life-cycle / RY Jin, BT Zhong, L. Ma, A. Hashemi, LY Ding // Automation in Construction. - Vol. 106. - 2019. - Article Number: UNSP 102861.

3. Ma WN. Comprehensive Performance Evaluation Method of Green Materials for Coastal Buildings Based on BIM / WN Ma, YD Yin, G. Yang, Q. Li, BR Lu // Journal of Coastal Research. - Spec. Issue 93. - 2019. - P. 304-309. DOI: 10.2112/SI93-040.1.

4. Okakpu A., Exploring the environmental influence on BIM adoption for refurbishment project using structural equation modeling / A. Okakpu, A., Tookey J. Ghaffarianhoseini, J. Haar, A. Ghaffarianhoseini // Architectural Engineering and Design Management. - 2019. - DOI: 10.1080/17452007.2019.1617671.

5. Shafique M. An Overview of Construction Occupational Accidents in Hong Kong: A Recent Trend and Future Perspectives / M. Shafique, M. Rafiq //Applied Sciences-Basel. - Vol. 4. - Issue 10. - 2019. - Article Number: 2069.

6. Shuang D. An experimental study of intrusion behaviors on construction sites: The role of age and gender / D. Shuang, L. Heng, M. Skitmore, Y. Qin // Safety Science.- Vol. 115. - 2019. - P. 425-434. DOI: 10.1016/j.ssci.2019.02.035.

7. Yu ZB. Smarter construction site management using the latest information technology / ZB Yu, HT Peng, XY Zeng, M. Sofi, H. Xing, ZY Zhou // Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Civil Engineering. - Vol. 172 (Iss. 2) - 2019. - P. 89-95. DOI: 10.1680/jcien.18.00030.

8. Jayasinghe RS. Information-based quality management in reverse logistics supply chain A systematic literature review / RS Jayasinghe, N. Chileshe, R. Rameezdeen // Benchmarking-An International Journal. -Vol. 26. - Issue 7. - 2019. - P. 2146-2187. DOI: 10.1108/BIJ-08-2018-0238.

9. Sepasgozar SME. Delay Causes and Emerging Digital Tools: A Novel Model of Delay Analysis, Including Integrated Project Delivery and PMBOK / SME Sepasgozar, R. Karimi, S. Shirowzhan, M. Mojtahedi, S. Ebrahimzadeh, D. McCarthy // Buildings. -Vol. 9. - Issue 9. - 2019. - Article Number: 191.

10. Pavlovskis M. Ranking of Heritage Building Conversion Alternatives by Applying BIM and MCDM: A Case of Sapieha Palace in Vilnius / M. Pavlovskis, D. Migilinskas, J. Antucheviciene, V. Kutut // Symmetry-Basel. -Vol. 11. - Issue 8. - 2019. - Article Number: 973. DOI: 10.3390/sym11080973.

11. Abramyan S.G. Modeling of Construction Processes for a Specific Object Based on Environmental Parameters / S.G. Abramyan, O.V. Burlachenko, O.V. Oganesyan // Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. - 2017. - Vol. 12. - Issue 7 (106). - P. 797-803. DOI: 10.22227/1997-0935.2017.7.797-803. [in Russian]

12. Abramyan S.G. Jekologicheskaja obosnovannost' obespechenija neobhodimogo sostava parka mashin pri kapital'nom remonte linejnoj chasti magistral'nogo truboprovoda [Ecological validity of providing the required composition fleet during overhaul of the linear part of the pipeline] / S.G. Abramyan, V.V. Fominova // Internet-zhumal «Transportnye sooruzhenija» [Russian journal of transport engineering] - 2017. - Vol. 4, - № 3. - P.9. Available at:t-s.today/PDF/11TS417.pdf. DOI: 10.15862/11TS417. [in Russian]

13. Sztwiertnia D. HBIM (heritage Building Information Modell) of the Wang Stave Church in Karpacz - Case Study / D. Sztwiertnia, A. Ochalek, A. Tama, P. Lewinska // International Journal of Architectural Heritage. - 2019. DOI: 10.1080/15583058.2019.1645238.

14. Ding ZK. A digital construction framework integrating building information modeling and reverse engineering technologies for renovation projects / ZK Ding, S. Liu, LH Liao, L. Zhang // Automation in Construction. - Vol. 102. -2019. - P. 45-58.

15. Wang H. Integration of BIM and GIS in sustainable built environment: A review and bibliometric analysis / H. Wang, Y. Pan, XC Luo // Automation in Construction.-Vol. 103, - 2019.-P. 41-52. DOI: 10.1016/j.autcon.2019.03.005.

16. Zhu JX. Integration of BIM and GIS: Geometry from IFC to shapefile using open-source / JX Zhu, XY Wang, P. Wang, ZY Wu, MJ Kim // Automation in Construction. - Vol. 102. - 2019.-P. 105-119. DOI: 10.1016/j.autcon.2019.02.014.

17. Akhmedov A.M. Sovershenstvovanie podgotovitel'nyh processov pri osushhestvlenii zemljanyh rabot na linejnoj chasti magistral'nyh truboprovodov [The improvement of preparative processes during the earthworks on the linear main pipeline portion] [Electronic resource]/ A.M. Akhmedov // Inzhenernyj vestnik Dona [Ingineering journal of Don] - 2017. -№1. - P. 57. - URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2017/3952. (accessed:02.02.2020) [in Russian]

18. Seraya E.S. Intellektual'naja gorodskaja sreda. Integracija GIS i BIM [Smart urban environment. Integration of GIS and BIM] / E.S. Seraya, S.G. Sheina, K.S. Petrov, R.B. Matveyko // Inzhenernyj vestnik Dona [Ingineering journal of Don] -2019. - №1. - P. 106. - URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2019/5495[in Russian]

19. Minaev V.A. Integracija BIM-tehnologij i modelej geodinamicheskih riskov na territorii zastrojki [Integration of BIM-technologies and geodynamic risks models on building territory] / V.A. Minaev, A.I. Mokhov, A.O. Faddeev, N.A. Kuz'menko // Tehnologii tehnosfernoj bezopasnosti [Technosphere Safety of Technologies] - 2017. - № 1(65). - P. 263-273. [in Russian]