Специфика применения технологии "интернет вещей" в строительстве

Специфика применения технологии «интернет вещей» в строительстве

Колчин Владимир Николаевич

старший преподаватель, кафедра строительства объектов тепловой и атомной энергетики, ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет» (НИУ МГСУ), ksilocal2@mail.ru

Целью исследования было показать возможности современных информационных технологий в строительной отрасли, а также возможность совмещения различных информационных технологий, позволяющих повысить эффективность применяемых технологий эксплуатации строительного объекта.

В данной статье предлагается метод сбора, обработки и накопления информации о строительном объекте и процессе строительства, основанный на сочетании технологий интернета вещей, промышленного интернета вещей и технологии эксплуатации строительного объекта. Положительные эффекты внедрения современных информационных технологий в строительной отрасли и, в частности, от совмещения технологий интернет вещей и эксплуатации строительного объекта позволяют повысить эффективность систем эксплуатации строительного объекта. Наиболее важным является внедрение технологии интернет вещей в систему эксплуатации строительного объекта на стадии проектирования или возведения строительного объекта так как эффект от внедрения на данных стадиях будет наиболее максимальным.

Ключевые слова: интернет вещей, промышленный интернет вещей, вычислительные сети, беспроводные сети, идентификация и авторизация, радиочастотная идентификация, коммуникация, построенная на линиях электропередачи, интернет устройство, технологий межмашинного взаимодействия, автоматизация и информатизация процессов в строительстве.

Современные информационные технологии развиваются настолько быстрыми темпами что проникают во все сферы жизнедеятельности человека. Современные информационные технологии позволяют получать, обрабатывать и передавать информацию, практически в неограниченных объёмах, в любой точке мира и о любом объекте и событии. Это крайне положительное свойство современных информационных технологий позволяет применять их в том числе и в строительной отрасли что является, на сегодняшний день, наиболее перспективным направлением в развитии информационных технологий и строительства.

Одной из перспективных информационных технологий в строительстве является система эксплуатации строительного объекта(далее СЭСО) которая позволяет обобщать и накапливать информацию о строительном объекте, а также позволяет в реальном времени получать информацию о состоянии строительного объекта и его отдельных элементах, контролировать состояние инженерных систем, планировать и прогнозировать мероприятия по проведению ремонта и периодического обслуживания[4].

Наиболее эффективно СЭСО функционирует если внедряется на стадии проектирования строительного объекта, в этом случае СЭСО наполняется информацией с самого раннего этапа жизненного цикла строительного этапа, что в свою очередь гарантирует наиболее полное представление о строительном объекте.

Достаточно длительное применение СЭСО в строительной отрасли как за рубежом так и в России показало ряд недостатков таких систем, а именно необходимость применения специализированного строительного оборудования для работы с которым требуется специалист с соответствующей квалификацией или строительный инженер, и необходимость использовать многочисленные экспертные группы проводящие обследования строительных конструкций и инженерных систем каждый раз когда требуется актуализация имеющихся данных. Данные недостатки наиболее выражены именно на начальных этапах жизненного цикла строительного объекта так как именно в эти периоды происходит наибольшее число изменений и нововведений в проекте строительного объекта, а при возведении строительного объекта требуется постоянный контроль всех строительных процессов и работ. В значительной степени данные недостатки усугубляются при возведении и эксплуатации строительных объектов с высокой степенью уникальности. В таких объектах применяются уникальные конструктивные решения требующие более тщательного контроля, для этого требуется привлечение дополнительных экспертных групп и оборудования что в свою очередь повышает вероятность возникновения так называемого человеческого фактора, в результате которого собранные данные могут быть случайно искаженны или неверно истолкованы, также введение больших объёмов данных в СЭСО может затянуться на длительный период времени и также привести к потере и порче введённых данных или снижению степени актуальности вводимых данных.

Для того чтобы обеспечить эффективную работоспособность СЭСО и уменьшить влияние вышеизложенных недостатков необходимо максимально автоматизировать ряд строительных процессов. Этого можно добиться применением технологии интернета вещей.

Интернет вещей (англ. Internet of Things, IoT) - это новейший принцип организации информационно-вычислительных компьютерных сетей объединяющих как компьютеры так и устройства(«вещи»), имеющие специализированные контрольно-измерительные датчики и собственным независимым программным обеспечением обеспечивающим дистанционное управление и контроль, а так же в автоматизированном режиме, с целью обеспечения взаимодействия этих устройств между собой для сбора, обмена, передачи и накопления данных в автоматизированном режиме о различных объектах, процессах и операциях.

Фактически речь идёт о, постоянно повторяющихся и монотонных, несложных операциях которые могут выполнятся в автоматизированном режиме или полностью без участия человека, с сохранением уровня качества. В целом можно говорить даже о

О

3

ю

5

г

5

сч

1Л £

Б

а

2 ©

том что при применении современных технологий качество выполнения операции возрастает, в первую очередь за счёт уменьшения или полного исключения так называемого человеческого фактора.

Для обеспечения передачи и обмена данными могут использоваться любые доступные информационные технологии передачи информации, как проводные так и беспроводные. Для беспроводных сетей наиболее важным аспектом является обеспечение стабильности работы сети на больших дистанциях и помехозащищённости.

Проводные технологии позволяют использовать уже существующие сети снабжения электроэнергией, так называемая технология PLC(Power Line Communication).[1] Преимущество данной технологии заключается в том что вся необходимая инфраструктура уже существует и огромное количество устройств уже к ней подключена. В качестве примера можно привести электросчётчик который не только регистрирует потреблённое количество электроэнергии но так же в автоматическом режиме отправляет эти данные в электрокомпанию по средством электросети.

Задействование в «интернете вещей» предметов физического мира, не обязательно оснащённых средствами подключения к сетям передачи данных, требует применения технологий идентификации этих предметов («вещей»). Хотя толчком для появления концепции стала технология RFID, но в качестве таких технологий могут использоваться любые средства, применяемые для автоматической идентификации. При глубокой интеграции технологии «интернета вещей» в существующие технологии принципиально важно обеспечить уникальность идентификаторов объектов, что, в свою очередь, требует внедрения стандартизации.[2]

Важнейшим фактором развития интернета вещей является наличие в устройствах интернета вещей контрольно измерительных средств позволяющих преобразовывать сведения об объектах, процессах и операциях в цифровую форму для дальнейшего накопления и обработки по средством самой сети интернета вещей, то есть любых устройств входящих в эту сеть и взаимодействующих между собой. Это означает что технология интернет вещей не только фактически объединяет различные устройства в рамках сети но обеспечивает автоматизированное взаимодействие контрольно-измерительных, исполнительных и вычислительных устройств то есть

обеспечивает межмашинное взаимодействие.

Как особая практическая проблема внедрения технологии «интернета вещей» отмечается необходимость обеспечения максимальной автономности средств измерения, прежде всего, проблема энергоснабжения датчиков. Нахождение эффективных решений, обеспечивающих автономное питание сенсоров (использование фотоэлементов, преобразование энергии вибрации, воздушных потоков, использование беспроводной передачи электричества), позволяет масштабировать сенсорные сети без повышения затрат на обслуживание.[10]

Если рассматривать данную проблематику в строительной отрасли то серьёзных затруднений в применении средств измерения не возникает так как на строительной площадке есть возможность располагать средства измерения как на мачтах освещения, дополнительном оборудовании, существующих коммуникациях так и непосредственно на строительных машинах. Так же часть датчиков может располагаться на поверхностях строящегося здания(как внутри так и снаружи) и оснащаться маломощными источниками питания(такими как солнечные батареи) в виду их мизерного потребления энергии.

Информация получаемая от таких измерительных приборов играет важнейшую роль так как используется СЭСО как в процесс возведения здания или строительного объекта, с целью обеспечения контроля строительных процессов и соответствия их плановым показателям, так в процессе эксплуатации строительного объекта в системах эксплуатации и диспетчеризации зданий[5-7]. Более того, применение технологии «интернет вещей» позволяет значительно повысить эффективность системы эксплуатации зданий так как позволяет автоматизировать значительную часть процессов контроля для выполнения которых ранее требовалось применение экспертных групп и/или специализированных методов инструментального контроля.

Например большинство зарубежных коммерческих зданий уже имеют множество датчиков и систем интернета вещей. В соответствии с недавним докладом компании МсКтБеу, подключение датчиков интернета вещей может уменьшить затраты энергии в зданиях на 20% и может привести к почти 20-процентному увеличению производительности. Также недавнее исследование компании Р^ показывает что 35% компаний внедрили

интеллектуальные датчики для сбора подробных оперативных данных. Ещё 40% компаний планируют реализовать технологии интернета вещей в буду-щем.[11]

В качестве примеров реализации внедрения технологий интернета вещей можно привести следующие предприятия:

1) AkzoNobel - Предприятия по выпуску химической продукции в различных странах мира.

Цель внедрения - Повышение эффективности работы предприятий AkzoNobel

Для повышения эффективности функционирования бизнеса компании внедрены облачные технологии сбора, хранения и анализа данных.

Применяемые технологии позволили частично отказаться от постоянного присутствия на предприятии производственного персонала. Завод работает в непрерывном режиме 24/7 и в будние дни управляется дистанционно из офиса в Швеции на расстоянии 500 км. Производственный персонал работает непосредственно на предприятии только в выходные дни.

В ходе реализации проекта были достигнуты следующие результаты:

значительно сокращены затраты на оплату труда производственного персонала за счет снижения его числа;

существенно снижены затраты на функционирование информационной инфраструктуры компании за счет перехода на облачные технологии и отказа от использования значительного числа локальных серверов на предприятиях;

оптимизированы технологические процессы.[12]

2) GeneralElectric, Атланта, США -Центр по удаленному мониторингу и анализу данных компании GE

Цель внедрения - Осуществление непрерывного мониторинга газовых турбин, расположенных по всему миру, в непрерывном режиме.

Для снижения затрат клиентов, эксплуатирующих газовые турбины по всему миру, компанией GE внедрена и апробирована на практике система удаленного мониторинга состояния турбин. Получаемые данные о работе турбин поступают в центр обработки данных компании GE, где команда из более чем 20 специалистов осуществляет мониторинг данных о техническом состоянии турбин и принимает оперативные решения в случае возникновения потребности в их обслуживании или ремонте.

В ходе реализации проекта были достигнуты следующие результаты:

осуществлен переход от пакетной к непрерывной передаче данных по состоянию турбин;

значительно снижены трудозатраты на сбор и анализ данных по состоянию турбины;

требуемая емкость серверов для хранения данных сокращена в 10 раз;

стоимость разработки и эксплуатации баз данных снижена в четыре раза;

затраты на выгрузку и использование данных снижены в 10 раз;

повышена гибкость и эффективность использования трудовых ресурсов персонала. Совокупная экономия средств на оплату труда персонала оценивается в 9 млн USD в год;

затраты на разработку программного обеспечения сторонними разработчиками снижены на 3 млн USD;

совокупные выгоды для эксплуатирующих турбины предприятий оцениваются в 100 млн USD в год.[12]

3) Ярким примером применения концепции Интернета вещей в промышленности является проект компании Harley Davidson, которая производит мотоциклы. Основной проблемой, с которой столкнулась компания, была медленная реакция на запросы потребителей в условиях возросшей конкуренции и ограниченная возможность кастомизации выпускаемых моделей на стороне дилеров. C 2009 года по 2011гг. компания провела масштабную реконструкцию своих промышленных площадок, в результате чего была создана единая сборочная площадка, выпускающая любой тип мотоцикла с возможностью кастомиза-ции из более чем 1300 опций.

На протяжении всего производственного процесса используются датчики, управляемые системой . Каждый станок, каждая деталь имеет радио-метку, которая однозначно идентифицирует изделие и его производственный цикл. Данные от датчиков передаются в платформу, выполняющую функцию интеграционной шины для сбора данных с датчиков и различных информационных систем, как внутренних производственных и бизнес-систем компании Harley Davidson, так и информационных систем контрагентов компании.

В результате компания Harley Davidson достигла фантастических результатов:

Сокращение производственного цикла с 21 дня до 6 часов (каждые 89 секунд с конвейера сходит мотоцикл, полностью кастомизированный под своего будущего владельца).

Акционерная стоимость компании выросли более чем в 7 раз с уровня 10 долларов в 2009 году до 70 долларов в 2015 году.[13]

Как видно из выше перечисленных примеров применение технологии интернета вещей имеет ряд преимуществ позволяющих значительно повысить производительность целого предприятия. При этом, практически не имеет значения к какой отрасли относится это предприятие так как в производственных отраслях, таких как: машиностроение, строительство, энергетика и др. ряд производственных и информационных процессов схожи, а зачастую даже имеют общие корни. Технология интернет вещей обладает важнейшим свойством - универсальность, позволяющее внедрять и комбинировать её практически без ограничений.

Если рассматривать технологию интернет вещей в строительной отрасли то наиболее важным преимуществом технологии «интернет вещей» является то что вся собранная информация поступает и обрабатывается информационной системой эксплуатации в реальном времени и не требует непосредственного контроля человеком, что является ещё более важным для систем диспетчеризации так как позволяет в реальном времени проводить управляющие воздействия на инженерные системы здания, включая системы безопасности и контроля. Наличие информации собранной на стадии возведения здания в совокупности с информацией поступающей в процессе эксплу-атации[9] позволяет системе эксплуатации более точно прогнозировать и планировать периоды проведения ремонтных и восстановительных работ.

Тесное совмещение технологии «интернет вещей» с существующими технологиями в промышленности и индустрии породило новое понятие, именуемое «промышленный интернет вещей» или «индустриальный интернет».

IIoT (англ. Industrial Internet of Things) - промышленный интернет вещей это многоуровневая система, включающая в себя датчики и контроллеры, установленные на конкретных узлах и агрегатах промышленного объекта, средства передачи собираемых данных и их визуализации, мощные аналитические инструменты интерпретации получаемой информации, и многие другие компоненты.[3]

Технология «интернет вещей», на сегодняшний день, является самой быстро развиваемой, перспективной и наиболее востребованной технологией в промыш-

ленности, в частности в строительстве, эксплуатации и энергетике.

Таким образом предложенный метод совмещения технологии интернет вещей с СЭСО и системами диспетчеризации позволяет повысить эффективность систем СЭСО и диспетчеризации, а также повысить качество эксплуатации строительного объекта, что в свою очередь приводит к снижению экономических затрат при дальнейшей эксплуатации строительного объекта, за счёт уменьшения количества работ обслуживания, требующих ручного труда, снижения количества специализированного строительного и инженерного оборудования, уменьшения влияния человеческого фактора. Преимуществом данного метода является его универсальность что позволяет применять его на объектах строительства любой сложности и уникальности, также преимуществом является и высокая степень масштабируемости что позволяет оперативно расширять возможности систем СЭСО и диспетчеризации в процессе эксплуатации в результате непредвиденных изменений.

Литература

1. Olivier Hersent, David Boswarthick, Omar Elloumi. The Internet of Things: Key Applications and Protocols., Willey, 2012. 370 p.

2. Kevin Ashton. That 'Internet of Things' Thing. In the real world, things matter more than ideas., RFID Journal 2009.

3. Алексей Зенкевич., Какие тренды в развитии IIoT ожидать в 2017 году?

Интернет-журнал: CRN

Режим доступа: https://www.crn.ru/ news/detail.php?ID=117580, Дата обращения: 28.02.2016 г.

4. Malycha G.G., Kolchin V.N. Faciliti Management (FM) Information Systems, Key tasks and implementation tools., CIB W78 Dresden, Germany, Conference on Information Technology in Construction., 2005г. pp. 611 - 615.

5. Морозенко А.А., Информационный подход к решению организационных задач - основа прогресса в строительстве / / Промышленное и гражданское строительство. 2016. № 9. С. 57-60.

6. Гинзбург А.В., В1М-технологии на протяжении жизненного цикла строительного объекта // Информационные ресурсы России. 2016. № 5 (153). С. 2831.

7. Теличенко В.И., Морозенко А.А. Разработка структуры виртуальных организаций в инвестиционно-строительных проектах // Технология и организация

© 3

Ю i

Г

5

сч ni £

Б

2 ©

строительного производства. 2013. № 2 (3). С. 21-28.

8. Hua-Dong Ma, Internet of Things: Objectives and Scientific Challenges, Journal of Computer Science and Technology. November 2011. 26(6). P. 919-924.

9. Kunal Jain, Internet of Things (loT) and its impact on data science,

Интернет-портал: Analytics Vidhya

Режим доступа: https:// www.analyticsvidhya.com/blog/2015/04/ internet-of-things-impact-data-science, Дата обращения: 2015г.

10. Medvedev A.V., SENSING AS A SERVICE - NEW BUSINESS MODEL FOR THE INTERNET OF THINGS., Modern problems of science and education(ISSN 2070-7428 ). 2014. № 3.

11. Joseph Aamidor., How the Internet of Things in Buildings, Manufacturing and Agriculture Will Differ From Each Other,

Интернет-портал: GTM

Режим доступа: https:// www.greentechmedia.com/articles/read/ how-the-internet-of-things-will-differ-across-industries, Дата обращения: April 28, 2017.

12.Мировой опыт внедрения проектов в сфере Индустриального (Промышленного) Интернета вещей.

Интернет-портал: CRN

Режим доступа: https://www.crn.ru/ news/detail.php?ID=115959, Дата обращения: 6 декабря 2016 г.

13.Индустриальный (Промышленный) Интернет Вещей в мире и перспективы развития в России.

Интернет-портал: JSON.TV

Режим доступа: http://json.tv/ ict_telecom_analytics_view/mirovoy-opyt-vnedreniya-proektov-v-sfere-industrialnogo-promyshlennogo-interneta-veschey-i-perspektivy-ih-realizatsii-v-rossii-20160919061924, Дата обращения: 19 Сентября 2016.

14. Марина Король., «В россии проведено первое исследование по эффективности применения информационного моделирования в строительстве»

Интернет-портал: Concurator

Режим доступа: http://concurator.ru/ press_center/publications/?id_object=162, Дата обращения: 28.06.2016 г.

15. Ирина Дроздова., Интервью: BIM или не BIM: 4 «за», 4 «против»

Интернет-портал: Archi.ru

Режим доступа: http://archi.ru/russia/ 70983/bim-ili-ne-bim-4-za-4-protiv, Дата обращения: 25.10.2017г.

Specifics of use of «Internet of things» technology in construction

Kolchin V.N.

National research Moscow state construction university

The research objective was to show possibilities of modern information technologies in construction branch, and also a possibility of combination of various information technologies allowing to increase efficiency of the applied technologies of operation of a construction object.

In this article the method of collecting, processing and accumulation of information on a construction object and process of construction based on a combination of technologies of the Internet of things, the industrial Internet of things and technology of operation of a construction object is offered.

Positive effects of introduction of modern information technologies in construction branch and, in particular, from combination of technologies the Internet of things and operation of a construction object allow to increase efficiency of systems of operation of a construction object. The most important is introduction of technology the Internet prophetic in system of operation of a construction object on design stages or constructions of a construction object as the effect of introduction at these stages will be the most maximum.

Keywords: loT - Internet of things, IloT (Industrial Internet of Things) -industrial Internet of things, computer networks, wireless networks, authentication and authorization, RFID - Radio Frequency Identification, PLC (Power Line Communication) communication, built on power lines, Internet device, technology, machine-to-machine interaction, automation and computerization of processes in construction.

References

1. Olivier Hersent, David Boswarthick,

Omar Elloumi. The Internet of Things: Key Applications and Protocols., Willey, 2012. 370 p.

2. Kevin Ashton. That "Internet of Things" Thing. In the real world, things more than ideas., RFID Journal 2009.

3. Alexey Zenkevich. What trends in the

development of IIoT are expected in 2017?

Internet magazine: CRN

Access mode: https://www.crn.ru/ news/detail.php?ID=1 17580, Circulation date: February 28, 2016.

4. Malycha G.G., Kolchin V.N. Faciliti

Management (FM) Information Systems, Key tasks and implementation tools., CIB W78 Dresden, Germany, Conference on Information Technology in Construction., 2005. pp. 611-615.

5. Morozenko AA, Information approach

to solving organizational problems

- the basis for progress in construction / / Industrial and civil construction. 2016. vh 9. P. 57-60.

6. Ginzburg AV, §JI§-technologies during the life cycle of the building object // Information resources of Russia 2016. No. 5 (153). Pp. 28-31.

7. Telichenko VI, Morozenko AA Development of the structure of virtual organizations in investment-construction projects // Technology and organization of construction production. 2013. No. 2 (3). Pp. 2128.

8. Hua-Dong Ma Internet of Things:

Objectives and Scientific Challenges, Journal of Computer Science and Technology. November 2011. 26 (6). P. 919-924.

9. Kunal Jain, Internet of Things

and its impact on data science, Internet portal: Analytics Vidhya Access mode: https://

www.analyticsvidhya.com/blog/ 2015/04/internet-of-things-impact-data-science, Date of circulation: 2015y.

10. Medvedev AV., SENSING AS A SERVICE - NEW BUSINESS MODEL FOR THE INTERNET OF THINGS., Modern problems of science and education (ISSN 2070-7428). 2014. vh 3.

11. Joseph Aamidor., How the Internet of Things in Buildings, Manufacturing and Agriculture Will Differ From Each Other,

Internet portal: GTM Access mode: https://

www.greentechmedia.com/articles/ read/how-the-internet-of-things-will-differ-across-industries, Circulation Date: April 28, 2017.

12. World experience of implementing projects in the field of Industrial (Industrial) Internet of things.

Internet portal: CRN Access mode: https://www.crn.ru/ news/detail.php?ID=115959, Date of circulation: December 6, 2016.

13. Industrial (Internet) Internet Things in the world and prospects for development in Russia.

Internet portal: JSON.TV Access mode: http://json.tv/ ict_telecom_analytics_view/ mirovoy-opyt-vnedreniya-proektov-v-sfere-industrialnogo-promyshlennogo-interneta-veschey-i-perspektivy-ih-realizatsii-v-rossii-20160919061924, Date of circulation: 19 September 2016.

14. Marina Korol., «In Russia, the first study on the effectiveness of the use of information modeling in construction»

Internet portal: Concurator Access mode: http://concurator.ru/ press_center/publications/ ?id_object=162, Date of circulation: June 28, 2016.

15. Irina Drozdova., Interview: BIM or not BIM: 4 for, 4 against

Internet portal: Archi.ru Access mode: http://archi.ru/russia/ 70983/bimi-ili-ne-bim-4-za-4-protiv, Date of circulation: 25.10.2017.