реферат BIM технологии. БИМ. bim технологии
 Скачать 431.46 Kb.
|
|
МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Ижевский государственный технический университет имени М.Т.Калашникова» Приборостроительный факультет. Кафедра «Электротехника» Реферат Тема: «BIM технологии» Выполнил: студент группы Б21-832-1зу Филиппов Дмитрий Валерьевич Проверил: старший преподаватель кафедры «Электротехника» Вахрушев Евгений Владимирович Ижевск. 2023 Содержание Введение 2 1 Как функционирует BIM 5 2 Преимущества и недостатки использовании BIM технологии 7 3 Применение технологии в электроэнергетике 12 Список использованной литературы 21 ВведениеBuilding Information Modeling (BIM) – в переводе на русский: информационное моделирование здания. Аббревиатура обозначает комплекс мероприятий и работ по управлению жизненным циклом здания, начиная от проекта и заканчивая демонтажем. BIM технологии охватывают проектирование, строительство, эксплуатацию, ремонт здания или иного сооружения. Традиционное проектирование работает с двухмерными моделями объектов строительства. Это планы, чертежи, техническая документация. BIM проектирование существенно отличается от прочих видов проектных работ. Его отличие – сбор и обработка данных об архитектурно–планировочных, конструктивных, экономических, технологических, эксплуатационных характеристиках объекта, объединенных в едином информационном поле (BIM – модели). Все данные, заложенные в информационную модель объекта, связаны между собой и взаимозависимы. Технологии BIM базируются на виртуальной трехмерной модели, обладающей реальными физическими свойствами. Но это не все ресурсы технологии информационного моделирования. К ней присоединяются добавочные измерения: время, планы, стоимость. Они позволяют рассчитать и определить параметры процессов строительства еще до начала строительных работ на объекте. Управление данными модели поможет сократить сроки реализации проекта, упростит эксплуатацию возведенного объекта и продлит срок его службы. Можно выделить определенную последовательность работ при создании трехмерной информационной модели. На первоначальном этапе происходит разработка блоков первичных элементов проектирования. Это готовые изделия, необходимые зданию (двери, окна, приборы отопления и освещения, плиты перекрытий, вентиляционное оборудование и пр.), изготавливаемые вне территории строительства. Эти элементы при строительстве объекта не делятся на части. Следующий этап моделирует те части объекта, которые возводятся на стройплощадке: фундамент, стены, конструкции крыши и кровли, навесной фасад и другие необходимые элементы здания. Деление на этапы условно. При BIM моделировании вы можете заменить партию не подходящих приборов отопления на другие, приобретенные у другого производителя и отличающиеся по цене от изначального варианта. Этапы моделирования поменялись, но это не потребует дополнительных работ по разработке проекта. Использование другого изделия автоматические отразится в соответствующей технической документации и на внешнем виде объекта. Информационная модель меняет свое содержание и конфигурацию на протяжении всего жизненного цикла объекта. К 3D характеристикам добавляются временные показатели. Тогда ее называют 4D моделью BIM. BEM (Building Energy Modeling) — моделирование энергопотребления здания (энергомоделирование зданий). Это серия инженерных расчетов, позволяющих прогнозировать потребление энергии зданием в течение года. И, как следствие, спрогнозировать окупаемость проектных решений. Для моделирования энергопотребления здания необходима математическая модель. Математическая модель включает архитектурную модель, связанную с инженерными системами здания. Эта взаимосвязь заложена в алгоритме расчета специализированного софта, основанного на физике процессов. Энергомоделирование состоит из следующих этапов: моделирование годового жизненного цикла здания в базовой конфигурации (базовая модель); моделирование годового жизненного цикла здания после применения энергоэффективных решений (аналитическая модель) Энергетическая модель здания позволяет проанализировать ресурсопотребление объекта с учетом пиковых нагрузок. Энергетическая модель здания является мощным инструментом контроля от проектирования до эксплуатации здания. Она позволяет оценить: энергопотребление и выбросы углерода зданием с разной периодичностью (в течение года, по месяцам, дням и часам). термические характеристики (расчет отопительных и холодильных нагрузок, анализ тепловыделения, эффектов населенности, инфильтрации и работающего оборудования); расход воды внутри и снаружи здания и затраты на воду; инсоляция. Можно визуализировать инсоляцию окон и поверхностей в течение заданного периода; естественное освещение. Расчет показателей естественного освещения и определение уровней освещенности в любых точках здания; тени и блики. Визуализация положения и траектории движения солнца по отношению к модели в любое время и в любом месте. Таким образом, заказчик сможет получить любое количество базовых решений и спрогнозировать свои расходы на эксплуатацию здания. Анализ BEM — модели возможен в динамическом режиме с использованием 3D — геометрии, почасовой погодной информации и данных о расположении здания. В зависимости от поставленных задач энергомоделирование может быть проведено в зарубежных программах (Tas Systems, IES VE, eQuest, EcotectAnalysis) или методами математического моделирования [1]. 1 Как функционирует BIMПрактически работа над BIM проходит несколько этапов: Создание архитектурной 3D модели здания со всеми планами, видами, разрезами, необходимыми для раздела архитектурных решений. Все составляющие раздела загружаются автоматически. Конструктор вводит созданную модель в программу, рассчитывающую требуемые параметры составляющих элементов здания. Одновременно программа выдает рабочие чертежи, ведомости объемов работ, спецификации, производит расчет сметной стоимости. На основе полученных данных рассчитываются и вводятся в 3D модель инженерные сети и их параметры (тепловые потери конструкций, естественная освещенность и пр.). При получении расчетных объемов работ специалистами разрабатываются проект организации строительства (ПОС) и проект производства работ (ППР), программой автоматически составляется календарный график выполнения работ. В модель добавляются логистические данные о том, какие материалы и в какие сроки должны быть доставлены на территорию строительства. По завершении строительства информационная модель может работать при эксплуатации объекта при помощи датчиков. Под контролем оказываются все режимы инженерных коммуникаций и возможные аварийные ситуации. Долгие годы моделирование энергопотребления зданий развивалось как самостоятельное направление и раздел проектирования. Однако с формированием концепции гармоничного развития моделированию отведена роль одной из ключевых компонент. Вместе с технологиями информационного моделирования зданий – еще один некорректный перевод с английского, в оригинале Building Information Modeling, BIM – и анализа жизненного цикла здания – Life Cost Analysis – оно является неотъемлемой частью проекта на всем его протяжении. С помощью современного программного обеспечения, например Autodesk Vasari (с), сегодня стало возможным построение модели энергопотребления здания уже на этапе предпроектных решений. Основное внимание при этом уделяется компоновке здания, ориентации и взаимодействию с окружающей средой и климатом. Чаще всего эти работы выполняются архитекторами, имеющими соответствующий опыт и понимание принципов моделирования. В ходе дальнейшего проектирования постоянно уточняются исходные данные для ВЕМ-расчетов, результаты которых, в свою очередь, служат для детализации архитектуры и определения влияния на здание в течение жизненного цикла. На стадии «Проект», как правило, расчеты уже выполняют инженеры, поскольку необходимо определить, какие инженерные системы лучше всего подходят для здания и параметры их работы. Проект при этом развивается циклически, проходя все разделы на определенном уровне проработки. В конце каждого этапа у команды имеется законченная модель здания, описывающая его с архитектурно-конструктивной, инженерной и экологической сторон. Все компоненты и решения согласованы друг с другом и участники четко видят, что необходимо делать дальше, не боясь вступить в противоречия [2]. 2 Преимущества и недостатки использовании BIM технологииПрименение BIM технологии в строительстве подразумевает комплексный подход на всех уровнях строительного процесса и имеет свои достоинства на каждом уровне. 3D – визуализация. Наглядно информирует о состоянии объекта инвесторов, подрядчиков, будущих жильцов, проверяющие органы. Возможна визуализация в различных виртуальных комплексах (персональные системы, VR–очки, CAVE – cистемы, применяемые для коллективного пользования). 3D модель – это централизованное хранилище всех необходимых данных о здании. Позволяет быстро и эффективно вносить изменения в проектные решения, прослеживая результат во всех связанных между собой проекциях. Использование BIM подходов в проектировании значительно уменьшает сроки подготовки проектной документации. Применение BIM технологии уменьшает вероятность ошибок, выявляя нестыковки в инженерных системах и коммуникациях в рамках проектирования, а не в процессе строительства или сдачи объекта. Наглядные расчеты строительных конструкций, разработка инженерных комплексов с применением существующих баз типовых конструкций и узлов. Управление режимами работ в реальном времени, контроль над ключевыми показателями и соблюдением сроков выполнения работ в любом масштабе. Возможность автоматической выгрузки результатов изысканий и испытаний, проектной документации и отчетов в электронном виде по запросу контролирующей организации. Возможность автоматизировать процессы управления строительной техникой, пользуясь введенными в машину проектными параметрами. Возможность управления данными. Изменяя финансовые параметры проекта или трудозатраты в каталогах спецификаций, можно корректировать стоимостные показатели строительства. Создание базы подрядных организаций, централизованное управление бухгалтерскими расчетами, договорами, контроль над программами развития строительства. Внедрение BIM технологии в проектировании снижает денежные расходы и сокращает сроки ввода здания в эксплуатацию. Здание, спроектированное и возведенное с применением технологии BIM легко сдать в аренду или продать на более выгодных условиях, чем объект, построенный с применением традиционных методов и технологий. Объясняется это тем, что эксплуатировать здание с готовой эксплуатационной моделью легче и эффективнее. Если же при создании модели применялся продукт GREEN BIM, то затраты на отопление объекта будут ниже. Одно из главных достоинств Вim проектирования – получение всеобъемлющего соответствия параметров и эксплуатационных характеристик возведенного здания требованиям Заказчика. Объекты в BIM — это непросто 3D модель, а информация, способная автоматически создавать чертежи, выполнять анализ проекта и т. д., предоставляя неограниченные возможности для принятия наилучшего решения с учётом всех имеющихся данных. BIM поддерживает совместные группы, поэтому различные специалисты могут вместе использовать эту информацию на протяжении всех этапов строительства, что исключает ошибки, потерю информации при передаче. Снижение затрат и проектных ошибок (коллизии). Снижение времени, затрачиваемого на разработку проекта, так как появляется возможность реализовывать некоторые операции совместно. BIM- технологии позволяют выполнить точное построение инженерных систем здания. Осуществляется более быстрый и простой процесс подбора требуемого оборудования. Точная спецификация и ведомость за счет автоматизации. Основные экономические и экологические характеристики здания определяются уже на стадии эскизного проекта, что позволяет заранее внести изменения в проект, если требуется. Существует возможность прогнозирования сметы. Осуществляется оптимизация процесса строительства, управления, контроля за графиком выполнения работ, за расходом материалов и средств. Недостатки BIM BIM- технологии не приспособлены к выпуску проектной документации в России, в результате чего появляется необходимость настраивать все параметры вручную. Достаточно высокая стоимость ПО ($6000-12000). Высокая стоимость обучения комплексу программ. Определенная степень сложности в освоении. Возникает необходимость менять организацию процесса проектирования в целом. Необходимо менять не только процесс и ПО, но и психологию проектировщиков в частности. Направленность на архитектурные проблемы. BIM хорош для решения проблем формообразования, использования пространства и представления проекта, но для проведения расчета необходимо использование других программ. Привязка процесса к единственному поставщику ПО. Потеря существующих рабочих практик при переходе на BIМ [3]. Программных решений, реализующих BIM моделирование в строительстве множество. Они могут быть платными и бесплатными, многие позволяют облачное хранение BIM модели и удаленный доступ. Наиболее востребованные среди них: AUTODESK REVIT. Просто и эффективно обеспечивает проектирование архитектурных решений, инженерных сетей и строительных конструкций. Востребован при планировании, проектировании, строительстве, эксплуатации объектов и их инфраструктуры. Программа поддерживает межотраслевое проектирование для командной работы. Импортирует, экспортирует и связывает данные в нескольких форматах (включая IFC, DWG и DGN). Для совместного моделирования применяется Revit Server, организующий общее информационное пространство для сотрудничества с инвесторами, подрядчиками, заказчиками. ARCHICAD. Использует для моделирования здания технологии Virtual Building™. Обладает набором универсальных инструментов для моделирования, создания рабочей документации, поддерживает функции импорта, экспорта, визуализацию. Дает возможность выполнения задач единолично или в коллективе, обмениваясь данными со смежниками. Tekla Structures. Продукт используется для работы с металлоконструкциями в масштабных проектах. Обеспечивает коллективную работу, информационный обмен и взаимодействие десятков компаний. Дает возможность контроля над рабочими процессами, поддерживает автоматизацию конструирования. Tekla BIMsigh. Бесплатный профессиональный софт для организации коллективного моделирования строительным объектом. Повышение качества проектных работ достигается: объединением информационных моделей объекта, созданных специалистами разных специальностей, отслеживания несоответствий между элементами проекта, обеспечением эффективного взаимодействия участников. MagiCAD. Инструмент основан на платформах AutoCAD и Revit, использует модульный подход к проектированию. Отличается созданием высокого уровня автоматизации проектирования внутренних инженерных систем. Применяется при построении пространственных моделей, создания спецификаций, проведении инженерных расчетов, составлении отчетных документов. Обладает отличной базой данных для построения инженерных сетей с техническими характеристиками и набором параметров. AutoCAD Civil 3D. Продукт применяется при проектировании и выпуске документации для объектов инфраструктуры. Поддерживает функции визуализации и анализа. Возможность совместной работы координирует взаимодействие участников и решает вопросы, связанные с рабочими моментами при проектировании инфраструктуры. Allplan. Востребован для решения задач по проектированию конструкций из железобетона. Является BIM-платформой. Рассчитывает планы объекта с учетом временных затрат, цен и качества. GRAPHISOFT, BIM – сервер. Необходим для поддержки Teamwork, дающей одновременный доступ к проекту группе клиентов. Использует сетевое подключение для нескольких ARCHICAD, являющихся клиентами для этой системы. Позволяет совместно работать над файлами больших объемов. Основное достоинство этого серверного приложения – возможность запроса, выполнение слияния, фильтрация данных BIM. Renga Architecture. Отечественный продукт программного обеспечения. Он удобен в работе, содержит функцию использования инструментов в трехмерном измерении. Являет собой единую платформу для конструкторов и архитекторов. Обладает широкими возможностями по экспорту, импорту данных в различные форматы. Программа сохраняет полученные данные в форматах .ifc, .dxf, давая возможность применять двухмерные и трехмерные результаты на всех этапах совместной работы над проектом. 3 Применение технологии в электроэнергетикеДля того чтобы дать представление об энергомоделировании прибегнем к некоторым обобщениям, упрощениям и аналогиям, т.к. подходы к моделированию варьируются в зависимости от задачи и применяемых инструментов. В общем, создается виртуальная модель здания со всеми необходимыми подробностями и моделируется один календарный год из «жизненного цикл» здания, с шагом по времени порядка одного часа, рис. 1.  Рисунок 1 - Моделирование одного календарного года из «жизненного цикла» здания Результат позволяет проанализировать эффективность работы, как всего здания, так и каждого отдельного его компонента. Основные принципы энергомоделирования удобно представить, описав его этапы. В первую очередь строится трехмерная модель исследуемого здания. Модель в первую очередь служит инструментом задания геометрических характеристик и основой для задания граничных условий теплообмена, а во вторую очередь инструментом для анализа и представления результатов. Здание разбивается на зоны, которые чаще всего представляют собой отдельные помещения, однако могут являться группами помещений или отдельными частями помещений, что определяется целью моделирования. Создание трехмерных моделей при существующем программном обеспечении не вызывает больших трудностей и не требует много времени. Далее в имеющейся трехмерной модели для каждой зоны задаются характеристики ограждающих конструкций и множество других параметров, описывающих параметры помещений: установочные значения температуры систем отопления и кондиционирования воздуха, воздухообмен помещения, принадлежность к конкретным системам поддержания внутреннего микроклимата, мощность освещения, потребление воды, внутренние теплопоступления, потребление энергии оборудованием и т.д. Все упомянутые параметры задаются с привязкой ко времени, начиная от изменений в течение суток, вплоть до вариаций в течение года. Следующая стадия выполнения проекта энергомоделирования представляется автору наиболее сложной и трудоемкой – это задание систем отопления, горячего водоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха с соответствующей автоматикой. Трудность создает огромный выбор различных систем и стратегий поддержания микроклимата, различные принципы их работы, специфические характеристики оборудования, рис. 2. На рисунке представлена схема центральной системы кондиционирования с переменным расходом воздуха и соответствующая автоматизация. В зеленой области размещается зональное оборудование, в остальной части – центральное. К центральному оборудованию в приведенном примере относятся секции: калорифера, охлаждения, рециркуляции, рекуперации, приточного и вытяжного вентиляторов, клапанов приточного (есть возможность байпаса рекуператора) и вытяжного воздуха. В области зонального оборудования расположен калорифер, обслуживаемое помещение, есть возможность задания тепловых потерь в сети воздуховодов, перетока воздуха в смежное помещение и местной вытяжки воздуха. Автоматизация моделируется с помощью датчиков и контроллеров температуры воздуха и контроллеров расхода воздуха, подключаемых к соответствующим точкам схемы. Схема не является фиксированной – доступно удаление и добавление любых элементов, возможно создание схемы «с нуля». Для получения достоверного результата зачастую нельзя пренебречь подробным описанием работы систем, т.к. это напрямую влияет на эффективность их работы, а рассматриваемые системы являются главными потребителями энергии в здании.  Рисунок 2 - Моделирование систем ОВиК на примере модуля ApacheHVAC программного комплекса для моделирования IES Virtual Environment Далее следует шаг, являющийся вспомогательным для проекта энергомоделирования, но требующий больших затрат времени, понимания физики процессов и их математического описания. На этом этапе выполняется моделирование в отдельных, наиболее ответственных или репрезентативных помещениях – это может быть моделирование воздухораспределения или освещения. Здесь проверяются комфортные условия, такие как скорость и температура воздуха в каждой точке помещения, уровень освещения и наличие яркого раздражающего света. Такие расчеты обычно выполняются для помещений с высокими или специфическими требованиями к параметрам микроклимата, например, бассейны, чистые помещения и т.д., либо для проверки эффективности работы сложных систем. Примерами могут служить применение комбинации естественной и механической вентиляции, применение диммеров для снижения мощности искусственного освещения и пр. Также на этом шаге моделируется работа оборудования, например, грунтового теплового насоса, детальный расчет которого сложен. Следующий шаг является ключевым при выполнении такого рода расчетов и заключается в моделировании жизненного цикла здания в конкретных климатических условиях и с заданными характеристиками наружных ограждений и параметрами инженерных систем. Для выполнения такого рода расчетов в качестве климатической базы применяется «типовой» год [4], состоящий из усредненных климатических параметров для места строительства, выбранных на основе статистической обработки климатических параметров за большой промежуток времени. В качестве примера представим упрощенный процесс моделирования работы системы отопления:  Рисунок 3 - Составляющие теплового баланса помещения в течение суток —теплопотери через наружные конструкции; —теплопотери/теплопоступления через внутренние перегородки; —теплопотери с инфильтрующимся воздухом; —теплопоступления от солнечной радиации; —теплопоступления от системы отопления; —теплопоступления от людей, света и оборудования – на каждом временном шаге из «типового» года, служащего климатической базой, выбирается значение температуры наружного воздуха, соответствующей конкретному часу и выполняется расчет теплопотерь помещения за счет теплопередачи через ограждающие конструкции рассматриваемого помещения и на нагревание инфильтрационного воздуха. Расчет ведется с учетом тепловой инерции здания, с помощью прямого решения одномерных уравнений нестационарной теплопроводности для каждого слоя каждого (наружного и внутреннего) ограждения; – согласно графикам присутствия людей, работы оборудования и освещения и их мощностям, теплопоступлений от солнечной радиации рассчитывается тепловой баланс помещения, рис.3, с учетом процесса нестационарного теплового режима помещения. Выполняется пересчет температуры внутреннего воздуха в помещении; – расчет нагрузки на систему отопления в исследуемом помещении с учетом параметров работы термостата на отопительном приборе; – сбор нагрузок на систему отопления по всему зданию, происходит аналогично вышеописанному расчету по одному из помещений; – расчет работы центрального отопительного оборудования: бойлеров (с учетом кривых эффективности работы при различных нагрузках), насосов, теплообменников и остального оборудования, в зависимости от типа системы; – запись в память результатов работы системы отопления.  Рисунок 4 - Нагрузка на систему отопления в течение года После этого происходит переход к следующему временному шагу (например, через 1 час), все перечисленные пункты расчета повторяются. В конце концов, мы получаем детальное представление о работе системы отопления здания, как в целом, так и в каждом помещении; как в течение года, так и в каждый интересующий нас момент, рис.4. Области применения энергомоделирования Область применения энергомоделирования достаточно широка: с целью обоснованного принятия проектных решений на всех стадиях проектирования, начиная от концепции, заканчивая рабочей документацией; при проверке функционирования здания в различных условиях; при комплексной оценке эффективности здания для сертификации здания по рейтинговым системам оценки, таким как LEED и BREEAM. Отдельно отметим использование результатов энергомоделирования в качестве эксплуатационных показателей при анализе экономической эффективности различных вариантов инвестирования средств. Для различных участников строительного процесса энергомоделирование может представить следующие возможности. Архитектор – выбор места строительства и ориентации здания по сторонам света, определение оптимальной формы здания, выбор ограждающих конструкций, количества и типа остекления. Инженер отопления, вентиляции и кондиционирования – выбор принципиальных решений систем поддержания внутреннего микроклимата помещений, определение стратегий автоматизации и контроля над оборудованием, выбор оборудования, проверка работы систем в различных условиях (наружные климатические условия, условия эксплуатации). Инженер электроснабжения и освещения – выбор осветительного оборудования, применение датчиков движения и освещенности, применение естественного освещения. Заказчик – понимание применения архитектурных и инженерных решений с точки зрения экономической эффективности и комфорта. Программное обеспечение Обзор программного обеспечения выходит за рамки предлагаемой статьи, отметим лишь, что существует огромное разнообразие различных программ и программных комплексов для моделирования работы отдельных систем и для комплексного моделирования энергопотребления зданием [5]. Существуют как коммерческие, так и бесплатные программные продукты, некоторые из которых распространяются с открытым исходным кодом. Верификация правильности работы программного обеспечения выполняется тремя основными способами: – эмпирический – сравнение результатов моделирования и результатов натурного исследования определенного здания [6]; – аналитический – сравнение результатов моделирования с известными аналитическими решениями определенной задачи [7]; – сравнительный – сравниваются между собой результаты моделирования различными программами [8]. Американская ассоциация ASHRAE предлагает стандарт для тестирования программного обеспечения для энергомоделирования. Программное обеспечение, выполняющее требование стандарта, получает соответствующий сертификат. Список использованной литературы1. Талапов Владимир. Технология BIM. Суть и особенности внедрения информационного моделирования зданий. ДМК-Пресс, 2015 г. 410 с. 2. Что такое BIM технологии? // Autodesk. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.autodesk.ru/campaigns/aec-building-design-bds-new-seats/landing-page/ (дата обращения: 14.12.2017). 3. Пеньковский Г.Ф. Основы информационных технологий и автоматизированного проектирования в строительстве. СПбГАСУ. СПб., 2008. 150 с. 4. Гагарин В.Г., Малявина Е.Г., Иванов Д.С. Разработка климатической информации в форме специализированного «типового года» // Вестник ВолгГАСУ, серия Строительство и архитектура, вып. 31 (50), ч. 1: «Города России. Проблемы проектирования и реализации». 2013. С. 343-349. 5. Lomas K.J., Eppel H., Martin C.J., Bloomfield D.P. Empirical validation of building energy simulation programs // Energy and Buildings. 26(3), 1997. pp. 253—276. 6. Martin C.J., Seale C.F., Eppel H. Analytical testing of detailed thermal simulation programs // Proceedings of BEP’94, 1994. pp. 27—32. 7. Judkoff R., Neymark J., Van de Perre R. et al. A testing and diagnostic procedure for building energy simulation programs // Proceedings of BEP’94, 1994. pp. 103—116. 8. ANSI/ASHRAE Standard 140-2007: Standard Method of Test for the Evaluation of Building Energy Analysis Computer Programs. |