ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ: ЗНАЧЕНИЕ ДЛЯ ОТРАСЛИ

Современная строительная отрасль уже оперирует более десятком технологий, максимально востребованными в строительстве. Наш обзор охватывает самые прогрессивные и востребованные IT-технологии и инновационные материалы в строительстве, которые с каждым годом все больше интегрируются в строительную сферу, реализуя самые смелые идеи будущего.

Особенности отрасли

Строительную отрасль часто критикуют за излишний консерватизм, стандартизацию и бюрократизм в документообороте. Однако новейшие технологии в строительстве внедрять непросто, поскольку основные требования к объектам — это соблюдение безопасности, т.е каждая технология должна иметь нормативную базу, стандартизацию и самоокупаемость: конечная стоимость на ее разработку должна быть адекватной, а эффективность в сокращении затрат в будущем — существенная, плюс, пролонгированная во времени. Любая технология требует соответствующего проектирования и целого комплекса работ проджект-команды, качественного контроля, а также обучения персонала.

Главные плюсы технологий

Но рост городов и количества населения, а также новый формат уровня человеческих коммуникаций в эру BIG DATA, рост экономик и благосостояния людей активизировало строительную отрасль на более динамичную интеграцию инноваций и технологичных решений. Поэтому новые технологии в строительстве в мире активно продвигаются и используются .

К тому же, сама скорость развития технологий ведет к масштабной оцифровке строительной отрасли. И вопрос применения IT-технологий — это уже вопрос конкурентоспособности. Инновации в строительстве видоизменяют строительную площадку и увеличивают прибыль, а также помогают выигрывать проектные тендеры.

Поскольку именно инновации приносят экономическую выгоду и повышают конкурентоспособность конкретной строительной компании, а также в конечном итоге реализуют запрос клиента с максимальной эффективностью.

ПОПУЛЯРНЫЕ СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ СТРОИТЕЛЬСТВА

#1: BIM

BIM — (от англ. building information modeling) чуть ли не основной «кит» в современном проектировании и основная технология, которая станет  обязательной в России с 2021 г для строительства бюджетных объектов, а с 2023 — повсеместно в стране. Технология подразумевает не просто виртуальное моделирование здания, это комплексное представление в цифровом виде физических и функциональных характеристик объекта. BIM учитывает не просто возведение, но и оснащение, управление, эксплуатацию объекта, перспективу ремонта или сноса, то есть охватывая весь жизненный цикл объекта в комплексе. Все составляющие и нюансы в проектировании, которые имеют отношение к объекту, обязательно учитываются и рассматриваются в едином проекте. При удалении или замене какого-то элемента или дополнения, вся модель перерассчитывается с этой корректировкой.

Благодаря BIM созданная виртуальная модель объекта позволяет специалистам:

• увидеть все проблемы и нестыковки;
• утвердить предполагаемые преимущества объекта;
• возможность пользоваться моделью всем участникам проекта;
• вносить корректировки;
• рассчитывать смету;
• контролировать процесс работ;
• предвосхищать риски будущей конструкции;
• рассчитать ресурсы.

BIM-технологии сокращают:

• материальные затраты;
• ошибки в проектах;
• сроки выполнения.

Имея в арсенале цифровые данные об объекте, работа происходит с помощью с мобильного девайса, благодаря которому производится надлежащий на всех этапах контроль, например, применяя функционал PlanRadar. Такое решение существенно упрощает управление и контроль за строительными процессами, оптимизирует результат.

К сожалению, согласно данным Минстроя России, всего 5-7% компаний используют  BIM (в основном в мегаполисах и крупные компании), другие новые технологии в строительстве в России распространены еще меньше.

#2: Облачные сервисы и мобильные технологии

Работа BIM-модели подразумевает включение облачных сервисов для обмена данными, информацией в реальном времени. В облаках может быть самая разная сегментированная информация и инструментарий, начиная от инструментов для архитекторов, заканчивая системой управления проектом, которые доступны любому участнику проекта в любое время с мобильного устройства — эффект от сотрудничества повышается

Облачные сервисы предоставляют:

• высокую мобильность. Вся информация доступна с любого девайса с подключением к интернету;
• объем хранимой информации в облаке не ограничен, равно как и вычислительной мощностью серверов, где хранятся данные;
• масштабирование в соответствии с потребностями строительного проекта — гибко настраивается под потребности, не задействуется лишнее, производительность не падает;
• доступные услуги — создание собственной IT-инфраструктуры намного дороже, чем использование поставщика облачных услуг;
• мгновенный доступ к информации всех участников проекта, всей команды;
• упрощение коммуникаций и совместной работы в реальном времени;
• возможность управлять несколькими стройплощадками без потери качества контроля — облако помогает в синхронизации;
• возможность сократить расходы на большие офисы — хостинг на сторонних серверах, не нужно обслуживать свои;
• максимальную защиту данных.

#3: Искусственный интеллект

Искусственный интеллект (ИИ) — «поведение» машины, некая технология, которая имитирует когнитивные функции человека: решение  задач и проблем, распознает образы,объекты и обучается. Есть и особая область ИИ — машинное обучение, оно строится на сборе статистических данных, на основе которых делаются выводы и заключения.

Новые строительные технологии не обойдутся без машинного обучения и ИИ. Фактически, это невидимый помощник, которые анализирует терабайты данных, находя проблемы. Это может быть как и рутинное фильтрование ненужной информации, так и наоборот, поиск конкретных данных. Программы, где используется движок ИИ применяются для:

1. Предиктивной аналитики

• прогнозировании угрозы безопасности, основываясь на прошлых данных;
• распознавании важных атрибутов и элементов на стройке;
• контроль территории, количества людей на объекте, соблюдения СИЗ;

1. Планирование и проектирование проекта

• собранные и смоделированные данные помогут избежать перерасхода бюджета;
• отслеживание и снижение рисков, определение приоритетов.

1. Роботизированных механизмов, автоматизации процессов

•  выполнение рутинных, простых, но трудоемких операций на стройке, замена человеческой силы;
• оптимизация работ, где нужна высокая производительность.

#4: Интернет вещей

Эта технология тесно связана с облачными системами и ИИ, поскольку IoT (Интернет вещей) без аналитики и алгоритма сбора данных мало эффективен. В строительстве Интернет вещей — серьезное подспорье для решения ряда проблем. Благодаря разнообразным датчикам на стройплощадке управление проектом становится эффективнее, а сам процесс строительства безопаснее и оптимизированнее.

Эксперты прогнозируют, что к 2024 году доля рынка IoT в строительстве достигнет $16,8 млрд. В чем польза этой технологии?

• Повышение продуктивности.

Зачастую компании ведут несколько объектов в разных локациях, а важно контролировать жизненные циклы каждого и укладываться в сроки. Датчики собирают данные на стройплощадке, потом обрабатываются программами и выдают подрядчику полную картину рабочей ситуации. Технология помогает контролировать масштабные проекты, сокращая время и затраты на решения задач.

• Безопасность/охрана

Проблема травм и смертей на современной стройке по прежнему актуальна. IoT может существенно сокращать риски и предотвращать травматичные случаи.

Сенсоры на одежде строителей, датчики на площадке, сенсоры в стройматериалах отслеживают передвижения людей по зонам, вредные вещества в воздухе, нарушения правил хранения, аварийное состояние и пр. Датчики на стройматериалах также могут предотвращать кражи.

• Управление ресурсами

IoT также оптимизирует расходы на обслуживание объекта и поставку ресурсов. Отследить потребление электричества, воды или топлива, оптимизировать эту статью расходов помогут смарт-датчики. Данные собираются автоматически и выдается беспристрастный итог: когда нужно пополнить запасы или произвести профилактику, замену или ремонт.

Исследование McKinsey Global Institute, в котором оценивалось влияние Интернета вещей на строительную и горнодобывающую промышленность, показало, что владельцы компаний могут сэкономить более 160 миллиардов долларов, применив IoT. Потенциал Интернета вещей в ближайшие годы будет только раскрываться в строительстве, поскольку нас ждет глобальная цифровизация строительной отрасли.

#5:Виртуальная и дополненная реальности

Среди новых технологий в архитектуре и строительстве особо стоит выделить виртуальную реальность (VR). Она создает «реальный» мир в цифровой среде, используя фотографии, рендеринг и видео 360 °. Возможности технологии обеспечивают навигацию в реалистичной диджитал-среде, где также можно и взаимодействовать с объектами в реальном времени. Дополненная реальность — это уже отдельные цифровые элементы, наложенные на настоящую среду, которые достраивают конечную задуманную модель .

VR еще больше придает целостности и глобальности виртуальному объекту, где фактически цифровая информация «оживает» с физической. Виртуальная реальность намного масштабнее, что только усиливает созданные многомерные модели. Это особый опыт от первого лица, добавляющий больше профессиональных решений, экспертной оценки. Она видоизменяет способ построения инфраструктуры в целом.

С помощью этой технологии:

• проверяют жизнеспособные новые конструкции;
• отслеживают прогресс;
• выявляют проблемы на ранних этапах стройки;
• практический инструмент в полевых работах для изучения сложных конструкций.

#6: Роботизация и экзоскелеты

Несмотря на очевидность использования максимальной замены человеческого труда в такой области, как строительство, все же еще ручной труд преобладает и порой является единственным вариантом производительности. К сожалению, стройплощадка слишком подвижная и быстро меняющаяся среда, где роботам без фантастического ИИ нет места — ведь они действуют по заданному алгоритму. Но постепенно строительство внедряет смарт-решения, в частности, применение дронов. И эта технология имеет гораздо больше задач в сфере недвижимости и коммерческих целях, чем просто аэрофотосъемка объектов.

Дроны полезны в качестве:

• контроль безопасности: мониторинг площадок при помощи камер и выявление опасных участков. Нет необходимости лично проверять стройплощадку, а сразу направлять людей для решения проблемы;
• дроны-поставщики материалов на объект, сокращается количество автотранспорта;
• дроны-каменщики. Увеличивается скорость и качество рутинной работы
• дроны для сноса строительных элементов по окончанию проекта. Это хоть и медленнее, но несомненно дешевле и безопаснее решение;
• дроны-охранники. Кражи в строительстве, увы, повсеместны, поэтому в качестве снижения затрат на эту статью можно использовать роботов.

Экзоскелеты

Роботизированные экзоскелеты ускорят работу и производительность на стройплощадке, поскольку мощность человека в таком «костюме» многократно возрастает, при этом работа намного безопаснее.

Биомеханическая компания Ottobock из Германии и шведская Hilti разработали экзоскелет для строителей EXO-O1, который вышел на рынок уже в 2020 году.

EXO-O1, Hilti — экзоскелет пассивного типа — то есть не требует источника энергии. Представляет собой конструкцию, надеваемую на верхнюю часть туловища, которая снижает вес рук за счет нагрузки на бедра. Поэтому он подходит для работы, выполняемой выше уровня плеч. Вес с рук переносится на бедра через опоры предплечья с использованием механического натяжения троса. Тестирование показало, что нагрузка на мышцы снижается до 47 %. Это означает повышение производительности рабочих, так как утомляемость снижает. За такими конструкциями — будущее  современного строительства.

#7: 3D-моделирование

Эта технология давно на службе в строительной отрасли, но лишь в последние годы она приобрела настоящий масштаб в повсеместном применении.

Согласно прогнозам, рынок бетонной 3D-печати в строительной отрасли вырастет к 2024 году $58 млн.

Это стимулируется повышенным спросом такой печати в строительстве: высокая производительность и простота создания разнообразных по сложности конструкций. Получение готовых стройблоков (стены, плиты) или других компонентов прямо на стройке снижает не только себестоимость производства, но и затраты на логистику, персонал. Благодаря экструзионной технологии в 3d-моделировании стало возможным создание элементов из разных материалов — бетона, геополимера, цемента, гипса и глины.

Достоинства  технологии:

• скорость;
• точность (минимум ошибок);
• разнообразие в дизайне;
• высокая производительность;
• экономия дополнительных расходов на перевозку и персонал;
• экологичность.

Особое будущее предсказывают 3d -печати из бетона. Уже сейчас существуют доступные, устойчивые и масштабируемые решения для бетонного 3d-моделирования разных объектов (BAM — центр 3d-печати конструктивных элементов из бетона в Нидерландах). В России иркутская компания Apis Cor. еще в 2017 разработала  особый 3D-принтер и с его помощью создан целый дом. Преимущество российского 3d принтера — он способен печатать дом полярно, без рельсовых направляющих, как у других принтеров 3d печати, ему не нужны ровные поверхности для точной работы, плюс, он сам подготавливает пропорции смеси материала.

#8: Big Data

Вместе с другими прогрессивными технологиями может быть важным оптимизатором строительных процессов. Огромные массивы данных и разрозненная разнообразная информация структурируется и подвергается анализу, что в результате  дает определенные закономерности и факты, которые могут послужить в ряде задач, которые снизят затратность, предвосхищают риски и предскажут эффективность тех или иных работ. Под big data подразумевают разные факты, данные, информацию не только от людей, но и от разнообразных сенсоров, систем и программ — а вместе с ИИ (искусственным интеллектом), MО (машинным обучением) и IoT (Интернет вещей) эти данные превращаются в серьезный инструмент управления. Можно выявить закономерности погодных или климатических условий (и других условий) в предполагаемом месте строительства, чтобы рассчитать лучшее время старта стройки и спрогнозировать бесперебойную работу проекта. Также анализ массива данных дает важные предиктивные заключения о целесообразности тех или иных работ, снизить затраты, оптимизировав или заменив первоначальный сценарий.

#9: Цифровые двойники

Виртуальные точные копии физических объектов – сооружений, городов. Эта технология идет рядом с BIM, во всяком случае, имеет определенные элементы, однако главная разница между ними – что цифровой двойник имеет цель смоделировать взаимодействие человека с окружающей средой и объектами. Виртуальная реплика физического объекта  дает информацию о текущем состоянии созданных экосистем, инфраструктур и как они воздействуют на пользователей.

Компьютерная модель объединяет информацию в единую окружающую среду, доступную для всех. BIM-модель в общем, статична, а цифровой двойник в динамике – меняется во времени. Двойники дают возможность проверить разные сценарии и угрозы — влияние стихийных бедствий, разных ЧП — пожары или обрушения какого-то элемента при помощи симуляции. Опираясь на BIM-модель, цифровой двойник может «испытывать на себе» ту заложенную информацию, интегрируя разные блоки информации. Так что предсказательная функция цифрового близнеца – одна из главных. Возможные проблемы или напротив,  точное понимание, что объект сможет выдержать предполагаемые нагрузки, дает строителям не делать перерасходов и на ранних этапах оптимизировать процессы и вносить корректировки.

#10: Блокчейн технология

Технология блокчейна изначально служила для транзакций криптовалют, но ее гарантия безопасности и прозрачность может эффективно послужить и для такого многосоставного процесса, как строительство. Она хороша тем, что она не подразумевает наличие посредников, как у стандартных баз данных: обмен информацией происходит между конечными пользователями (равные системы сами как серверы и связаны через Интернет) — без центрального компьютера.

Блокчейн — это цифровая информация, которая хранится в публичной транзакционной базе данных (block), которая контролируется равными компьютерными системами или проверяется сетью компьютеров (chain-цепочка).

Каждое устройство цепочки содержит разные типы информации, например, доказательство банковской финансовой транзакции, контракта, сертификата о праве собственности или засвидетельствование подлинности. Безопасность данных блокчейна контролируется каждым участником цепочки, который отвечает за свою часть защиты информации цифровой подписью и обеспечивает быстрый и безопасный обмен информацией, минуя участие третьих сторон, например, банка. Децентрализация операций, где ответственность и гарантия возлагается на  заинтересованные стороны в цепочке — главное преимущество блокчейна.

В строительстве блокчейн реализуется в виде смарт-контрактов, выступая в качестве «администратора» для всех сторон договора: цифровой протокол смарт-контракта разворачивается в сети блокчейн.

Смарт-контракт — это разновидность цифрового протокола, развернутого в сети блокчейн с целью выполнения договорных условий.  Как известно, в строительстве участвует несколько компаний, субподрядчиков, поставщиков. И все данные по проекту хранятся в одном централизованном месте, с помощью которого и осуществляется контроль и управление стройкой, но с помощью блокчейн-технологии данные проекта могут отслеживаться и обрабатываться более эффективно в режиме реального времени — без участия третьей стороны. Технология блокчейн обеспечивает прозрачность во время процесса строительства, делая его открытым и оптимизируя рабочий процесс проекта. Более того, это способствует совместной работе и своевременному принятию решений, сводя к минимуму риск и избегая споров.

Блокчейн-платформа сделает проще такие процессы, как:

• оплаты;
• завершение сделок;
• проверка зданий/объектов;
• прозрачность и безопасность процессов;
• разрешение споров.

Blockchain в целом снижает уровень фрагментации процесса, помогает отслеживать каждый этап проекта и распределять лучшим образом ресурсы.

Фактически, это технология, которая может стать прямым конкурентом современных облачных решений SaaS.

НОВЫЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ В СОВРЕМЕННОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ

То, насколько быстро сейчас возводятся разнообразные здания — заслуга развитых технологий и новейших материалов. Рынку давно известны такие ноу хау в строительстве, как 3D-панели, несъемная опалубка, переставная модульная опалубка, каркасное возведение — эти технологии уже довольно широко применяются в современной стройке. Но в последнее десятилетие делаются ставки на новые энергосберегающие технологии в строительстве.

Уже сейчас в ходу высокотехнологичные материалы, способные аккумулировать тепло и иметь самовосстанавливающиеся характеристики. Более того, существуют особые материалы, которые делают дома способными очищать городской воздух от смога. Современные строительные материалы получают потрясающие альтернативы с использованием новых технологий, и ежегодно появляется огромное число стартапов, выпускающих продвинутые стройматериалы, решающие разные задачи в строительстве.

Ниже — о самых перспективных и востребованных стройматериалах будущего, которые применяются уже сейчас.

#1: Дерево

Один из самых экологичных материалов — благодаря технологиям получает дополнительные характеристики по прочности и долговечности, не теряя эко-стандартов.

В строительстве широко известна каркасная скандинавская технология создания домов с применением дерева. Но есть и чисто российская технология — создание  деревянных купольных домов без гвоздей. Нагрузку конструкции держат стыки с особым замком. Сборка по такой технологии купола похожа на детский конструктор  лего.

Австрийская Naturi также использует дерево. Суть технологии — деревянный брус укладывается вертикально. Благодаря этому решается проблема с усадкой, термоизоляцией и надежностью конструкции.

Взяв за основу идею составного бруса у Naturi, российская TWIN BEAM предложила свое решение — многослойного бруса с возможностью выбора толщины стены, хорошей шумо- и теплоизоляцией и без какой-либо усадки. Деревянные полые блоки — также альтернатива в проблеме сохранения тепла здания и экологичности.

В современном строительстве также используется CLT-технология, основанная на перекрестном склеивании разнонаправленных слоев деревянных панелей под прессом. Это новая технология в многоэтажном строительстве — в Лондоне есть здание в 9 этажей и 30 метров высоты, которое построено при помощи пятислойных деревянных панелей.

#2: Бетон

Огромное число технологий применяется в отношении бетона.

Канадская CarbonCure Technologies придумала, как вредные выбросы CO2, которые производят крупные заводы, использовать в производстве бетонных блоков, связывая диоксид углерода в процессе. Бетон становится экологичнее и функционален: абсорбировать углекислый газ — идеальное требование к экоматериалу.

Самовосстанавливающийся бетон

Бетон сам по себе хрупкий материал. Но стоило добавить в формулу бетона особый ракушечный минерал (перламутр), который и придает ракушкам эластичность, те же характеристики принял и бетон. Кроме того, он стал и легче, и эластичность намного увеличилась. Эти качества  идеальны для домов в сейсмических зонах.

Гнущийся бетон

Разработка ученых из Университета Суинберн. Технология создания такого бетона основана на добавке летучей золы — обычный промышленный отход. Благодаря этому композитному полимеру в составе бетона новый материал обладает потрясающей прочностью при высоких (в 400 раз) показателях изгибания. Производство такового вида бетона также экологично.

#3: Кирпич

Самая известная разработка —  3D-напечатанные кирпичи Cool Brick, наделенные собственной системой охлаждения. Благодаря пористости кирпича воздушный поток проходит сквозь поры, которые напитаны влагой, а она, испаряясь, охлаждает.  Кирпичи просто наполняются водой — достаточно облить стену водой. Такой материал энергоэффективен в жарких странах.

Недавно на рынке появилась разработка кирпича, способного быть источником освещения. Смарт-кирпичи с покрытием полимера PEDOT могут быть сами источником питания и использованы при аварийном освещении.

Кирпич-хамелеон, или велюровый кирпич — разработка российской компании. Благодаря вертикальным бороздкам на поверхности у кирпича появляется оптический эффект: при разном освещении облицовка из такого кирпича меняет цвет. Но помимо эстетического эффекта такой кирпич обладает повышенными эксплуатационными параметрами.

ИТОГИ

Очевидно, что масштабная цифровизация и внедрение BIM-технологий в строительной отрасли будет прогрессировать — это запрос рынка, где эффективность и сокращение времени, затрат становится приоритетом. Поэтому строительство становится умным не только в компьютерном проектировании, но и в непосредственном процессе создания объекта, используя роботов, 3d-печать, датчики, умные материалы и технологии. И наконец, новые технологии однозначно повлияют на прибыль строительного бизнеса, поскольку нацелены на оптимизацию и эффективность всех этапов проекта, начиная от инженерных изысканий, заканчивая эксплуатацией.