Objective control system in the construction industry based on GIS-solutions and IBM Tririga

Строительные организации при реализации своих проектов сталкиваются с необходимостью контроля полноты и качества выполнения работ. Своевременно получать исчерпывающую информацию о ходе строительства, постоянно контролировать исполнение планов по строительству можно на основе различных источников: отчётов, по средствам связи, непосредственно со строительных площадок. Но есть и более эффективный, простой и быстрый способ получения информации для принятия решений - Система контроля хода строительства. Она позволяет получать сводные оценки по всем строящимся объектам в режиме реального времени и, при необходимости, произвести оперативный анализ критических ситуаций.

Оперативный контроль строительного комплекса должен охватывать все циклы, которые являются объектами управления: подготовку производства, материальные, трудовые и финансовые ресурсы, основное и вспомогательное производство, реализацию выполненных работ и прочее, т. е. он должен полно и всесторонне отражать различные аспекты деятельности организации. Какими бы стабильными ни были производственные программы и оперативные задания участкам или отдельным рабочим, в процессе выполнения работ неизбежно возникают изменения и отклонения, требующие корректировки ранее составленных планов. К ним относятся задержки в поставках материалов, неукомплектованность рабочими кадрами, несоблюдение графика потребности в строительных машинах и механизмах и др. Своевременный, полный и точный учёт перечисленных отклонений позволяет не только осуществлять контроль, но и своевременно корректировать ход строительного производства в соответствии с разработанным планом. Эффективно работающая Система Объективного Контроля (СОК) позволяет:

• повысить интеллектуальные возможности строительного бизнеса;
• оптимизировать планирование строительных работ;
• усовершенствовать процессы принятия решений;
• повысить рыночную привлекательность строительной организации;
• расширить информационную компетентность сотрудников;
• создать единую среду сотрудничества за счет координации и оптимизации работы всех взаимодействующих на строительной площадке специалистов: представителей заказчика, подрядчиков, проверяющих организаций, проектировщиков и др.

Таким образом, Система объективного контроля представляет собой единое электронное пространство, созданное за счёт интеграции информационных технологий, используемых всеми специалистами, участвующими в создании объекта - от изысканий и проектирования до строительства. Внедрение такой системы следует рассматривать как инновационный подход, направленный на приобретение новых конкурентных преимуществ строительной компанией и получение реальной экономической отдачи от вложенных в строительный проект средств. Правильно настроенная СОК направлена на осуществление постоянного мониторинга происходящих процессов в управляемом объекте относительно заданной программы его развития, помогает вскрывать причины возникающих отклонений, неиспользования резервов и возможностей повышения эффективности строительного производства, помогает выработать варианты оптимальных решений по устранению складывающейся неблагоприятной ситуации.

Рис. 1. Визуальное моделирование процессов строительства на виртуальной площадке. Зелёным цветом обозначены строящиеся объекты, красным - отставание от графика.

Перечислим основные виды работ при проектировании и строительстве, в которых технология Геоинформационных систем (ГИС) и СОК могут принести реальную пользу и дать дополнительные преимущества:

• Проектно-изыскательские работы, в том числе формирование заявки и прочей документации на строительство объекта; проведение общественных обсуждений, предпроектные изыскания;
• Инженерно-геологические изыскания. Проведение геологических, геофизических, подводных и др. видов работ для получения точной информации о площадном распространении природных объектов, а также о возможных проявлениях техногенеза;
• Выполнение топогеодезических работ для создания картографической подосновы с подземными коммуникациями;
• Химический, бактериологический и гельминтологический анализы почвы;
• Исследование атмосферного воздуха и шума;
• Радиологическое обследование (измерение гамма-фона и содержания радона);
• Замеры уровня электромагнитных излучений;
• Обследование территории на наличие взрывоопасных предметов;
• Разработка и согласование проектов сокращения санитарно-защитной зоны;
• Получение предварительных технических условий (ТУ) по инженерному обеспечению;
• Получение распоряжения на проектирование и строительство;
• Переоформление границ землепользования;
• Получение архитектурно-планировочного задания;
• Проектирование, включая генеральное проектирование и вневедомственную экспертизу;
• Строительство, включая получение разрешения на строительство, согласование и получение технических условий на подключение объекта к городским инженерным сетям, представление заказчику информации о ходе строительства, сдача законченного строительством объекта заказчику, гарантийное обслуживание.

Соответственно, услуги объективного контроля этапов строительства заключаются в формировании поколений пространственных данных о строящемся объекте и представляют собой:

• Услугу сбора информации на основе получения спутниковых данных, аэросъёмок и наземного лазерного сканирования - как комплекса мероприятий, направленных на формирование поколений пространственных данных, предоставление пространственных данных для реализации контрольной функции, в том числе на этапе проектно-изыскательских работ.
• Услугу обработки данных, включающую в себя передовые технологии по цифровой обработке пространственных данных, оценку состояния этапов строительства объектов и инфраструктуры, а также выполнение международных норм и требований ГОСТ.
• Услугу анализа, оценки и визуализации объективной информации, представляющую собой систему мероприятий по сравнению данных объективного контроля о текущем состоянии строительства объектов с проектно-конструкторской документацией в соответствии с этапами строительства, требованиями ГОСТ и нормативно-технической документацией.
• Услугу хранения данных, представляющую собой приём (регистрацию) исходных данных, систематизацию технической информации, включая управление и сопровождение оперативных данных, управление архивом, в том числе проектно-конструкторской документацией, и поддержание базы данных в актуальном состоянии.
• Услугу регулярного мониторинга внешней среды, прогнозирования чрезвычайных ситуаций природного характера, включая экологический мониторинг и осуществление предупреждений о природных угрозах в соответствии с международными правилами.
• Услугу инвентаризации объектов инфраструктуры.

Основная цель создания Системы объективного контроля - реализовать инструментарий, позволяющий на основе объективных (т.е. полученных с помощью измерительной аппаратуры, обладающей определённым классом точности в зависимости от требований по контролю и для которой проводится государственная сертификация через поверочные лаборатории) и актуальных данных создавать модели строящихся (реконструируемых) объектов и проводить анализ и оценку соответствия текущего статуса (состояния) реальных объектов на всех этапах строительства и реконструкции принятым проектно-конструкторским решениям с последующей оценкой объёмов и стоимости выполненных работ. Кроме того, СОК должна "уметь" вносить необходимые изменения в графики строительства (реконструкции) объектов на основе полученных данных, характеризующих соответствие текущего статуса строительства (реконструкции) объектов с требованиями планирующих и контролирующих органов. На основе СОК может быть построена система поддержки и принятия решений для органов контроля и управления строительной индустрией (её отраслей). Важнейшей функцией СОК является поиск наиболее рациональных вариантов контроля и управления с учётом влияния различных факторов.

Рис. 2. Общая архитектура Системы объективного контроля (СОК) строительства и место средств объективного контроля.

На основе вышеперечисленных целей и задач можно сформулировать и миссию СОК, а именно:

• реализовать возможности объективного контроля за использованием финансовых средств при строительстве и реконструкции объектов и прочих организационно-технических мероприятий на основе объективных данных и легитимных методов их интерпретации;
• использовать СОК для создания условий максимально эффективного управления ресурсами и активами, в том числе финансовыми. Интегрировать СОК с системами класса ЕRP, ЕАМ, CRМ, другими системами с учётом выполненных и исполняемых работ;
• реализовать систему объективного контроля как основу и источник актуальных и достоверных данных для принятия решений в органах контроля и управления строительной индустрией (её отраслях).

Система СОК предоставляет различные возможности для всех заинтересованных сторон:

•   Для Заказчика:
      - фактическое состояние объектов строительства
      - контроль расходования денежных средств и исполнение бюджетов
       - получение управленческой информации в режиме реального времени
      - создание предпосылок для систематического снижения затрат на возведение объектов.
•   Для лиц, принимающих решения:
      - фактическое состояние объектов строительства
      - контроль расходования денежных средств
      - контроль хода строительства и сравнительный анализ с ПКД
      - выработка оперативных планов действий
      - управление качеством процессов
      - получение консолидированных отчётов.
•   Для сотрудников строительных организаций:
       - регламенты работ, должностные инструкции и общая карта процессов
      - оперативное получение заданий от руководства
      - оперативное исполнение и отчет по результатам.
•   Для имеющихся и потенциальных клиентов:
      - доступность достоверной и актуальной информации по состоянию объектов строительства.

Ниже приведён список некоторых предметных областей управления инфраструктурой, реализуемых в системе объективного контроля:

• Управление земельно-имущественным комплексом. Кадастр различного назначения.
• Развитие территорий. Архитектурно-планировочные решения.
• Новое строительство и реконструкция объектов.
• Экологические задачи. Экологический мониторинг.
• Природоохранные объекты.
• Водное хозяйство территории. Русловые процессы.
• Лесное хозяйство. Лесопатологический анализ и таксация леса.
• ЧС природного, техногенного и антропогенного характера.
• Мостовые сооружения. Путепроводы и переходы. Тоннели.
• Дорожная сеть.
• Продуктопроводы.
• Электросетевой комплекс.
• Жилищно-коммунальное хозяйство.
• Памятники архитектуры. Фотореалистичный 3D-план.

Рис. 3. Структура геоинформационной модели.

Процедура объективного контроля состоит из нескольких этапов. Контрольные замеры происходят один раз в отчётный период (например, по закрытию рабочего дня). Результаты замеров заносятся в соответствующие отчётные документы, сметы и т.п., в соответствии со штатной процедурой уполномоченным лицом (контроллером, прорабом и т.д.). Съёмка объекта строительства производится с фиксированных мест, углов обзора, и т.п. инструментальными средствами - тем же уполномоченным лицом, либо со стационарно установленных камер. Отчёты заносятся в базы данных, из которых происходит выгрузка в ГИС в соответствии с моделью BISDM. Ключевая процедура - сравнение реальных параметров строительства с проектными документами. Отметим основные источники данных для сравнения:

• отчётная документация за отчётный период (занесённая в виде баз данных или соответствующих пунктов в проект);
• результаты натурной съёмки;
• ГИС-BISDM-модель объекта, полученная из CAD;
• ГИС-модель актуального состояния здания (BISDM).

Сравнение ведётся в соответствии со следующими принципами:

• При проектировании объекта обеспечивается формирование BISDM-модели в ГИС с необходимыми привязками в реальном пространстве.
• К объекту привязывается (по согласованному ID) набор исходной документации, система управления проектом (Excel, Primavera, Tririga…), видео-фото-ряды и другая информация. Все хранится с указанием времени (хронологических рядов).
• Текущее состояние объекта фиксируется на определённый период "слепками" с документации и БД, расчётом по этим данным BISDM-модели.
• По натурным инструментальным съёмкам формируется актуальная 3D-модель объекта, и она приводится в соответствии с BISDM-моделью (привязка по координатам).
• Производится сравнение эталонной BISDM-модели с текущими приведёнными BISDM-моделями (на основании проектной, отчётной документации, на основании натурных инструментальных съёмок).
• На основе выявленных расхождений производятся расчёты по материальной и другим составляющим.
• Проводятся размещение на общей операционной картине (C.O.P.) в ГИС и аналитика как по каждому из объектов, так и по совокупности проектов в целом.

Реализация СОК позволит проводить объективный контроль с максимальным эффектом:

• на 1-ом этапе:
      - контроль начала строительства и этапов ПИР для строительства и реконструкции;
• на 2-ом этапе:
      - контроль хода строительства на всех этапах (циклах) строительства и реконструкции с объективным анализом и оценкой выполненных объёмов, качества и стоимости работ и проведения сравнительной оценки проектных решений (отражённых в проектно-конструкторской документации  - ПКД) с завершённым строительством (объекты, сетевая инфраструктура);
• на 3-ем этапе:
      - контроль завершённого строительства (объекты, сетевая инфраструктура) и сравнение с проектными решениями, отражёнными в ПКД, а также нормативными требованиями;   - начало полноценного использования СОК, как основы для системы поддержки и принятия решений в органах контроля и управления строительной индустрией (её отраслях).

ГИС - базовая платформа для системы объективного контроля

В настоящее время компании, занимающиеся ГИС-технологиями, такие как Esri, обеспечивают геопространственную функциональность "из коробки". Используя общую модель данных для описания строительной среды в сочетании с инструментами, которые, по существу, создают несколько альтернатив (вариантов) проекта, ГИС на платформе Esri способна обработать каждый из них и затем, поскольку все они основаны на одной и той же модели данных, запустить дельта-отчёты (данные о расхождениях в проектных вариантах). Благодаря использованию ГИС, можно измерять пространственные коэффициенты, отношения и так далее, что является основой для получения численных результатов, необходимых для любого эмпирического исследования.

Рис. 4. Возможности применения геоинформационной модели для строительства.

В случае управления строительным проектом и объектами наиболее важным численным результатом является метрика, определяющая качественно и количественно, насколько хорошо выполняются работы на каждом этапе.

В среде ГИС можно "вести" несколько объектов, в то время как в системах CAD- (автоматизированное проектирование), BIM- (информационная модель здания), или даже CAFM (автоматизированная система управления хозяйственной деятельностью) моделируется только одно здание. Таким образом, эти системы (CAD, BIM, CAFM) "знают" обо всех компонентах, оборудовании, этажах и пространствах в этом здании, однако в них не существует понимания других объектов такого же класса, но находящихся снаружи здания.

ГИС обеспечивает ситуационную осведомлённость об объектах на всех этапах строительства. С ее помощью можно учесть и влияние факторов, на первый взгляд, никак не связанных с объектом. Например, ГИС позволяет ответить на вопрос, имеются ли внешние экологические особенности, которые могут повлиять на процесс строительства, или пролегают ли маршруты акций протеста в непосредственной близости от строящегося объекта, что может привести к задержкам по срокам возведения важнейших элементов строительства. Другими словами, посредством наложения тематических слоев, ГИС делает более очевидными взаимосвязи и взаимодействия между проектируемыми объектами и объектами внешней среды. Использование ГИС-технологий позволяет сразу понять, каковы сильные и слабые стороны строительного проекта, где имеются угрозы и дополнительные возможности по управлению строительной средой.

Геоинформационная модель на основе ArcGIS - архитектурное решение для системы объективного контроля строительных проектов

Современные СОК строительства работают с 4D-моделями сооружаемых объектов. 4D объединяет 3D-модель объекта с соответствующими работами календарно-сетевого графика строительных работ и включает в себя 4 параметра: три пространственные координаты и время. Такая модель позволяет визуально отследить все ошибки планирования, моделируя процесс строительства во времени. Следует отметить, что основа любой системы объективного контроля - это геоинформационная система (ГИС), которая является виртуальным воплощением строительной площадки (или площадок), на которой объекты взаимосвязаны друг с другом в географическом пространстве. ГИС позволяет пользователям получить доступ к информационной модели, графику выполнения строительных работ и другой информации по выбранному объекту, а руководству всех уровней - оценивать состояние строительства в целом на всех площадках. Можно сказать, что СОК - это тематическая ГИС, реализующая возможности ГИС и технологические решения по сбору, обработке и созданию необходимых данных об объекте строительства.

Рис. 5. Предоставление лицам, принимающим решения, картографических и аналитических возможностей ГИС для строительства.

ГИС для управления строительством создается на базе модели геопространственной информации, которая служит основным источником данных для всех управляемых объектов на протяжении всего FM-жизненного цикла (жизненного цикла объектов, управляемых на основе технологий административно-хозяйственного управления). Информация, содержащаяся в геоинформационной модели, может быть визуализирована в географическом пространстве средствами ГИС, тем самым предоставляя пользователям системы общую и скоординированную картину строительства. Соединяя геоинформационную модель с необходимыми источниками данных, рабочими процессами участников строительства, установленными отчётами и соответствующими стандартами, ГИС предоставляет заинтересованным сторонам инструменты прогнозирования, необходимые для понимания будущего развития строительных проектов, а также их оптимизации.

За последние 30 лет основные методы формирования и управления среды строительной деятельности и в смежных отраслях промышленности оказались нестабильными. Имеющиеся данные показывают, что эти практики не были экономически, экологически и социально жизнеспособными в долгосрочной перспективе. В настоящее время заинтересованные стороны в строительных проектах чаще всего используют такие технологии, как информационная модель здания (BIM) наряду с другими, традиционными системами автоматизированного проектирования (САПР) для создания и хранения данных о зданиях. Кроме того, используется BISDM - информационная модель внутреннего пространства здания, модель данных, которая используется в ПО ГИС, позволяющая эффективно обмениваться геоданными с другими платформами и взаимодействовать с ними. Задачей руководителей строительных предприятий является запрос, анализ и представление этой информации для всех зданий в пределах района или ещё большего географического региона. При этом во многих случаях данные о стройке содержатся в электронных таблицах, а также в твёрдых или электронных поэтажных планах без реально организованной системы управления данными.

Рис. 6. BIM-модель здания.

За счёт импорта и агрегирования в ГИС геометрических и текстовых данных из нескольких файлов BIM и/или CAD, вся мощь BIM-модели может быть использована и расширена путём интеграции её со связанными пространственными данными о прилегающей местности, районе, регионе. Возможности BIM по управлению инфраструктурами и активами значительно расширяются с использованием геопространственных баз данных, а также инструментов визуализации, моделирования и аналитики, предоставляемых ГИС.

Значительную роль в управлении проектом строительства выполняет Integrated Workplace Management System - интегрированная система управления рабочим пространством (IWMS). Ключевые функциональные модули системы циклически связаны друг с другом и обеспечивают управление полным циклом управления недвижимыми активами, начиная от мастер-планирования и заканчивая списанием. Содержательную часть по управлению всем жизненным циклом проекта строительства может взять на себя программа IBM TRIRIGA. Функционал TRIRIGA позволяет решать целый комплекс задач по строительству, мониторингу и обслуживанию и может поставляться по модулям в зависимости от требований заказчика.

Для объединения богатого функционала ПО IBM с мощью ГИС-технологий применяется автоматическая двунаправленная интеграция между приложениями IBM TRIRIGA и модулями ArcGIS. Возможности IBM TRIRIGA Connector for ESRI Geographic Information System включают:

• автоматизированный двунаправленный интерфейс, интегрирующий географическую и картографическую информацию ArcGIS с данными рабочей группы IBM TRIRIGA;
• визуальное географическое окно, в котором с помощью карт отображаются и анализируются операции рабочей группы IBM TRIRIGA и данные статистики;
• возможность управлять пользователями, ресурсами и информацией в географическом контексте, анализировать эту информацию и предоставлять автоматические обновления базы данных IBM TRIRIGA.

Внедрение продуктов IBM на ГИС-основе от Esri позволяет решать следующие задачи:

• управление имуществом;
• материально-техническое снабжение;
• управление складскими запасами;
• управление договорами;
• управление работами по созданию, обслуживанию и ремонту активов;
• управление сервисами;
• управление рисками;
• планирование и учёт затрат;
• управление персоналом;
• сбор, обработка, хранение, представление геопространственной информации;
• систематизация и манипулирование геоданными;
• построение 2D- и 3D-моделей активов и местности;
• решение задач, связанных с обработкой информации о местности, например:
      - вычисление расстояний, площадей;
      - расчёты зон затопления, видимости, углов наклона и т.д.;
      - кадастр;
      - выбор оптимального маршрута движения, навигация; др. задачи.

Таким образом, совместное решение на базе платформы Esri ArcGIS с функционалом IBM TRIRIGA и рядом других продуктов IBM позволяет решать полный спектр задач строительного комплекса. Преимущество данного решения заключается в том, что вопросы интеграции решаются не на уровне приложений, а непосредственно силами поставщиков базовых продуктов, что позволяет заказчику сосредоточиться на выполнении своих задач, а рабочие вопросы, связанные с IT составляющей в штатном режиме решают разработчики решений.

Практические результаты от внедрения совместных решений от компаний Esri и IBM

Рис. 7. Импортированные в ГИС BIM-данные, объединённые в общей модели и помещённые в "окружающий мир".

Сокращение расходов. Выявление и консолидация неэффективных и высоко-затратных площадей, совершенствование использования и экономия по всему портфелю недвижимости компании.

Повышение операционной эффективности. Выявление и снижение количества транзакций с недвижимостью с момента подачи начальной заявки на недвижимость до окончательного утверждения. Сотрудничество и обмен передовым опытом для реальных стратегий управления недвижимостью по всем бизнес подразделениям.

Снижение рисков. Единый источник информации, единая система для совершения операций с недвижимостью. Обеспечение и соблюдение норм и единого набора данных с помощью систематического контроля.

Согласованность. Создание и систематизация процессов недвижимости, процедур, форм и отчётов по бизнес-единицам для обеспечения последовательного и надёжного результата для сделок с недвижимостью и реального анализа недвижимости и отчётности.

Управление. Ключевые визуальные представления для измерения и управления процессами недвижимости и эксплуатационными характеристиками и обеспечения согласованности операций с недвижимостью в соответствии с корпоративной политикой и целями.

Прозрачность данных. Единый источник информации о недвижимости по всем бизнес-единицам для обеспечения точных и своевременных данных, равномерной и стандартизированной отчётности по использованию, затратам на недвижимость и прибыльности.