Геотехнические цифровые двойники и BIM

Информационное моделирование зданий и сооружений (BIM) в настоящее время является знакомой концепцией, но «цифровые двойники» в гражданской инфраструктуре находятся в стадии становления.

Основываясь на обширном опыте Джонаса Вейла (Jonas Weil) в геотехническом проектировании и Ника Нисбета (Nick Nisbet) в разработке зданий и сооружений (BIM), эта тематическая дискуссия исследует концепцию геотехнического цифрового двойника и сравнивает ее с обычными цифровыми двойниками и методами информационного моделирования зданий и сооружений (BIM). В чем отличия? Как они связаны? Какова роль открытых стандартов по сравнению со специальными геотехническими инструментами в обеспечении успеха инфраструктурных проектов?

Обзор

Video Transcript

[00:00:05.770]
<v ->Добро пожаловать на групповое обсуждение Lyceum 2020 на тему1</v>

[00:00:09.940]
геотехнических цифровых двойников и информационного моделирования зданий и сооружений (BIM).

[00:00:13.980]
Без сомнения, вы знакомы с методами BIM.

[00:00:17.200]
Они являются особенностью проектов по строительству гражданской инфраструктуры

[00:00:21.860]
уже длительное время.

[00:00:24.290]
Цифровые двойники — это действительно новинка

[00:00:27.624]
и, безусловно, представляют примечательное явление в инфраструктуре в настоящее время.

[00:00:32.610]
Но, конечно, если наложить геотехнический слой

[00:00:35.550]
на любые из этих данных, это вызовет дополнительный интерес,

[00:00:39.780]
и, возможно, правила участия немного изменятся.

[00:00:44.610]
К счастью, у нас присутствуют отличные эксперты

[00:00:47.200]
здесь сегодня.

[00:00:48.720]
У нас в гостях Ник Нисбет (Nick Nisbet),

[00:00:49.840]
который является заместителем председателя BuildingSmart в Великобритании

[00:00:52.970]
и генеральным директор AEC3

[00:00:55.830]
и работает в области информационного моделирования зданий и сооружений более 40 лет.

[00:00:59.810]
А также Джонас Вейл (Jonas Weil), старший инженер-геолог

[00:01:02.890]
в IC Group в Австрии.

[00:01:05.030]
У Джонаса за плечами более 10 лет опыта работы

[00:01:08.910]
в инфраструктуре и горнодобывающей промышленности

[00:01:11.270]
с упором на структурную геологию

[00:01:12.890]
в геологическом трехмерном моделировании.

[00:01:15.620]
Так что не будем тратить время…

[00:01:20.960]
Присоединяйтесь к нам, рад вас видеть.

[00:01:22.960]
Я очень ценю, что вы нашли время и смогли

[00:01:25.200]
присоединиться к нам для этой тематической дискуссии.

[00:01:28.610]
<v ->Спасибо, что пригласили нас.</v>

[00:01:29.665]
<v ->Также с нами мой коллега Гарет Кристофер (Gareth Christopher),</v>

[00:01:34.430]
менеджер по развитию бизнеса в регионе Европа, Ближний Восток и Африка.

[00:01:37.820]
Замечательно. Я действительно ценю, что вы нашли время для этой дискуссии.

[00:01:41.230]
Ник, пожалуй, начнем с вас.

[00:01:44.640]
Я знаю, что вы давно занимаетесь информационным моделированием BIM.

[00:01:47.950]
Насколько наше нынешнее положение

[00:01:50.720]
сопоставимо с проблемами, с которыми вы столкнулись

[00:01:54.420]
в самом начале вашего проекта?

[00:01:57.640]
<v ->О, да, это был очень долгий путь.</v>

[00:02:02.300]
Я думаю, что для специалистов всех профессий чертежи

[00:02:12.420]
были основным средством обмена данными.

[00:02:15.435]
Полагаю, представители каждой профессиональной области уже высказались,

[00:02:19.480]
что они думают в трехмерном пространстве, а чертежи создают в двумерных проекциях.

[00:02:23.040]
И это было очень значительной частью

[00:02:25.540]
архитектурного образования, которое я получил.

[00:02:28.410]
Но мало-помалу

[00:02:31.880]
в каждой из дисциплин и профессий

[00:02:33.900]
узнавали, что передача информации в 3D

[00:02:38.810]
приносит пользу всем членам рабочей группы,

[00:02:43.870]
будь то инфраструктурный или строительный отдел,

[00:02:47.400]
независимо от этапа реализации объекта — строительство или эксплуатация.

[00:02:50.640]
Таким образом, это был постепенный процесс,

[00:02:54.810]
охватывающий каждую дисциплину поэтапно

[00:02:57.650]
с обеспечением того, что экспертные знания сохраняются

[00:03:04.920]
по мере осваивания новых способов работы.

[00:03:08.500]
<v ->Так это действительно конечная цель BIM —</v>

[00:03:11.871]
объединить эти разные дисциплины?

[00:03:18.950]
<v ->Я считаю, цель состоит в том, чтобы понять</v>

[00:03:26.040]
среду строительства,

[00:03:27.360]
будь то здания, сооружения, или же геотехнические работы

[00:03:31.050]
и строительство тоннелей.

[00:03:32.560]
И неизбежно это означает обмен информацией

[00:03:36.520]
для создания полной картины.

[00:03:38.080]
Потому что всей информацией не владеет никто,

[00:03:42.383]
при этом вся информация имеет определенную значимость для каждого из остальных участников.

[00:03:48.150]
И я думаю, что реальное преимущество BIM —

[00:03:50.270]
то, что вы делитесь информацией

[00:03:51.650]
таким образом, который можно использовать для множества различных аспектов.

[00:03:55.540]
Вы можете на основе этих данных построить график,

[00:03:57.220]
можете получить трехмерные виды, создать анимацию.

[00:04:02.350]
На этой основе вы можете получить все виды анализа.

[00:04:06.960]
И таким образом

[00:04:08.170]
это становится тем, что сейчас называют единым источником достоверных данных.

[00:04:14.060]
Разумеется, это более последовательное понимание

[00:04:17.930]
строительной среды, чем было возможно,

[00:04:20.180]
когда мы полагались на отдельные чертежи и конкретные документы.

[00:04:25.186]
<v ->А тяжело было</v>

[00:04:26.590]
заставить людей изменить свое мышление?

[00:04:32.280]
<v ->Ну, да, это было трудно.</v>

[00:04:36.440]
Я начал в конце 70-х, начале 80-х,

[00:04:40.900]
когда стояла задача убедить архитекторов в том,

[00:04:45.270]
что их информация выглядит лучше в трехмерном виде,

[00:04:49.470]
и еще лучше в среде BIM,

[00:04:51.790]
когда чертежи и документы объединяются

[00:04:53.720]
во что-то естественным образом скоординированное, и т. п.

[00:05:00.940]
Потом разговор перешел на инженеров-проектировщиков,

[00:05:04.597]
процесс картирования.

[00:05:06.720]
А еще позднее

[00:05:08.790]
инженерам-строителям пришлось пройти

[00:05:12.950]
через тот же самый процесс.

[00:05:13.840]
И много других дисциплин,

[00:05:15.340]
которые я также мог бы упомянуть.

[00:05:17.070]
И я думаю, что в каждом случае нужна честная оценка

[00:05:21.950]
того, что мы пытались сделать

[00:05:26.100]
с прежними чертежами и документами,

[00:05:28.380]
и того, что мы можем делать теперь при помощи BIM.

[00:05:33.030]
<v ->Верно.</v>

[00:05:33.863]
Спасибо, Ник.

[00:05:35.890]
Джонас, с вашей точки зрения,

[00:05:38.080]
как практикующего инженера-геотехника,

[00:05:40.810]
инженера-геолога, насколько это сопоставимо?

[00:05:45.270]
<v ->На самом деле очень похоже.</v>

[00:05:48.770]
По моему опыту, мы начали движение по этому пути позже.

[00:05:53.021]
(Джонас смеется)

[00:05:53.854]
Как и 10 лет назад,

[00:05:55.370]
мы начали с широкого использования трехмерного моделирования

[00:05:58.450]
на основе данных, поступающих в результате горных работ.

[00:06:00.600]
Но мы поняли, что нашим коллегам, занимающимся проектированием тоннелей

[00:06:04.270]
и координацией на строительных объектах,

[00:06:07.880]
очень понравилось хранить данные вместе в трехмерном формате.

[00:06:12.120]
И первые способы применения в нашей инфраструктуре

[00:06:14.870]
были на самом деле теми случаями, о которых я говорил.

[00:06:16.860]
У нас сложная ситуация, сложная геометрия.

[00:06:22.080]
У вас есть эти инструменты из вашего проекта добычи полезных ископаемых,

[00:06:24.560]
которые вы нам показали.

[00:06:25.820]
Неужели их нельзя использовать для туннеля?

[00:06:27.120]
И мы делали подобные вещи:

[00:06:29.430]
мы просто компилировали все данные

[00:06:32.230]
вместе с документацией по туннелю, по проекту,

[00:06:35.310]
с существующими знаниями о мониторинге.

[00:06:38.130]
И они это очень ценили.

[00:06:40.470]
А исходил этот импульс, собственно, от наших коллег-инженеров.

[00:06:45.693]
<v ->Хорошо.</v>

[00:06:46.529]
<v ->У нас достаточное разделение функций.</v>

[00:06:49.180]
Я вижу себя в основном геологом.

[00:06:52.560]
Мы предоставляем данные грунтовых оснований

[00:06:55.340]
для инженеров,

[00:06:56.640]
и у нас есть все рабочие среды, и инженеры…

[00:07:01.260]
Мы рады видеть, что они используют наши модели.

[00:07:04.110]
Они получают трехмерную модель и начинают делать срезы,

[00:07:08.170]
создавая собственные разрезы.

[00:07:10.950]
Потому что это опять же сходство,

[00:07:14.360]
многие области применения в инфраструктуре связаны с двумерным изображением

[00:07:19.770]
или всегда будут с ним связаны, потому что, само собой, если у вас есть туннель,

[00:07:23.207]
структура у вас линейная.

[00:07:25.030]
Если вы (неразборчиво)

[00:07:27.640]
каким-то образом преобразуете его в двумерный вид в зависимости от масштаба.

[00:07:33.460]
Но и для применения в геотехнике

[00:07:37.030]
начальный «быстрый» подход нередко включает

[00:07:39.340]
двумерный расчет разреза.

[00:07:41.610]
Это может быть множество разрезов

[00:07:43.010]
или разрез, проведенный через откос выемки,

[00:07:44.960]
но это наиболее эффективно.

[00:07:47.800]
И если у вас большая неопределенность в вашей модели,

[00:07:51.105]
особенно в этом случае

[00:07:53.640]
это очень хороший инструмент для этапа, предшествующего какому-либо трехмерному анализу.

[00:07:57.890]
Однако для нас,

[00:07:59.990]
важно отметить,

[00:08:02.530]
эти двумерные разрезы всегда должны быть производными, полученными

[00:08:05.870]
на основе полной картины.

[00:08:07.340]
Вам нужен комплексный анализ.

[00:08:09.590]
Вам нужно понять обстановку в трехмерном формате,

[00:08:12.232]
а затем уже вы определяете, где разместить свой двумерный разрез.

[00:08:16.010]
<v ->Да, это отличное замечание.</v>

[00:08:17.570]
Мне нравится эта идея

[00:08:19.450]
сочетания двумерного и трехмерного мира.

[00:08:22.490]
точке модели.

[00:08:23.323]
Мне кажется, это имеет смысл.

[00:08:26.305]
У нас есть одна из ваших моделей, Джонас.

[00:08:28.490]
Возможно, если я просто покажу ее на экране,

[00:08:31.490]
вы могли бы рассказать нам о модели

[00:08:33.660]
и о том, что на ней изображено.

[00:08:35.290]
Я просто перейду сюда и включу воспроизведение.

[00:08:42.100]
Пожалуйста, расскажите нам, что вы здесь видите.

[00:08:45.930]
<v ->С удовольствием.</v>

[00:08:47.168]
(Джонас усмехается)

[00:08:48.001]
Мы делали снимки для этого примера в нескольких местах.

[00:08:50.929]
С одной стороны, потому что это очень впечатляющий проект.

[00:08:54.570]
Я имею в виду, это 200-метровая сильно выпуклая арочная плотина.

[00:08:58.460]
И с учетом всей соответствующей геологической среды

[00:09:00.960]
это определенно один из наших

[00:09:03.610]
наиболее сложных

[00:09:05.180]
инфраструктурных проектов.

[00:09:07.570]
А с другой стороны, у нас было много времени,

[00:09:10.080]
выполнялся большой объем исследований,

[00:09:13.960]
и у нас было много данных, которые нужно было собрать воедино.

[00:09:17.280]
Здесь мы видим окончательный вариант откоса выемки

[00:09:21.840]
на левом берегу на основе стволовых данных.

[00:09:24.460]
Это из фотограмметрической модели,

[00:09:26.520]
которую мы ввели в Leapfrog

[00:09:28.750]
и использовали для документирования данных склона.

[00:09:33.060]
Здесь мы видим геологическую картографию откосов выемки,

[00:09:36.610]
как это и делается на рудниках.

[00:09:38.950]
И мы документировали все эти откосы выемки

[00:09:42.230]
на протяжении более трех лет.

[00:09:43.690]
Мы собрали все эти данные вместе,

[00:09:46.250]
но уже на более поздней стадии проекта.

[00:09:48.790]
Это совпадает с моментом начала земляных работ.

[00:09:50.690]
Мы начали моделировать в 2013 году,

[00:09:53.820]
когда у нас были первые скважинные данные

[00:09:55.480]
и первые сейсмические профили,

[00:09:57.930]
которые были картированы на основе тендерных документов.

[00:10:00.190]
Мы начали собирать все, что у нас было,

[00:10:04.820]
и так продолжалось на протяжении всего проекта.

[00:10:09.610]
Мы можем вернуться к этому двумерному, трехмерному или одномерному виду (неразборчиво).

[00:10:13.831]
Здесь вы увидите скважину со скважинными геофизическими данными.

[00:10:16.440]
На месте проводилось много испытаний

[00:10:18.210]
разнообразными методами.

[00:10:21.140]
Здесь мы снова видим документацию с картой туннеля.

[00:10:24.073]
Это не склоны; это все туннели,

[00:10:26.800]
все подъездные туннели (неразборчиво).

[00:10:29.880]
Мы видим геофизические данные.

[00:10:31.100]
Это снова пример в двумерном виде, потому что мы делаем профили.

[00:10:35.750]
Здесь также были сейсмические съемки.

[00:10:39.270]
И затем мы используем все эти данные,

[00:10:41.070]
которые присутствуют в модели, для интерпретаций.

[00:10:43.670]
Мы создали разные виды моделей

[00:10:47.000]
для различных целей.

[00:10:48.665]
Мы смоделировали типы горных массивов для проектирования плотины.

[00:10:53.913]
Мы смоделировали типы горных массивов для проектирования склонов.

[00:10:57.820]
Мы смоделировали прерывистые разрывы для нескольких вариантов применения,

[00:11:02.330]
потому что стабильность склона в основном контролировалась

[00:11:05.020]
по шаблонам и картинам разрывов непрерывности.

[00:11:09.580]
Но все эти интерпретации

[00:11:11.350]
были сделаны в той же модели

[00:11:12.940]
с теми же исходными данными.

[00:11:14.710]
Все фактические данные в наличии.

[00:11:17.800]
Все данные используются вместе

[00:11:20.010]
для получения различных моделей.

[00:11:22.550]
Я думаю, что это один из важнейших аспектов.

[00:11:26.090]
И именно поэтому мы называем такую модель

[00:11:29.480]
геотехнической координационной моделью.

[00:11:33.160]
Потому что для нас это источник достоверных данных,

[00:11:35.690]
если вы хотите назвать это подобным образом.

[00:11:37.110]
Это всеобъемлющий обзор всех существующих данных.

[00:11:41.320]
И на этой основе мы выполняем нашу интерпретацию.

[00:11:43.370]
Здесь снова пример двумерного откоса выемки,

[00:11:49.190]
анализ устойчивости откосов.

[00:11:51.940]
Раньше трехмерная модель в основном использовалась для основания плотин.

[00:11:56.040]
Это видео создано около двух лет назад,

[00:12:01.743]
когда документация по откосу была только что закончена.

[00:12:05.680]
С тех пор модель продолжает развиваться.

[00:12:07.980]
Большая часть откосов выемки и тоннелей выполнена,

[00:12:12.530]
но начинается строительство, и мониторинг выполняется непрерывно.

[00:12:17.210]
Операции по прокладке маршрутов продолжаются.

[00:12:20.231]
В ходе (неразборчиво) анализов необходимо проверить модель,

[00:12:25.100]
потому что там могут быть некоторые критически важные участки.

[00:12:28.240]
Строятся дополнительные тоннели.

[00:12:29.600]
Так что это действительно живая модель.

[00:12:31.530]
И она останется с нами

[00:12:34.040]
по крайней мере до окончания строительства,

[00:12:36.470]
но потом мы ее обязательно передадим специалистам, которые займутся эксплуатацией.

[00:12:41.680]
<v ->Это потрясающе.</v>

[00:12:44.050]
Вы называете это геотехнической координационной моделью.

[00:12:48.188]
Как вы думаете,

[00:12:49.160]
то, что мы только что видели, — это действительно цифровой двойник?

[00:12:53.180]
<v ->Да. Вы могли бы назвать это так.</v>

[00:12:56.170]
Он может отличаться

[00:12:57.449]
от того, что имеют в виду люди из строительного сектора,

[00:13:01.370]
когда говорят о цифровых двойниках,

[00:13:03.170]
или из других инженерных дисциплин.

[00:13:10.000]
Потому что они обычно точно знают, как выглядят их компоненты,

[00:13:13.740]
и как выглядит здание.

[00:13:15.050]
И у них идеальная трехмерная геометрия каждого винта.

[00:13:18.460]
У нас этого нет.

[00:13:19.370]
У нас есть предположение о грунтовых основаниях,

[00:13:21.470]
и у нас есть документация с данными о поверхности или из скважин,

[00:13:24.990]
или геофизических профилей.

[00:13:27.108]
Но что мы делаем, так это собираем все вместе.

[00:13:30.000]
Так что это двойник, да.

[00:13:32.480]
Это все еще схематический эскиз двойника,

[00:13:35.150]
но он включает по крайней мере всю доступную информацию.

[00:13:38.200]
Таким образом, это самое близкое подобие цифрового двойника,

[00:13:42.944]
если вам неизвестны точные условия структуры.

[00:13:47.640]
<v ->Нет, это вполне разумно.</v>

[00:13:48.870]
В этом есть смысл. Спасибо.

[00:13:50.230]
Ник, это согласуется с вашей точкой зрения

[00:13:53.270]
о том, что такое цифровой двойник, или каким он должен быть?

[00:13:56.920]
<v ->Да, я думаю, что у вас есть процесс</v>

[00:14:01.310]
сбора информации,

[00:14:03.570]
будь то съемка участка

[00:14:05.160]
или более сложные геотехнические методы,

[00:14:11.140]
и так далее.

[00:14:12.206]
Из этих данных вы получаете интерпретацию,

[00:14:14.940]
которую можно предоставить своим коллегам

[00:14:18.029]
вместе с вытекающими из нее последствиями.

[00:14:23.660]
Будь то цифровой двойник для здания

[00:14:26.920]
или для каменных сооружений в области плотины или чего-то еще,

[00:14:31.150]
я думаю, важен тот факт, что

[00:14:34.120]
он всегда предполагает некоторую степень упрощения.

[00:14:37.231]
И я полагаю, что еще один важнейший аспект цифрового двойника —

[00:14:42.281]
это идея обратной связи.

[00:14:48.260]
То, что отличает информационное моделирование BIM от цифрового двойника

[00:14:52.900]
(конечно, на мой взгляд), —

[00:14:55.040]
это двусторонний поток информации.

[00:14:58.910]
Так что у вас вполне могут быть данные геологического мониторинга,

[00:15:05.020]
или модель может обновляться на основе данных о структуре,

[00:15:11.460]
и последствия такого обратного потока данных

[00:15:17.240]
влияют на то, как эксплуатируется здание или сооружение,

[00:15:20.940]
или как оно будет исследоваться в дальнейшем.

[00:15:24.160]
И это было явно подчеркнуто

[00:15:26.550]
в работе, которую мы делали вместе с японцами,

[00:15:28.780]
когда мы работали над геотехническими моделями.

[00:15:33.940]
Потому что они очень хотят,

[00:15:37.830]
чтобы этот четвертый этап мониторинга был реализован,

[00:15:42.260]
учитывая нестабильность многих грунтов и т. п.

[00:15:46.330]
Таким образом, мы завершили сбор данных,

[00:15:48.760]
интерпретацию, анализ последствий,

[00:15:51.420]
и затем четвертый этап мониторинга.

[00:15:53.810]
И я считаю, что на этом четвертом этапе

[00:15:55.331]
действительно создается цифровой двойник.

[00:16:00.260]
<v ->Да, в этом есть смысл.</v>

[00:16:01.840]
Эти критически важные противоречия

[00:16:05.360]
в геотехническом цифровом двойнике,

[00:16:07.280]
получаемые интерпретации

[00:16:09.714]
и грунтовые условия, могут быть постоянными.

[00:16:17.340]
Но ваше понимание этого всегда развивается.

[00:16:20.701]
У вас есть меньшая или большая степень уверенности

[00:16:25.960]
в том, насколько верно ваше понимание.

[00:16:26.910]
Как это повлияло на разработку стандартов IFC

[00:16:32.060]
для геотехники?

[00:16:34.360]
<v ->Мы решили сосредоточиться</v>

[00:16:38.460]
на предоставлении коллегам доступа к интерпретациям.

[00:16:40.630]
И мы хотели убедиться,

[00:16:42.378]
что если объединяем эту информацию с другими данными,

[00:16:48.210]
предоставляемыми инженерами,

[00:16:50.400]
то при этом отсутствует неверное понимание.

[00:16:53.080]
Поэтому мы старались следить, что существуют атрибуты,

[00:16:56.780]
которые описывали бы неопределенность,

[00:16:58.580]
связанную с любым из объектов, данные о котором выкладывались в общий доступ.

[00:17:02.500]
<v ->Благодарю, господа, за уделенное вами время.</v>

[00:17:03.910]
Мы с нетерпением ждем возможности поработать с вопросами,

[00:17:06.730]
которые уже были добавлены в чат.