Цифровые близнецы: вывести модульное строительство на новый уровень

Цифровые копии реальных объектов могут помочь строительным компаниям снизить риски и добиться большего с меньшими ресурсами. Lendlease Group демонстрирует, как эту технологию можно применять и масштабировать.

Дэрил Паттерсон, директор по продуктам Lendlease; Билл Рух, главный исполнительный директор Digital Lendlease.

За последние 20 лет строительная отрасль отстала в плане цифровизации, особенно в области использования данных, аналитики или искусственного интеллекта. За время, пока Билл Рух был директором по цифровым технологиям GE, а Дэрил Паттерсон за 25 лет промышленного проектирования, строительства и цифрового производства в Lendlease, эти технологии стали широко использоваться в автомобилестроении, OEM, коммунальном хозяйстве (например, в сетях водоснабжения и канализации) и других отраслях.

Исторически так сложилось, что строительство было линейным, трудоемким и длительным процессом. Всё, от краткого описания проекта до подробных архитектурных чертежей, моделирования, тестирования и повторяющихся изменений, необходимо учитывать, прежде чем проект сможет обрести форму в физическом мире. И каждый этап процесса должен быть согласован между архитектором, инженером и строителями.

Так называемый «Цифровой двойник» или цифровая копия физического объекта может обеспечить ускорение и автоматизацию традиционного проектирования, производства и эксплуатации. Таким образом, он может служить основой для заводского изготовления и более важным средством достижения промышленной эффективности.

Что такое «цифровой двойник» и как он дополняет модульную конструкцию?

В отличие от традиционных строительных моделей, цифровой двойник воспроизводит каждую деталь исходного объекта, будь то небоскреб или реактивный двигатель. Это означает, что цифровой двойник может учитывать все процессы, связанные со строительством, вплоть до отдельных материалов и компонентов. Возьмем, к примеру, проектирование и строительство морской ветряной турбины. При высоте почти 1000 футов и длине каждой лопасти почти 250 футов, строительство этих турбин в море по своей сути связано с техническими сложностями. Для начала корабль с припасами должен быть преобразован в морскую платформу; затем колонны сбрасываются через палубу, поднимая корабль над водой. Оттуда на месте собирается кран, который помогает перемещать детали на место.

Данные в реальном времени, собранные датчиками, могут создавать прогностическое моделирование, чтобы лучше понять, как турбина будет работать с учетом таких факторов, как, например, неблагоприятные погодные условия. Датчики также могут обеспечивать возможность ввода и анализа операционных, экологических и финансовых данных, чтобы обеспечить комплексное интегрированное решение. Данные в реальном времени также можно использовать для проведения социального анализа, чтобы определить, как люди могут взаимодействовать с турбиной.

Такие варианты имеют огромное значение для заводского изготовления. Будучи альтернативой строительству на месте, сборное производство должно все же зависеть от некоторых обстоятельств: производственной среды (чтобы быть рентабельной), автоматизированного производственного процесса (в некоторой степени) и экономии от масштаба, основанной на точно настроенном повторении однородных компонентов. Технологии могут помочь избавиться от эффекта масштаба и повысить эффективность цепочки поставок, чтобы сделать модульное строительство осуществимым и более прибыльным.

До тех пор, пока цифровые двойники не будут успешно внедрены, две дополнительные проблемы, с которыми сталкивается сборное производство, будут препятствовать инвестициям и проектированию. Во-первых, небольшие проекты при неясных сроках вывода продукта на рынок могут затруднить возврат инвестиций. Во-вторых, хороший дизайн здания по-прежнему требует понимания контекста и решения таких вопросов, как экологические характеристики, география, привязка к местности и строительные нормы, а это не гарантируется.

Одним из явных преимуществ цифрового двойника является возможность согласования экологичности и дизайна. Другими словами, создание цифрового двойника может заранее раскрыть его углеродный след и энергоэффективность. Кроме того, эта технология означает, что различные части конструкции могут быть изготовлены удаленно на производстве, а затем собраны на месте - таким образом, здания можно не только легко собрать, разобрать но даже использовать повторно для поддержки экономики замкнутого цикла.

Применение цифровых двойников в модульном строительстве

Компания Lendlease недавно построила цифрового двойника, чтобы проверить и определить жизнеспособность строительства многоэтажного комплекса на Коллинз-Уорф, расположенном на реке Ярра в Мельбурне, из экологически чистой древесины (выставка). Хотя эта древесина использовалась ранее, она не тестировалась в зданиях такой высоты, а именно в 28- 29-этажных жилых домах. Включение процессов и материалов проекта в цифровой двойник дало разработчикам более детальное понимание процесса строительства и затрат. Хотя процесс проектирования все еще находится на ранней стадии, цифровой двойник для башен уже дал представление о том, как активно сократить сроки проекта и расходы.

Применение цифровых двойников к модульной конструкции может еще больше сократить время и расходы. Например, канадская технологическая компания CadMakers успешно использовала цифровых близнецов при проектировании знаменитого Brock Commons Tallwood House - 18-этажного гибридного деревянного здания в Университете Британской Колумбии в Ванкувере. На сегодняшний день это самое большое деревянное здание в мире.

Tallwood House предоставил модель для планирования сборки и строительства здания, которая включала моделирование сборки изготовленных деталей на месте. В результате 20-месячный проект был завершен менее чем за 17 месяцев и сдан в два раза быстрее, чем такое же здание с использованием традиционных методов.

Шаги по масштабированию цифровых двойников

Цифровое производство уже играет важную роль в прекращении зависимости строительства от эффекта масштаба. В производстве сейчас преобладают робототехника, трехмерная печать и методы производства с цифровым управлением. Эти новые технологии позволяют производить каждый компонент проекта в небольших объемах, чисто и эффективно. Объем или масштаб проекта, по сути, больше не являются его определяющей характеристикой.

Следующие четыре шага помогут масштабировать цифровых двойников и впоследствии реализовать преимущества модульной конструкции:

1) Создавайте двойников с большой точностью. Вычислительный или генеративный дизайн может использоваться вместо традиционных линейных чертежей, что позволяет проектам высвободить время и затраты, избегая устаревших способов проектирования.

2) Копируйте, моделируйте и оценивайте. Этот подход применяется как к процессу изготовления и сборки, так и к физическим характеристикам используемых материалов. В результате физические свойства компонентов можно понять до строительства, а цифровой двойник покажет, как те или иные части зданий могут расширяться, деформироваться и вести себя в реальности.

3) Сделайте данные доступными для всех игроков. Объемы легкодоступных данных, выходящие за рамки основного дизайна, могут храниться в цифровом виде и использоваться всеми заинтересованными сторонами совместно на всех этапах. Таким образом, проектировщикам, которые традиционно были отделены от строительных и последующих производственных процессов, предоставляется совместный подход, а технические параметры прочно встроены в алгоритм проектирования.

4) Захват данных с физического объекта. После того, как проект будет сдан, датчики могут собирать данные, о том, как работает объект. Например, если здания представляют собой комплекс из составных частей, изготовленных цифровым способом, то этот эффективный цикл может привести к многократным улучшениям конструкции каждого компонента по отдельности. До сих пор эта концепция практически отсутствовала в архитектуре, машиностроении и строительстве.

В конечном итоге цифровые двойники могут способствовать демократизации проектирования в строительстве. Хотя технология все еще находится на начальной стадии развития, как для индустрии, так и для дизайнерского сообщества, - вскоре она может открыть возможности для изучения бесчисленных идей с использованием технологий, уже доступных нам. Давая этим идеям приоритет, снижая риски и обеспечивая эффективность, отрасль может внедрить модульную конструкцию способами, которые ранее были невозможны.

По материалам зарубежной прессы globalinfrastructureinitiative.com