Часть 3. Теория практики.

Цели поставлены, задачи определены! За работу товарищи!

Для начала — система координат, в которой эта работа происходит. Отечественный проектный процесс канонически двухстадиен: проектная документация (стадия П) разрабатывается в составе разделов, регламентированных постановлением правительства № 87, проходит экспертизу и даёт право строить; рабочая документация (стадия Р) доводит решения до монтажной конкретики — кабельных журналов, планов расстановки, схем подключений. Слаботочные системы при этом размазаны по разделам с изяществом, доставляющим проектировщику отдельное удовольствие: сети связи живут в своём разделе, пожарная автоматика — в мероприятиях по обеспечению пожарной безопасности, автоматизация — в инженерном оборудовании, а взаимные связи между ними — в основном в голове того, кто не уволился. Предшествуют всему этому изыскания и предпроектные проработки, а венчает — авторский надзор, о котором стройка вспоминает обычно в жанре «а кто это придумал».

Проектирование — это фундамент, на котором строится безопасность, функциональность и экономическая эффективность объекта. Переход к цифровым методам открывает новые возможности, но требует переосмысления традиционных подходов.

В промышленном и гражданском строительстве на смену традиционному аналоговому проектированию постепенно, но неизбежно приходит цифровое моделирование зданий, тогда как, например, в высокотехнологичной индустрии авиастроения воздушные суда давно уже проектируются именно в цифре.
Историческая справка обязывает: компьютерное проектирование старше, чем кажется. Иван Сазерленд продемонстрировал Sketchpad — первый графический редактор со световым пером и, между прочим, с прообразом объектных связей — в 1963 году; AutoCAD демократизировал электронный кульман в 1982-м; а идею информационной модели здания Чак Истман сформулировал ещё в 1975 году под именем Building Description System — за тридцать лет до того, как маркетинг отчеканил аббревиатуру BIM. Авиастроительный ориентир тоже имеет имя и дату: Boeing 777 (первый полёт — 1994) стал первым самолётом, спроектированным полностью в цифре, без бумажных чертежей и натурного макета, — на системе CATIA были смоделированы все сотни тысяч деталей и их сборка, что срезало переделки на десятки процентов. Строительная отрасль идёт тем же маршрутом с отставанием в пару десятилетий — отставанием, объяснимым не глупостью строителей, а тем, что каждый объект уникален, площадка не цех, а цена ошибки размазана по десятилетиям эксплуатации.

Хотя сложность и бюджет кажутся несопоставимыми, выделение и применение ключевых методик разработки инженерных решений высокотехнологичных индустрий, позволит не только повысить уровень безопасности и комфорта зданий и сооружений, но и развить технологию промышленного и гражданского строительства.

Для этого необходимо сперва решить проблему недостаточного развития моделей семейства слаботочных систем в программном обеспечении BIM (Building Information Model) различных вендоров, которое позволяет создать объектно-ориентированную модель строительного объекта.

Зрелость этой модели принято измерять уровнями проработки (LOD — Level of Development): от концептуальной болванки LOD 100 до исполнительной модели LOD 500, соответствующей построенному «как есть»; контракт, не фиксирующий требуемый LOD по разделам, обрекает стороны на увлекательные споры о том, что считать «смоделированной» камерой — параллелепипед с атрибутом или изделие с углами обзора и кабельными вводами. Межвендорный обмен держится на открытом формате IFC и идеологии openBIM (модель переживает смену программ и десятилетия эксплуатации только в открытых форматах), а отечественный аналог называется ТИМ — технологии информационного моделирования — и с 2022 года поэтапно обязателен на объектах государственного заказа, что, как водится, сделало для распространения технологии больше, чем все конференции вместе взятые.
Подробное введение в предмет читатель найдёт у Талапова в «Основах BIM» из нашего списка литературы. А фундаментальным отечественным руководством именно по теме этой главы — проектированию слаботочных систем как таковых — остаётся «Проектирование систем слабых токов» А. Б. Романова, М. Ю. Тайнова, М. Ф. Тюхтина и А. Б. Семёнова (2014): настольная книга, к которой стоит возвращаться независимо от того, в чём вы чертите — в карандаше или в модели.

Вообще, переход от функционального метода к объектно-ориентированному подходу в программировании позволил создавать более сложные программные продукты, оптимизировать разработку программного обеспечения. Аналогично и в промышленном и гражданском проектировании цифровое моделирование зданий позволит кратно ускорит технологический прогресс в сфере строительства.
Аналогия с ООП глубже, чем кажется на первый взгляд, и стоит её углубить: семейство оборудования в BIM — это класс с инкапсулированными свойствами (габариты, мощность, углы обзора, посадочные размеры); конкретная камера на третьем этаже — экземпляр класса с унаследованными параметрами; глобальное изменение типового извещателя обновляет все его вхождения — полиморфизм в действии; а коллизия воздуховода с кабельным лотком — это, по сути, конфликт интерфейсов, пойманный «компилятором» на этапе сборки, а не «в рантайме» — перфоратором на площадке. Продолжая аналогию: чертёж — это распечатка кода, и спорить о красоте рамки чертежа в эпоху моделей так же продуктивно, как нумеровать строки в распечатке программы.

Программистская параллель подсказывает и следующий шаг эволюции, уже наступающий: генеративное проектирование, где инженер задаёт цели и ограничения (нормы, бюджет, углы обзора, пожарные расстояния), а алгоритм перебирает тысячи вариантов расстановки и трассировки, предъявляя фронтир оптимальных решений. Расстановка извещателей и камер — задачи почти идеально формализуемые, и в них машина уже сегодня обыгрывает человека по полноте перебора, оставляя ему выбор критериев и ответственность за него. К этой теме мы вернёмся в главе 15 — с надлежащей порцией скепсиса и надежды.

Проектирующие специалисты, от главного инженера проекта до инженеров-проектировщиков по направлениям, зачастую сталкиваются с парадоксальной ситуацией, когда легитимно необходимые знания огромного количества норм и правил препятствуют нахождению творческих решений возникающих коллизий.
О фигуре ГИПа скажем отдельно: это дирижёр, отвечающий за то, чтобы полсотни специалистов, каждый из которых прав в своей партитуре, сыграли один объект, а не пятьдесят. Хороший ГИП в слаботочной части отличается умением задавать смежникам вопросы до того, как ответы подорожают: предусмотрены ли стояки и закладные для трасс, хватит ли мощности и охлаждения серверной, кто питает противопожарные системы по первой категории, чем разблокируются двери при пожаре. Дефицит таких дирижёров — едва ли не главное узкое место отрасли, и природа его проста: межсистемному мышлению не учат ни в одном вузе, оно вырастает только из шишек смежных дисциплин — почему, собственно, и пишутся книги вроде этой.

К этому парадоксу полезно относиться исторически: почти каждая строка свода правил — кодифицированный разбор чьей-то аварии, и фольклорное «нормы написаны кровью» этимологически точно. Но кодификация всегда отстаёт от технологий (мы видели это в главе 2 на видеоаналитике), и для честных новаторов предусмотрен легальный шлюз — специальные технические условия (СТУ), разрабатываемые и согласуемые для объектов, на которые норм не хватает или которые норм превосходят: небоскрёбы, атриумы, уникальные производства. Дороже и дольше, зато творчество получает подпись и печать, а не уголовную перспективу. Машинная проверка моделей на соответствие нормам (code checking) обещает снять часть рутины и с проектировщика, и с эксперта — формализуемые требования вроде расстояний и площадей алгоритм проверяет лучше уставшего человека, оставляя людям то, что им и положено: смыслы и компромиссы.

Стоит знать и теневую экономику жанра: проектирование в строительной пищевой цепочке хронически недооплачено относительно влияния на итог (проценты от стоимости объекта против определяемых проектом десятков процентов стоимости жизненного цикла), сроки на него урезаются первым же сдвигом графика, а статус «бумажной» стадии делает её жертвой экономии охотнее «железных». Мудрые застройщики выучили обратную зависимость на своих переделках: рубль и неделя, добавленные проектированию, — самая доходная инвестиция строительного цикла, и тендер на проект по критерию «дешевле и быстрее» — это покупка будущих коллизий по предоплате.

Проектную документацию (ПД) разрабатывают, как правило, проектные институты в статусе генерального проектировщика конкретного проекта на основе технического задания (ТЗ) заказчика с учётом требований действующей нормативно-технической документации (НТД), после чего по результатам государственной экспертизы (ГГЭ) принимается решение о выдаче разрешения на строительство.

Сюда же примыкает жанр, который по-хорошему должен предварять слаботочные разделы, — концепция безопасности объекта: документ, где до выбора единого прибора сведены воедино модель нарушителя (глава 3), матрица рисков (глава 7), категорийность по нормативке, требования будущей эксплуатации и бюджетные рамки, а уже из них выведены требования к системам. На практике маршрут часто обратный — «нам нужно сорок камер, обоснуйте», — и проектировщик из инженера превращается в декоратора чужого решения. Настойчивое возвращение разговора к концепции — профессиональная обязанность, а не занудство: спецификация без концепции отвечает на вопрос «что купить», не ответив на вопрос «зачем», и глава 8 уже объяснила, чем кончается покупка прилагательных.

Экспертиза — государственная или негосударственная — заслуживает доброго слова вопреки жанру: это последний рубеж, на котором ошибку ещё можно исправить ластиком, а не отбойным молотком, и грамотный эксперт по автоматике, выловивший несостыковку алгоритмов СОУЭ с противодымной вентиляцией, экономит заказчику суммы, на которые можно содержать экспертизу годами. Типовые замечания по слаботочным разделам кочуют из проекта в проект с печальной стабильностью: неувязка с электроснабжением по категориям надёжности, забытые ОКЛ, камеры без расчёта углов, СКУД без сценария эвакуации, отсутствие взаимных заданий между смежными разделами — список, который читатель этой книги теперь способен предъявить проектировщику до экспертизы.

Служба технического заказчика застройщика удостоверяется в соответствии проектной документации техническому заданию, требованиям норм и правил, проводит оценку стоимости реализации и организует конкурсные процедуры (тендер) для выбора строительной организации и заключения договора генерального подряда.

Тендерная механика заслуживает абзаца про теорию игр: конкурс с единственным критерием минимальной цены — это аукцион, в котором побеждает самый оптимистичный (или самый осведомлённый о способах сэкономить после победы), и феномен «проклятия победителя» из аукционной теории материализуется на площадке демпингующим подрядчиком, который добирает маржу ценой замены кабеля, квалификации и совести. Зрелые регламенты закупок оттого многокритериальны: цена взвешивается с опытом, референсами и квалификацией персонала, а техническое задание пишется до конкурса с той тщательностью, с какой потом хотелось бы принимать работы. Закон сохранения здесь неумолим, как в физике: недоплаченное на тендере объект вернёт — через эксплуатацию, переделки или страховой случай.

Генеральный подрядчик разрабатывает проектную документацию стадии Р (рабочую документацию, РД), руководствуясь которой субподрядные организации выполняют строительно-монтажные работы (СМР).

Организационная ткань процесса соткана из заданий: архитектор выдаёт планировки, технолог — расстановку оборудования, электрики — мощности и щиты, вентиляционщики — воздуховоды, и слаботочник в этой пищевой цепочке традиционно последний — его лотки и извещатели размещаются в пространстве, которое осталось. Зрелая координация переворачивает порядок: инженерные системы увязываются в общей модели итерационно, под управлением BIM-координатора, в среде общих данных (CDE), где у каждого файла есть статус, автор и история, а «самая свежая версия» перестаёт быть предметом устного народного творчества. Именно эта процедурная скука — статусы, регламенты обмена, матрицы ответственности — и отличает цифровое проектирование от цифрового черчения сильнее, чем любые трёхмерные красоты.

Цифровое моделирование зданий позволяет оптимизировать скорость и стоимость описанного процесса при условии доступа к цифровой модели всех участников процесса (с учётом требований информационной безопасности).

Скобка не для красоты: модель здания со всеми инженерными системами, трассами и уязвимостями — это готовое досье для противника из главы 3, и режим доступа к CDE (роли, журналирование, водяные знаки, сегрегация особо чувствительных разделов вроде систем безопасности) обязан проектироваться одновременно с самой средой. Известны случаи, когда тендерная рассылка «полного комплекта» превращала секцию периметральной охраны в общедоступную литературу, — безопасность модели и безопасность по модели связаны теснее, чем хотелось бы.

Переход от двухмерного мышления, когда инженеры-проектировщики, использовали CAD-системы автоматизированного проектирования, лишь автоматизирующие процесс черчения, к трёхмерному моделированию с учётом физических свойств и параметров моделей, планируемых к применению строительных материалов, оборудованию и материалов, позволит не только минимизировать количество проектных коллизий, но и оптимизировать стоимость и сроки непосредственно строительства (глава 12).

Двухмерная инерция, к слову, держится не только на привычке: значительная часть нормативной и договорной обвязки до сих пор оперирует чертежом как юридическим артефактом — печать ставится на лист, а не на файл модели, и пока приёмочные и надзорные процедуры не научатся подписывать модель, чертёж останется обязательным переводом с цифрового на бюрократический. Переходный период породил гибридный жанр «модель для работы, чертежи для проверяющих», в котором главное — не дать двум представлениям разъехаться: расхождение модели и чертежа хуже отсутствия модели, ибо неизвестно, чему верить.

В целях соответствия проектных решений требованиям НТД целесообразно разработать и поддерживать в актуальном состоянии чек-листы соответствия, как для удобства проектирования, так и для ускорения последующего прохождения экспертизы.

Чек-лист вообще — самая недооценённая интеллектуальная технология отрасли: хирургия и авиация (см. «Чек-лист» Атула Гаванде — книгу, которую стоило бы включать в курс любого инженерного вуза) доказали, что простые списки контрольных вопросов режут смертность и аварийность на десятки процентов даже у виртуозов, ибо страхуют не от незнания, а от забывания под нагрузкой. Проектный чек-лист слаботочника — «запитан ли каждый прибор по нужной категории, заведена ли каждая дверь эвакуации в сценарий разблокировки, у каждой ли камеры есть коммутаторный порт и место в архиве» — скучен ровно настолько, насколько дороги ошибки, которые он ловит.

Цифровое моделирование систем пожарной автоматики с автоматическим расчётом пожарной нагрузки позволит своевременно закладывать такое сочетание архитектурных решений и строительных материалов, которое позволит найти баланс между приемлемым пожарным риском и экономической стоимостью объекта.
Методологически это и есть перенос риск-ориентированного подхода из главы 7 в проектную плоскость: вместо вопроса «соответствует ли решение пункту свода правил» — вопрос «какую вероятность какого ущерба покупает заказчик этим решением». Полевые методы уже описаны в главе 2 — моделирование динамики пожара и эвакуации, расчёт пожарного риска, — и проектировщик, владеющий ими, разговаривает с экспертизой и заказчиком с позиций числа, а не прецедента, что меняет переговорную механику разительно.

Извещатели АПС изначально следует размещать с учётом дизайн-проекта, нормируемых расстояний от светильников и вентиляционных отверстий, акустический расчёт звукового давления позволяет оптимально распределить оповещатели СОУЭ, а цифровое моделирование пожара помогает выбрать оптимальный тип и количество тушащего вещества систем пожаротушения.

Каждое из этих размещений — маленькая прикладная наука. Точечные дымовые извещатели тяготеют к местам, куда конвекция реально принесёт дым: нормируемые отступы от вентиляционных диффузоров существуют потому, что приточная струя локально «отдувает» дым от датчика, а правила для балок и фальшпотолков — потому, что дым растекается под перекрытием озером, огибая препятствия. Акустика СОУЭ считается от худшей точки: уровень речевого сигнала должен перекрывать фоновый шум с запасом разборчивости во всех защищаемых помещениях, и пять маломощных оповещателей почти всегда честнее одного громкого — звук, в отличие от сметы, подчиняется закону обратных квадратов. Подобные физические подоплёки нормативных цифр стоит знать не для эрудиции: они отличают осмысленное отступление от опасного и позволяют спорить с нормой её же оружием — расчётом.

Камеры систем видеонаблюдения, которые являются глазами умного здания, размещаются в проекте таким образом, чтобы сектора видеокамеры, обусловленные её техническими характеристиками, соответствовали требуемым углам и дальности обзора, определяемых техническим заданием службы безопасности.

Здесь пригождается знакомая по главе 3 пиксельная арифметика DORI (Detect —Обнаружение, Observe  — Наблюдение, Recognize — Распознавание, Identify — Идентификация): задача «идентифицировать незнакомца на входе» транслируется в плотность пикселей на метр, та — в комбинацию матрицы, объектива и дистанции, и спор о количестве камер превращается из вкусового в инженерный. Добавим высоту установки (слишком высоко — макушки вместо лиц), встречную засветку (камера против витража увидит силуэты в ореоле), инфракрасную подсветку и её отражения, мёртвые зоны под самой камерой — и станет ясно, почему расстановка камер по принципу «равномерно и красиво» опознаётся профессионалом с одного взгляда на план, как опознаётся музыкантом игра по слуху без слуха.

Программное обеспечение верхнего уровня — самая недопроектируемая часть слаботочных разделов: спецификация перечисляет серверы и лицензии, но молчит о том, какие сценарии операторов должны быть настроены, какие отчёты нужны службе безопасности, как разграничены роли, что пишется в журналы и сколько хранится, как выполняется резервное копирование конфигураций (привет главам 9 и 13). Между «ПО поставлено и запущено» и «ПО внедрено в работу службы» лежит проектируемая дистанция, и задание на пусконаладку интеграционной платформы — документ того же ранга, что схема соединений, хотя встречается в комплектах на порядок реже.

Места размещения выключателей электроосвещения и считывателей СКУД лучше уточнить в проекте, чем по факту СМР наблюдать неприятную картину несоответствия расстояния между ними требованиям НТД.

Мелочь?

Из таких мелочей состоит граница между объектом, который эксплуатируется, и объектом, с которым борются: подрозетник, в который не помещается считыватель с гермовводом; дверь, открывающаяся на установленный рядом извещатель; шкаф автоматики, до клемм которого дотягивается только гимнаст со стажем. Эргономика монтажа и обслуживания — полноправный раздел проектирования, просто негласный, и опытные проектные команды зовут на нормоконтроль эксплуатационщика именно за этим взглядом: он единственный читает чертежи руками.

Требуемое правилами устройства электроустановок (ПУЭ) расстояние между кабельными линиями сетей связи, систем электроснабжения, автоматизации и пожарной автоматики также удобно учитывать в цифровой модели, ведь на этапе строительства фактически применяемые системы кабельных лотков СКК могут быть не только смонтированы с нарушением инструкций производителя, но и с отклонениями от рабочей документации в связи с возникающими коллизиями, неразрешёнными на этапе проектирования.

Поиск коллизий (clash detection) в координационных пакетах вроде Navisworks — жанр со своей классификацией: жёсткие коллизии (труба сквозь балку), мягкие (нарушены монтажные и обслуживающие зазоры — дверца шкафа, которой некуда открыться) и временны́е, они же коллизии 4D (кран и перекрытие существуют в одной точке пространства в одну неделю графика). Отчёт о тысячах коллизий на старте координации — не приговор проекту, а нормальная температура по больнице; приговор — те же тысячи за неделю до монтажа. Опыт показывает устойчивую арифметику: час координации в модели экономит день переделок на площадке — соотношение, которое читатель после главы 8 без труда переведёт в язык ожидаемых потерь.

В теории построив в киберпространстве полную цифровую модель здания (с учётом инженерных и слаботочных систем) и подключив к ней планируемое к эксплуатации программное обеспечение (методами API), можно на практике получить заключение о соответствии (ЗОС) выполненного в натуре объекта проекту на 99%.

Дорогу к этому идеалу уже протаптывают технологии полевой верификации: лазерное сканирование и фотограмметрия снимают облако точек построенного и накладывают его на модель, подсвечивая расхождения беспристрастнее любого технадзора; исполнительная модель (as-built) становится стартовым капиталом эксплуатации — тем самым цифровым двойником из главы 5, к которому подключаются системы мониторинга. Измерения BIM при этом растут числом: к трём пространственным добавляют 4D (график), 5D (стоимость), а дальше нумерация уходит в маркетинговую сингулярность — но суть проста: одна модель, много вопросов к ней, и каждый отдел спрашивает о своём у общей правды, а не у своей копии устаревшей правды.

Цифровое проектирование — не просто инструмент, а новая философия. Оно объединяет нормы, творчество и технологии, превращая риски в возможности.
Резюмируя главу в одну формулу: проектирование — это покупка определённости оптом по цене, на порядки ниже розничной, которую за ту же определённость возьмут стройка и эксплуатация.

Завершим главу честной ложкой дёгтя, без которой картина была бы рекламной: цифровое проектирование не отменяет ни одной из людских проблем — оно их ускоряет и подсвечивает. Модель, которую ведут спустя рукава, врёт убедительнее небрежного чертежа, ибо выглядит достовернее; коллизии, найденные и проигнорированные, документируют халатность с отметкой времени; а «BIM ради галочки госзаказа» добавляет к старым расходам новые. Технология, как и положено инструменту, умножает культуру исполнителя — у нуля же, как известно, с умножением отношения особые. Чем оборачивается это умножение на живой площадке — тема следующей главы.