Статьи / Эволюция проектирования системы отопления: от наскальных рисунков к BIM-моделям.
С давних времен человечество заботилось об обогреве своего жилища. Люди XXI века относятся к комфортной температуре воздуха в помещении вне зависимости от времени года как к нечто само собой разумеющемуся. Но так было далеко не всегда. Современные высокотехнологичные энергоэффективные системы отопления являются результатом многовекового поиска людьми ответа на вопрос «Как себя согреть?». Параллельно с развитием технических решений в этой области, менялись и способы создания проектов, а также формы записи, хранения и передачи накопленной столетиями информации. Непрерывный полет инженерной мысли привел нас от первобытных условий к высокому уровню жизни.
Как согревались люди?
Известно, что еще в каменном веке наши предки использовали первые отопительные приборы в своих пещерах – костры. Место очага тщательно продумывалось и оберегалось. Можно сказать, что тогда и зародились ранние принципиальные решения системы отопления: в крыше над очагом делали отверстия для выхода дыма, а сам очаг обкладывался камнями, чтобы сквозняк не потушил огонь. Эту важную информацию первобытный человек передавал потомкам через наскальную живопись, создавая таким образом наглядные пособия по грамотному обогреву жилища.
Рисунок 1 – Наскальный рисунок организации костра и быта
В Древнем Египте для отопления использовали бани, а инженеры Древнего Рима создали камин, который дошел до наших дней. Камин устанавливали в центре помещения и окружали теплоаккумулирующими каменными материалами со всех сторон для избегания перегрева в процессе и резкого охлаждения по окончанию протапливания. Проектировали и вентиляцию помещений, создавая тягу в дымоходе. Предварительные эскизы и подробные зарисовки сооружений выполнялись на папирусе, пергаменте, отбеленных деревянных досках, а также на плоских каменных плитах.
Рисунок 2 – Эскизы французских каминов
В средние века в Европе широкое развитие получило печное отопление. Оно лучше обогревало помещения, кроме того, от печей дуло меньше, чем от каминов. Следующим шагом после индивидуального печного отопления стало появление централизованных систем. В 1777 году французский инженер М. Боннеман изобрёл первую водную систему с естественной циркуляцией. Ее основные принципы применяются для отопления жилых зданий до сих пор. В то время уже повсеместно было распространено слово «чертеж», которое обозначало схематичное изображение с большим количеством подписей и комментариев. Такие изображения элементов системы отопления использовали в инженерном деле.
Развитие промышленности и широкое применение паровых машин в 19 веке дало массовое распространение водяным и паровым системам отопления. В 20-м веке насосы стали электрическими, а системы отопления с принудительной циркуляцией, в которой обеспечивается постоянное перемещение воды по замкнутому контуру. Параллельно с развитием и совершенствованием инженерной отрасли, начиная с 17 века, шли попытки создания вычислительных механизмов. В середине прошлого столетия произошла настоящая революция, и появились быстродействующие вычислительные машины. Специалисты по отопительным системам стали использовать возможности компьютеров для создания 2D-чертежей, которые отличались высокой точностью и аккуратностью в сравнении с ручными аналогами. С этого момента с большой скоростью стали развиваться инструменты для автоматизации действий инженера в процессе проектирования. Помимо программных продуктов для 2D-моделирования, появились 3D-системы, где основная работа ведется с объемным рисунком.
Сегодня системы отопления направлены на снижение тепловых потерь, учет расхода тепла, использование энергосберегающих технологий и поиск новых источников топлива. Например, в современных многоквартирных жилых домах все чаще применяется горизонтальная разводка трубопроводов отопления, установка индивидуальных счетчиков тепла и терморегуляторов в каждой квартире, которые позволяют экономить тепловую энергию.
Рисунок 3 – Двухтрубная система отопления многоэтажного жилого дома с горизонтальной коллекторной поэтажной разводкой
Высокая стоимость устанавливаемого энергоэффективного оборудования, наличие большого количества элементов сетей и трудоемкие инженерные расчеты делают работу проектировщика сложной, длительной и требующей высокой квалификации. Но САПР 21 века не отстали от технологического прогресса строительной отрасли и предложили принципиально новый подход, удовлетворяющий тенденциям нового времени в концепции сокращения используемых ресурсов, минимизации ошибок, точной оценки времени и стоимости строительства. Наступила эра технологии информационного моделирования.
Русские системы
На всем протяжении развития систем отопления русские инженеры не оставались в стороне от поиска новых способов обогрева, открывая миру новые возможности. В свое время печная техника в России достигла высокого уровня. Прогрессивные конструкции изготовления отопительных печей с вытяжным устройством через дымоход в Европе называли «русскими». Первый в мире прототип калорифера был представлен российским военным инженером Николаем Аммосовым. А чуть позже российский промышленник с немецкими корнями Франц Карлович Сан-Галли создал принципиально новое обогревательное устройство — радиатор водяного отопления. В начале XX века в стране занимались разработками в области панельного отопления, которые в последствии стали основой лучистого отопления.
Старались не отстаивать в развитии и системы автоматизированного проектирования. После появления вычислительных машин советские IT-специалисты активно работали в направлении создания отечественных программных продуктов для 2D и 3D-моделирования. Широкую популярность среди инженеров отопительных систем приобрели продукты семейства Компас–3D и NanoCAD. С переходом мирового строительного рынка на технологию информационного моделирования стало ясно, что пришло время двигаться в перед и соответствовать высоким стандартам международного уровня. В конце прошлого года компания Renga Software представила пользователям первую российскую систему для проектирования внутренних инженерных сетей по технологии информационного моделирования Renga MEP. Первой в программе была реализована возможность проектировать раздел водоснабжения и водоотведения. А уже этим летом, благодаря появившемуся в Renga MEP новому функционалу, профильные специалисты начали создавать информационные модели систем отопления и индивидуальных тепловых пунктов (ИТП)
Умные инструменты Renga MEP в помощь инженеру
Для тех, кто только сейчас знакомится с технологией информационного моделирования, скажем несколько слов об основной идее. Специалисты в ходе рабочего процесса создают в Renga MEP электронную виртуальную копию системы отопления и тепловых сетей ИТП, по которой в дальнейшем будут разрабатываться сметы и вестись строительство. Проектирование становится высокоинтеллектуальным. Все объекты создаваемой модели системы отопления (трубопроводы, отопительные приборы, арматура и т. д.) несут в себе информацию как о геометрических параметрах, так и сведения о расходе, материале, производителе, а также количественные характеристики для дальнейшего расчета и анализа. Эти данные используются программой при создании спецификаций и оформления чертежей, значительно сокращая время работы над проектом, а также лежат в основе ключевых возможностей Renga MEP в части проектирования раздела «Отопление и ИТП». Рассмотрим их в логической последовательности работы инженера:
• создание и последующая расстановка на 3D-виде параметрического оборудования системы отопления и элементов ИТП любых производителей;
• автоматическая прокладка трубопроводных трасс и подключение оборудования;
• получение аксонометрических схем системы отопления;
• автоматическое формирование спецификаций всех элементов модели;
• автоматизированное получение чертежей соответствующих разделов, оформленных по СПДС.
В самом начале профильный специалист создает номенклатуру изделий, которая будет использоваться в проекте. Большим преимуществом программы является независимость работы проектировщика от «незаполненных» каталогов объектов сетей отопления и ИТП. В Renga MEP реализован универсальный инструмент «Стили», позволяющий создавать все необходимые виды параметрического оборудования, арматуры, труб, фитингов. В считанные минуты, путем изменения параметров системного типа, инженер имеет возможность получить требуемый в проекте экземпляр отопительного прибора (после подбора мощности в специальных расчетных программах) и элемента тепловых сетей ИТП любого производителя. Вместе с тем, в случае необходимости, есть возможность импорта в модель трехмерных объектов, которые пользователь сможет использовать в создаваемой модели. Для этого предусмотрена интеграция системы с другими программными продуктами и импорт в форматах .ifc, .c3d, . step, .sat, .iges и др.
Рисунок 4 – Создание параметрического оборудования инструментом «Стили»
Созданное с помощью инструмента «Стили» оборудование специалист расставляет на 3D-виде. В Renga MEP существует удобная система объектных и 3D-привязок, которая помогает с лёгкостью располагать отопительные приборы в пространстве архитектурной модели.
Рисунок 5 – Расстановка отопительных приборов на 3D-виде
Следующим шагом проектировщика будет прокладка трубопроводных трасс и подключение к ним расставленных отопительных приборов. В этом ему будет помогать основной уникальный инструмент Renga MEP «Автоматическая трассировка». Он самостоятельно выполняет построение трубопроводов отопления и тепловых сетей ИТП, а также подключение оборудования в соответствии с правилами, которые задает инженер (высота расположения трубопроводной трассы от уровня пола, смещение от стены, материал труб и используемых фитингов). В специальном режиме, который называется «конструктор систем», пользователь показывает последовательность соединения объектов, а параллельно его действиям в модели строится трубопроводная трасса. На проложенную трассу автоматически назначаются заданные проектировщиком трубы и фитинги, которые вставляются в местах ее поворота и ответвлений. При этом, максимально минимизируются действия специалиста и сокращается время на принятие решения о пространственной конфигурации элементов сетей, так как в процессе построения программа учитывает объекты архитектурного раздела: стена, фундамент, балка, колонна, оконные и дверные проемы. В результате в созданной модели наглядно видно расположение всех трубопроводов системы отопления и ИТП, а также их позиционирование относительно друг друга и других внутренних инженерных сетей (например, водоснабжения и водоотведения). Это помогает избежать ошибок при согласовании и увязывании разделов проектной и рабочей документации между собой.
Рисунок 6.1 – Автоматическое подключение отопительного прибора к подающему и обратному трубопроводу путем соединения объектов в конструкторе систем
Рисунок 6.2 – Автоматическое последовательное подключение отопительных приборов к подающему и обратному трубопроводу путем соединения объектов в конструкторе систем
При любом изменении в модели автоматически будет перестаиваться как трасса, так и расположенные на ней трубы и фитинги. Таким образом, благодаря ассоциативным связям между объектами, геометрия сети отопления всегда будет корректироваться при смене положения подключенного к ней оборудования. В то же время у проектировщика есть возможность быстрого и гибкого редактирования проложенной программой трассы со всеми ее элементами.
После окончания моделирования специалисты приступают к созданию аксонометрических схем системы отопления, которые являются обязательной частью готовой рабочей документации. Предоставленные пользователям инструменты дают возможность автоматизированного формирования требуемых аксонометрических проекций внутренних инженерных сетей в соответствии с ГОСТ 21.602-2016, где соблюдены чертежные масштабы и все элементы отображены в соответствии с УГО (условно-графическими обозначениями). Получение классической косоугольной фронтальной изометрии сетей отопления с левой системой осей выгодно отличает Renga MEP от других программ. Также есть возможность выполнять схемы в прямоугольной изометрической проекции без искажения по осям X, Y, Z, что допускается по нормам и часто используется на практике.
Рисунок 7 – Формирование аксонометрической схемы системы отопления из 3D-модели
Когда информационная модель создана и аксонометрические схемы сформированы, инженеры переходят к подсчету количества используемых в проекте изделий, оборудования и материалов. Для точного вычисления всех элементов системы отопления и тепловых сетей ИТП в Renga MEP существует инструмент «Спецификации». Он автоматически собирает информацию с объектов модели и формирует по ним требуемую проектировщику таблицу по ГОСТ 21.110-95, позволяя забыть про ручной расчёт и заполнение данных. Спецификации ассоциативно связаны с 3D-моделью и пересчитываются при любом ее изменении, значительно экономя время пользователя и сводя к нулю возможность ошибки.
Рисунок 8 – Спецификации элементов системы отопления в Renga MEP
Последним этапом работы над проектом системы отопления и разделом ИТП является оформление чертежей. Renga МЕР – это российская BIM-система, которая настроена под выпуск документации по действующим на территории РФ стандартам. Разработанные шаблоны позволяют проектировщику очень быстро и грамотно производить оформление чертежных листов системы отопления согласно СПДС. Все, что нужно сделать инженеру, это перейти в режим чертежа и разместить в нем требуемый вид модели. При этом отопительные приборы и трубопроводная арматура автоматически отображаются по ГОСТ, а применение инструментов встроенного чертежного редактора дает возможность пользователю добавлять необходимые выноски, марки и размеры.
Рисунок 9 – План типового этажа с сетями отопления многоэтажного жилого дома
Стили отображения позволяют настраивать видимость и уровень детализации объектов на чертежах. Высокая детализация трубопроводов и обвязок оборудования может использоваться профильными специалистами при оформлении раздела ИТП.
Рисунок 10 – План расположения оборудования ИТП многоэтажного жилого дома
Приручаем BIM: как сохранить скорость и улучшить качество проекта?
Когда-то древний человек приручил для своего блага огонь, что позволило ему перейти на новый уровень жизни. Как от костров перешли к современным системам отопления, так, в скором времени, от классического 2D-черчения перейдут к проектированию систем жизнеобеспечения по технологии информационного моделирования. Поэтому каждому инженеру нужно следить за развитием BIM и пробовать новые инструменты в работе.
На строительном рынке существует мнение, что внедрение BIM – это сложный процесс, который требует длительной переподготовки специалистов и больших изменений в структуре организации. В основном, это убеждение сформировалось из-за подхода, лежащего в основе зарубежных BIM-систем. Но Renga MEP предлагает принципиально новые решения, которые приятно удивляют пользователей. Прежде всего это быстрота освоения программы: полноценно работать в системе инженер может всего после нескольких дней обучения. Простой и лаконичный контекстно-ориентированный интерфейс помогает эффективно, без траты большого количества времени на подготовку проектировать сети отопления. Значительно увеличивается скорость работы специалиста благодаря минимальному количеству панелей инструментов, интуитивно понятной навигации по модели и высокой производительности Renga MEP. При этом минимизируются ошибки, возникающие в ходе стандартного 2D-проектирования.
Уже сегодня инженеры по внутренним сетям должны начинать изучать технологию информационного моделирования, ведь это даст им возможность перейти на принципиально новый уровень проектирования. Попробуйте и оцените российскую BIM-систему на практике. Используйте Renga МЕР в ваших инженерных проектах!
Автор: Васильева Екатерина, менеджер по продукту Renga МЕР компании Renga Software