Заседание №1. Научно-практический семинар "Информационное моделирование"

Научно-практический семинар «Информационное моделирование»

1

ТК №700

Заседание №1 16 марта 2017

2

О семинаре

Междисциплинарная дискуссионная площадка по теме информационного моделирования. Рассмотрение и обсуждение вопросов информационного моделирования в строительстве. Исследование управления жизненным циклом объектов. Исследование бизнес-процессов в межотраслевых задачах. Анализ и способы применения информационного моделирования в задачах построения умного города. Использование математического, имитационного и других видов моделирования для решения межотраслевых задач. Вопросы стандартизации информационного моделирования. Анализ технологий, методологий, подходов и тенденций в информационном моделировании. Рассмотрение вопросов использования информационного моделирования в строительстве при построении цифровой экономики.

Руководитель направления информационного моделирования ОДАС Сколково Волков С.А.

Руководители семинара:

Проректор НИУ МГСУ, профессор, кандидат технических наук Пустовгар А.П.

Профессор, кандидат химических наук, зав. Кафедрой моделирования и оптимизации бизнес-процессов НИУ ВШЭ Громов А.И.

Цель проведения семинаров:

3

Планируемые темы к обсуждению в рамках семинара

1. Нормативно-техническая документация • г армониз ация нормативно - т ехниче ских документов по проектированию с развитыми странами;

• гармонизация ро ссийских стандартов с зарубежными аналогами;

• адаптация 21 серии ГОСТ к информационному моделированию ;

• анализ взаимосвязи стандартов; • анализ возможности формирования серии стандартов информационного моделирования;

• модель зрелости информационной модели и информационного моделирования;

• стандартизация жизненного цикла объекта. 2. Информационная модель территории включая:

• цифровые карты и планы; • цифровая модель местности; • цифровая модель рельефа; • цифровая модель подземных инженерных сетей и сооружений;

• цифровая геологическая модель; • цифровая модель дорог; • цифровая модель растительности; • цифровая модель безопасности территории.

3. Информационное моделирование и модели объекта включая:

• концептуальная модель объекта; • проектная модель объекта;

• строительная модель объекта; • эксплуатационная модель объекта; • оценка стоимости в рамках инвестиционно-строительной деятельности;

• подходы к описанию информационных моделей; • а н а л и з с т а н д а р т о в и нф о рм а ц и о н н о г о моделирования;

• методы формирования ПОС и ППР. 4. Го р о д с к а я и н ф о рм а ц и о н н а я м од е л ь и моделирование городской среды включая:

• транспортные модели; • социотехнические информационные модели; • городская эксплуатационная модель.

5. Моделирование процессов включая: • процессы строительного производства;

o визуальные технологические карты; o моделирование проекта организации строительства;

o моделирование проекта производства работ. • процессы социоэкономических систем; • процессы социотехнических систем; • анализ процессов и взаимосвязей между различными аспектами информационной модели.

6. Подходы к формированию «умной городской среды»

7. Подходы к стандартизации информационного моделирования

8. Методы обработки данных с использованием

Тема года: Информационное моделирование в инвестиционно-строительной деятельности и эксплуатации недвижимости и городских территорий.

4

Темы для обсуждения сегодня

• Введение в информационное моделирование

• Обзор стандартов и пути стандартизации

• Концепция умного города на основе информационных моделей

• Информационное моделирование в строительстве в цифровой экономике

5






6

Информационные потоки и цифровой двойник

• Цифровизации всех отраслей как неотъемлемая часть очередной технологической революции

• Переход от индустриальной модели развития к экономике знаний • Переход от традиционной модели вертикальной интеграции к горизонтальной интеграции

• Изменение ключевых областей жизни человека: производительность, среда обитания, образование, здоровье и индустрия развлечений

• Интеграция в обиход обывателя кибер-физических систем

Современные тенденции:

• Каждый объект связан, даже можно сказать пронизан, большим количеством информационных потоков, что порождает общее информационное поле вокруг объекта.

• Объекты взаимодействуют между собой в рамках информационных полей. • Человек взаимодействует с объектами: создавая, анализируя и внося изменения в информационные поля объектов.

Информационные потоки

• Объект рассматривается как система • Для изучения объекта формируется информационная модель • Взаимодействие объекта описывается процессами

Цифровой двойник

7

Большие данные - тренд или реальность

8

Информационная модельКомплексное стандартизированное цифровое представление свойств, параметров и связей объекта-системы в виде информационных наборов.

информационная модель объекта* object information model

Содержит полную проектную информацию (текстовую , графическую , расчетную и в ы ч и с л и м ую ) о м а т е р и а л ь н ы х и н е материальных элементах объекта-системы.

Может содержать:

• математические модели

• процессные модели

• модели хранения и управления данными ( в х о д н ы е д а н н ы е , к о н с т а н т ы м о д е л и р о в а н и я , р е з у л ь т а т ы моделирования)

• модели обмена данными

• правила трансформации модели

• графическое представление объекта.

*приведено определение согласно ГОСТ Р 57269-2016

9

Информационная модель …С каждым элементом информационной модели может быть связана следующая информация:

• Геометрические данные (3D, 2D (как производная от 3D)

• Геопозиция

• Информация о материале

• Классификация объекта

• Паспортные данные

• Технологическая информация

• Математические модели

• Процессные модели

• Правила трансформации данных

• Модели хранения и управления данными (входные данные , константы моделирования , результаты моделирования)

• правила трансформации модели

• и другая информация

Все указанные данные должны быть семантические описаны

10

Принцип сохранения информации.

11

Моделирование города - промышленного кластера

12

Жизненный цикл «типового проекта»

Идея Производство Эксплуатация ВыводРазработка

Идея ПрименениеРазработка Модерни- зация

Применение Модерни- зация

Вывод

Вариативное архитектурное проектирование

…Инженерия требований

Концептуальное проектирование

Обобщённый ЖЦ

ЖЦ «типового проекта» технологического объекта

Жизненный цикл проекта модернизации

Концептуальные модели объекта

Повторное использование

Модель требований

Информационное моделирование

Жизненный цикл информационной моделиВерификация

Валидация

13

Универсальный жизненный цикл

14

«Жизненный цикл» информации

15

Универсальный жизненный цикл

Контрольные точкиУправление знаниями

Интегрированный подход:

Жизненный цикл(версия 1.0.2016)

16

Сравнение жизненных цикловХарактеристики жизненного цикла

Базовый ЖЦ ГОСТ Р ИСО/МЭК

15288-2005

DOD 5000 P50-605-80-93 ГОСТ Р ИСО 10303 AP239

ГОСТ Р ИСО/МЭК

12207-2010Стадия Идея + + +

Стадия Концепция + + + + +

Стадия Планирование + + + + + +

Стадия Требования + + + + +

Стадия Проект + + + + + +

Стадия Проверка на соответствие требованиям + +

Стадия Реализация + + + + + +

Стадия Валидация и Верификация + + + + + +

Стадия Эксплуатация + + + + +

Стадия Модернизация + + + + + +

Стадия Накопление знаний +

Стадия Вывод из эксплуатации + + + + + +

Менеджмент знаний + + + + +

Количество контрольных стадий(автоматическая проверка)

3 1 1 1 1 2

Масштабируемость + + + +

Взаимосвязи(Между стадиями и участниками жизненного цикла, а так же с потребителями/пользователями конечного продукта)

+ + + + + +

17

Метамодель - стандарт моделирования.

Принципиальная схема содерж

ания

стандарта ИМО

ПЖЦ

Информационная модель объекта на его полном жизненном цикле - ИМО ПЖЦ

Глоссарий

Основные стадии ЖЦ объекта

Основные структуры данных на каждой стадии ЖЦ объекта

Строительство - ИМО ПЖЦ (С)

Основные информационные потоки между стадиями ЖЦ объекта

Суб-глоссарий С

Особые стадии ЖЦ С

Структуры данных особых стадий ЖЦ С

Инфопотоки между особыми стадиями ЖЦ С

Машиностроение - ИМО ПЖЦ (М)

Суб-глоссарий М

Особые стадии ЖЦ М

Структуры данных особых стадий ЖЦ М

Инфопотоки между особыми стадиями ЖЦ М

Основные функции работы с данными ИМО

Доп. функции работы с данными ИМО С

Доп. функции работы с данными ИМО М

Объ

ект стро

ител

ьства

Изделие м

ашиностроения

Физ

ико-эк

оном

ичес

кий об

ъектМетамодели (формальное

выражение состава моделей)

Модель предметной области «технология и экономика объекта» (модель содержательная)

Библиотеки и реестры моделирования (исполняемые модели под управлением конфигурации)

Сухачев К.А. Волков С.А.

18

Технология моделирования - «как сейчас».

19

Методология информационного моделирования.

Информационная модель объекта на его полном жизненном цикле - ИМО ПЖЦ

Глоссарий

Основные стадии ЖЦ объекта

Основные структуры данных на каждой стадии ЖЦ объекта

Строительство - ИМО ПЖЦ (С)

Основные информационные потоки между стадиями ЖЦ объекта

Суб-глоссарий С

Особые стадии ЖЦ С

Структуры данных особых стадий ЖЦ С

Инфопотоки между особыми стадиями ЖЦ С

Машиностроение - ИМО ПЖЦ (М)

Суб-глоссарий М

Особые стадии ЖЦ М

Структуры данных особых стадий ЖЦ М

Инфопотоки между особыми стадиями ЖЦ М

Основные функции работы с данными ИМО

Доп. функции работы с данными ИМО С

Доп. функции работы с данными ИМО М

ИТ-следствия стандарта ИМО

ПЖЦ

Система хранения данных ИМО ПЖЦ

Унифицированные форматы обмена данными между

стадиями ЖЦ объекта

Система управления

требованиями

Система управления

конфигурацией

Система планирования и

контроля

Спецмодули с поддержкой форматов

обмена данными










обмена даннымиСухачев К.А. Волков С.А.

20

Принципы интегрированного подхода6.1.1 Моделеориентированный подход рассматривает объект как систему и учитывает на каждом этапе

жизненного цикла следующие аспекты: − функциональный;− технический;− экономический;− экологический;− социальный;− культурный

и другие в зависимости от требований проекта и решаемых задач.Соответственно на каждом этапе жизненного цикла объекта формируется информационная модель с

необходимым уровнем проработки.6.1.2 Совместная работа междисциплинарной команды, обеспечивает комплексный анализ и вовлечение

максимально необходимого/возможного количества участников процесса.6.1.3 Накопление знаний является неотъемлемой составляющей процесса моделирования на любом этапе

жизненного цикла объекта.6.1.4 Структура модели формируется на основе базовой онтологии.6.1.5 Базовым набором метаданных является Дублинское ядро в соответствии с ГОСТ Р ИСО 15836.6.1.6 При разработке моделей рекомендуется использовать современные языки моделирования, основанные на

безпричинном (акаузальном) подходе, включающем объектно-ориентированное и физическое моделирование.6.1.7 При декомпозиции объекта рекомендуется использовать компонентную декомпозицию, т.е. декомпозицию

системы на физические компоненты.6.1.8 Планирования вычислительного эксперимента обеспечивается применением методов и приемов

планирования эксперимента.6.1.9 Конкретизация условий и области применения разрабатываемой математической модели исходя из точки

зрения.

П р и м е ч а н и е – Данный принцип требует построения нескольких математических моделей исследуемого объекта, с достаточной степенью адекватности в соответствии с принципом декомпозиции для различных точек зрения.

6.1.10 Опережающая математическая строгость и глубина феноменологического описания явления. В соответствии с принципом 6.1.6 при разработке математических моделей необходимо построение физических закономерностей отдельных явлений на порядок более строгих и глубоких, чем определено постановкой конкретной задачи. Этот принцип дополняет принцип 6.1.8.

21

Схема анализа объекта

22

Схема анализа объекта - выбор точки зрения

23

Схема анализа объекта исходя из точки зрения

24

Схема анализа объекта исходя из точки зрения

25

Схема описания объекта

26

Интегрированная среда управления ЖЦ.

+GIS

27

ИП: Оценка зрелости модели и моделирования

28






29

Зарубежные стандарты информационного моделированияОбозначение Заглавие стандарта

BS ISO 29481-1:2010 Информационное моделирование в строительстве. Руководство по доставке информации. Часть 1. Методология и формат

BS ISO 29481-2:2012 Информационное моделирование в строительстве. Руководство по доставке информации. Часть 2. Инфраструктура взаимодействия

BS ISO 10303-21:1994 Системы промышленной автоматизации и интеграция. Представление данных о продукции и обмен данными. Методы реализации. Кодирование открытого текста структуры обмена.

KS B ISO 10303-21 Системы промышленной автоматизации и интеграция. Представление данных о продукции и обмен данными. Часть 21. Методы реализации. Кодирование открытого текста структуры обмена.

BS ISO 12006-2:2015 Строительство зданий. Структура информации о строительных работах. Часть 2. Основы классификацииKS F ISO 12006-2 Строительство зданий. Структура информации о строительных работах. Часть 2. Основы классификации

KS F ISO 12006-3 Строительство зданий. Организация информации о строительных работах. Часть 3. Основы обмена объектно-ориентированной информацией

BS ISO 15686-10:2010 Здания и встроенное недвижимое имущество. Планирование долговечности. Часть 10. Время оценки функциональных характеристик

BS ISO 22263:2008 Структура информации о строительных работах. Основы менеджмента информации о строительном объектеBS ISO 16739:2013 Формат данных с открытой спецификацией (IFC), для совместного использования данных в строительстве и

управлении зданиями и сооружениямиPAS 1192-2:2013 Менеджмент информации для фазы капитальные инвестиции/поставка строительных проектов с использованием

моделирования строительной информации. Технические условияPAS 1192-3:2014 Управление информацией на этапе эксплуатации активов с использованием информационного моделирования зданий.

Технические условия / Speciation for information management for the operational phase of assets using building information modelling

ONORM A 6241-2:2015 07 01 Цифровая структура документации. Часть 2. Построение информационного моделирования зданий (BIM). Уровень 3-iBIM

NCS v5 Американский стандарт CAD. Версия 5.

NBIMS Американский стандарт информационного моделирования зданий NBIMS (National Building Information Modeling Standard).

ISO/TS 12911:2012 Основные положения руководства по информационному моделированию зданий (BIM) / Framework for building information modelling (BIM) guidance

ISO 15686-4:2014 Строительство зданий. Планирование срока службы. Часть 4. Планирование срока службы с использованием информационного моделирования зданий / Building Construction -- Service Life Planning -- Part 4: Service Life Planning using Building Information Modelling

30

Стандарты моделирования

Обозначение Заглавие стандартаOmniClass Стандарты Системы стандартизации OmniClassUniclass 2 Единая система классификаторов для строительной промышленности.CSI MasterFormat Стандарты Института спецификаций в строительстве CSI (Construction Specification

Institute)CSI UNIFORMAT Унифицированный классификатор материалов и оборудования строительной отрасли.ASTM UNIFORMAT I

Классификация строительных элементов (E1557-97)ISO 81346-12 Унифицированная система классификации элементов зданий

Обозначение Заглавие стандартаISO 14001 Система экологического менеджментаISO 50001 Энергетический менеджментASHRAE 90.1 Энергетический стандарт для зданий.ASHRAE 189.1 Стандарт для проектирования высокопроизводительных «зелёных» зданий.IECC (IECC) Международный кодекс по энергосбережению.IGCC Международный кодекс зелёного строительства.LEED Лидерство в энергетике и экологическом проектировании.Green Globes Система оценки на основе BREEAMBREEAM Метод исследований по оценке состояния окружающей среды объектов строительства

BREEAM (Building Research Establishment’s Environmental Assessment Method)CASBEE Система комплексной оценки эффективности взаимодействия с окружающей средой CASBEE (Comprehensive Assessment System for Built Environment Efficiency).EMAS Схема экологического менеджмента и аудита EMAS (Eco-Management and Audit Scheme)

ENERGY STAR Программа экологической маркировки зданий.

Стандарты энергоэффективности и энергоменеджмента

Стандарты классификации объектов

31

Стандарты моделирования

Обозначение Заглавие стандарта

ГОСТ Р 57295-2016 Системы дизайн-менеджмента. Руководство по дизайн-менеджменту в строительстве

ГОСТ Р 57269-2016 Интегрированный подход к управлению информацией жизненного цикла антропогенных объектов и сред. Термины и определения

ГОСТ Р 57297-2016 Интегрированный подход к управлению информацией жизненного цикла антропогенных объектов и сред. Библиотеки электронных компонент с учетом требований комплексного информационного моделирования

ГОСТ Р 57310-2016 Моделирование информационное в строительстве. Руководство по доставке информации. Методология и формат

ГОСТ Р 57311-2016 Моделирование информационное в строительстве. Требования к эксплуатационной документации объектов завершенного строительства

ГОСТ Р 43.2.2-2009 Информационное обеспечение техники и операторской деятельности. Язык операторской деятельности. Общие положения по применению

ГОСТ Р 57188-2016 Численное моделирование физических процессов. Термины и определения

ГОСТ 32494-2013 Здания и сооружения. Метод математического моделирования температурно-влажностного режима ограждающих конструкций

32

BIM подход Великобритании

Зафиксируйте текущие показатели и бизнес процессы до внедрения IM

Определите технологию и принципы единой информационной среды

Разработка корпоративного стандарта на информационное моделирование

33

UK: междисциплинарный подход

34

Расширение подхода Великобритании

Зафиксируйте текущие показатели и бизнес процессы до внедрения IM

Определите технологию и принципы единой информационной среды

Разработка корпоративного стандарта на информационное моделирование

35

Информационное моделирование - как стандарт.

Возможные основы стандарта (мета-стандарты):ISO 15288 (практики системной инженерии) ISO 42010 (рекомендации по архитектурным описаниям) ISO 24744 (моделирование методологий практик разработки) ISO/IEC 19501 (язык UML) W3C Recommendations (языки OWL, RDF). Modelica

36






37

Информационная модель города1. Информационная модель территории 1.1 Цифровая карта и планы 1.2 Цифровая модель местности (ЦММ) 1.3 Цифровая модель инженерных сетей 1.4 Цифровая модель рельефа 1.5 Цифровая модель растительности 1.6 Цифровая модель дорог 1.7 Информационная модель безопасности территории («безопасный город») 2. Информационные модели зданий (BIM) 2.1 Архитектурная информационная модель 2.2 Конструктивная информационная модель 2.3 Информационная модель инженерных систем 2.4 Информационная модель автоматизации здания 2.4 Информационная модель безопасности объекта 3. Информационная социо-техническую модель территории 3.1 Транспортная модель 3.2 Модель поведения людей при ЧС 3.3 Модель инвестиционной привлекательности территории 3.4 Другие модели 4. Расчетные модели 4.1 модели транспортных потоков 4.2 гидравлические модели 4.3 аэродинамическая модель города 4.4 модель комфортности среды (здания, территория) 4.5 модель энергоэффективности 4.6 экологическая модель 4.7 другие модели

38

Построение городской онтологии

Удобство для человека

Communicable. Naming, natural language support, etc. Key to management and model validatio

Concise. A simple way to describe the key entities of the model and yet able to infer many fact

Balance between simple language (RDF), conciseness and inferencing power is key to usability. Map to UML.

Consistent. Naming conventions and modeling pattern Use of relation taxonomy to infer relations despite extensions.

Authoritative to domain expert Merging standards is not enough. Alignment with standards allows a consistent model.

Documented, not just descriptions, but also provenanc Limited benefit to end users unless coupled with sample instances or data entry form

Managed and maintained by people throughout the model lifecycle.

People not always available for the full lifecycl

Reusable in similar domains, for similar instances Mechanisms for promotion of changes to the core.

Удобство для автоматизированной системы

Scalable so large amounts of data can be parsed, stored and retrieved.

Not clear whether data should remain in RDB

Efficient query and inferencin Impact analysis queries may require a few seconds. This is OK.

Programmable solutions, both in open and close data paradigms.

A standard library of data adapters and mappings to SCRIBE are needed.

Open infrastructure and tool We used Jena, DB2DRQ, Ruby on Rails, etc.

Хорошая онтология - онтология используемая одновременно и людьми, и автоматизированными системами.

39

Построение городской онтологииХорошая онтология - онтология используемая одновременно и людьми, и автоматизированными системами.

SCRIBE Core Model

City Customization

Common building blocks

Extension

WeatherWaterTransportationBuildingAndParcelAssetManagement

Organization/Operation profile

Features

Простой язык Classes + Inheritance + Relations + Inferencing Основан на стандартах (OWL-QL, SPARQL) Транслируем в UML Присваивание меток и аннотирование метаданных

Варианты развития Гармонизация со стандартами (CAP, NIEM, MISA/MRM, UCore) Валидация пользовательских сценариев Валидация на основе открытых данных различных городов

1. Komninos N. [и др.]. Smart City Ontologies: Improving the effectiveness of smart city applications // Journal of Smart Cities. 2015. № 1 (1). C. 31–46.

40






41

Дискуссия: ИМ в строительстве в цифровой экономике

42

Организационные вопросы семинара

Дата и время проведения семинара: каждый второй четверг месяца 15 часов.

Длительность семинара: 3-4 часа

Формат проведения семинара: презентации проектов, научных исследований и подходов исследователями и представителями технического сообщества. Презентации результатов научных исследований. Обсуждение. Взаимодействие со стартапами. Проведение хакатонов по темам информационного моделирования (в отдельные дни).

Сайт семинара: informationmodelling.ru (будет доступен до конца марта) На сайте планируется организовать Wiki для структурирования информации по информационному моделированию и on-line обсуждения вопросов семинара. Планируется размещать материалы семинара с разрешения их авторов и видеозаписи семинаров.

http://informationmodelling.ru

43

Анонс тем следующего семинара

• Стандарт жизненного цикла объекта

• Моделирование процессов в социотехнических системах: DocFlow и WorkFlow. Преимущества, различия и границы применимости

• Моделирование процессов в социотехнических системах: Сквозной процесс организации и комплексная автоматизация бизнес-процессов.

• Новые подходы к подготовке технологических карт. Информационное моделирование ПОС и ППР.

Дата и время проведения семинара: 13 апреля 2017

Темы следующего семинара:

Engineering

Заседание №1. Научно-практический семинар "Информационное моделирование"