Интеграция цифровых технологий в российский строительный сектор

В июле текущего года в Научно-исследовательском институте строительной физики Российской академии архитектуры и строительных наук (НИИСФ РААСН) в рамках XV Академических чтений, посвященных памяти академика РААСН Георгия Львовича Осипова, пройдет тематическая конференция о перспективах использования искусственного интеллекта (ИИ) в управлении инвестиционно-строительными проектами. Генеральным информационным партнером мероприятия выступает портал За-Строй.РФ.

Одним из докладчиков на конференции должна была выступить профессор кафедры правового регулирования экономической деятельности Уральского федерального университета, доктор экономических наук Наталья Городнова. К сожалению, плотный рабочий график не позволяет Наталье Васильевне лично присутствовать на мероприятии. Тем не менее, с ее любезного разрешения мы представляем краткое содержание из её доклада на актуальную тему "Перспективы применения сквозных технологий в строительстве".

В статье рассматривается будущее российской строительной отрасли в контексте широкого внедрения цифровых технологий. От использования искусственного интеллекта в управлении проектами до прогрессивных подходов в создании умных городов, статья освещает ключевые аспекты трансформации отрасли и прогнозирует значительное улучшение экономической эффективности и качества жизни.

Экономический успех инновационных трансформаций в инвестиционно-строительной сфере России определяется рядом факторов:

1. Увеличение объемов капитального строительства, что способствует развитию инфраструктуры и содействует экономическому росту.

2. Внедрение инноваций в технологии производства высокоэффективных материалов, что повышает эффективность производства и качество строительных материалов.

3. Развитие эффективной системы управления процессами, что способствует оптимизации времени и ресурсов на всех этапах строительства.

4. Применение передовых информационных и инновационных технологий, что улучшает оперативность и точность проектирования, управления и контроля за строительными процессами.

Использование достижений научно-технического прогресса в инвестиционно-строительной сфере неизбежно содействует социально-экономическому развитию, проявляясь в улучшении условий труда, повышении организационного уровня строительного производства и совершенствовании системы управления.

Сегодняшняя конкурентная среда рыночной экономики требует высокого уровня профессионализма и квалификации производственного и управленческого персонала в строительной отрасли, а также специалистов, занятых научно-исследовательской и проектной деятельностью.

Внедрение инновационных подходов в строительном производстве ускоряет принятие новых технологий и оборудования, улучшает качество планирования и организации производственно-строительного цикла, а также процесса принятия управленческих решений. Привлечение инвестиций в российскую строительную индустрию способствует совершенствованию знаний и накоплению практического опыта, что стимулирует дальнейший рост и модернизацию отрасли.

Основные термины

Цифровизация представляет собой процесс перехода к использованию новых методов хранения и обработки больших объемов данных (Big Data), который открывает для человечества новые возможности и перспективы.

Цифровые данные – это данные, которые либо имеют четкий характер и могут быть структурированы и закодированы, либо имеют нечеткий характер и требуют анализа с использованием алгоритмов обработки больших данных (Big Data).

Когда данные систематизированы, они становятся информацией. Обработка больших объемов данных (Big Data) и использование результатов анализа позволяют значительно повысить эффективность производственных процессов, технологий, организации общественной жизни и систем управления крупными городскими пространствами.

Цифровая экономика – это вид экономической деятельности, в котором основным элементом являются большие объемы данных в цифровом формате, используемые для управления и оптимизации бизнес-процессов и принятия управленческих решений.

Перспективы внедрения сквозных технологий

В цифровой эпохе возникают предпосылки для экспоненциального увеличения количества вычислений за единицу времени, что становится основным двигателем перехода к новому этапу экономического развития – широкому распространению цифровых сквозных технологий.

Современные цифровые технологии (сквозные технологии) предполагают полное вовлечение экономических субъектов в процесс цифровой трансформации. На сегодняшний момент эти технологии наиболее широко используются для решения задач коммуникации, предоставления услуг, эффективного управления логистикой и управления цепочками поставок (Supply Chain Management, SCM).

К сквозным технологиям относятся:

• Системы и алгоритмы искусственного интеллекта (ИИ);
• Автономная робототехника;
• Интернет вещей (IIoT - Industrial Internet of Things);
• Big Data;
• Смарт-технологии;
• Облачные вычисления;
• Цифровое моделирование;
• BIM-технология;
• Аддитивные технологии;
• Нанотехнологии;
• Дополненная реальность;
• Интеграционные системы;
• Кибербезопасность.

Эти технологии являются катализаторами для изменений в различных отраслях экономики, создавая новые возможности для улучшения производственных процессов, оптимизации бизнес-моделей и повышения конкурентоспособности предприятий.

Развитие и применение искусственного интеллекта

Интеллект (от латинского "Intellectus") означает способность ощущать, воспринимать, понимать, рассуждать и использовать знания для управления окружающей средой. Это ключевое качество человеческой психики, объединяющее способность к адаптации, обучению и запоминанию на основе опыта.

Понятие искусственного интеллекта (ИИ) не ново. Оно впервые появилось в 1956 году на конференции Дартмутского университета, где американский информатик Джон Маккарти дал этому термину точное определение. Искусственный интеллект - это область информатики, которая занимается созданием интеллектуальных компьютерных систем. Эти системы обладают способностями, аналогичными человеческому разуму, такими как понимание языка, обучение, рассуждение и решение проблем.

Исследования в области искусственного интеллекта направлены на создание интеллектуальных машин и программ, способных самостоятельно обучаться и принимать решения. Они охватывают широкий спектр приложений, включая медицину, автоматизацию производства, управление транспортом и многие другие области, где необходимы высокоинтеллектуальные системы для решения сложных задач и оптимизации процессов.

Вопросы развития и применения искусственного интеллекта остаются одними из наиболее актуальных и перспективных в современной науке и технологиях.

Особенности Интернета вещей

Интернет вещей (IoT) представляет собой сеть взаимосвязанных устройств, таких как сенсоры, приборы учёта, датчики и другое техническое оборудование, которые соединены между собой проводными и беспроводными каналами связи и подключены к интернету через мобильные операторы. Это позволяет интегрировать физические процессы с виртуальной средой цифровых устройств и компьютерного оборудования.

Промышленный Интернет вещей (Industrial IoT, IIoT) – это более специализированная система, которая автоматизирует управление производственными процессами компаний через интернет с использованием алгоритмов и программного обеспечения на основе искусственного интеллекта.

Интернет вещей позволяет использовать межмашинное взаимодействие (Machine-to-Machine, M2M), что означает обмен информацией между устройствами, оборудованием и компьютерами без прямого участия человека. Это достигается за счёт различных датчиков, которые собирают данные и передают их между собой и в центр обработки данных.

Например, сеть датчиков может собирать информацию о различных параметрах, таких как температура, влажность, давление и другие физические величины, и передавать эти данные на облачные серверы для анализа и дальнейшего управления процессами.

Концепция Интернета вещей является инновационной и расширяет возможности межмашинного взаимодействия, что важно для современного развития промышленности, управления городской инфраструктурой и многих других областей.

Ключевые достижения в области Промышленного Интернета вещей (IoT) к 2024 году

В ходе развития промышленного Интернета вещей (IIoT) к 2024 году были достигнуты значительные успехи, отражающиеся на различных уровнях производственных и информационных систем. Основные достижения включают:

1. Интеграция данных и облачных технологий: Важным шагом стало успешное внедрение IIoT для разработки новых информационных объектов, предназначенных для эффективной организации сбора и обработки больших данных. Применение облачных технологий позволило улучшить доступность и масштабируемость систем хранения информации.

2. Оптимизация управления производством: IIoT сыграло ключевую роль в оптимизации управления производственными процессами. Автоматизация и мониторинг посредством сетей связанных устройств позволили улучшить эффективность и качество производства.

3. Рост использования данных для принятия решений: За счет IIoT стало возможным использовать большие объемы данных для принятия оперативных и точных решений. Аналитика данных позволяет предсказывать отказы оборудования, оптимизировать производственные циклы и снижать затраты.

4. Развитие облачных вычислений и алгоритмов ИИ: Благодаря IIoT активно развиваются облачные вычисления и алгоритмы искусственного интеллекта. Это способствует созданию более гибких и интеллектуальных производственных систем.

5. Улучшение условий работы и безопасности: Внедрение IIoT привело к значительному улучшению рабочих условий и безопасности на предприятиях. Мониторинг состояния оборудования и окружающей среды позволяет оперативно реагировать на потенциальные угрозы и предотвращать аварийные ситуации.

Таким образом, к 2024 году промышленный Интернет вещей стал незаменимым инструментом для оптимизации производства, повышения эффективности и улучшения условий работы на промышленных предприятиях.

Концепция умного города (Smart City)

Представляет собой интегральную политэкономическую систему управления городской инфраструктурой, основанную на инновационном информационном подходе. Она осуществляет принципы энергосбережения и энергоэффективности в производственно-хозяйственных процессах, что способствует повышению производительности города, его конкурентоспособности и формированию комфортной среды для жизни жителей. Концепция Smart City также позволяет прогнозировать и минимизировать рисковые события.

Эта концепция успешно реализуется в различных странах, включая Сингапур ("Смарт Нация"), США, Канаду, Японию, Испанию, Францию, Марокко, Нидерланды, Финляндию, Китай, ОАЭ, Южную Корею, Казахстан.

В России концепция Smart City принята в более чем 200 городах, включая Москву, Санкт-Петербург, Казань, Саров и другие. Например, мэрия Екатеринбурга с 4 марта 2018 года активно реализует идею Smart City.

Основные элементы умного города включают:

• "Умное" (электронное) правительство, которое вовлекает население в принятие стратегических планов развития города и принятие стратегических решений.
• "Умная" экономика (информационная, цифровая экономика), объединяющая предпринимательскую среду, адаптирующуюся к быстро меняющимся условиям и гибким мобильным рынкам труда.
• "Умная" организация жизни в городе с использованием информационных технологий в сфере здравоохранения, культуры и образования.
• "Умное" сохранение окружающей среды, основанное на экономии ресурсов, борьбе с загрязнением и устойчивом развитии.
• "Умная" безопасная транспортная и информационная инфраструктура, повышающая доступность города для всех жителей и посетителей.
• "Умный" человеческий капитал, поддерживающий права, открытость, создание и космополитизм.

Применение современных информационных технологий в строительстве на этапе цифровой трансформации

Включает использование различных новаторских подходов и инструментов, направленных на обеспечение безопасности и охраны труда работников.

В рамках цифровой трансформации активно применяются следующие современные технологии:

• Интернет вещей (IoT): интеграция специальных датчиков, сенсоров и контроллеров для мониторинга и передачи данных, а также анализа полученной информации.

• Беспилотные летательные аппараты (БПЛА): использование дронов для выполнения видео-аналитики и мониторинга рабочих процессов.

• Машинное обучение и виртуальные тренажеры: обучение работников в виртуальной среде для повышения навыков и безопасности.

• Умные средства индивидуальной защиты (СИЗ): инновационные СИЗ с функциями связи, мониторинга активности работника и контроля показателей здоровья.

Технические инновации в области охраны труда включают также системы видеонаблюдения на основе нейронных сетей и "умные" каски, обеспечивающие безопасность и комфорт при выполнении работ. Эти технологии позволяют не только обеспечивать безопасность работников, но и анализировать данные для повышения эффективности и качества строительных процессов.

Применение технологии BIM (Building Information Modeling)

В России является ключевым направлением в управлении проектами строительства сложных технологических объектов с насыщенной коммуникационной инфраструктурой. BIM-моделирование позволяет решить множество практических задач, связанных с выбором материалов, конструкций и оптимизацией затрат.

Преимущества BIM-моделирования включают:

• Возможность расширения базы данных нетиповыми элементами и обозначениями.
• Улучшение совместной работы участников инвестиционного проекта.
• Обнаружение коллизий и ошибок на ранних стадиях проектирования.
• Создание разнообразной проектно-сметной и бухгалтерской документации.
• Функция параметризации для моделирования объектов с использованием параметров элементов и их взаимосвязей.

Конечный продукт применения BIM-технологии – это редактируемая численная модель объекта, существующая в реальном времени.

Несмотря на высокую стоимость, применение BIM-моделирования в российской строительной отрасли становится перспективным направлением благодаря следующим тенденциям:

• Реализация крупных мегапроектов.
• Внедрение принципов энергоэффективности и инновационных технологий.
• Управление государственной собственностью на основе современных информационно-технологических решений.
• Развитие государственно-частного партнерства с привлечением инвестиций.

Применение роботов в строительстве

Представляет собой значительное технологическое достижение в данной отрасли. Среди разнообразных видов робототехники, используемой в строительстве, выделяются:

• Роботы для демонтажа;
• Роботы для 3D-печати;
• Роботы-дроны;
• Сварочные роботы;
• Роботы-экзоскелеты;
• Роботы для автоматической кладки кирпичей;
• Роботы для дорожных работ;
• Роботы-погрузчики.

Эти роботы значительно улучшают процесс строительства, повышают безопасность и эффективность работ, а также позволяют снизить трудозатраты и минимизировать риски для рабочих.

Перспективы развития строительной робототехники в России охватывают несколько ключевых направлений:

1. Разработка новых роботов для выполнения более сложных и точных задач, таких как создание инновационных архитектурных форм или выполнение работ на высотных зданиях.

2. Усовершенствование программного обеспечения для роботов. Существующие программы позволяют роботам самостоятельно перемещаться по строительной площадке и выполнять различные задачи. В будущем эти программы станут ещё более сложными, что позволит роботам работать в условиях, где человеку трудно справиться самостоятельно.

3. Развитие систем взаимодействия между роботами и человеком. На сегодняшний день уже существуют роботы, способные работать вместе с людьми на строительной площадке. В будущем они смогут эффективно взаимодействовать не только с людьми, но и между собой, решая более сложные задачи, такие как строительство высотных зданий или мостов.

4. Развитие систем управления роботами. В настоящее время используются системы дистанционного управления, но в перспективе можно ожидать создание роботов, способных функционировать автономно с использованием искусственного интеллекта и машинного обучения.

Проблемы, замедляющие широкое внедрение алгоритмов искусственного интеллекта (ИИ) в строительстве, включают следующие аспекты.

Во-первых, существует определённая несовместимость между системами проектирования, логистики и сбора данных. Решение этой проблемы заключается в интеграции различных источников данных на общей цифровой платформе для управления и использования информацией строительных компаний.

Во-вторых, высокая сложность и уникальность каждого строительного объекта создают препятствия для использования решений ИИ. Это включает уникальные параметры проектирования оснований зданий, а также разнообразные природно-климатические условия, в которых возведены типовые и инновационные сооружения.

В-третьих, значительные затраты на автономные транспортные средства, роботизированное оборудование и беспилотники ограничивают применение систем ИИ в строительстве. В этой связи преимущества ИИ могут быть доступны главным образом для крупных и финансово устойчивых строительных компаний.

Искусственный интеллект и машинное обучение обладают потенциалом применения практически во всех сферах строительной отрасли.

Внедрение генеративного проектирования, автономной строительной техники и роботов в перспективе позволит повысить эффективность строительного производства, уровень безопасности и качество работ. Для успешного применения алгоритмов ИИ в строительстве критически важно накопление больших объёмов данных по различным строительным объектам и интеграция разнообразных информационных систем.

Источник статьи: портал За-Строй.РФ.