Анализ рынка облачных IoT-платформ и приложений для оптимизации процессов проектирования, строительства и эксплуатации зданий и сооружений в мире и России (с поддержкой 7D BIM и интеграцией с BMS/BAS)

J’son & Partners Consulting представляет результаты исследования мирового рынка облачных платформ Интернета вещей для строительного сектора и перспектив их использования в России. Учитывая, что развитые страны в настоящий момент ставят своей целью максимально увеличить производительность строительного сектора за счет высокотехнологичных инструментов сбора/анализа данных и средств автоматизации строительных процессов, для России задача ускоренного сокращения технологического отставания здесь тем более актуальна. 

 В условиях жесткой конкуренции, цифровизация строительных проектов (как и бизнеса в целом), основанных на технологиях Building Information Modeling (BIM), 3D-визуализации, компонентах Индустрии 4.0, Интернета вещей и продвинутых системах управления данными, является экономически обоснованной.

Цифровизация строительства и актуальность повышения эффективности строительного контроля

1.1. Необходимость цифровизации строительства в целях повышения производительности

 В соответствии с Поручением Президента Российской Федерации от 19 июля 2018 года информационное моделирование становится приоритетным направлением развития строительной отрасли в РФ.

Решению задач сокращения сроков строительства при одновременном повышении его качества и существенной экономии людских и материальных ресурсов призваны помочь современные цифровые решения и аналитические платформы, программно-аппаратные комплексы (ПАК), среды совместного проектирования, планирования и контроля строительных работ.

Основные требования к современным системам управления строительными проектами — организация единого информационного пространства и мгновенный доступ к проектным данным всех участников, привязка объектов, графиков и рабочих задач к цифровой модели (BIM), геолокации, финансовым отчетам. Продвинутые версии мобильных решений предлагают дополненную/виртуальную реальность для быстрого воссоздания и оценки реальных условий стройки, находясь в офисе.

В связи с появлением и широким распространением мобильных устройств, приложений и программного обеспечения для организации и координации строительных работ, отрасль достигла переломного момента. Использование мобильных коммуникаций и программ для интерактивного строительного контроля больше не ограничиваются офисным использованием, и является необходимым ежедневным инструментом в работе и атрибутом высокого профессионального уровня организации строительных работ. 

Независимо от стадии строительства, коммуникации являются фундаментом для слаженной работы различных бригад, повышения точности проектных данных со строящегося объекта и отслеживания текущего статуса работ.

«Мобилизация» сотрудников, устройства и программы для оперативного взаимодействия и коммуникаций в полевых условиях, электронные журналы производства работ могут существенно облегчить и повысить эффективность строительного контроля.

Дружественный интерфейс, оперативный обмен данными, доступ к требуемой информации, скорейшее получение ответов на заданные вопросы, возможность подгрузить фотографии и оставить пометки об ошибках и прочий полезный функционал, позволяют улучшить координацию деятельности на строительной площадке. Минимизировать непроизводительные потери времени и сократить переделки, улучшить мониторинг и оценку прогресса работы, и в результате снизить операционные расходы строительного цикла.

Помимо мобильных коммуникаций, современные инструменты цифровизации и автоматизации, более широкое использование автоматизированного оборудования (дронов, роботизированной техники и их комбинаций), строительного ИТ и ПО (BIM, RFID для отслеживания материалов, встроенные в технику сенсоры, камеры видеонаблюдения, мобильные приложения и инструменты для сбора полевых данных с места работы), улучшение процессов и предоставление информации в режиме реального времени для повышения эффективности управления на рабочей площадке, может значительно сократить потери, усилить безопасность рабочих мест, и улучшить качество проектов. 

1.2. Производительность труда и возможности повышения эффективности в строительстве

Строительная отрасль находится под давлением необходимости  повышения производительности - строить быстрее, тратить меньше с одновременным ростом качества, - которое  сдерживается преобладанием ручного труда, бумажного документооборота, длинным циклом плохо поддающихся автоматизации последовательных и взаимозависимых работ, фрагментарным характером множественных взаимодействий и сложностью их эффективной координации. 

Перерасход материалов, трудодней, электроэнергии, аренды машин и оборудования, накладки в расписании и очередности работ, длительные простои, неблагоприятные погодные условия, – привычные и неизбежные риски, сопровождающие вовлеченность в строительный процесс большого количества участников, представляющих разные интересы и одновременно присутствующих на строительной площадке (представители собственника, заказчика, застройщика, регулятора, проектировщики, дизайнеры, подрядчики, субподрядчики, поставщики, юристы, финансисты, страховщики, работники, включая монтажников, сварщиков, водопроводчиков, электриков, каменщиков, плотников, кровельщиков, маляров, и т.д.). Каждому из них в разное время требуется оборудование, различные строительные расходные материалы и инвентарь для выполнения своих задач. 

Управление активностями и потребностями всех участников на стройплощадке – обычно крайне сложный и плохо поддающийся эффективной координации процесс.
Дорого обходятся любые задержки в работе какой-либо бригады, ожидание прибытия рабочих инструментов, плохо организованное хранение строительного инвентаря, запасов и оборудования, вследствие чего много времени занимает его поиск, либо многократное перемещение с места на место и обратно. Болезненными для всего строительного цикла являются выявленные на месте ошибки проектирования, которые требуют переделки сделанной работы, – встает работа последующих звеньев, возникают долгие ожидания и накладки в расписании и очередности работ, которые управляются в «ручном режиме» и требуют личного контроля и контакта Заказчика и Исполнителя.
«Строительство - это массовая промышленность, и в этой отрасли средняя эффективность составляет 30%. И мы это принимаем. Среднее количество времени, в течение которого Вы работаете, составляет 30%, и когда Вы работаете, 10% того, что Вы сделали, будет снесено и построено заново. Это называется переделка. 40% мировых отходов приходится на строительную отрасль. В то же время, в среднем, строительный проект в мире тратит на 80% больше, чем было запланировано. Такого не происходит в других отраслях. Почему?»
- Ульрик Браннер, генеральный директор GenieBelt1.
Самым главным барьером для более эффективной организации работы на стройплощадке является сегментация (фрагментированность вовлечения) и жесткая последовательность в выполнении работ по планированию, проектированию, организации поставок, строительству и эксплуатации.

Рис. 1. Жизненный цикл строительных работ: сегментация и последовательность процессов

Источник: Программа повышения квалификации инженерно-технических работников строительных организаций СРО НП «СОЮЗАТОМСТРОЙ»

Критически важную роль в существующих условиях играет строительный контроль, однако его эффективность ослабляет отсутствие мониторинга в реальном времени, непрозрачность оценки промежуточных результатов, бумажный документооборот, человеческий фактор (забывчивость, неполнота, потеря, устаревание и недостоверность информации), несвязанность и несопоставимость во времени отчетности разных бригад, несовместимое ПО, которое не поддерживает единые стандарты и не может взаимодействовать с партнерскими информационными системами.
Внедрение новых технологических решений сдерживается большим количеством небольших компаний среди субподрядчиков, которые не обладают достаточным финансированием для внедрения высокопроизводительного ПО, оборудования, привлечения дорогостоящих специалистов и проведения проактивных НИОКР.
Все это зачастую неконтролируемо удлиняет сроки строительства и увеличивает согласованную смету.

1.3.    Цифровизация строительных работ

Строительство – вторая по размеру в экономике отрасль в мире, которая при этом характеризуется самым низким уровнем инвестиций в технологическое развитие, и самым высоким уровнем отходов.
И это одна из последних отраслей, куда цифровизация пришла с большим запозданием3.
Одновременно, это вторая отрасль по объему генерируемых данных4, и один из худших секторов по умению извлекать выгоду из этих массивов информации. 95% проектных данных либо не сохраняются, либо не собираются вообще5.
Организация эффективного сбора, анализа и научного управления данными за счет эволюции современных цифровых инструментов и достижений четвертой промышленно революции, позволяет впервые в истории отрасли задействовать существующие резервы производительности (разницу между достигнутым и максимально возможным уровнем*). Тем самым, поднять производительность труда и эффективность строительного контроля до уровня, не достижимого ранее, и победить вечные проблемы строительства - неконтролируемое удлинение сроков и увеличение стоимости.
Стремление оцифровать максимальное количество рабочих процессов сквозным образом приводит к тому, что данные становятся центральным элементом контроля. Они в разы увеличивают объем доступной информации для руководства о материалах, машинах, людях, процессах, результатах, повышают прозрачность и устанавливают доверие между всеми участниками строительных работ.
Компании, которые раньше начнут собирать и научатся управлять данными в строительстве в новой парадигме (по аналогии с отраслями-пионерами цифровой трансформации), получат рывок в производительности и конкурентные преимущества, как на отечественном, так и на глобальном уровне.

«Все будет цифровым. Каждый процесс, который в нашем мире может быть сделан компьютером, будет выполняться компьютером. Это произойдет, к сожалению. Или, к счастью. Алгоритм или программное обеспечение всегда намного эффективнее, чем человек. Вы можете масштабировать все, вы можете измерить все и знать, что происходит».
Stefan Larsson, CEO of BIMobject

Рис. 2. Уровень цифровизации отдельных отраслей экономики

Источник: J’son & Partners Consulting на основе данных McKinsey

По своей природе строительство – это проектное управление. При цифровизации оно превращается в управление, основанное на данных, получаемых автоматически в местах их возникновения от устройств и датчиков IoT, подключенных машин, платформ и оборудования, позволяющих создавать информационные и математические модели иалгоритмы,    и    реализовывать    все    более    автономные    (от    участия    человека) производственные и бизнес-процессы, имеющие свойства адаптивности (самооптимизации).

То есть основой цифровизации строительства являются информационное и математическое моделирование сквозных процессов, позволяющие оптимизировать работы по параметрам стоимости, сроков, устойчивости бизнеса и минимизации негативного воздействия на окружающую среду, и любым другим заданным характеристикам, на основе данных высокого качества (по параметрам - актуальность, релевантность, точность и полнота).

1.4.    Технологическая основа цифровизации строительства

Технологической основой цифровизации строительства является интеграция BIM, компонентов Индустрии 4.0 и мобильных цифровых инструментов для ежедневных коммуникаций с встроенным функционалом управления данными, доказавших свою эффективность в других отраслях (высокопроизводительные ИТ-системы, облачные платформы и IoT-решения, обеспечивающие единую связанность и постоянную подключенность, специализированные мобильные приложения, роботизированное оборудование, беспилотная техника, 3D принтеры, AR/VR, сервисы по анализу больших данных).
Подобная интеграция формирует единую (киберфизическую) экосистему, в которой объединены все физические, трудовые, роботизированные и автоматизированные ресурсы компании, и которая позволяет организовать наблюдение, контроль и управление строительством в режиме реального времени, мгновенно реагировать на изменение ситуации, корректировать рабочий процесс, и улучшать производственные показатели на основе получаемых данных.

Внедрение возможностей Искусственного Интеллекта (ИИ) и машинного обучения является дополнительным преимуществом, которое могут предложить облачные продвинутые системы управления данными. Хорошо проработанные алгоритмы позволяют предсказывать и минимизировать риски и вероятность наступления неблагоприятных последствий в строительном процессе.
Очевиден тренд на все большую роботизацию строительных процессов, повышающих качество и производительность строительных работ.
Для получения максимального эффекта в повышении эффективности строительства за счет сквозной автоматизации вдоль всей кооперационной цепочки, критически важными являются совместимость и взаимодействие различных технологических решений от множества поставщиков, с возможностью бесшовного обмена данными, хранения, синхронизации и доступа в режиме реального времени.

Рис. 3. Атрибуты промышленной революции

Источник: J’son & Partners Consulting

1.5.    Роль Building Information Modeling (BIM) в строительстве

Как утверждают руководители крупнейших мировых строительных компаний, внедрение продвинутого строительного ПО больше не является роскошью, но жестким требованием повышения эффективности бизнеса.

Ядром цифровой трансформации строительства является BIM (Building Information Modeling). BIM    представляет    собой    набор    технологий,    процессов, ПО    и    инструментов    для совместного    проектирования,    координации    строительных работ,    прототипирования строительных объектов и моделирования процесса строительства зданий и сооружений на протяжении всего строительного цикла, а также жизненного цикла строительного объекта.
Ключевой особенностью BIM является обеспечение совместной работы и доступа к цифрой модели всех участников строительного процесса, централизованное хранение и изменение данных в модели, которое отображается сразу во всех представлениях, за счет соблюдения требований совместимости и единых установленных стандартов обмена информацией, что повышает собираемость и точность данных, прозрачность, скорость и качество работы, обучаемость новых сотрудников, а также сокращает время на ввод информации и повышает скорость создания проектной документации из стандартных программируемых объектов.
Первостепенность BIM (а также эффективных интерактивных коммуникаций всех участников строительного цикла) в интересах обеспечения роста производительности строительной отрасли фактически узаконила в 2009 году Академия Наук США8, обеспечив флагманское внедрение высокотехнологичных решений в стране.
Тем самым признав первостепенную важность использования единых стандартов и возможность беспрепятственного интерактивного взаимодействия и обмена информацией в строительных программах и проектах, применение которых позволяет полностью интегрировать и автоматизировать процессы проектирования и строительства в отрасли.
Анализируя причины низкой эффективности строительной отрасли в стране, и выявляя приоритетность технологий, процессов и срочных мер, обладающих наибольшим потенциалом для осуществления прорыва в повышении производительности и конкурентоспособности национального капитального строительства в ближайшие 20 лет, Американская Академия Наук, обозначила 5 взаимосвязанных мероприятий для обязательного исполнения:
•    Широкое распространение и повсеместное использование совместимых9 технологических приложений BIM.
•    Улучшение эффективности совместной работы на строительной площадке за счет более продуктивного обмена и взаимодействия людей в отношении процессов, материалов, оборудования и информации.
•    Более широкое внедрение техник и процессов сборки модульных и крупноблочных конструкций, предварительно изготовленных заводским способом.
•    Инновационное широкое применение демонстрационных инсталляций (установок, сооружений).
•    Эффективное измерение производительности в отрасли для повышения рентабельности и продуктивности и поддержки инноваций.

1.6.    Эволюция BIM (от 2D к 7D)

Решения BIM находятся на разных уровнях зрелости в зависимости от сегментов и целей применения и постоянно совершенствуются в направлении максимально возможной сквозной цифровизации.

В основном, BIM в настоящее время охватывает цикл, начиная от проектирования и до ввода объекта в эксплуатацию. Однако уже появляются инструменты, позволяющие реализовать полнофункциональный BIM, от момента ПИР, планирования, до эксплуатации и обслуживания, а также плоть до сноса.
Начиная с 80-х годов использование инноваций в строительстве ограничивалось в основном применением BIM для программной визуализации зданий и сооружений в виде создания 2D модели будущей конструкции. Качественный переход от использования 2D чертежей к 3D-моделям длился больше десятилетия вследствие крайне сложного для пользователя и дорогого программного обеспечения.
3D-визуализация представляет собой уже математическое моделирование любого трехмерного объекта с помощью специализированного ПО (дополнительное преимущество в том, этот объект может быть напечатан на 3D принтере).
Одновременно программные решения BIM предоставляют безграничные возможности по детализации и анализу всех компонентов строящегося объекта для всех вовлеченных участников (данные «привязываются» к любому объекту, на который можно «кликнуть» и получить дополнительную информацию).

Рис. 4. Эволюция BIM

Источник: аndersenwindows.com

Важным инструментом BIM в проектировании является раннее обнаружение ошибок. Несмотря на то, что доля затрат на проектирование в общей стоимости строительства не значительна, ошибки в проектировании, не выявленные на ранней стадии дорого обходятся при обнаружении, когда стройка в самом разгаре. Переделки сбивают график, занимают много времени и дополнительных расходов, сопровождаются конфликтами, взаимными претензиями, штрафами и судебными исками. Совместная работа в BIM на самых ранних стадиях помогает избежать ошибок проектирования еще до момента начала строительства.
Параллельно с усилением возможностей ПО, мощи компьютеров, оцененным удобством анализа и контроля строительства, росли потребности пользователей, в первую очередь крупных строительных компаний и поставщиков.
Полезным инструментом стала мобильная версия для ежедневных коммуникаций и контроля за прогрессом.
Помимо 3D-визуализации следующим шагом добавились параметры очередности работы и сборки объектов, доступные для всех вовлеченных сторон (4D = 3D + время (сколько по времени это займет?)). Возможность согласовывать время помогает вовремя снимать конфликтные ситуации, планировать совместные действия и получать понимание точных сроков на проектах любой сложности.
Затем разработчики добавили опции стоимостных параметров (5D = 3D + время + деньги (сколько можно сэкономить?)), которые не только добавили удобства для инвесторов, составления графика контрактования и платежей, но и позволили просчитывать различные стоимостные сценарии, еще на стадии проектирования, для принятия решения о материалах, поставщиках, скорости, а также влияние этих сценариев на конечный бюджет.
Начиная с 6 уровня, впервые стало возможным моделирование здания на этапе эксплуатации. 6D BIM позволяет оценивать потребности здания/объекта в обслуживании и жилищно-коммунальных сервисах, стоимость владения и обслуживания на протяжении всего жизненного цикла строящегося объекта, включая всю инфраструктуру (энергоэффективность, отопление/охлаждение, газоснабжение, водоснабжение, вентиляцию, освещение, безопасность и т.д.) еще при проектировании, содержит подробные каталоги, спецификации, правила, инструкции по эксплуатации.
7D позволяет контролировать сданный в эксплуатацию «цифровой актив» через систему встроенных датчиков и «умную» (подключенную) инженерную инфраструктуру, и на основании реалистичных данных перепроектировать и улучшать будущие объекты конструкции с учетом особенностей эксплуатации.
Несмотря на то, что самым дорогостоящим этапом строительства являются СМР (строительно- монтажные работы), если принять во внимание весь жизненный цикл существования здания после сдачи в эксплуатацию, выясняется что стоимость обслуживания и эксплуатации объектов намного превышает стоимость СМР. Владельцам недвижимости крайне важно оценить с самого начала будущие расходы, чтобы правильно выбрать конструкцию будущих инженерных коммуникаций.

Рис. 5. Распределение стоимости жизненного цикла строительного объекта

Источник: J’son & Partners на основании различных российских и зарубежных данных

1.7.    Интернет вещей, Internet of Things (IoT) и BIM

Революционные достижения и прогресс в развитии BIM связан (помимо идеального моделирования образа будущего) с возможностью получать непрерывный поток данных как с реально строящегося, так и с эксплуатируемого объекта.

Передовые технологии сбора множественных данных с реального строительного объекта включают: фото / видеофиксацию, лазерное сканирование, панорамные съемки в режиме 360°, встраивание сенсоров, камер видеонаблюдения и устройств передачи данных на различную строительную технику, дроны, роботизированный транспорт, машинное зрение, нейросети, глубинное обучение и т.д.
Облачные интегрированные BIM (iBim) позволяют наблюдать за работой людей, транспорта, оборудования и различных элементов строительного процесса на строительных площадках, включая голографическую визуализацию, виртуальную и дополненную реальность, чтобы лучше понимать - что происходит и быть в курсе возникающих проблем.
При условии постоянного сбора, повышения точности и детализации собираемых и подгружаемых в единую систему данных, алгоритмизации максимально возможного количества параметров, BIM позволяет создавать реальную цифровую копию (digital twin) строящегося объекта и сравнивать текущий статус (as-built) с идеальной запроектированной цифровой моделью (as- designed), моделировать различные сценарии, тестировать применение альтернативных материалов, конструкций, оборудования, корректировать ошибки, видеть отклонения во времени и стоимости при изменении параметров и мгновенно реагировать.
Такую связанность в единую сеть (цифровую экосистему), постоянную «подключенность» (connectivity) инфраструктуры и бесшовную интеграцию c BIM с возможностью обмениваться данными и подключаться к любым сторонним внутренним и внешним системам обеспечивают облачные платформы и комплекс технологий, объединенных общим названием Интернет вещей (Internet of Things).
Это сочетание инновационных достижений в разработке сенсоров и самоуправляемой (беспилотной) техники, позволивших осуществлять сбор данных и контроль за всеми объектами на уровне, недостижимом ранее, подключенных сетевых решений для организации передачи данных, систем управления, облачных платформ и внешних приложений, а также продвинутых сервисов в области научного анализа данных (Data Science, искусственный интеллект, machine learning), которые выводят организацию строительных работ на новый уровень.
На строительной площадке Интернет вещей позволяет строительной технике, оборудованию, материалам, конструкциям коммуницировать с центральной платформой управления данными и организовать:
•    Техническое обслуживание здания
•    Управление активами
•    Предиктивный ремонт строительной техники
•    Управление парком транспортной и роботизированной строительной техники
•    Сквозная прослеживаемость активов и ресурсов
•    Управление запасами и формирование заказов
•    Идентификация, мониторинг и управление безопасностью
Определение    облачных    платформ    IoT    и    приложений    для    цифровизации строительства. Границы и методология исследования
Согласно классификации Berg Insight и First Analysis, большую часть IoT-платформ можно отнести к одной или сразу нескольким категориям:
•    платформы по управлению коммуникациями (Connectivity Management Platforms, CMP);

•    платформы по управлению сетями/данными (абонентами) - Network/Data (Subscriber) Management (NM);
•    платформы по управлению устройствами (Device Management Platforms, DMP);
•    платформы для обеспечения работы приложений (Application Enablement Platforms, AEP);
•    платформы для разработки приложений (Application Development Platform, ADP).
В настоящем исследовании рассматриваются только AEP/ADP-платформы, поскольку только они являются отрасле-специфичными.
В качестве основных условий для включения в исследование AEP/ADP-платформ и приложений Интернета Вещей (IoT-платформ) были выбраны следующие два:
•    Отраслевая ориентация на оптимизацию процессов проектирования, строительства и эксплуатации зданий и сооружений;
•    Доступность платформы или приложения по облачной (публичной и/или гибридной) модели предоставления.
Рассматриваемые в отчете IoT-платформы и приложения можно распределить на три вида:
•    Аналитические платформы и приложения, реализующие функции оптимизации потребления ресурсов и режимов эксплуатации оборудования/систем зданий и сооружений.
В отчет не включены простые мониторинговые платформы используемые для визуализации данных полученных от подключенных счетчиков потребления ресурсов и формирования отчетов, но не имеющие функционала предиктивной аналитики, то есть не реализующие автоматически функцию многофакторной оптимизации. Не рассматриваются также облачные IoT-платформы и приложения, не являющиеся интегрированными, то есть реализующие функционал мониторинга и оптимизации эксплуатации конкретного вида оборудования – такие платформы исследованы в отчете по промышленным платформам, поскольку разрабатываются преимущественно производителями соответствующих систем и оборудования. При этом рассматриваемые в отчете IoT-платформы и приложения могут быть интегрированы с промышленными IoT-платформами для обеспечения двустороннего обмена данными.
•    IoT-платформы и облачные приложения, реализующие не только функционал анализа и выдачи рекомендаций по оптимальным режимам эксплуатации оборудования, но и имеющие контур управления, то есть предлагающие оптимизацию как часть интегрированного контура централизованного управления всеми системами зданий и сооружений.
Это могут быть как BMS/BAS (Building Management Systems / Building Automation Systems) и BEMS (Building Energy Management Systems) с расширенными аналитическими функциями, так и платформы изначально созданные в этой идеологии. Локальные BMS/BAS/BEMS, реализованные в виде on- premise инсталляций и не имеющие аналитической компоненты в облаке, не рассматриваются.
•    Системы автоматизированного проектирования, реализующие концепцию 7D BIM, то есть охватывающие не только стадии проектирования и строительства здания, но и стадию его эксплуатации, и пересекающиеся таким образом с облачными BMS/BAS/BEMS.
Особенность платформ и приложений, происходящих из систем проектирования, состоит в их роли первоисточника цифровых двойников зданий, корректируемых в процессе получения обратной связи на этапах строительства и эксплуатации, что позволяет интерпретировать данные мониторинга систем здания и моделировать их поведение, выбирая наиболее оптимальный вариант. Фактически такие платформы и приложения позволяют создавать интегрированную цифровую модель здания как системы систем, состоящую из моделей-компонент и описаний их взаимосвязей.
Все три вида платформ и приложений частично охватывают и функционал ERP-систем- как за счет встроенного функционала, так и за счет интеграции с внешними ERP, в части управления ТОиР, запасами (inventory) и закупками (supply chain management), таск-менеджмента эксплуатирующему персоналу, финансового управления и учета.
При оценке рынка в денежном выражении была учтена выручка только перечисленных выше включенных в исследования платформ и приложений, без учета стоимости оборудования, необходимого для подключения зданий к платформам.
В качестве основного метода исследования был использован анализ вторичных источников информации, с построением количественной модели рынка, описывающей метрики и их взаимосвязи, и верификацией результатов анализа с привлечением отраслевых экспертов.
Результаты исследования носят практический характер и могут использоваться действующими и потенциальными разработчиками отраслевых платформ и сервисов для определения целевых рыночных ниш, облика конкурентоспособных продуктов для этих ниш и достижимых параметров по абонентской базе и объему платежей от нее, а также профильными инвесторами для оценки перспектив объектов инвестирования.

Анализ рынка облачных IoT-платформ и приложений для оптимизации процессов проектирования, строительства и эксплуатации зданий и сооружений в мире и перспектив их применения в России

В публичном доступе представлено значительное количество отчетов об исследованиях рынков систем BMS/BAM/BEMS, Facility Management Systems (FMS) и отдельно по PLM для строительства.
Однако, несмотря на то, что IoT (автоматический ввод данных в приложения от подключенных устройств), облачная модель и анализ/моделирование на основе цифровых двойников признаются ключевыми трендами для всех трех рынков, в настоящее время отсутствуют исследования, описывающие приложения и платформы для строительства и управления недвижимостью именно как единый рынок облачных IoT-платформ и приложений, то есть с учетом факта трансформации и конвергенции ранее существовавших независимо друг от друга рынков BMS/BAM/BEMS, FMS и PLM.
Такую задачу решает настоящее исследование, рассматривающее как единый конвергированный рынок IoT-платформ и приложений для оптимизационного управления проектами в сфере недвижимости на всех этапах их жизненного цикла, образованный слиянием рынка приложений для проектирования зданий (PLM), рынка систем мониторинга и управления инженерными системами зданий и сооружений (BMS/BAS/BEMS), и рынка приложений для управления портфелем активов недвижимости (FMS), точкой пересечения которых выступают платформы и приложения для автоматизации процессов проектирования, строительства и эксплуатации зданий, базирующиеся на модели гибридного облака и принципа IoT, то есть автоматического получения данных от подключенных устройств и внешних приложений.
Тенденции в открытом взаимодействии и обмене информацией вдоль цепочки добавленной стоимости в строительстве уже позволяют говорить о 7D-BIM - седьмом измерении информационного моделирования зданий. 7D BIM позволяет строить модели управления активом и его компонентами (и оценивать полную стоимость владения) на протяжении всего жизненного цикла, включая эксплуатацию и техническое обслуживание завершенных объектов.
Седьмое измерение BIM позволяет участникам извлекать и отслеживать соответствующие данные о текущем состоянии активов за счет получения реальных данных от встроенных датчиков и подключенных информационных систем на этапе проектирования. Предполагается, что максимизируя точность и качество данных в BIM-моделях на всех этапах проектирования, производства и строительства, а также совмещая результаты моделирования с реальной эксплуатацией объектов, можно реализовать более интеллектуальный подход к проектированию и строительству и добиться лучших показателей эффективности и эксплуатации (Building Performance Evaluation, BPE).
Использование технологии 7D может привести к более эффективному выбору и оптимизации строительных характеристик при проектировании, совмещая виртуальную информационную модель с реальной жизнедеятельностью введенных в эксплуатацию объектов.
В этой связи важно понимать, что облачные IoT-платформы и приложения для оптимизационного управления инженерными системами зданий, интегрированные с PLM BIM – это единственный способ практической реализации концепции 7D BIM, то есть оптимизационного управления активом (объектом недвижимости) на всем его жизненном цикле.
Ввиду наличия измерений выше третьего (время, стоимость, эксплуатационные характеристики) платформы PLM 7D BIM включают в себя не только конструкторские приложения как источники цифровых моделей зданий и средства оптимизации подходов к конструированию на основе реальной обратной связи от построенных и эксплуатируемых объектов, но и реализуют интеграцию с внешними системами – источниками данных, такими как ERP- и BI-системы, системы управления проектами и так далее. Более того, поскольку здание не является автономным, а потребляет (в случае возобновляемой энергетики – и генерирует) ресурсы, то платформы оптимизационного управления инженерными системами зданий интегрируются и с аналогичными платформами для управления энергосетями (smart grid), а также системами доставки других ресурсов (воды, тепла, газа). В результате формируется полноценная экосистема тесно интегрированных между собой платформ и приложений, выполняющих задачу оптимизации как отдельного здания, так и в целом балансировки генерации, сбыта и потребления коммунальных ресурсов.
Формирующуюся в настоящее время конвергированную экосистему облачных платформ и приложений для оптимизационного управления проектами в сфере недвижимости можно разделить на два вида платформ: приложения и платформы для управления инженерными системами зданий на этапе эксплуатации (BMS/BAS/BEMS) и приложения для управления проектами в сфере недвижимости на всех этапах жизненного цикла (PLM 7D BIM).
Минимальной функциональностью платформ, классифицируемых как облачные BMS и аналитические IoT-платформы, интегрированные с BMS, является автоматический сбор данных с подключенных сенсоров и контроллеров инженерных систем зданий и сооружений, хранение и визуализация этих данных, и их анализ для выявления возможностей оптимизации режимов работы оборудования, заключающихся в снижении потребления ресурсов (электроэнергии в первую очередь) при условии обеспечения комфорта и безопасности находящихся в здании людей если речь идет о жилых и офисных зданиях, и требуемых режимов для товаров и оборудования, если это производственный цех или склад. Исполнение оптимизированных режимов может осуществляться как вручную и представлять из себя рекомендации персоналу служб эксплуатации, так и в полностью автоматическом режиме без непосредственного участия персонала. Также важной составляющей функционала таких платформ является предиктивное техническое обслуживание и ремонты. В этой части функционала облачные BMS и аналитические IoT-платформы, интегрированные с BMS в единый контур управления, имеют пересечение с промышленными IoT-платформами. Подавляющее большинство облачных BMS и аналитических платформ используют технологии глубокого машинного обучения.

Другой вид платформ – PLM 7D BIM, как следует из их названия, реализует концепцию 7D BIM. Реализация концепции 7D BIM в PLM-приложениях для строительства, то есть охват такими приложениями и этапа эксплуатации здания, а также переход вендоров PLM-продуктов на облачную модель и концепцию платформ формирует принципиально новый сегмент рынка облачных IoT- платформ и приложений для оптимизации процессов проектирования, строительства и эксплуатации зданий – облачные IoT PLM с поддержкой 7D BIM. Такие PLM способны «привязывать» данные, получаемые из внешних систем, включая системы телеметрии и АСУТП (IoT), к трехмерной модели здания, и использовать облако как централизованное хранилище актуальных 3D-моделей и привязанных к ним данных, делая их доступными для всех участников проектов в соответствии с их ролями. Наличие измерений выше третьего означает тесную интеграцию (интенсивный двусторонний информационный обмен) собственно систем проектирования с АСУТП, аналитическими и транзакционными бизнес-приложениями, реализующий такой функционал как, например, управление инженерными системами здания, планирование и бюджетирование, управление проектами, управление закупками и цепочками поставок, управление персоналом.
Кроме того, на основе цифровой конструкторской документации, созданной на этапе проектирования (as designed), на этапе строительства такие платформы способны анализировать возможности по ее оптимизации в соответствии с вновь выявленными обстоятельствами. В сочетании с использованием данных полученных при обследованиях построенного объекта, в частности лазерного 3D- сканирования, это позволяет не только оптимизировать конструкцию здания на этапе строительства, но и на этапе эксплуатации получить полностью соответствующую фактическому объекту цифровую модель (as build). Наличие точных цифровых моделей в сочетании с возможностью «привязки» к ним данных телеметрии от сенсоров и контроллеров систем зданий в процессе его эксплуатации, создает существенно большие возможности по корректной реализации предиктивного анализа и оптимизации режимов работы инженерных систем, нежели у облачных BMS, не имеющих таких моделей.
Таким образом, уже сейчас эти два вида платформ и приложений тесно интегрированы между собой, и деление это зачастую условно, пока отражая лишь то, что в PLM 7D BIM основной акцент сделан на этапы оценки, проектирования и управления строительством, а этап эксплуатации рассматривается лишь как возможность получения обратной связи для корректировки имитационных моделей, моделирующих поведение той или иной конструкции на этапе эксплуатации, а в облачных BMS-платформах акцент сделан на непосредственное оптимизационное управления инженерными системами. Но при этом и те, и другие рассматривают цифровые 3D-модели здания и все его систем как основу для оптимизационного управления.
В целом рынок (экосистем) облачных IoT-платформ и приложений для оптимизационного управления зданиями можно охарактеризовать следующим образом.
Несмотря на то, что рассматриваемый рынок примерно на 5 лет старше рынка промышленных IoT-платформ, даже на наиболее развитом североамериканском рынке уровень проникновения рассматриваемых платформ и приложений пока не превышает двух процентов для зданий делового назначения и 0,5% для индивидуальных жилых домов.
Очевиден огромный потенциал экстенсивного роста рынка, который подогревается введением новых строительных стандартов (в частности, четвертой версии стандарта LEED), фактически делающих обязательным использования оптимизационных систем управления зданием и рассматривающих такие системы как неотъемлемый элемент конструкции энергоэффективного здания. При этом перспективным направлением представляется также «оцифровка» существующих зданий, не имеющих 3-D моделей, и подключение их к облачным платформам оптимизационного управления.
Использование преимущественно автоматического ввода первичных данных непосредственно в местах их возникновения (принцип IoT) позволяет кардинально улучшить качество данных и реализовать режимы автоматизированного управления требующие интенсивного обмена данными, вплоть до управления в реальном времени, с получением обратной связи от объектов управления.
Становится возможным переход от фиксированных алгоритмов обработки данных к самообучаемым на накапливаемом массиве данных (Machine Learning) и реализация замкнутого контура адаптивного управления: «имитационное моделирование – интегрированное планирование на всех уровнях – контроль исполнения – анализ результатов».