BIM технологии используются для проектирования и документирования строительных и инфраструктурных проектов. Все компоненты здания моделируются в BIM. Модель может использоваться для анализа в целях изучения вариантов проекта и создания визуализаций, которые помогут участникам лучше понять, как будет выглядеть здание в реальных условиях. Модель также используется для создания проектных документов для строительства.

В России по внедрению BIM-технологий был утвержден План поэтапного внедрения технологий информационного моделирования в промышленном и гражданском строительстве (приказ Минстроя от 29.12.2014 N 926/пр). При Минстрое создана рабочая группа для решения вопросов, возникающих в ходе реализации Плана (приказ Минстроя от 17.03.2015 N 182/пр) [2].

Технология BIM основана на трехмерных моделях проектируемых объектов. BIM – это процесс моделирования и управления полным жизненным циклом здания. Наличие единой цифровой модели объекта может стать основой дальнейшей цифровизации [3]. BIM предлагает и множество других преимуществ. Значительный процент расчетов выполняется автоматически, увеличивается скорость проектирования, уменьшается количество проектных ошибок, сокращается время рассмотрения и проверки проекта, работ и объекта. В итоге все это приводит к снижению стоимости строительства объекта. Технология BIM повышает качество проектирования, строительства и эксплуатации объектов различного назначения, позволяет прогнозировать более точные сроки выполнения работ и их стоимость на всех этапах «жизненного цикла» объекта капитального строительства [4]. Формирование нормативно-технической базы для внедрения информационного моделирования в строительстве началось в России в 2015 году.

Технология BIM была использована при строительстве 8 стадионов Чемпионата мира по футболу в российских городах, на которых проводились матчи.

Использование средств информационного моделирования объектов позволило проектировщикам, подрядчикам и строительным организациям выполнять работы высокого качества. Технология BIM использовалась при строительстве стадионов в Москве, Санкт-Петербурге, Саранске, Волгограде, Нижнем Новгороде, Самаре, Сочи и Казани. Таким образом, каждый объект создавался с использованием уникальных и впечатляющих элементов дизайна.

Одним из таких стадионов является московский «Спартак». В его конструкции использовались толстостенные трубы, которые позволили уменьшить расход металла.

Конструктивные особенности стадиона в том, что имеется выкатное поле и убирающаяся крыша. Стройка стадионов проходила с опозданием менялись, подрядчики, но благодаря использованию BIM-технологий смогли избегнуть конфликтов и ненужных работ. По итогу работы были выполнены к сроку и соблюдены требования FIFA.

Овальный стадион «Мордовия Арена», находится в Саранске, вместимость стадиона на аудиторию 44000 человек. Он базируется на 88 соединенных между собой консолях высотой 40 м с пролетом в 49 м. Данные конструкции выпустил завод «Белэнергомаш», который применяет BIM-технологии.

На новом стадионе «Волгоград Арена» 45000 зрителей Он отличается уникальной вантовой крышей и создан ажурный плетеный фасад. Техническая сложность этого проекта требовала тесного сотрудничества между поставщиками и строителями, что обеспечивало оптимальную четкость производства и сборки. Для выполнения такой задачи всю информацию о строительстве зданий интегрировали в одну 3D-модель. Данные передавались непосредственно от модели к машине, что позволило повысить гибкость и точность, а также уменьшить время выполнения [5].

Технология BIM – это большой скачок вперед для строительной отрасли, но он требует серьезных материальных вложений и качественного улучшения информационно-технической базы [6]. Этот факт вдохновляет не только на строительство, но и на разработку отечественного программного обеспечения. Для того чтобы эффективно осуществлять строительство зданий и сооружений, а также соответствовать запланированным стоимостным и временным показателям проекта, необходимо использовать технологию BIM, основанную на элементах информационного моделирования.

При пожарах большой интенсивности и длительности деревянные и металлические конструкции имеют тенденцию приходить в негодность, в то время как железобетонные и каменные конструкции частично сохраняют свои эксплуатационные качества.

Рассмотрим наиболее подробно воздействие пожара на конструкции, выполненные из различных материалов.

Металлические конструкции

Металлическая конструкция имеет множество преимуществ: легкость и скорость монтажа, значительную несущую способность при нормальных условиях эксплуатации, она в 4 раза легче, чем железобетонные и каменные конструкции при одинаковой несущей способности. Металлические конструкции при резком повышении температуры, резко и сильно теряют прочность. Металлы очень чувствительны к действию высоких температур и огня.  Они быстро нагреваются, и происходит снижение  прочностных свойств. При температурах до 250°С прочность мягкой малоуглеродистой стали увеличивается, а потом постепенно уменьшается. Критическая температура потери несущей способности стальных конструкций наступает при 500°С.

Приблизительно через 10 минут с начала пожара стальные конструкции складываются как карточный домик. Сталь должна быть защищенной. Это может быть обеспечено за счет: огнезащитной краски; бетонирования; обертывания теплоизоляцией.

Деревянные конструкции

Древесина – это горючий материал, относящийся обычно к горючим строительным материалам. В случае пожара на древесине образуется слой древесного угля с плохой теплопроводностью, что предотвращает последующее горение. При сжигании древесины образуются CO и CO2, а при обработке древесины огнезащитными средствами  или материалами для обработки поверхности, то образуются опасные токсичные газы [2]. По сравнению со многими строительными материалами, древесина, хотя и горит, но ее молекулярная цепь не изменяется под воздействием огня, древесина обладает хорошими теплозащитными свойствами и не разрушается внезапно. Обугленная поверхность затрудняет распространение огня. Однако древесина значительно увеличивает пожарную нагрузку.

До температуры 100°С свойства древесины почти не изменяются. Возгорание  древесины и обгорание ее поверхности происходит при температуре 290°С.

Обгорание поверхности происходит со скоростью 1,8-2см за 30 минут, тем самым уменьшая поперечное сечение конструкции [3]. Деревянные перекрытия старой конструкции, состоящие из деревянного пола, балок, наката и т.д., теряют несущую способность через 40 минут с начала возгорания. Несущая способность поврежденных пожаром деревянных конструкций оценивается в зависимости от площади сечения неповрежденной древесины конструкции.

Каменные конструкции

Каменная кладка из строительных материалов (глиняный кирпич, силикатный кирпич,  блоки из легкого бетона) является огнестойкой.

Воздействие огня и воды при тушении пожара приводит к отслаиванию поверхностного слоя кладки и разрушению раствора.

Под воздействием огня обычно прочность строительных кирпичей не уменьшается, но раствор между кирпичами будет рыхлиться и разрушаться. Если раствор поврежден на глубину более 3 см, то кладка считается не выдержавшей нагрузки и должна быть разобрана [4].

Каменные конструкции практически никогда не разрушаются при пожаре, наблюдаются лишь поверхностные повреждения кладки. Израсходование огнестойкости каменных конструкций происходит вследствие недопустимого повышения температуры на необогреваемой поверхности.

Железобетонные конструкции

Бетон негорючий и достаточно огнестойкий материал. Однако под воздействием высоких температур его прочностные и защитные свойства по отношению к заключенной в нем арматуре снижаются. Кроме того, при длительном пожаре сама арматура сильно нагревается, по этой причине происходит значительная деформация. Поэтому, изгибаемые элементы получают  прогибы и  открытые трещины.

В зависимости от степени повреждения состояние поверхности железобетонных конструкций после пожара может быть различной:

- при слабой степени повреждения – наличие следов копоти и сажи;

- при средней степени повреждения – происходит изменение цвета бетона от серого до розового, элементы полностью покрыты сажей и копотью;

- при сильной степени повреждения – цвет бетона становится желтый;

- при полной степени повреждения – цвет бетона темно-желтый.

Таким образом, все здания и сооружения представляют собой объекты, и каждый объект защиты должен иметь систему обеспечения пожарной безопасности [5].

Результаты воздействия высоких температур на элементы строительных конструкций вследствие произошедшего  пожара в обязательном порядке должны рассматриваться и оцениваться при проведении экспертизы промышленной безопасности зданий и сооружений на опасных производственных объектах, при проведении планового технического обследования зданий и сооружений. Степень поврежденности конструкций, изменение физико-механических свойств материалов, вызванные пожаром, непременно должны учитываться при разработке рекомендаций по приведению зданий и сооружений в работоспособное состояние для обеспечения их дальнейшей безопасной эксплуатации.

Кроме того, стоит отметить вопросы безопасности. К основным факторам, приводящим к нарушениям уровня безопасности, относятся: нарушения правил проектирования, изготовления и монтажа, транспортировки, хранения и консервации; нарушения правил эксплуатации и ремонта; ошибки персонала; неблагоприятные природные факторы; отсутствие или неэффективность защитных мероприятий.

Помимо  четких отказов, существуют и нечеткие отказы, для которых характерна определенная размытость границы между работоспособным и неработоспособным состоянием конструкции. В связи с этим было предложено использовать определение отказа как события, которое может привести к определенным потерям [2], или как события, которое оказывается неработоспособным по рассматриваемой конструкции [3]. В этом случае предполагается, что вышедшая из строя конструкция может эксплуатироваться без восстановления, что связано с определенным ущербом, но такая ситуация характерна для строительных конструкций, восстановление которых (капитальный или текущий ремонт) выполняется не сразу после обнаружения большинства отказов.

В межгосударственном стандарте ГОСТ 27751-88 существуют две группы предельных состояний: 1-я включает предельное состояние, которое ведет к полной непригодности объекта к эксплуатации, 2-е – предельное состояние, затрудняющие нормальную эксплуатацию объекта или уменьшающие его долговечность по сравнению с предусмотренным сроком службы [4].

Общее условие непревышения предельного состояния может быть представлено в виде:

Ψ(Fp , Rp ,γn , γa , γd C ) ≥ 0,                                                                                 (1)

где F p – расчетное значение нагрузки, определяемое по формуле:

F p =γf Fн ,                                                                                                                (2)

где γf – коэффициент надежности по нагрузке; Fн – нормативное значение нагрузки; R p – расчетное значение сопротивления материала, определяемое по формуле:

R p = Rн /γm,                                                                                                            (3)

где γm – коэффициент надежности по материалу; Rн – нормативное значение сопротивления материала; γn – коэффициент надежности по назначению конструкции; γd – коэффициент условий работы; γа – коэффициент точности; С – постоянные, включающие предварительно выбранные расчетные ограничения, задаваемые для некоторых видов предельных состояний (по прогибам, раскрытию трещин и т. п.)

Входящие в условие (1) факторы можно условно разделить на две группы. Первая группа зависит от свойств самой конструкции, вторая – от внешних воздействий. Такое разделение происходит потому, что между ними в большинстве случаев отсутствуют функциональные и корреляционные связи. Тогда для первой группы предельных состояний условие (1) может быть выражено соотношением:

γn Ψ q (Fp , γa , γd ) ≤ Ψr ( R p )                                                                              (4)

Данное неравенство обозначает, что усилия в конструкции не должны превышать несущей способности. Для второй группы предельных состояний условие (1) можно записать в виде:

γn Ψ(Fp , Rp , γa , γd ) ≤С                                                                                        (5)

Левая часть соотношения (5) может представлять собой прогиб, угол поворота, раскрытие трещин и т.п., а правая – предельно допустимые значения этих величин. Следует заметить, что необходимый уровень надежности обеспечивается не только расчетными требованиями норм проектирования, но зависит от методов расчета принятой конструктивной схемы, вида соединений конструктивных элементов, правил конструирования, плана контрольных испытаний и условий приемки при изготовлении и монтаже. Все эти факторы требуют тщательного рассмотрения.