Бим модель. Аше время ставит перед проек тировщиками зданий и соору
 Скачать 0.49 Mb.
|
|
Н аше время ставит перед проек тировщиками зданий и соору жений новые задачи и предъ являет совершенно иные, ра нее не возникавшие требования. Даже ес ли перечислить лишь основные, список получается весьма внушительный: широкомасштабная реконструкция или реставрация ранее построенных объектов; высокие темпы строительства и необ ходимость быстрого проектирования новых или реконструируемых объек тов; принципиальный рост внешнего объ ема вновь проектируемых объектов и уровня их сложности; высокая насыщенность новых зданий и окружающей их инфраструктуры инженерными коммуникациями и оборудованием, высокая плотность строительства (рис. 1); возрастающая важность юридическо го обеспечения проекта и увеличение объема рабочей документации; необходимость энергоэффективного и экологичного проектирования с учетом постоянно возрастающих тре бований к создаваемым объектам, а также появления новых технологий и материалов; необходимость рассчитывать при проектировании нового объекта его эксплуатационные (прежде всего экономические) характеристики; обеспечение возможности будущей работы с проектом здания в период его эксплуатации и ремонта, оптими зация текущих расходов, достижение коммерческой эффективности про екта; необходимость исследования и пере смотра в сторону усиления конструк ции, устройства и коммуникаций уже существующих зданий в связи с воз растающими сейсмическими, терро ристическими и иными угрозами; высокая информационная насыщен ность зданий, широкое распростра нение и внедрение в строительную практику концепции "умного дома"; необходимость быстрого и эффек тивного поиска, а также квалифици рованного заказа оборудования, не обходимого для оснащения здания; оптимизация проекта по различным видам параметров; возрастающая потребность в сносе и утилизации старых зданий; интернационализация и междуна родная кооперация в проектирова нии, когда благодаря компьютерным технологиям работа над общим про №4 | 2010 | CADmaster Информационное моделирование зданий – современное понимание АРХИТЕКТУРА и СТРОИТЕЛЬСТВО 114 Рис. 1. Застройка в одном из районов Нью#Йорка (2009 г.) ектом может продолжаться круглосу точно в разных точках земного шара; высокая международная унифика ция проектирования; резкое повышение цены ошибки, особенно уже просочившейся в про ект и требующей исправления на стадии строительства или в процессе эксплуатации; потребность сделать само проекти рование менее затратным и более эффективным, более гибким и ус тойчивым к кризисным явлениям в экономике. Все перечисленное логично приво дит к пониманию, что в современных ус ловиях требуется уже не просто проект возводимого здания, а содержащая всю необходимую информацию модель объ екта, которая может быть востребована в течение всего периода его существова ния. И эта модель должна быть не выпол ненным с помощью компьютера анало гом обычного картонного макета, даю щего представление о формах объекта, а полноценной виртуальной копией зда ния со всей его начинкой, с количест венными геометрическими и технологи ческими характеристиками конструк ций, материалов и оборудования. При чем все данные об объекте должны быть не просто собраны воедино (например, в виде некой таблицы или справочника), а являться параметрами модели, коррек тировка которых с учетом существую щих между ними зависимостей влечет за собой автоматическое изменение всей модели. Все эти, а также многие другие пробле мы и призвано решать начавшее совсем не давно входить в реальную практику новое направление развития проектирования – информационное моделирование зданий. Рубеж конца ХХ – начала XXI веков ознаменовался появлением принципи ально нового подхода в архитектурно строительном проектировании, в основу которого положено создание компью терной модели здания, несущей в себе все сведения о будущем объекте. Это стало естественной реакцией человека на кардинально изменившуюся инфор мационную насыщенность окружающей нас жизни и следствием осознания не возможности эффективно обрабатывать прежними средствами хлынувший на проектировщиков огромный и неуклон но возрастающий поток "информации для размышления", предваряющей и со провождающей само проектирование. Причем этот поток информации не иссякает и после того, как здание уже спроектировано и построено. Так что возникшая в результате концепция ин формационного моделирования зда ний – это намного больше, чем просто новый метод в проектировании. Это также принципиально иной подход к возведению, оснащению, обеспечению эксплуатации и ремонта здания, к уп равлению жизненным циклом объекта, включая его экономическую составля ющую, к управлению окружающей нас рукотворной средой обитания. Это из менившееся отношение к зданиям и сооружениям вообще. Наконец, это наш новый взгляд на окружающий мир и переосмысление способов воздейст вия человека на этот мир. Подход к проектированию зданий через их информационное моделирова ние предполагает прежде всего сбор и комплексную обработку в процессе про ектирования всей архитектурноконст рукторской, технологической, экономи ческой и иной информации о здании со всеми ее взаимосвязями и зависимостя ми – здание и все, что имеет к нему от ношение, рассматриваются как единый объект. Правильное определение этих взаи мосвязей, а также точная классифика ция, хорошо организованное структури рование и достоверность используемых данных – залог успеха информационно го моделирования. Если внимательно приглядеться, то нетрудно увидеть, что при такой кон цепции принципиальные решения по проектированию попрежнему остаются в руках человека, а компьютер опять вы полняет лишь порученную ему техниче скую функцию по обработке информа ции. Но главное отличие нового подхода от прежних методов проектирования за ключается в том, что возникающий объ ем этой технической работы, выполняе мой компьютером, носит принципиаль но иной характер, и самому человеку его уже не одолеть. Новый подход к проектированию объектов и был назван информационным моделированием зданий или, сокращен но, BIM (Building Informational Modeling). Это понятие появилось в лексиконе специалистов сравнительно недавно, хотя сама концепция компьютерного моделирования с максимальным учетом всей информации об объекте начала формироваться и приобретать конкрет ные очертания намного раньше: еще с конца ХХ века она постепенно "вызре вала" внутри бурно развивающихся CADтехнологий. Понятие информационной модели здания было впервые предложено в 1975 году профессором Чаком Истманом (Chuck Eastman) в журнале Американ ского института архитекторов (AIA). Тогда же появилось и рабочее название: Building Description System (Система опи сания здания). В конце 1970х – начале 1980х это понятие развивалось параллельно в Ста ром и Новом Свете, причем в США ча ще всего употреблялся термин Building Product Model, а в Европе (особенно в Финляндии) – Product Information Model. При этом в обоих случаях слово Product ориентировало внимание на объект про ектирования, а не на процесс. Можно предположить, что несложное лингвис тическое объединение этих двух опреде лений и привело к рождению термина Building Information Model. В середине 1980х европейцы приме няли также немецкий термин Bauinformatik и голландский Gebouwmodel, которые в переводе опять же соответствовали английскому Building Model или Building Information Model. Лингвистические сближения терми нологии сопровождались и выработкой единого наполнения используемых по нятий. С 1992 года в научной литературе термин Building Information Model ис пользуется в его нынешнем понимании. Примерно с 2002го Building Information Model ввели в употребление и ведущие разработчики программного обеспечения, сделав это понятие одним из ключевых в своей терминологии. В дальнейшем, благодаря деятельности таких компаний, как Autodesk, аббревиа тура BIM получила широчайшее распро странение, и ее теперь знает весь мир. Если перейти к содержанию, то сего дня информационная модель здания – это хорошо скоординированная, согла сованная, взаимосвязанная, поддающа яся расчетам и анализу, имеющая геоме трическую привязку числовая информа ция о проектируемом или уже существу ющем объекте, которая используется для: принятия конкретных проектных ре шений; создания высококачественной про ектной документации; предсказания эксплуатационных ка честв объекта; составления смет и строительных планов; заказа и изготовления материалов и оборудования; управления возведением здания; управления и эксплуатации самого здания и средств технического осна щения в течение всего жизненного цикла; управления зданием как объектом коммерческой деятельности; проектирования и управления ре конструкцией или ремонтом здания; программное обеспечение CADmaster | 2010 | №4 115 сноса и утилизации здания; иных связанных со зданием целей (рис. 2). Иными словами, BIM – это вся име ющая числовое описание и нужным обра зом организованная информация об объек те, используемая как на стадии проектиро вания и строительства здания, так и в пе риод его эксплуатации и даже сноса. Как вы уже поняли, аббревиатура BIM может использоваться для обозна чения и самой информационной модели здания, и процесса информационного моделирования – никаких недоразуме ний при этом не возникает. В ряде литературных источников употребляется "уменьшенный" вариант сокращения, bim (так называемое "малое BIM"): общее обозначение для всего класса программного обеспечения, рабо тающего в технологии "большого BIM" – информационного моделирования зда ний. Исторически сложилось, что некото рые разработчики компьютерных про грамм, относящихся к информационно му моделированию зданий, кроме обще принятой пользуются еще и своей собст венной терминологией. Например, ком пания Graphisoft, создатель широко рас пространенного пакета ArchiCAD, ввела понятие виртуального здания (VB – Virtual Building), которое в сущности пе рекликается с BIM. Иногда можно встре тить сходное по значению словосочета ние "электронное строительство" (e con struction). Но на сегодняшний день тер мин BIM, уже получивший в мире всеоб щее признание и самое широкое распро странение, считается в этой области ос новным. Близка к BIM и сформулированная компанией Dassault Systemes в 1998 году концепция PLM (Product Lifecycle Management) – управление жизненным циклом изделия, которой сегодня актив но пользуется практически вся индуст рия САПР, особенно в машинострое нии. При этом в качестве изделий могут рассматриваться всевозможные техни чески сложные объекты: самолеты и ко рабли, автомобили и ракеты, здания и их системы, компьютерные сети и т.п. Концепция PLM предполагает, что со здается единая информационная база, описывающая три основных компонен та создания чегото нового по схеме "Продукт – Процессы – Ресурсы", а так же связи между этими компонентами. Наличие такой объединенной модели обеспечивает возможность быстро и эф фективно увязывать и оптимизировать всю указанную цепочку. Так что с боль шой долей уверенности можно гово рить, что BIM и PLM – "близнецыбра тья" или, более точно, что BIM является дальнейшим развитием и уточнением концепции PLM в специализированной области человеческой деятельности – архитектурностроительном проектиро вании. Однако терминология – это не глав ное. Применение информационной мо дели здания существенно облегчает ра боту с объектом и имеет массу преиму ществ перед иными формами проектиро вания. Прежде всего оно позволяет в виртуальном режиме собрать воедино, подобрать по предназначению, рассчи тать, состыковать и согласовать создава емые разными специалистами и органи зациями компоненты и системы будуще го сооружения, а также заранее прове рить их жизнеспособность, функцио нальную пригодность, эксплуатацион ные качества и избежать самого неприят ного для проектировщиков – внутрен них нестыковок (коллизий) (рис. 3). В отличие от традиционных систем компьютерного проектирования, резуль татом информационного моделирования здания обычно является объектно ориен тированная цифровая модель как всего объекта, так и процесса его строительства. Чаще всего работа по созданию ин формационной модели здания ведется №4 | 2010 | CADmaster АРХИТЕКТУРА и СТРОИТЕЛЬСТВО 116 Рис. 2. Основная информация, проходящая через BIM и имеющая к BIM непосредственное отношение Рис. 3. Проект нового здания высшей музыкальной школы New World Symphony в Майами (США) архитектора Фрэнка Гери, разработанный по технологии BIM (начало проектирования – 2006 г.). Отдельно показаны компоненты единой модели: внешняя оболочка здания, несущий каркас, комплекс инженерного оборудования и внутренняя организация помещений как бы в два этапа. Сначала разрабаты ваются блоки (семейства) – первичные элементы проектирования, соответству ющие как строительным изделиям (ок на, двери, плиты перекрытий и т.п.), так и элементам оснащения (отопительные и осветительные приборы, лифты и т.п.) и многому другому, что имеет непосред ственное отношение к зданию, но про изводится вне рамок стройплощадки и при возведении объекта не делится на части. Второй этап – моделирование того, что создается на стройплощадке. Это фундаменты, стены, крыши, навесные фасады и т.д. При этом предполагается широкое использование заранее создан ных элементов – например, крепежных или обрамляющих деталей при форми ровании навесных стен. Таким образом, логика информаци онного моделирования зданий ушла из области программирования и соответст вует обычному пониманию, как строить дом, как его оснащать и как в нем жить. Что существенно облегчает и упрощает работу с BIM как проектировщикам, так и всем остальным категориям строите лей и эксплуатантов. А деление на этапы (первый и вто рой) при создании BIM носит достаточ но условный характер – вы можете, на пример, вставить окна в моделируемый объект, а затем менять их, и в проекте будут появляться уже измененные окна. Построенная специалистами инфор мационная модель проектируемого объ екта затем активно используется для со здания рабочей документации всех ви дов, разработки и изготовления строи тельных конструкций и деталей, ком плектации объекта, а также для заказа и монтажа технологического оборудова ния, экономических расчетов, организа ции возведения самого здания, решения технических и организационнохозяйст венных вопросов последующей эксплуа тации (рис. 4). программное обеспечение CADmaster | 2010 | №4 117 Рис. 4. Строительство нового здания американской высшей музыкальной школы New World Symphony (начато в 2008 году) и его будущий внешний вид (окончание строительства планируется в 2010#м). Площадь здания – 10 000 м 2 , зал рассчитан на 700 зрителей, приспособлен для проведения web#трансляций и записи концертов, а также видеопроекций на 360 градусов. На верхнем этаже расположены музыкальная библиотека, дирижерская студия, двадцать шесть индивидуальных репетиционных аудиторий и шесть – для совместных репетиций нескольких музыкантов. Сметная стоимость объекта – 200 млн. долларов Информационная модель существует в течение всего жизненного цикла зда ния, и даже дольше. Содержащаяся в ней информация может изменяться, допол няться, заменяться, отражая текущее со стояние здания. Такой подход в проекти ровании, когда объект рассматривается не только в пространстве, но и во време ни, то есть "3D плюс время", часто назы вают 4D. Иногда, правда, под 4D пони мают "3D плюс информацию" (в этой терминологии, как видно, тоже пока нет полного единства), но это очень близко по содержанию. Технология BIM уже сейчас показала возможность достижения высокой ско рости и качества строительства, не говоря уже о значительной экономии бюджет ных средств. Например, при строительст ве сложнейшего по форме и внутреннему оснащению нового корпуса Музея ис кусств в американском городе Денвере для организации взаимодействия субпод рядчиков при проектировании и возведе нии каркаса здания (металл и железобе тон), а также при разработке и монтаже сантехнических и электрических систем была использована специально создан ная для этого информационная модель. По данным генерального подрядчика, та кое чисто организационное применение BIM сократило срок строительства на 14 месяцев и привело к экономии примерно 400 тысяч долларов при сметной стоимо сти объекта в 70 миллионов долларов (рис. 5). Но одно из самых главных достиже ний BIM – возможность добиться прак тически полного соответствия эксплуата ционных характеристик нового здания требованиям заказчика. Технология BIM позволяет, с высокой степенью достовер ности воссоздав и сам объект со всеми его конструкциями и оснащением, и проте кающие в нем процессы, отладить на мо дели основные проектные решения. Иными способами такая проверка неосуществима – пришлось бы просто построить макет здания в натуральную величину. Что в прежние времена перио дически и происходило: правильность проектных расчетов проверялась на уже созданном объекте, когда исправить что либо было почти невозможно. При этом особо важно подчеркнуть, что информационная модель здания (BIM) – это виртуальная модель. В идеа ле BIM – виртуальная копия здания. На начальном этапе создания модели мы имеем некоторый набор информации, почти всегда неполный, но достаточный для начала работы в первом приближе нии. Затем введенная в модель информа ция пополняется по мере ее поступле ния, и модель становится более насы щенной. Таким образом, процесс создания BIM всегда растянут во времени (носит практически непрерывный характер), поскольку может иметь неограниченное количество "уточнений". А сама инфор мационная модель здания – весьма ди намичное и постоянно развивающееся образование, "живущее" самостоятель ной жизнью. При этом надо понимать, что физи чески BIM существует только в памяти компьютера. И ею можно воспользовать ся только посредством той программы, в которой она была создана. Результатом развития компьютерно го проектирования является то обстоя тельство, что на сегодняшний день рабо та на основе CADтехнологий представ ляется достаточно организованной и от лаженной. Спустя примерно 25 лет после своего появления формат файлов DWG, создаваемых пакетом AutoCAD, занял место неофициального, но общеприз нанного стандарта работы с проектом в CADпрограммах и начал жить незави симой от своего создателя жизнью. То же относится и к формату DXF, разработанному Autodesk для осуществ ления обмена данными между различны ми CADпрограммами и другими, в том числе вычислительными, комплексами. Теперь практически все CADпро граммы могут принимать и сохранять №4 | 2010 | CADmaster АРХИТЕКТУРА и СТРОИТЕЛЬСТВО 118 Рис. 5. Музей искусств в Денвере (США), корпус Фредерика С. Хэмилтона. Архитектор Дэниель Либескинд, 2006 г. информацию в этих форматах, хотя их собственные "родные" форматы файлов порой существенно отличаются от по следних. Так что еще раз констатируем, что форматы файлов, создаваемых паке том AutoCAD, стали неким "унификато ром" информации для CADпрограмм, причем это случилось не по команде сверху или решению некоего общего со вещания разработчиков программного обеспечения, а определилось самой ло гикой естественного развития автомати зированного проектирования в мире. Что касается BIM, то в наши дни форма, содержание и способы работы по информационному моделированию зда ний всецело определяются используе мым архитекторами (проектировщика ми) программным обеспечением, кото рого сейчас для BIM уже немало (рис. 6). Поскольку повсеместное внедрение технологии BIM в мировую проектную практику находится на начальной ста дии, единый стандарт для файлов про граммных систем, создающих инфор мационные модели зданий, еще не вы работан, хотя понимание его необходи мости назревает и попытки разработать единые "правила игры" уже предприни маются. Думается, должно пройти еще какое то время, чтобы мировое сообщество проектировщиков выработало обще признанные "шаблоны" для BIM, уни фицирующие правила передачи, хране ния и использования информации. Воз можно, решение этого вопроса будет найдено по аналогии с CADсистемами, когда одна из BIMпрограмм станет на иболее популярной. К сожалению, по указанной только что причине отсутствия единого стан дарта перенос информационной модели с одной программной платформы на другую без потери данных и существен ных переделок (часто почти все надо по вторить заново) пока невозможен. Так что работающие сегодня в BIM архитек торы, строители, смежники и другие специалисты существенно зависят от правильного выбора используемого про граммного обеспечения, особенно на начальном этапе своей деятельности, поскольку в дальнейшем они будут к не му прочно привязаны, фактически ста нут его "заложниками". Конечно, такое положение дел не способствует развитию информацион ного моделирования зданий. Проекти ровщики, перешедшие на технологию BIM, всецело зависят от уровня разви тия, уровня понимания проблемы и ма стерства создателей компьютерных про грамм. Они ограничены в своей профес сиональной деятельности теми рамка ми, которые им предоставляют програм мисты. Это плохо, но ничего другого по ка нет. С другой стороны, в машинострое нии, например, уровень развития авиа ции напрямую зависит от уровня раз вития станкостроения. И это не меша ет прогрессу. Если все правильно коор динировать в масштабе целых отрас лей. Напрашивается парадоксальный вы вод: дальнейшее развитие проектирова ния будет зависеть от уровня развития программирования. Возможно, это не всем понравится, но это уже реальность. Как и то обстоятельство, что задачи, возникающие в проектировании, стиму лируют развитие программирования. Все взаимосвязано. программное обеспечение CADmaster | 2010 | №4 119 Рис. 6. Антон Столяров. Проект делового центра. Курсовая работа. Модель выполнена в Autodesk Revit Architecture. НГАСУ (Сибстрин), 2008 г. №4 | 2010 | CADmaster АРХИТЕКТУРА и СТРОИТЕЛЬСТВО 120 Рис. 7. Виды графического представления информационной модели здания (Татьяна Козлова. Памятник архитектуры "Дом композиторов" в Новосибирске. Модель выполнена в Autodesk Revit Architecture. НГАСУ (Сибстрин), 2009 г.) Рис. 8. Леонид Скрябин. Этнографический центр на Камчатке. Дипломная работа. Модель выполнена в Autodesk Revit Architecture. НГАСУ (Сибстрин), 2010 г. программное обеспечение CADmaster | 2010 | №4 121 Информационная модель здания се годня – это специальным образом орга низованный и структурированный набор данных из одного или нескольких фай лов, допускающий на выходе как графи ческое, так и любое иное числовое пред ставление, пригодное для последующего использования различными программ ными средствами проектирования, рас чета и анализа здания и всех входящих в него компонентов и систем. Сама информационная модель зда ния как организованный набор данных об объекте непосредственно использует ся создавшей ее программой. Но специа листам важно также иметь возможность брать информацию из модели в удобном виде и широко использовать ее в своей профессиональной деятельности вне ра мок конкретной BIMпрограммы. Отсюда возникает еще одна из важ ных задач информационного моделиро вания: предоставлять пользователю дан ные об объекте в широком спектре фор матов, технологически пригодных для дальнейшей обработки компьютерными средствами. Поэтому современные BIMпрограм мы предполагают, что содержащуюся в модели информацию о здании можно получать для внешнего использования в большом спектре видов, минимальный перечень которых на сегодняшний день уже достаточно четко определен профес сиональным сообществом и не вызывает никаких дискуссий (рис. 7). К таким общепризнанным формам вывода или передачи содержащейся в BIM информации о здании прежде всего относятся: чертежная 2D рабочая документация и чертежные 3Dвиды моделей; плоские 2Dфайлы и объемные 3D модели для использования в различ ных CADпрограммах; таблицы, ведомости, спецификации; файлы для использования в Интерне те; файлы с инженерными заданиями на изготовление входящих в модель из делий и конструкций; файлызаказы на поставку оборудо вания и материалов; результаты тех или иных специаль ных расчетов; видеоматериалы, отражающие моде лируемые процессы; файлы с данными для расчетов в дру гих программах; файлы презентационной визуализа ции и анимации модели (рис. 8); виды объемных разрезов и других полных или неполных фрагментов проектируемого здания (рис. 9); файлы для трехмерной печати; данные для изготовления модели или ее частей на станках с ЧПУ, лазерных или механических резаках либо дру гих подобных устройствах; любые другие виды предоставления информации, которые потребуются при проектировании, строительстве или эксплуатации здания. Все это многообразие форм выводи мой информации обеспечивает универ сальность и эффективность BIM как но вого подхода к проектированию зданий и гарантирует ему в ближайшем будущем определяющее положение в архитектур ностроительной отрасли. В заключение хочется выразить глу бокую благодарность компании Autodesk за бесплатно предоставленное про граммное обеспечение, на котором были выполнены все представленные в статье учебные работы. Владимир Талапов, зав. кафедрой архитектурного проектирования зданий и сооружений НГАСУ (Сибстрин) E mail: talapoff@yandex.ru Рис. 9. Игорь Козлов. Жилой дом с автоматизированной многоуровневой парковкой. Дипломная работа. Модель выполнена в Autodesk Revit Architecture. НГАСУ (Сибстрин), 2010 г. |