Moskva, Moscow, Russian Federation
Moskva, Moscow, Russian Federation
V nastoyaschee vremya, v Rossii osoboe vnimanie udelyaetsya tehnologii informacionnogo modelirovaniya zdaniy (BIM-tehnologiya). Odnako sama po sebe BIM-tehnologiya, yavlyayas' vo mnogom evolyucionnym razvitiem tradicionnyh sistem avtomatizirovannogo proektirovaniya (SAPR), ne mozhet rassmatrivat'sya v otryve nih. V ramkah nastoyaschey stat'i proveden obzor evolyucionnogo razvitiya sistem avtomatizirovannogo proektirovaniya kak osnovnogo instrumenta v arhitekturno-stroitel'nom proektirovanii: rassmotreno ponyatie SAPR, opisany obschie tendencii razvitiya SAPR kak instrumenta arhitekturno-stroitel'nogo proektirovaniya, osnovnaya zadacha, reshaemaya pri pomoschi tradicionnyh SAPR, dana kratkaya klassifikaciya SAPR. V protivoves tradicionnym SAPR rassmotrena obschaya koncepciya BIM-tehnologii, opisany ego osnovnye dostoinstva. V stat'e osobo podcherkivaetsya vazhnost' formirovaniya edinogo informacionnogo prostranstva pri obespechenii zhiznennogo cikla stroitel'nogo ob'ekta, poluchaemyh i vnedryaemyh v model' na protyazhenii vsego zhiznennogo cikla stroitel'nogo ob'ekta, a takzhe vliyaniya uvelicheniya doli mashinnoy obrabotki zadachi s tochki zreniya povysheniya konechnogo kachestva produkta.
Sistemy avtomatizirovannogo proektirovaniya, SAPR, informacionnaya model' zdaniya, BIM, BIM-model'.
Введение. В ХХ-ом веке произошло одно из самых знаковых событий в истории человечества, в существенной степени повлиявшее на все сферы жизнедеятельности человека - появление электронно-вычислительных машин (ЭВМ). Первоначально, ЭВМ использовались ограниченным кругом лиц, обладающих достаточными техническими знаниями, для решения задач, как правило связанными с математическими вычислениями. Однако, в процессе развития и увеличения вычислительных характеристик, диапазон решаемых при помощи ЭВМ задач непрерывно увеличивался. На сегодняшний день ЭВМ используется практически во всех областях деятельности человека, начиная от оборонно-промышленного комплекса и заканчивая повседневной жизнью. Внедрение ЭВМ не обошло, разумеется, стороной и такую область инженерной деятельности, как архитектурно-строительное проектирование. Создаваемые на базе вычислительной и оргтехники различные системы автоматизации проектирования получили наименование САПР.
Основная часть. В самом общем смысле САПР - автоматизированная система, реализующая информационную технологию выполнения функций проектирования, представляющая собой организационно-техническую систему, предназначенную для автоматизации процесса проектирования, состоящую из персонала и комплекса технических, программных и других средств автоматизации деятельности [1].
Исходная задача, решаемая при помощи различных САПР в архитектурно-строительном проектировании – всесторонняя автоматизация процесса архитектурно-строительного проектирования: создание чертежей, документации, 3D моделей, трехмерная визуализация, расчёты, анализ и моделирование физических процессов. Результатом является сокращение трудоемкости и сроков проектирования, повышение качества результирующего продукта, а также понижение вероятности возникновения ошибок.
В развитии автоматизации проектирования в конце 80-90 гг. ХХ века начали появляться системы c возможностью внедрения параметров в процессе моделирования. При параметрическом моделировании – создается не только геометрическая, но и математическая модель объекта, при изменении параметров которых происходит динамическое изменение всей системы [2].
Для решения большинства задач архитектурно-строительного проектирования используется различные виды современных САПР: CAD (computer-aided design) – программные продукты, как правило, предназначенные для создания чертежей, конструкторской, технологической документации и/или 3D моделей; CAE (computer-aided engineering) – программные продукты, предназначенные для инженерных расчётов, анализа и симуляции физических процессов; CAM (computer-aided manufacturing) – программные продукты, предназначенные для подготовки технологического процесса производства изделий, ориентированного на использование ЭВМ [3–5].
Многие современные программные продукты, используемые для архитектурно-строительного проектирования, обладают чертами нескольких типов САПР (например, CAD и CAE), используют возможности параметрического моделирования, и могут быть использованы как для решения архитектурных, так и конструкторских задач.
Несмотря на очевидные положительные эффекты от использования автоматизированных систем в процессе архитектурно-строительного проектирования использование традиционных САПР не изменяет, а упрощает сам процесс архитектурно-строительного проектирования. Основной задачей САПР остается автоматизация процесса проектирования, а результатом является готовый проект, на основе которого и будет выполнятся строительство объектов.
При этом, проектирование с использованием традиционных САПР требует решения ряда проблем:
- Отсутствие единого информационного пространства, содержащего исчерпывающий объем информации об объекте строительства — фактически, информация представляет собой разрозненные массивы данных об объекте в слабо структурированном и связанном между собой виде (рис. 1).
Рис. 1. Обмен данными на различных этапах жизненного цикла строительного объекта при традиционных САПР
- Ввиду отсутствия единого информационного пространства, и несмотря на существование открытых форматов передачи данных (прим. IFC) обмен данными между различными САПР, группами проектировщиков и иными участниками процесса проектирования и эксплуатация как на одном этапе жизненного цикла объекта, так и на разных ввиду слабой согласованности форматов, протоколов, используемых различными производителями программного обеспечения, является весьма затруднительным.
- Проекты, создаваемые с использованием САПР, отражают объект в один строго определенный промежуток времени в строго фиксированном, как правило, завершенном состоянии. Внесение корректировок в проект может потребовать значительных трудозатрат.
Информационное моделирование зданий (Building Information Modeling) возникло как эволюционное развитие процесса использования автоматизированного проектирования, в рамках которого информация об объекте не только создается и/или передается иным заинтересованным сторонам, но накапливается, хранится и обрабатывается в единой, взаимосвязанной структуре – информационной модели здания (Building Information Model) в течение всего жизненного цикла, в том числе на этапе предпроектных работ [6] – образуя тем самым единое информационное пространство, обладающее на каждом этапе строительного проектирования исчерпывающим объемом информации.
Таким образом, можно сказать, что основная задача информационного моделирования зданий смещается с процесса архитектурно-строительного проектирования, который с успехом выполняется с использованием традиционных САПР, на процесс формирования, накопления и последующего использования информации об объекте и последующем использовании информации в течение всего жизненного цикла (рис. 2). Фактически САПР, а также иные прикладные программные продукты, становятся инструментом в первую очередь обеспечивающим наполнение информационной модели в рамках одной из подзадач, решаемых на отдельном этапе жизненного цикла здания.
Рис. 2. Обмен данными на различных этапах жизненного цикла объекта. Концепция информационного
моделирования зданий
Результатом проектирования является не столько готовый проект, по которому будут выполняться строительно-монтажные работы в последствии, или 3D модель сколько информационная модель объекта, которая на последующих этапах жизненного цикла так же будет дополнятся информацией, то есть, основной результат – BIM-модель, а проектная документация (чертежи) могут быть сформированы на основе данных, хранящихся в BIM-модели [7–10].
В отличие от единичного конечного состояния проекта, подготовленного в рамках САПР, «Жизнь» информационной модели здания на этапе проектирования только начинается [11]. Модель может быть наполнена совершенно разнообразной информацией, используемой для:
- принятия конкретных проектных решений;
- расчета узлов и компонентов здания;
- предсказания эксплуатационных качеств объекта;
- создания проектной документации;
- составления смет и строительных планов;
- заказа и изготовления материалов и оборудования;
- управления возведением здания;
- управления эксплуатацией в течение всего жизненного цикла объекта;
- управления зданием как объектом коммерческой деятельности;
- проектирования и управления реконструкцией или ремонтом здания;
- сноса и утилизации здания;
- иных связанных со зданием целей [12].
Кроме того, благодаря глубокой связности информации, информационная модель может обладать значительно большим уровнем контроля корректности данных и, как следствие, содержать в себе меньше ошибок, осуществлять проверку на наличие ряда ошибок, при условии наличия достаточной информации на этапе включения данных в модель, а также, при правильном подборе контролируемых параметров - основой для контроля качества на всех этапах жизненного цикла объекта [13].
Выводы. Фактически, единое информационное пространство не обязательно подразумевает единое физическое место хранения, и допускает распределенную систему хранения, при сохранении логической взаимосвязи между объектами.
Перспективным развитием информационного моделирования, в части построения единого информационного поля является обеспечение беспрепятственного взаимодействии между любыми информационными моделями, существующими на всех этапах жизненного здания.
Задача интеграции информационных систем на данный момент является одной из перспективных.
В целом, дальнейшим, эволюционным развитием процесса архитектурно-строительного проектирования является не только его полный переход в цифровую плоскость – информационное моделирование зданий, но также строгое регламентирование структуры информационной модели, характерное для объектной модели, придание смысловой нагрузки для используемых в итоговой модели объектов создание внутренних логических взаимосвязей между всеми объектами, формирование единого информационного пространства – хаба, содержащего сведения обо всех объектах строительства, позволяющего создавать управляющую логику для части или полного обеспечения жизнедеятельности здания– формируя тем самым понятие умный город. Перспективой же ближайших лет можно назвать переход от принципа информационного моделирования зданий к принципу информационного моделирования жизненного цикла зданий [6,16].
1. GOST 23501.101-87 «Sistemy avtomatizirovannogo proektirovaniya. Osnovnye polozheniya».
2. Parametricheskoe modelirovanie [Elektronnyy resurs]. Sistem. trebovaniya: Internet explorer URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Parametricheskoe_modelirovanie (data obrascheniya 12.11.2016).
3. CAD | CAE | CAM | PDM | PLM | CALS sistemy | Opisanie | Primenenie, [Elektronnyy resurs]. Sistem. trebovaniya: Internet explorer. URL: http://www.techgidravlika.ru/view_post.php?id=45 (data obrascheniya 12.11.2016).
4. Dankwort C.W., Weidlich R., Guenther, B. Blaurock J.E. Engineers' CAx educationit's not only CAD // Computer Aided Design 36. 2004. Pp.1539–1450.
5. Ginzburg A.V., Baranova O.M., Blohina N.S., Volkov A.A. i dr. Sistemy avtomatizacii proektirovaniya v stroitel'stve. M.: Izd-vo MISI-MGSU, 2014. 664 s.
6. Ginzburg A.V. Informacionnaya model' zhiznennogo cikla stroitel'nogo ob'ekta // Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo. 2016. № 9. S. 61–65.
7. Kagan P.B. Modelirovanie zastroyki territoriy // Vestnik KIGIT. 2012. № 12-3. S. 9–9.
8. Kagan P.B., Muminova S.R. BIM training course in construction university // V sbornike: Proceedings of the 11th International Conference on Construction Applications of Virtual Reality. 2011. S. 72–77.
9. Kagan P.B. Predstavlenie informacii pri proektirovanii, stroitel'stve i ekspluatacii lineynyh ob'ektov inzhenernyh kommunikacionnyh setey // Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo, 2016. № 3. S. 71–75.
10. Eastman C., Teicholz P., Sacks R., Liston K. BIM handbook: A guide to building information modeling for owners, managers, designers, engineers and contractors. New York: Wiley. 2008.
11. Ignatov V.P., Ignatova E.V. Effektivnoe ispol'zovanie informacionnoy modeli stroitel'nogo ob'ekta // Vestnik MGSU. 2011. T.1. № 1. S. 321–324.
12. Talapov V.V. Osnovy BIM: vvedenie v informacionnoe modelirovanie zdaniy. M.: DMK Press, 2011. 392 s
13. Open Bim, [Elektronnyy resurs]. Sistem. trebovaniya: Internet explorer. URL: http://www.graphisoft.ru/archicad/open_bim/about_bim/#goodFor (data obrascheniya 12.11.2016).
14. BIM kak instrument povysheniya kachestva proekta, [Elektronnyy resurs]. Sistem. trebovaniya: Internet explorer. URL: http://ardexpert.ru/article/4710 (data obrascheniya 12.11.2016).
15. Gannochka O. Vzglyad na BIM so storony [Elektronnyy resurs]. Sistem. trebovaniya: Internet explorer. URL: http://tech.archimatika.com/bim-view-outside/#more-256 (data obrascheniya 12.11.2016).
16. Volkov A., Chulkov V., Korotkov D. LIFE CYCLE OF A BUILDING, CEUR Workshop Proceedings 2015.
