Информационное моделирование зданий: опыт применения в реконструкции и реставрации

Татьяна Козлова, Владимир Талапов, Лариса Романова

В октябре 2008 года между НГАСУ (Сибстрин) и компанией Autodesk была достигнута договоренность о стратегическом сотрудничестве в области создания методик подготовки студентов на основе инновационных технологий проектирования по архитектурно­строительным специальностям. В рамках учебно­научного процесса университет проводит исследования эффективного взаимодействия специалистов­смежников при работе над архитектурно­строительными проектами на основе единой линейки архитектурно­строительных решений Autodesk (Revit Architecture, Revit Structure, Revit MEP, AutoCAD Civil 3D, Robot Structural Analysis и др.). В предлагаемой вашему вниманию статье, являющейся результатом первого случая сотрудничества НГАСУ (Сибстрин) и ТГАСУ, рассказывается об изучении применения технологии BIM в реставрационном и реконструкционном проектировании.

Рис. 1. Дом композиторов: cовременный облик здания

В современных условиях коммерциализации общества вопросы реконструкции и реставрации исторических зданий приобрели особую актуальность. Памятники прошлого стремительно исчезают под натиском «цивилизованных» застройщиков, которым быстрее и дешевле снести сооружение и построить новое, чем реставрировать и возрождать имеющееся. И причина этого не только в алчности новых хозяев, но и в сложности реставрационного проектирования.

Реставрационно­проектная деятельность — это та область, которую пока в наименьшей степени затронули современные компьютерные технологии. И хотя значение компьютера для повышения эффективности научных исследований и анализа памятников архитектуры не вызывает сомнений, в силу специфики решаемых задач компьютерные программы, больше нацеленные на создание новых зданий, еще мало применяются непосредственно в проектировании реконструкции и реставрации.

Исследование историко­архитектурного наследия предполагает большую аналитическую работу с архивными и проектными документами и старыми фотографиями. Результатом информатизации этого направления является создание электронных каталогов с использованием локальных и общегосударственных баз данных. Они включают наборы объемных моделей памятников архитектуры и их элементов, а также исторических территорий городов и содержат общую информацию об объекте: текстовое описание, изображение, картографическую информацию. Трехмерные модели применяются при проведении реставрационных работ (подбор цвета и фактуры отделочных материалов и др.) и в экспозиционной деятельности музеев, а также служат основой для теоретического осмысления материала, представляя многообразие форм и деталей. Подобные архивы позволили повысить скорость и точность поиска, обеспечили достоверность информации об объекте. Но создание на их основе с помощью различных графических программ проектной документации является весьма трудоемким делом и требует значительных затрат времени.

В новом проектировании хорошо зарекомендовала себя технология информационного моделирования зданий (BIM) на основе комплекса программ Autodesk Revit. Мы решили оценить возможность ее применения для реставрационного проектирования. А именно понять, насколько точно и просто средства Revit позволяют воссоздать облик памятника архитектуры, поскольку если информационная модель здания создана, то дальше вступают в силу все достоинства технологии BIM и реставрационное проектирование поднимается на качественно новый уровень.

Рис. 2. Тонированные виды южного фасада

Для исследования был выбран новосибирский Дом композиторов — типичный пример краснокирпичной архитектуры Сибирского региона начала XX века (рис. 1). Фасад здания насыщен деталями и отличается многообразием архитектурного оформления. В настоящий момент оно используется по утилитарному назначению, но не приспособлено к условиям современной эксплуатации. В качестве программного средства применялся Revit Architecture 2009.

Первым шагом, предпринятым для построения информационной модели здания, было проведение библиографических и архивных исследований и архитектурных обмеров габаритов здания и деталей фасадов. Компьютерное моделирование началось с поиска и определения наиболее простых и технологичных способов построения геометрии архитектурных форм. В нашем случае наиболее целесообразным представлялось первоначальное создание несущих и ограждающих конструкций, а затем наложение на них декоративных элементов, таких как карнизная часть, междуэтажные пояски, сандрики, пилястры и т.д. (рис. 2).

Рис. 3. Библиотечные элементы, созданные для моделирования

Задачу компьютерного моделирования осложняло то, что все архитектурные элементы здания являются уникальными. Поэтому были специально созданы самостоятельные библиотечные элементы окон, профилей, балясин (рис. 3), и все они использовались в проекте. При этом механизм их моделирования опирался на имеющиеся в приложениях к программе файлы шаблонов семейств. С помощью инструментов Объемная и Полостная формы выстраивалась геометрия архитектурного элемента, затем назначались материалы, и готовое семейство сохранялось в формате RFА. При необходимости изменения такого элемента можно было легко войти в режим редактирования семейства и произвести корректировки, которые автоматически загружались в проект.

Рис. 4. Построение составной стены

При воссоздании пластики фасада пришлось использовать предусмотренную в Revit технологию составных стен для получения ниш и выступающих геометрических объемов. Для этого к первоначально созданной несущей стене добавлялась дополнительная стена на уровне расположения декора. Затем с помощью инструмента Присоединить элементы геометрии обе стены становились единым объектом (рис. 4).

Рис. 5. Карниз

Рис. 6. Междуэтажный пояс

Принцип построения сложных ритмичных карнизов здания и междуэтажных поясов (рис. 5 и 6) также оказался достаточно технологичным благодаря удобному инструменту Ограждение. В этом случае в качестве балясин использовались повторяющиеся объемные элементы наружного оформления стен, созданные как библиотечные элементы по шаблону Метрическая система, балясина.rft (см. рис. 3), а в качестве направляющей — выступающие профили.

Рис. 7. Планы: а — подвала; б — первого этажа; в — кровли

Удобными в исполнении оказались и другие реализованные в Revit стадии создания проекта: представление планов (рис. 7), разрезов (рис. 8), фасадов (рис. 9), структуры конструктивных и архитектурных элементов, визуальные стили и тонирование и т.д., в результате чего зданию придавался внешний облик в соответствии с архитектурной задумкой (рис. 10 и 11). Все проекции здания и трехмерная модель взаимосвязаны, и необходимую для производства работ чертежную документацию со спецификациями можно автоматически формировать на основе этой единой модели.

В результате проведенного эксперимента можно с уверенностью утверждать, что реализованная в Revit технология информационного моделирования зданий показала себя достаточно эффективной при работе с такими сложными объектами, как памятники архитектуры. Она продемонстрировала возможность одновременно получить цельную форму всего здания и детально проработать мельчайшие элементы декора. В результате получилась наглядная, детально проработанная трехмерная информационная модель здания — памятника архитектуры (рис. 12), которая в дальнейшем может использоваться на любой стадии проектирования: от эскиза до финального варианта проекта. Благодаря целостному подходу к проектированию, значительно ускорен процесс создания информационной модели, исключается необходимость проведения вспомогательных работ и рутинных операций.

Реставрационная деятельность имеет целый ряд специфических особенностей. Например, в ходе реставрации часто производится остановка работы для фиксации раскрытых частей памятника, а иногда и разработки нового реставрационного решения, если в процессе раскрытия памятника всплывают новые, неизвестные ранее обстоятельства. В такой ситуации технология BIM позволяет быстро и оптимально производить корректировки в проектной информации, которые незамедлительно учитываются во всей модели, а также облегчает выполнение исполнительных чертежей.

a

б

Рис. 8. Разрезы здания: а — продольный; б — поперечный

Цифровая модель здания также позволяет проанализировать проектное решение в режиме реального времени. Можно уже на стадии проектирования производить индивидуальную оценку объекта на основе всестороннего рассмотрения различных аспектов, будь то композиционные и стилистические связи между памятником и его архитектурной средой или отношение к позднейшим наслоениям.

а

б

Рис. 9. Фасады: а — северный; б — южный

Важное условие продления жизни памятника — его активное включение в существование современного общества путем наделения практической функцией, предусматривающей насыщение здания необходимым инженерным оборудованием. А это, ко всему прочему, новые инженерные решения и дополнительные нагрузки на конструкции, на что старое здание рассчитано не было. В такой ситуации технология BIM позволяет визуализировать, симулировать и анализировать конструкции и само сооружение до того, как они воплотятся в реальность, что очень важно при сохранении памятника как функционирующего в современных условиях целостного архитектурного объекта. Следует особо отметить возможность производства расчетов на основе модели сразу после выполнения геометрических построений. Таким образом, обеспечиваются высокие скорость и уровень подготовки проектной документации, прогнозирование эксплуатационных характеристик, повышение качества и точности проектных работ за счет эффективного взаимодействия между участниками проектного процесса в организации. Специалисты различного профиля могут одновременно работать с одной и той же моделью.

Рис. 10. Аксонометрический вид модели

Рис. 11. Тонированный вид модели

Другим итогом проделанной работы стала концепция создания электронной библиотеки параметрических элементов памятников архитектуры и типовых сооружений, наиболее характерных для той или иной эпохи. Применение такой библиотеки даст специалистам возможность не только изучать и наглядно представлять памятники архитектуры, но и более эффективно использовать современные информационные технологии в реставрационном проектировании. При этом библиотечные элементы деталей памятников архитектуры могут применяться и при создании современных зданий, что обеспечивает на уровне технологии более гибкий творческий подход к проектированию архитектурной среды вокруг исторической застройки.

Рис. 12. Тонированный перспективный вид

Информационное моделирование зданий поднимает реставрационное проектирование на качественно новый уровень. И это идет на пользу всем участникам градостроительного процесса. Конечно, город должен строиться, развиваться, но не за счет уничтожения исторических памятников — необходимо бережное отношение к сохранившимся объектам архитектурного наследия. Важно, чтобы преобладал комплексный подход к реставрационным проблемам, для решения которых технология BIM открывает новые возможности.

Получить демо­версию Revit и испытать его работу на примере реального проекта вы можете в рамках Autodesk Форума или одного из тест­драйвов, которые будут проходить с 23 сентября 2009 года.

Регистрация и подробная информация на forum.autodesk.ru; www.autodesk.ru/events.

Татьяна Козлова

Аспирант Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета (Сибстрин).

Владимир Талапов

Заведующий кафедрой архитектурного проектирования зданий и сооружений, доцент Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета (Сибстрин).

Лариса Романова

Заведующая кафедрой реставрации и реконструкции архитектурного наследия, доцент Томского государственного архитектурно-строительного университета.

САПР и графика 8`2009