8 - 2009

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

 

Рис. 1. Дом композиторов: cовременный облик здания

 

Рис. 1. Дом композиторов: cовременный облик здания

 

Рис. 1. Дом композиторов: cовременный облик здания

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

 

Рис. 2. Тонированные виды южного фасада

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

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

 

Рис. 4. Построение составной стены

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. 5. Карниз

 

Рис. 6. Междуэтажный пояс

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

 

Рис. 7. Планы

 

Рис. 7. Планы

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.

Рис. 8. Разрезы зданияa

 

Рис. 8. Разрезы зданияб

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.

Рис. 9. Фасадыа

 

Рис. 9. Фасадыб

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. 10. Аксонометрический вид модели

 

Рис. 11. Тонированный 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

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.

В начало В начало

САПР и графика 8`2009