Концепция OpenBIM: понятие, принципы реализации, некоторые выводы

Денис Ожигин
Директор по стратегическому развитию ЗАО «Нанософт»

Обзорную статью о BIM мне предлагали написать неоднократно, но постоянная занятость не позволяла этого сделать: надо было сесть, аккуратно разложить по полочкам то, что накопилось в голове за последние несколько лет, кое-что еще раз для себя прояснить. Но вот наступили новогодние праздники, появилась возможность немного расслабиться, сконцентрироваться на определенной теме — и мысль сформировалась. Насколько она интересна — судить вам.

Об информационном моделировании зданий (BIM) сейчас говорят много, и не в последнюю очередь благодаря маркетинговой машине Autodesk. Наверное, у многих читателей даже сложилось представление, что BIM — это изобретение Autodesk. Сегодня я хотел бы рассказать об альтернативной концепции — OpenBIM, или, точнее, еще об одном взгляде на BIM (идее, технологии, стратегии?), — ее разрабатывают компании, входящие в альянс buildingSMART, название которого можно перевести как «Умное здание» или «Строй с умом».

Что такое buildingSMART? Это международный некоммерческий альянс, целью которого является разработка технологии комплексного информационного моделирования зданий, основанная на открытых принципах. В частности, альянс разрабатывает и развивает спецификацию стандарта, описывающего общие универсальные данные информационной модели. Этот стандарт многие знают как формат файла IFC — Industry Foundation Classes. Подробнее об альянсе можно прочитать на его официальном сайте www.buildingsmart.com. IFC­формат поддерживается многими программными продуктами, но наиболее активно его разрабатывают, поддерживают и выстраивают на базе этого формата технологические цепочки проектирования компании, входящие в альянс buildingSMART. В целом альянс активно поддерживают две крупные корпорации:

• немецкая Nemetschek Group, которая, с одной стороны, предлагает собственную BIM­платформу Allplan, систему прочностного анализа Scia и систему 3D­проектирования Vectorworks, а с другой — владеет компанией Graphisoft, разрабатывающей очень популярную (в том числе и в России) систему архитектурного моделирования ArchiCAD и перспективную систему экологического анализа EcoDesigner;
• американская Trimble Group, которая создает интересные решения в области проектирования и строительства, геодезии и ГИС, сельского хозяйства, управления автопарком и мобильными бригадами. За последние два года эта корпорация приобрела два очень известных бренда: Google SketchUP (решение для концептуального моделирования) и Tekla Structures (BIM­решение для предприятий строительной промышленности).

Но, конечно, этими корпорациями альянс не ограничивается. Например, в buildingSMART также входит норвежская компания Data Design System (DDS), которая разрабатывает инженерную BIM­систему DDS­CAD MEP. Подробнее о ее решениях можно прочитать на сайте www.dds­cad.net/index.php.

Как видите, buildingSMART объединяет разные фирмы, создающие профессиональные узкоспециализированные решения, которые отчасти конкурируют, но в целом взаимодополняют друг с друга, охватывая различные проектные дисциплины. Что же они предлагают?

Концепция OpenBIM

Постепенное ИT­развитие приводит к эволюционированию принципов проектирования — на смену двумерным кульманам (и САПР) приходят системы интеллектуального информационного моделирования. Каждая САПР соответствует своей локальной BIM­идее — единой максимально взаимосвязанной модели в рамках конкретной специальности. Но если для отдельных специальностей программные продукты достигли хорошего уровня автоматизации проектных работ (в каких­то областях лучше, в каких­то хуже, но в целом уровень автоматизации за последние десять лет, без сомнения, повысился), то междисциплинарное взаимодействие по­прежнему остается сложным вопросом. В наибольшей степени оно проработано при использовании 2D­данных — в этом случае применяются обычные Xref­ссылки (подложки), которые подкладываются в САПР в качестве фонового изображения, а затем вручную координируются/обновляются/изменяются. Таким образом, в данном случае вопрос взаимодействия фактически сводится к вопросу совместимости 2D­файлов между двумя приложениями. Обычно для этого используется DWG­формат, который в последнее время научились поддерживать многие САПР — как двух­, так и трехмерные.

Однако технология информационного моделирования зданий существенно усложняет процесс. Тут уже недостаточно просто передать BIM­модель из одного приложения в другое: в различных программах сложные BIM­элементы зачастую описываются по­разному. Такие объекты содержат не только общие, примитивные геометрические описания (типы 2D­линий, штриховки, высота объекта, ширина и т.п.), но и информационные данные, которые другая программа может просто не понять: например, электротехнические характеристики инженерной подсистемы здания будут на 90% лишней нагрузкой в архитектурной BIM­модели.

Вообще, проблема интеграции информационных моделей, создаваемых в рамках различных дисциплин, заключается не только в потере информации между моделями. Как показывает практика, у разных BIM­моделей различий намного больше, чем кажется на первый взгляд. Вплоть до того, что могут различаться даже принципы построения модели. Например, если наложить архитектурную BIM на BIM конструктора, имитирующую физическое воплощение здания (рис. 1), то объект «архитектурная колонна, пронизывающая всё здание» не будет соответствовать нескольким колоннам, используемым инженером­конструктором; перекрытие в архитектурной модели будет лежать в других пространственных координатах и иметь другую геометрию по сравнению с плитами перекрытия инженера­конструктора, защемленными в стенах. А если учесть, что над зданием работают не менее десяти разных специалистов, каждый из которых создает от одной до пяти моделей, то идея собрать все виды BIM­моделей в один универсальный инструмент (среду, файл, базу данных) вообще многим представляется утопической.

Рис. 1. Многообразие BIM-моделей: здание в представлении различных специалистов выглядит по-разному

Участники альянса buildingSMART выступили с более реалистичной инициативой: а что если оставить возможность создавать специализированные, проработанные в рамках одной­трех специальностей BIM­модели в тех решениях, которые лучше всего это делают, а затем связывать модели между собой в тех частях, которые требуют согласования? Эта идея получила название reference­model based BIM workflows, то есть BIM­проектирование, основанное на связанных моделях. В отличие от закрытых (проприетарных) BIM, стратегия открытой BIM предоставляет следующие преимущества:

• в каждом проекте САПР­менеджеры могут использовать индивидуальный набор инструментов, который состоит из лучших в своей области решений и оптимально решает поставленные проектные задачи;
• менеджеры проектов осуществляют полный контроль над составными частями проекта (в том числе над обновлением не зависящих друг от друга программ) без увеличения сроков проектирования;
• применение набора решений сокращает риск потери данных, в отличие от работы с единой BIM­моделью (которая объединяет несколько специальностей, но результаты хранит в одном файле). Конечно, можно сохранять резервные копии единого файла, контролировать слияние данных, раздавать полномочия по редактированию, но всё это дополнительные административные ресурсы, которые в критический момент могут подвести;
• менеджеры проектов могут отказаться от сложной настройки универсального BIM­файла, заточенного под все виды специальностей, и использовать отдельные модели, созданные в независимых программах и связанные между собой1;
• как результат, проектировщики получают понятную BIM, выстроенную на открытых стандартах, что позволяет применять данные на протяжении всего жизненного цикла здания: от строительства до реконструкции или разрушения.

Стратегия OpenBIM универсальна и предназначена не только для разработчиков программного обеспечения. Она ориентирована на любых специалистов, работающих на рынке архитектурно­строительного проектирования и выстраивающих концепцию BIM. Понятно, что на данный момент стратегия не имеет окончательно сформированного варианта — идея оттачивается на реальных проектах, меняется, развивается. А вот какой она видится сегодня, с какими проблемами специалисты, использующие ее, сталкиваются сейчас, мы рассмотрим в следующих разделах статьи.

OpenBIM = Открытое взаимодействие

Давайте теоретически смоделируем процесс междисциплинарного BIM­взаимодействия. Для этого представим себе двух его участников — отправителя и получателя. Важно учесть, что эти участники представляют две разные специальности — пусть это будут архитектор и конструктор. Предположим, что архитектор будет передавать данные из своей BIM­модели конструктору.

Этап № 1. Фильтрация элементов

Как я уже говорил, архитектурная модель не просто избыточна для конструктора — она даже геометрически отличается от того, что он желает получить. Посмотрите на рис. 2, где здание представлено таким, каким его видит архитектор: там есть отделка стен, оконные переплеты, декоративные конструкции. Чертежи содержат полную толщину стен с учетом отделочных слоев, а также ненесущие перегородки, подвесные потолки, плитку, полы, фурнитуру дверей — всё то, что очень важно с точки зрения архитектора (и заказчика), но непринципиально для конструктора. Несущий конструктив здания в этой модели тоже отражен, но, во­первых, он построен в соответствии с представлениями архитектора (и, скорее всего, будет скорректирован конструктором после расчетов); во­вторых, спрятан внутри здания и невооруженным глазом его не видно.

Рис. 2. Архитектурное отображение BIM-модели: отделочные слои, декоративные конструкции и т.п.

Как же убрать лишнее, всю эту архитектурную «шелуху»? Вот тут и начинается фильтрация элементов: с помощью слоев и настройки отображения элементов в BIM­модели архитектора отключается ненужная, с точки зрения конструктора, информация. Визуально это похоже на здание на этапе строительства (без отделки): нет целых категорий объектов (подвесных потолков, остекления и т.п.), с несущих элементов сняты отделочные материалы. Остается «голая» несущая часть здания (рис. 3).

Рис. 3. Очищенное архитектурное отображение BIM-модели, готовое к экспорту конструктору

Функция фильтрации элементов очень элегантно решена в ArchiCAD: используются комбинации слоев и возможность отображения ядра несущих элементов (свойство Несущий элемент или Ненесущий задается в параметрах объекта). Это позволяет практически моментально упростить модель, исключив из нее явно лишние объекты, а затем постепенно донастраивать ее до приемлемого уровня фильтрации. Потом можно моментально вернуться в исходное состояние и продолжить архитектурный BIM­проект.

Этап № 2. Классификация элементов

Достаточно ли отключить лишние элементы, чтобы конструктор получил устраивающую его BIM­модель? Как показывает практика — нет. Помните, я говорил, что архитектор по­своему смотрит на здание? «Играя» с объемами здания и его формами, постоянно изменяя их, архитектор использует те элементы, которые ему удобнее для работы: подвесные потолки могут быть созданы с помощью перекрытия, элементы декора — посредством профильных стен, оконные проемы — вычитанием геометрии произвольной формы, полученной из 3ds Max (универсальный объект с точки зрения ArchiCAD). Чтобы сохранить удобство САПР как инструмента, тут не должно быть четких методов и правил — ведь, заставляя проектировщика использовать определенный инструмент для выражения идеи, мы ограничим его в свободе проектирования. Поэтому и получается, что объект, который визуально выглядит как колонна, на самом деле тонкая высокая стена или толстое перекрытие. Или визуально целая фронтальная стена в действительности может состоять из нескольких фрагментов, распределенных по вертикали и сливающихся при визуализации и генерации чертежей.

В результате полученную информационную модель приходится тем или иным способом дополнительно классифицировать: либо объекты выкладывают на определенные слои, либо передаются в другое приложение несколькими файлами, содержащими объекты одного типа, либо настраивается карта соответствия, которая зависит от проектировщика или стандарта предприятия и используемых программных продуктов. Кстати, в свое время именно по последнему пути пошла команда SCAD Group, когда связывала ArchiCAD и SCAD: она разработала препроцессор «Форум», который объекты ArchiCAD 6.5 классифицировал в объекты SCAD, а затем передавал данные на прочностной расчет.

В системах проектирования, поддерживающих OpenBIM, должен быть инструмент, который позволяет дополнительно классифицировать применяемые в BIM­модели элементы, задавать для них универсальную метку, описывающую объект. На данный момент такую метку дают в соответствии со спецификацией формата IFC — универсального языка строительных конструкций (что­то типа эсперанто в архитектурно­строительном BIM­мире).

Однако даже этот процесс может осуществляться по­разному. Например, есть САПР, которые при экспорте в формат IFC жестко сохраняют объекты в соответствии с той классификацией, которая изначально была заложена разработчиком при создании решения: стена и в другой системе всегда будет стеной, балка — это универсальная балка, окно — это универсальное окно, несмотря на то что окно может быть и пустым проемом, и нишей, и выступом.

В Graphisoft выбрали более гибкий подход:

• архитектор может создавать объем (BIM­модель) любыми инструментами, которые ему удобны: экспортировать модель извне, формировать объектами ArchiCAD, трансформировать их с помощью инструмента свободного моделирования (морф). Объекты можно располагать на любом слое — никаких четких правил и требований в этом плане нет;
• в свойствах каждого элемента есть характеристики, которые классифицируют его по различным направлениям: архитектор может задавать несущую функцию элемента (которая также помогает при фильтрации модели — см. этап № 1), расположение объекта (интерьерный объект либо экстерьерный), статус реконструкции (объект под снос, вновь возводимая или временная конструкция) и класс элемента (рис. 4). О последнем поговорим подробнее.

Рис. 4. Классификация элементов позволяет более точно передавать модель из одной BIM-среды в другую

В ArchiCAD класс элемента можно назначать по умолчанию — он будет соответствовать тому инструменту, которым этот объект создан: стена в другую BIM­систему будет передана как стена, колонна — как колонна, балка — как балка. Но можно класс и переопределить — в таком случае, например, ограждение вы можете создать либо с помощью инструмента Навесная стена, либо как объект, либо как морф­элемент, но в другую систему оно будет передано именно как ограждающий элемент! К тому же стандартные свойства объекта можно расширять параметрами, описанными в спецификации IFC: класс огнестойкости объекта, уровень звукопоглощения, шумовой защиты, коэффициент теплопроводности, описание и т.д. — доступны более тысячи параметров и характеристик, определяемых открытым стандартом IFC (рис. 5). Если это необходимо для интеграции с другой BIM­системой, архитектор может заполнять эти свойства или импортировать их из других систем. В этом плане — абсолютная свобода.

Рис. 5. BIM-система, совместимая с принципами OpenBIM, должна уметь не только классифицировать свои элементы в соответствии с единой спецификацией объектов, но и расширять характеристики своих объектов свойствами, описанными в стандарте IFC

Итак, мы научились не просто отсекать лишнее, передавая данные из одной BIM­модели в другую. Мы умеем теперь еще и перенастраивать модель под ожидания другой программы. Нам остается лишь сохранить эту модель в универсальный обменный формат (IFC­файл), а затем открыть этот файл в BIM­решении получателя.

Этап № 3.  Получение модели

Тут возникают новые вопросы: как эти объекты должны открываться получателем, что можно будет делать с объектами, поступившими из универсального формата? Однозначного ответа здесь нет — он зависит от того, кто обменивается BIM­моделью, какие цели ставятся при этом взаимодействии, и, что важнее, от того, на каком этапе оно происходит.

Сначала вы, вероятно, захотите получить модель, чтобы быстрее начать работу и сократить время построения своей BIM­модели. Но, скорее всего, вас ждет разочарование: полученная таким образом BIM будет непригодна. Почему? Потому что импортируемая BIM­модель изначально не создавалась для вас. При ее разработке думали над совершенно другими вопросами, обладали иными знаниями. И, надо полагать, эту модель вы полностью перестроите.

А вот на последующих этапах согласование BIM­моделей, создаваемых в разных решениях, необходимо, как воздух. Этот процесс важнее, чем задача, описанная в предыдущем абзаце. При этом не требуется передавать между специалистами всю модель или собирать модели в единую с возможностью единовременного редактирования. Чаще всего достаточно связать модели в тех точках, которые важны для согласования, — так происходит и на практике, когда каждый специалист отвечает за свою часть проекта, а на совещаниях обсуждаются наиболее спорные участки.

Рис. 6. Данные, сохраненные в промежуточный формат IFC, можно по-разному интерпретировать со стороны получателя — тут нет универсальных правил

Как интерпретировать данные, полученные из универсального IFC­файла (рис. 6), — скорее, определяет разработчик специализированного решения. Навскидку могу предложить следующие варианты:

• самый простой и очевидный путь: открыть все объекты, сохраненные в IFC­формате, и, считав их данные, построить в своей модели аналогичные объекты автоматически. Например, в IFC­файле сохранена колонна высотой 3 м с профилем «тавр по стандарту G, серия M», расположенная по координатам X, Y, Z. Программа считывает эти данные и создает аналогичную (по характеристикам) колонну. Можете назвать недостатки такого подхода? Их много, но глобальный — при повторном экспорте вы получите еще одну колонну. Десятки экспортов (а они, без сомнения, будут в процессе работы над проектом) — десятки дублей;
• второй путь сложнее: построить связь между объектом в IFC и объектом в вашей BIM­модели, а затем синхронизировать изменения между этими базами данных. Тут уже можно размышлять о двусторонней связи между двумя независимыми BIM­решениями. Это и есть идея связанных моделей.

Тем, кто заинтересовался данной технологией, рекомендую посмотреть на сайте ArchiCAD.ru, как IFC­модель, созданная в ArchiCAD, сейчас принимается в программном продукте Tekla (рис. 7): загляните на страницу OpenBIM и посмотрите видеоролик — это один из возможных путей2.

Рис. 7. Пример работы ArchiCAD-Tekla: возврат данных и контроль изменений BIM-моделей

Мы получили модель на стороне конструктора, и эта BIM­модель подключена как внешняя ссылка через формат IFC. Конструктор считывает не только геометрию, но и информационные характеристики: профиль колонн, тип и класс материала, несущую функцию и т.п. На базе этих данных он может делать выводы о прочности конструкции, сравнивать, согласовывать и дорабатывать модель своими инструментами. И может аналогичным образом вернуть полезные данные архитектору — он точно так же фильтрует свою модель, классифицирует ее и сохраняет в промежуточный IFC­формат.

Важно заметить, что вторая IFC­модель (от конструктора к архитектору) необязательно содержит данные из первой IFC­модели (от архитектора к конструктору). Если это необходимо, она может дополнять (расширять) информацией объекты архитектора: например, добавить/заполнить класс огнестойкости для колонны — может быть, архитектор передаст эти данные другим специалистам. Но в простейшем случае (скорее всего, именно так сейчас и делают) конструктор может передать только созданные в его приложении объекты, которые тоже можно связать с моделью архитектора по технологии связанных моделей.

Этап № 4.  Возврат модели и обратное согласование

При возврате модели очень важно проработать вопросы, как отображать объекты, которые уже добавлялись в модель, и что с этими объектами произошло за время согласования. То есть синхронизировать изменения. Отвечать на эти вопросы каждое решение опять же будет самостоятельно — четкие правила еще вырабатываются. Сейчас выведены четыре стадии объектов:

• новый объект, еще не добавлявшийся в текущую BIM­модель, — new;
• объект существует и не изменялся с точки зрения текущей BIM­модели — existing;
• объект существует и изменялся — modified;
• объект удален — deleted.

С новыми объектами всё ясно: они отображаются в вашей модели в виде геометрии с информационными характеристиками. И вы принимаете новые решения с учетом их существования — например можете сделать перекрытие толще, чтобы учесть крепеж и армирование колонны (а за этим, возможно, последуют изменения в фундаментных помещениях и т.д.).

Что касается existing­объектов, то мы можем просто принять обновленные данные (опять же если они были). Например, изменилась толщина колонн, мы принимаем эти изменения — и прекрасно, если толщина стен предусматривала увеличение габаритов колонны. Если нет, то перестраиваем свой проект.

Коллизия с удаленными объектами тоже будет решаться просто: если вы удалили объект в своем проекте, то он либо не влияет на вашего коллегу, либо вы уже согласовали с ним удаление объекта. В любом случае надо обновить вашу IFC­модель у конструктора, чтобы пронести изменения по всем разделам.

И самый сложный случай — если объект в вашем проекте изменен, а во внешней BIM­модели остался прежним. Тем более если на базе устаревших данных принимаются решения в соседних отделах. В этом случае необходимо оперативное согласование изменений и решение коллизий при синхронизации.

Как это работает, можно посмотреть на сайте ArchiCAD.ru в разделе Open BIM. Или  наберите в браузере вот эту ссылку: http://www.youtube.com/embed/XaEvLJreBgI?hd=1&autoplay=1

Заключение

Вот основные положения технологии OpenBIM. Мне кажется, что главная проблема, с которой могут столкнуться начинающие внедрять данную технологию, — это сложность ее для понимания. Она обусловлена свободой взаимодействия: не забывайте, что эта технология в принципе способна связать между собой любые решения. И, как любая универсальная технология, требует грамотных настроек: понимания того, что вы объединяете, как вы взаимодействуйте, какую информацию вы закладываете в модели и что хотите получить в результате. Так что настройки взаимодействия будут сильно зависеть от того, какие решения вы объединяете и как работают специалисты, а также от степени сложности проекта — я пока не представляю, как сделать универсальную настройку, которая будет успешно применяться в различных проектных группах и организациях.

И еще один момент… В самом начале я говорил, что идея OpenBIM только развивается. Сейчас очень мало открытой информации относительно того, как в реальности работает OpenBIM, с каким проблемами сталкиваются пользователи и как их решают. Мало примеров, оформленных в виде статей, файлов, нормативов, стандартов и других документов. Почему? Потому что практическая реализация идеологии OpenBIM еще только формируется. Компании, которые инвестируют в данную технологию, пока только прорабатывают механизмы, набивают шишки… Но как только появится более точная информация, будет расписанная технология в состоянии «берите и пользуйтесь» — можете быть уверены: в мире появились компании, которые не просто ушли вперед, — они сделали то, что, кроме них, не смог сделать никто, и находятся на совершенно новом уровне развития.

Удачи! 

САПР и графика 2`2013