11 - 2016

Об общей схеме информационной модели существующего здания

Татьяна Козлова, Софья Куликова, Владимир Талапов, Владислав Хон, Чжан Гуаньин

Технология BIM информационного моделирования зданий стремительно входит в мировую проектно­строительную практику [1], проходя по всем стадиям жизненного цикла здания. Но моделирование — это процесс, результаты которого, то есть информационные модели здания, заметно различаются в зависимости от этапа жизненного цикла объекта и тех требований, которые предъявляются при решении возникающих задач. Да и сам строительный объект сильно зависит от стадии своего существования: если при проектировании он виртуален, а во время строительства постепенно обретает «телесный» вид, то на долгом этапе эксплуатации здание, наконец, входит в пору стабильности и уже не подвержено значительным изменениям. Поэтому процесс моделирования существующих объектов менее динамичен, но не менее важен и требует комплексного рассмотрения (рис. 1).

Слева направо: Татьяна Козлова — аспирант-архитектор, BIM-менеджер; Владимир Талапов — кандидат физ.-мат. наук, профессор, руководитель; Владислав Хон — аспирант-архитектор, BIM-менеджер; 
Софья Куликова — аспирант-архитектор, BIM-менеджер; Чжан Гуаньин — аспирант-архитектор, 
виртуоз BIM-моделирования китайской архитектуры (Новосибирский государственный университет архитектуры, дизайна и искусств (НГУАДИ), Новосибирск, Россия)

Слева направо: Татьяна Козлова — аспирант-архитектор, BIM-менеджер; Владимир Талапов — кандидат физ.мат. наук, профессор, руководитель; Владислав Хон — аспирант-архитектор, BIM-менеджер;
Софья Куликова — аспирант-архитектор, BIM-менеджер; Чжан Гуаньин — аспирант-архитектор,
виртуоз BIM-моделирования китайской архитектуры (Новосибирский государственный университет архитектуры, дизайна и искусств (НГУАДИ), Новосибирск, Россия)

Рис. 1. Информационное моделирование — это поток информации, но лишь его часть носит для жизненного цикла здания сквозной характер, остальное появляется только 
на определенных этапах и соответствует специфике этих этапов

Рис. 1. Информационное моделирование — это поток информации, но лишь его часть носит для жизненного цикла здания сквозной характер, остальное появляется только на определенных этапах и соответствует специфике этих этапов

Информационное моделирование существующих зданий совершенно не нуждается в применении BIM на стадиях проектирования и строительства, оно может начинаться со стадии эксплуатации, решая задачи управления обслуживанием и мониторинга состояния объекта.

Наиболее сложными из существующих зданий в плане комплексности моделирования и перечня решаемых задач являются памятники архитектуры. Применение BIM к остальным зданиям можно рассматривать как частный случай моделирования памятников архитектуры с меньшим перечнем требований, поэтому основное внимание мы уделим структуре и особенностям информационной модели именно исторического сооружения.

Использование технологии информационного моделирования при работе с памятниками архитектуры особенно интересно и перспективно, поскольку здесь BIM как новая форма фиксации объектов и новая методика хранения (обработки) информации может принципиально поменять наработанные веками традиции в этой сфере деятельности [2, 3]. Тем не менее потенциальные возможности BIM для существующих зданий гораздо больше — об этом было сказано в работе [4]. Там же была приведена схема составных частей информационной модели памятника архитектуры, которую мы здесь повторяем (рис. 2).

Рис. 2. «Гибридная» информационная модель исторического памятника: ее составные части и связи между ними

Рис. 2. «Гибридная» информационная модель исторического памятника: ее составные части и связи между ними

Дадим к этой схеме дополнительные пояснения.

Основная геометрически­информационая часть — это главный «контейнер», который наполняется информацией непосредственно или через привязанные ссылки. Основные задачи этого контейнера — организация структуры хранения информации и предоставление возможности работы с ней, а также пространственная (преимущественно трехмерная) визуализация основной части этой информации. При этом инструментарий обработки информации в модели не содержится, он целиком представлен в программе (программах) работы с моделью (или ее частями) и постоянно совершенствуется. Это полностью соответствует базовым принципам информационного моделирования [5].

Что же содержится в основной части модели? В первую очередь — схематическая геометрия. Конечно, хотелось бы сказать — геометрическая модель, но дело в том, что такой выстроенный векторными инструментами виртуальный объект при всей своей обязательной точности будет всё же весьма приближенно соответствовать реальной геометрии существующего здания и, например, совершенно непригоден для геодезического контроля. Так что правильнее говорить о схеме (или о геометрической модели, подразумевая под ней геометрическую схему) построения объекта, всегда понимая, что у нее есть определенные неизбежные «допуски» при передаче реальной геометрии (рис. 3).

Рис. 3. Геометрическая модель терема в селе Асташово Костромской области, выполненная средствами BIM, достаточно информативна даже своим общим видом

Рис. 3. Геометрическая модель терема в селе Асташово Костромской области, выполненная средствами BIM, достаточно информативна даже своим общим видом

Схематическая геометрия, во­первых, обеспечивает описание взаимодействия (соединения) составных элементов памятника архитектуры. Она может использоваться, в частности, для создания схемы расчетов устойчивости здания к внешним нагрузкам, а также при возможной эксплуатации или проектировании реставрации либо капитального ремонта [6] — рис. 4.

Рис. 4. Информационная модель здания Новосибирского государственного краеведческого музея (памятник архитектуры «Торговый корпус») сразу создавалась как пригодная и для исторического анализа, и для эксплуатации здания

Рис. 4. Информационная модель здания Новосибирского государственного краеведческого музея (памятник архитектуры «Торговый корпус») сразу создавалась как пригодная и для исторического анализа, и для эксплуатации здания

Наконец, геометрическая модель служит конструктивной схемой здания и его отдельных элементов (рис. 5).

Рис 5. Информационная модель храма Шенмудянь в Китае: узлы системы доугун первого и второго этажей показывают «идеальную» схему сборки кронштейнов, но они не передают их реального состояния [7]

Рис 5. Информационная модель храма Шенмудянь в Китае: узлы системы доугун первого и второго этажей показывают «идеальную» схему сборки кронштейнов, но они не передают их реального состояния [7]

Во­вторых, геометрическая модель — это своеобразный трехмерный «путеводитель» по информации о памятнике архитектуры, предоставляющий и облегчающий визуальный контакт пользователя с заложенными в модель данными (рис. 6).

Рис. 6. Информационная модель Зашиверской церкви: 
составной элемент геометрической модели и открывающееся диалоговое окно доступа 
к его свойствам (заложенным в модель данным) [8]

Рис. 6. Информационная модель Зашиверской церкви: составной элемент геометрической модели и открывающееся диалоговое окно доступа к его свойствам (заложенным в модель данным) [8]

Основное облако точек — результат лазерного сканирования объекта. Это — обязательный элемент информационной модели, являющийся носителем «реальных» данных о геометрии объекта. Технологически облако точек хранится отдельно и привязывается к геометрической модели ссылкой, но при необходимости оно может вставляться в модель. Именно сравнение полученных в разное время облаков точек позволяет осуществлять геодезический контроль за памятником архитектуры или иным существующим зданием.

Дополнительная информация может как непосредственно включаться в модель (например, порода древесины), так и присоединяться ко всей модели или конкретному элементу ссылками (например, схема шкантов и скоб при креплении выделенного бревна). К дополнительной информации можно отнести и всевозможные исторические документы, касающиеся памятника архитектуры, которые могут храниться отдельно как в силу формата документа, так и из­за удаленности от самой модели или статуса этой единицы хранения. Например, исторический документ находится в каком­то музее, но его оцифрованный вариант доступен в модели через ссылку на сайт этого музея.

Аналогичным образом к модели присоединяются, например, паспорта используемого в здании оборудования или инструкции по их эксплуатации. Они вообще могут храниться на сайте производителя этого оборудования и прикрепляться к модели ссылками, что гарантирует актуальность всей перечисленной документации.

Очень важная часть дополнительной информации для каждого элемента памятника архитектуры — его индивидуальное облако точек, которое содержит точную геометрию уже отдельного элемента (его видимой части) и позволяет осуществлять индивидуальный геодезический контроль (для каждого бревна, балки, колонны и т.п.).

Сегодня информация по памятнику архитектуры — это индивидуальное «личное дело» каждого объекта, хранящееся в «отдельной папке», и для знакомства с нею надо в эту папку заглянуть. Поэтому вполне логично, что сегодня одним из критериев оценки степени проработки вопроса является суммарное время, проведенное исследователями в архивах за работой с этими самыми папками. Если информационная модель правильно организована, она позволяет тратить при работе с памятником архитектуры принципиально меньше времени, получая при этом большую эффективность.

Для «обычных» зданий дело обстоит аналогично — электронный паспорт объекта экономит время и усилия по хранению и обработке информации, обеспечивая также высокую скорость и точность мониторинга состояния эксплуатируемого объекта. 

Литература

  1. Талапов В.В. Технология BIM: суть и основы внедрения информационного моделирования зданий / В.В. Талапов. М.: ДМК­пресс, 2015. 410 с.
  2. Козлова Т.И., Куликова С.О., Талапов В.В., Чжан Гуаньин. BIM и памятники деревянной архитектуры // Историческая информатика. 2014. № 2­3. С. 50­73.
  3. Козлова Т.И., Талапов В.В. Опыт информационного моделирования памятников архитектуры // Международный электронный научно­образовательный журнал «AMIT» [Электронный ресурс]. 2009. № 3(8). Режим доступа: http://www.marhi.ru/AMIT/2009/3kvart09/Talapov/Article.php
  4. Талапов В.В. О некоторых закономерностях и особенностях информационного моделирования памятников архитектуры // Международный электронный научно­образовательный журнал «AMIT» [Электронный ресурс]. 2015. № 2(31). Режим доступа: http://www.marhi.ru/AMIT/2015/2kvart15/talapov/abstract.php
  5. Талапов В.В. О некоторых принципах, лежащих в основе BIM // Известия высших учебных заведений. Строительство. — Новосибирск. 2016. № 4(688). С. 108­114.
  6. Талапов В.В. Информационная модель здания — опыт архитектурного применения // Международный электронный научно­образовательный журнал «AMIT» [Электронный ресурс. 2008. № 4(5). Режим доступа: http://www.marhi.ru/AMIT/2008/4kvart08/Talapov/article.php
  7. Талапов В.В., Чжан Гуаньин. Информационное моделирование памятников архитектуры на примере древнекитайской системы доугун / Талапов В.В. — Новосибирск: НГУАДИ, 2016. 183 с.
  8. Козлова Т.И. Методика информационного моделирования Спасской церкви из Зашиверска и преимущества ее применения для сохранения памятников древнерусского деревянного зодчества / Баландинские чтения, часть 1. — Новосибирск, 2015. С. 26­3