2 - 2018

Bentley Systems в Сингапуре: как создавался Музей искусства и науки

Владимир Талапов

Настоящая публикация — вторая из «сингапурского» цикла автора. С предыдущей можно ознакомиться в январском номере журнала «САПР и графика». Данная статья посвящена еще одному из знаковых BIM-объектов Сингапура, ставшему его визитной карточкой, — Музею искусства и науки (ArtSciense Museum), входящему в комплекс зданий «Марина Бэй Сэндс», но занимающему там особое положение.

Краткая информация о Музее искусства и науки

Это здание замышлялось как музейно­выставочный павильон (комплекс помещений) с постоянными и сменяемыми экспозициями, а также возможностью проводить общественные мероприятия. В нем находится несколько постоянных экспозиций, остальные залы предоставляются под временные выставки и массовые мероприятия, которые в одном только комплексе «Марина Бэй Сэндс» проходят постоянно в виде международных конференций разной тематики (рис. 1). Своей главной задачей музей ставит изучение роли творческого процесса в науке и искусстве и его влияния на сознание общества. Насколько это удается, пока сказать сложно, но как место, привлекающее туристов, он работает отлично (рис. 2).

Рис. 1. Здание Музея искусства и науки стоит как бы отдельно, 
но органично дополняет комплекс «Марина Бэй Сэндс»

Рис. 1. Здание Музея искусства и науки стоит как бы отдельно, но органично дополняет комплекс «Марина Бэй Сэндс»

Рис. 2. Архитектурное произведение Моше Сафди, 
по форме напоминающее цветок лотоса, еще называют «приветственной ладонью Сингапура»

Рис. 2. Архитектурное произведение Моше Сафди, по форме напоминающее цветок лотоса, еще называют «приветственной ладонью Сингапура»

Здание музея имеет 21 выставочное помещение на двух уровнях и опирается на десять наклонных колонн, смыкающихся карнизоподобным кольцом. Благодаря такому конструктивному решению и открытому водоему на нулевой отметке с внешней стороны сооружения, создается впечатление, что здание (высотой 60 метров над землей и 11 метров под землей) парит в воздухе. Внешняя сторона здания покрыта армированным полимером, взятым из судостроительной промышленности, и это усиливает впечатление монолитности конструкции. Приведем еще одну весьма показательную цифру: на каркас здания ушло 4912 тонн стали (рис. 3).

Рис. 3. В тени «белого цветка лотоса» 
создана весьма комфортная пешеходная зона

Рис. 3. В тени «белого цветка лотоса» создана весьма комфортная пешеходная зона

Пресная вода —  один из важнейших и дорогих расходных материалов в Сингапуре. Поэтому чашеобразная крыша здания собирает дождевую воду, которая через воронку в центре попадает в специальный резервуар и используется затем в системах жизнеобеспечения здания (рис. 4).

Рис. 4. Центральную часть самого нижнего уровня музея занимает бассейн, также наполняемый собранной дождевой водой

Рис. 4. Центральную часть самого нижнего уровня музея занимает бассейн, также наполняемый собранной дождевой водой

Лепестки цветка лотоса на жаргоне проектировщиков назывались «пальцами». Каждый такой «палец» содержит индивидуально разработанное галерейное помещение, а на кончиках «пальцев» располагаются «фонари» для естественного освещения внутреннего изогнутого пространства (рис. 5).

Рис. 5. Различные этапы строительства здания музея. Хорошо просматриваются фонари и воронка для сбора воды

Рис. 5. Различные этапы строительства здания музея. Хорошо просматриваются фонари и воронка для сбора воды

Участие проекта Музея искусства и науки в конкурсе Be Inspired 2011

В 2011 году конкурс Bentley Be Inspired, как и предыдущий, проходил в Амстердаме. И снова среди финалистов оказалась британская компания Arup с проектом Музея искусства и науки в Сингапуре, выполненным средствами информационного моделирования. Работа была представлена в номинации «Инновации в порождающем дизайне» (Generative Design), поскольку этот раздел моделирования явился основополагающим для итоговой модели и успешного выполнения всего проекта, причем в кратчайшие сроки (рис. 6).

Рис. 6. Начало обшивки каркаса здания (а); выступление представителя компании Arup 
на конкурсе Be Inspired в Амстердаме (б)

Рис. 6. Начало обшивки каркаса здания (а); выступление представителя компании Arup на конкурсе Be Inspired в Амстердаме (б)

Автору этих строк посчастливилось присутствовать на указанном мероприятии и даже прослушать конкурсный доклад компании Arup по Музею искусства и науки в Сингапуре. Однако внутреннее освещение зала не позволило мне тогда сделать качественные снимки, поэтому я с удовольствием воспользовался информацией, любезно предоставленной организаторами конкурса Be Inspired 2011, чтобы подробно проиллюстрировать это очень интересное выступление.

Архитектурная проработка идеи

Начнем с того, что в процессе работы над проектом, вернее, в процессе информационного моделирования несущего стального каркаса будущего здания, использовалось разное программное обеспечение, причем не только компании Bentley (рис. 7).

Рис. 7. Общая схема взаимодействия программ 
при моделировании несущего каркаса здания Музея искусства и науки

Рис. 7. Общая схема взаимодействия программ при моделировании несущего каркаса здания Музея искусства и науки

Эскизная проработка геометрической формы здания и основных концептуальных решений проводилась специалистами компании Moshe Safdie Associates (MSA), то есть тем же коллективом, который разрабатывал весь комплекс «Марина Бэй Сэндс».

Десять «пальцев» здания при всей их внешней сложности на самом деле идейно были весьма просты, поскольку их поверхность описывалась сферами или приплюснутыми сфероидами, то есть форма каждого пальца описывалась несколькими радиусами. Это весьма разумное концептуальное решение архитекторов в дальнейшем существенно упрощало и ускоряло создание трехмерной модели объекта (рис. 8).

Рис. 8. Эскизное решение планировки и геометрии здания Музея искусства и науки

Рис. 8. Эскизное решение планировки и геометрии здания Музея искусства и науки

Однако другое решение тех же архитекторов, а именно выбранный ими образ цветка лотоса, делало здание явно асимметричным и увеличивало объем работы при проектировании строительных конструкций. Тем не менее именно в этом и проявляется профессионализм конструкторов —  в воплощении в реальное здание самой невероятной архитектурной идеи, а профессионализм архитекторов —  в формировании осуществимых идей. При этом обе компании —  и Arup, и MSA —  видели решение своих проблем в использовании технологии информационного моделирования (рис. 9).

Рис. 9. Эскизное решение конструктивной схемы здания и его внешняя форма, 
смоделированная в программе Rhino

Рис. 9. Эскизное решение конструктивной схемы здания и его внешняя форма, смоделированная в программе Rhino

Однако сложность формы здания при работе с ним была не единственной проблемой. Как всегда, здесь появлялось еще и ограничение по времени: специалисты компании Arup, приступившие к следующей стадии работы, должны были за четыре месяца детально разработать и представить на конкурс модель несущего каркаса здания, а еще через три месяца выдать подрядчикам точную документацию на изготовление стальных конструкций. Забегая вперед, скажем, что все эти задачи были успешно решены, причем, по мнению специалистов Arup, на изготовление документации ушло времени в два раза меньше, чем при использовании традиционных способов, но точность при этом была стопроцентной.

Параметрическое моделирование

Высокая сложность геометрии здания сразу привела его создателей к пониманию необходимости разработки многопараметрической модели стального несущего каркаса, которая затем могла бы гибко реагировать на многочисленные проектные изменения. В качестве основного инструмента для построения схематической основы этого каркаса использовалась программа Bentley Generative Components (рис. 10).

Рис. 10. Модель «пальца» в осевых линиях, выполненная в Generative Components (а); 
ее дальнейшее развитие в программе Bentley Structural (б)

Рис. 10. Модель «пальца» в осевых линиях, выполненная в Generative Components (а); ее дальнейшее развитие в программе Bentley Structural (б)

Построенная в Generative Components схематическая (в осевых линиях) модель позволяла не только эффективно совершенствовать геометрию здания, но и «тиражировать» полученные решения на сходные элементы (например, другие «пальцы»), а также проверять все варианты формы конструктивными расчетами, проводимыми по этой самой модели. Для общих расчетов несущего каркаса здания специалистами Arup использовалась программа собственной разработки (рис. 11).

Рис. 11. Многопараметрическая модель каркаса здания, выполненная в Generative Components (а); модель для проведения конструктивного расчета (б)

Рис. 11. Многопараметрическая модель каркаса здания, выполненная в Generative Components (а); модель для проведения конструктивного расчета (б)

После проведения всех необходимых расчетов и подбора сечений металлоконструкций окончательная схематическая модель передавалась в программу Bentley Structural для построения уже полноценной модели несущего каркаса здания с точным указанием всех используемых конструкций (рис. 12).

Рис. 12. Окончательная модель несущего каркаса здания

Рис. 12. Окончательная модель несущего каркаса здания

Рис. 13. Соединения у основания конструктивных элементов (а); фрагмент соединения основной конструкции с основанием «пальца» (б)

Рис. 13. Соединения у основания конструктивных элементов (а); фрагмент соединения основной конструкции с основанием «пальца» (б)

По этой модели затем в Bentley Structural прорабатывались узловые соединения конструкций (рис. 13) и с помощью средств MicroStation выдавалась необходимая чертежная документация (рис. 14).

Рис. 14. Конкурсная документация: один из разрезов несущего каркаса здания, оформленный в виде чертежа

Рис. 14. Конкурсная документация: один из разрезов несущего каркаса здания, оформленный в виде чертежа

Для формирования задания на производство стальных конструкций была задействована программа Tekla Structure, имевшая хороший выход на станки с ЧПУ. Поскольку эффективная передача модельных данных между используемыми программами в период реализации проекта отсутствовала, в Tekla Structure пришлось практически перемоделировать несущий каркас здания, используя модель из Bentley Structural в качестве трехмерной подложки для проверки результатов работы.

В итоге, в условиях реалий 2006­2010 годов по существовавшему тогда программному обеспечению моделирование каркаса здания Музея искусства и науки проводилось в два этапа:

Эскизная модель для конкурса (определение и анализ геометрии, расчет конструкций, оформление конкурсной документации). Срок выполнения —  4 месяца.

Моделирование для производства (задание на производство после окончательного утверждения всех конструкций). Срок выполнения —  3 месяца.

Это впечатляет, особенно если учесть, что использовались программы десятилетней давности, по нынешним меркам —  устаревшие!

Кстати, все упоминавшиеся здесь программы компании Bentley в более совершенном виде входят сегодня в единый BIM­пакет Bentley AECOsim Building Designer (рис. 15).

Рис. 14. Конкурсная документация: один из разрезов несущего каркаса здания, оформленный в виде чертежа

Рис. 14. Конкурсная документация: один из разрезов несущего каркаса здания, оформленный в виде чертежа

Рис. 15. Здание Музея искусства и науки в составе комплекса «Марина Бэй Сэндс» —  реальная демонстрация практически неограниченных возможностей металлических конструкций в сочетании с информационным моделированием

Рис. 15. Здание Музея искусства и науки в составе комплекса «Марина Бэй Сэндс» — реальная демонстрация практически неограниченных возможностей металлических конструкций в сочетании с информационным моделированием

P.S. Кто же стал победителем конкурса Be Inspired 2011?

Представленный инновационный проект Музея искусства и науки в Сингапуре был финалистом конкурса Be Inspired в Амстердаме (что является очень высоким достижением), но не стал там лучшим. Так что осталась интрига: кому же авторитетнейшее международное жюри присудило пальму первенства?

Победителями конкурса Bentley Be Inspired 2011 в номинации «Инновации в порождающем дизайне» стали американская компания HOK и британская PLP Architects с совместным проектом здания Института медико­биологических исследований имени Фрэнсиса Крика в Лондоне (рис. 16). Думаю, данный проект также очень интересен и заслуживает отдельного рассказа, но для этого придется сначала съездить в Лондон.

Рис. 16. Здание института Фрэнсиса Крика в Лондоне, ставшее знаковым уже для британского BIM, было введено в эксплуатацию в 2016 году

Рис. 16. Здание института Фрэнсиса Крика в Лондоне, ставшее знаковым уже для британского BIM, было введено в эксплуатацию в 2016 году

Рис. 17. Здание Music City Center в Нашвилле было введено в эксплуатацию в 2013 году и сразу стало одной из достопримечательностей штата Теннесси

Рис. 17. Здание Music City Center в Нашвилле было введено в эксплуатацию в 2013 году и сразу стало одной из достопримечательностей штата Теннесси

Третьим финалистом конкурса Bentley Be Inspired 2011 года в номинации «Инновации в порождающем дизайне» была американская архитектурная мастерская Tvsdesign с проектом культурного центра Music City Center в Нашвилле, США (рис. 17).