Роль визуализации в управлении проектированием промышленных объектов

Ольга Миловская,
главный специалист группы сервиса продуктов управления обеспечения информационного моделирования ООО «Институт Гипроникель», ТИМ-эксперт, менеджер продуктов

Введение

Институт «Гипроникель» — один из крупнейших проектных и научно­исследовательских институтов России в области технологии горных работ, металлургии, обогащения и переработки минерального сырья. Институт, входящий в состав предприятий группы «Норникель», осуществляет проектно­изыскательские, научно­исследовательские и инжиниринговые работы, выполняет функцию генерального проектировщика, оказывает консалтинговые услуги в сфере горной добычи, обогащения, металлургии и анализа рынка базовых металлов и металлов платиновой группы.

Специалисты института «Гипроникель» применяют технологии информационного моделирования (ТИМ) для проработки технических решений, проверки коллизий, презентаций проектов заказчику, согласований и демонстраций на научных советах. В этой статье автор хочет поделиться опытом визуализации промышленных объектов, сделать обзор основных методов, рассказать о роли визуализации в управлении проектированием.

Визуализация промышленных проектов отличается от широко известной архитектурной визуализации. Основная цель у застройщика гражданских объектов — продать квадратные метры, а следовательно, в архитектурной визуализации ценится красота и фотореалистичность. В промышленном проектировании главными критериями являются функциональность и безопасность, поэтому цель визуализации — показать проверенные технические решения.

Будущее визуализации в промышленном проектировании связано с развитием технологий виртуальной и дополненной реальности. Эти инструменты обещают существенно изменить способы взаимодействия с проектами, позволив участникам погружаться в 3D­модели и оценивать проектные решения в контексте реального мира.

Настоящее же, особенно в свете импортозамещения, связано с ТИМ. Разработчики российского программного обеспечения имеют длинную дорожную карту. В большинстве отечественных программ инструменты визуализации не реализованы, хотя потребность в них есть.

Что выбрать для визуализации

Давайте определимся, что под словосочетанием «3D­модель» мы будем подразумевать только геометрию объектов. При визуализации показываются габариты и взаимное расположение объектов, их цвета и формы.

К информационной модели (ИМ)
более строгие требования: у модели обязательно должна быть структура, а у геометрических объектов — атрибуты с ключевыми свойствами. Визуализация ИМ кроме геометрии демонстрирует свойства объектов и по стилю более близка к инфографике.

Отвечая на вопрос, что выбрать для визуализации — 3D или ИМ, важно знать, какой целевой аудитории мы будем презентовать проект и в рамках какого события. Это могут быть общественные обсуждения, архитектурный комитет или доклад статуса реализации проекта заказчику.

На всех этих мероприятиях можно демонстрировать чертежи или тома проектов, но когда мы видим сложный технологический чертеж, то не сразу понимаем, какой функциональности здание, какое назначение у помещений и что за оборудование в них расположено. Без комментариев быстро ориентироваться сложно.

Визуализация — наглядный метод представления проектных решений. В случае визуализации 3D­модели этого же проекта ситуация становится понятной. В 3D более четкая и полная картина, что важно при демонстрации проекта аудитории.

На кейсах института «Гипроникель» посмотрим, какие дополнительные преимущества дает визуализация информационной модели. Можно ли использовать атрибуты, на внесение которых требуется гораздо больше времени, чем на создание геометрии? Как показать заказчику свойства модели?

Информационная наполненность модели

Информационная наполненность означает, что в 3D­модели геометрические объекты хранят информацию. Например, объектам присвоена степень пожароопасности здания или внесены атрибуты, указывающие на виды работ — реконструкция или новое строительство.

При информационной наполненности модели объекты можно подкрашивать с помощью фильтров и специальных правил — это называется визуализация по свойствам. На одном из проектов мы окрашивали здания в цвета, различающиеся по типу строительства: желтые здания — реконструкция, зеленые — новое строительство (рис. 1). Заказчик смог зрительно оценить соотношение этих работ.

Рис. 1. Визуализация информационной модели по типу строительства

Этот же проект мы окрасили по степени пожароопасности, например, на рис. 2 маленькое красное задание имеет степень повышенной взрывопожароопасности. Главный инженер проекта проверил, можно ли на этом участке располагать здание с повышенной взрывопожароопасностью  или необходимо отнести его дальше. Заказчик смог визуально оценить технические решения.

Рис. 2. Визуализация информационной модели по степени пожароопасности

В процессе проектирования промышленных объектов управлять изменениями нужно уже на ранних этапах. Чтобы принимать проектные решения сразу в объемах по визуальной ИМ, не обязательно моделировать всю геометрию детально. Вначале достаточно показать габариты и привязать информацию к конкретному объекту. Например, при демонстрации модели заказчику выделить важный элемент, показать карточку свойств, уточнить информацию, согласовать, получить комментарии.

В институте «Гипроникель» есть правила сборки моделей инженерных дисциплин в единую сводную модель. Главное — строгая иерархическая структура. Она позволяет легко выделять каждый объект, назначать ему нужные атрибуты и демонстрировать заказчику ключевые принятые решения. В правильной структуре — дереве модели можно выбрать любой объект и увидеть его свойства, в которых есть данные для заказа, габариты, масса, ссылка на техническую документацию по оборудованию или сайт производителя, а также прочие атрибуты (рис. 3).

Рис. 3. Предварительная визуализация проекта на основе ИМ

На одном из проектов мы работали с 3D­объемами на этапе выдачи междисциплинарных заданий. В структуре сводной модели были созданы разделы для заданий, а в дереве модели была выделена каждая марка (рис. 4). Проектировщики из разных отделов создавали резервы пространства под свою дисциплину и добавляли на них информацию, необходимую для того, чтобы смежный отдел мог проектировать свою часть без коллизий.

Рис. 4. Сводная модель на этапе выдачи заданий

В начале проектирования мы получили схематичную геометрию — эскиз с разграничением зон ответственности, а позднее детализировали решения внутри этих зон. Это трудоемко, но в таком подходе есть свой плюс: в процессе каждый участник проекта показывает сделанную работу, проектировщики выявляют и устраняют коллизии, а руководитель проекта и главный инженер проекта визуально оценивают изменения. Модель первична и является «точкой правды», а чертежи «нарезаются» с итоговой модели.

Рабочие совещания с демонстрацией сводной 3D­модели

На другом проекте исходными данными существующей территории было облако точек. На эту основу мы «посадили» проектируемые здания, расположили их по координатам (рис. 5). С помощью такой сборки мы визуализировали, как соотносятся проектируемые здания с реальной местностью, на которой расположены промышленные и линейные объекты (автомобильная и железная дороги).

Рис. 5. Визуализация проектируемой модели, совмещенной с облаком точек

Эта модель помогла оценить размер проектируемого здания относительно существующих объектов, и ее мы использовали для демонстрации на еженедельных совещаниях по проекту. Работа шла с привязкой к конкретной территории, на которой видны существующие строения, удобно обсуждать детали в контексте. На плоских 2D­чертежах этого не увидеть, а без 3D сложнее оценить существующую ситуацию на участке.

В настоящее время для создания сводной модели мы используем базу данных ModelStudio CS CADLib. Объекты базы данных распределены по иерархическим структурам: структуре зданий и сооружений, структуре разделов проекта. Сводная модель регулярно обновляется и проводится проверка на коллизии.

Когда и зачем нужны видеоролики в промышленном проектировании

В первую очередь видеоролики позволяют представить объект в комплексе, помогают заказчику понять и оценить проект, а также экономят время на изучении большого объема чертежей. Дополнительные уточняющие титры в видеороликах обогащают презентацию и делают ее максимально информативной (рис. 6). Для управленца важно получать объяснение и показатели по проекту, например площадь и объемы в числах.

Рис. 6. Уточняющие титры, касающиеся вида работ

В одном из проектов были запланированы разные виды работ: реконструкция, расширение отделений, новое строительство. В ролике мы показали модель по дисциплинам, сначала технологические решения и оборудование (рис. 7), потом КЖ, КМ, АР. Титры поясняли, что это за объект и какой вид работ был сделан (рис. 8). Заказчик визуально оценил объем проекта, расположение объектов и внутреннее наполнение зданий.

Рис. 7. Визуализация технологии

Рис. 8. Визуализация конструкций

Имеет ли значение качество визуализации в промышленном проектировании

Визуализация промышленных объектов может быть выполнена в техническом качестве — когда виден объем проектируемых объектов без текстур, в сцене нет прямых солнечных лучей, поэтому нет теней. Все объекты в условных цветах и в рассеянном свете (рис. 9).

Рис. 9. Пример визуализации в техническом качестве

Для демонстрации топ­менеджерам более предпочтительна фотореалистичная визуализация — когда проработаны здания и окружение, которое передает настроение и переносит зрителя в реальную среду (рис. 10). Кроме того, в фотореалистичном варианте важно видеть текстуры и фактуры, благодаря которым становится понятно, из каких материалов сделана отделка стен, а через стеклянные окна видно, что внутри здания.

Рис. 10. Пример фотореалистичной визуализации

Когда нужна фотореалистичная визуализация

На одном из проектов нам нужно было презентовать заказчику экстерьер здания и дизайн интерьера. С помощью текстур мы показали отделочные материалы и мебель, с помощью источников света отобразили будущие помещения так, как они будут выглядеть после ремонта. Визуализация позволила увидеть всё в комплексе, начиная от планировки пространства и размещения крупного оборудования цехов, заканчивая мелкими деталями. На рис. 11 показана зона раздачи в столовой (крупные объекты), камеры и выключатели на стене (мелкие объекты).

Рис. 11. Визуализация зоны раздачи в столовой

Для визуализации мы делаем подачу с уровня человеческого роста и оцениваем, удобно ли это пространство в применении. Зачастую если не видно общей картины, на которой есть крупные, средние и мелкие детали, то не совсем понятно, как они соотносятся и будет ли удобно использовать это рабочее место. Например, не слишком ли высоко расположены выключатели на стене у окна (рис. 12), дотянется ли до них человек через стол?

Рис. 12. Визуализация горячего цеха

Визуализация — это еще и проверка проектных решений. Выполняя визуализацию, можно находить ошибки. Когда мы сделали черновую визуализацию холла, оказалось, что в нем отсутствовал проход в столовую со стороны основного здания. При проверке на коллизии ошибок в этом месте найдено не было, потому что дверей в этом коридоре не предусмотрено, просто отсутствие проема было обнаружено лишь визуально.

Еще в одном помещении была обнаружена логическая ошибка: в конце раздачи отсутствовала касса. Автоматические проверки таких недочетов не выявят, помогает только визуальный контроль. На рис. 13 представлена уже исправленная версия — в конце раздачи стоит кассовый аппарат.

Рис. 13. Визуализация столовой

Экономическая эффективность

Инвестиции в качественные визуализации значительно снижают риски и затраты на этапах проектирования и строительства. Например, использование визуализации позволяет выявить потенциальные коллизии на ранних стадиях, что снижает затраты и сроки на изменения, если обнаруженные проблемы устраняются до начала строительства.

Кроме того, высококачественная визуализация повышает конкурентоспособность продукции. Заказчики чаще отдают предпочтение тем проектировщикам, которые могут наглядно представить свои идеи и продемонстрировать функциональность проектов. Это не только улучшает отношения с клиентами, но и привлекает новые контракты, что в целом положительно сказывается на финансовых показателях.

Применение визуальных инструментов для анализа различных сценариев помогает в принятии решений о распределении ресурсов, поэтому компании используют такие данные для оптимизации проектов и дальнейшего развития бизнеса.

Кто за что отвечает

При визуализации с использованием ИМ за проектные решения несут ответственность проектировщики, а визуализатор помогает презентовать модель заинтересованным лицам. Когда проектировщики работают сразу в 3D и создают объемную модель, то видят коллизии и могут их устранить. Каждый проектировщик работает над своей частью модели и публикует результат в общую базу данных. Координацией и администрированием базы занимаются специалисты отдела информационного моделирования.

Визуализация ИМ повышает прозрачность процесса проектирования. С ее помощью проектировщики демонстрируют используемые данные и комментируют проектные решения, принятые в процессе работы. Это помогает пояснить заказчику надежность получаемых результатов и повышает уровень доверия, что приводит к длительным партнерским отношениям и повторным заказам.

На каких этапах проекта нужна визуализация

Визуализация эффективна на всех этапах проекта. На этапе технико­экономического обоснования (ТЭО) заказчику нужно было выбрать вариант размещения сооружений. Было две локации с разным рельефом и окружением. С помощью предварительной 3D­модели мы сделали демонстрационные ролики, посмотрев которые заказчик смог визуально оценить, что тракт подачи руды в первом варианте (рис. 14), длиннее, чем во втором (рис. 15). Дополнительно мы подавали информацию в конкретных цифрах, которые имеют значение для принятия решений: площадь площадки перспективного развития, названия объектов и т.п.

Рис. 14. Визуализация площадки 1 на этапе ТЭО

Рис. 15. Визуализация площадки 2 на этапе ТЭО

Зачастую на этапе ТЭО еще нет никакой геометрии, тогда можно делать подачу в виде коллажей, то есть брать аналоги, типовые проекты и схематично монтировать с фотографиями окружения. Этого достаточно для того, чтобы заказчику показать суть предложения.

На этапе ОТР (основные технические решения) мы делаем визуализацию с помощью упрощенной геометрии, показываем габариты и взаимное расположение объектов. В качестве исходных материалов используем облака точек, орто­фотопланы, рельеф реальной местности. Например, на одном из проектов мы сделали подробную текстуру рельефа из орто­фотосъемки (рис. 16) и совместили всё в сводной модели, которая передала заказчику общую информацию по проекту.

Рис. 16. Упрощенная модель проекта на рельефе, созданном из орто-фотоплана

На этапе ПД (проектная документация) и РД (рабочая документация) проекты проработаны более детально, поэтому можно делать фотореалистичную визуализацию и ролики, примеры которых рассматривались выше.

На любом этапе проекта для создания визуализации главное — это взаимодействие с заказчиком. Ключевым моментом является создание диалога, в котором заказчик может напрямую участвовать в процессе. Во время презентаций важно принять во внимание комментарии заказчика. Это позволит оперативно корректировать проектные решения практически в реальном времени.

Какое ПО использовать для визуализации

До того как Autodesk и Bentley ушли с российского рынка, для визуализации мы использовали широкий перечень программ: Navisworks, Revit, 3ds Max, MicroStation, LumenRT.

В настоящее время для создания ИМ мы применяем nanoCAD BIM и ModelStudio CS, а для создания фотореалистичной визуализации мы выбрали свободный графический редактор Blender. Он имеет много возможностей для анимации и фотореалистичного рендера. Blender работает с форматом IFC, отображает дерево модели. Для Blender есть ряд модулей, которые позволяют загрузить рельеф или создать связанные файлы.

Ждем выхода нового отечественного продукта MS Навигатор, который будем тестировать на скорость и качество фотореалистичного рендера. Хотелось бы, чтобы российские разработчики учитывали важность фотореалистичной визуализации и встраивали в свои программы не только поддержку текстур, источников света и редактор материалов, а еще инструменты интерактивного рендеринга и возможность редактировать освещение после визуализации, как, например, в Corona render. Качество визуализации играет значимую роль в процессе проектирования и требует соблюдения определенных стандартов и критериев, которые помогут гарантировать точность и соответствие требованиям заказчика.

Подведем итоги

Визуализация промышленных объектов представляет собой важный инструмент демонстрации проектных решений и управления проектами. Она не только обеспечивает наглядное представление объектов, но и способствует оценке функциональности, безопасности и технических аспектов проекта.

Визуально информация воспринимается легче. Если компьютер заказчика не оборудован специализированным программным обеспечением для просмотра 3D­модели, то ему подойдут готовые изображения или видеоролики.

Кроме того, восприятие информации зависит от уровня детализации. Чем более подробная модель, тем легче зрителю осознать ее функциональность и преимущества. Использование выносок и дополнительных комментариев помогает объяснить назначение объектов и деталей.

Визуализация экономит время всех участников — быстрее передаются знания по проекту. Благодаря визуализации проектировщик проводит самоконтроль, главный инженер проекта и руководитель видят прогресс выполненной работы в модели, а заказчик принимает результаты работы быстрее с помощью разных видов подачи информации.

Наилучший вариант коммуникации при проектировании — моделирование в 3D, что позволяет находить и устранять коллизии, принимать совместные решения и быстро получать визуализацию различного назначения. Выбор между 3D и ИМ зависит от требований проекта. Информационная наполненность модели позволяет использовать атрибуты для визуализации по свойствам, что значительно облегчает понимание и оценку различных аспектов проекта. Кроме того, доступность атрибутов и свойств объектов позволяет получать из модели мгновенную обратную связь и углубленно разбираться в характеристиках. Это повышает доверие при коммуникации заинтересованных сторон.

Наконец, важно учитывать, с какой аудиторией мы взаимодействуем. Специалисты из разных областей могут по­разному воспринимать одну и ту же визуализацию. Адаптируя представление информации в зависимости от целевой группы, мы достигаем большего уровня вовлеченности и понимания.

Таким образом, визуализация играет ключевую роль в эффективной коммуникации и принятии решений в промышленном проектировании и строительстве. Любая компания может воспользоваться нашим сервисом. Обращайтесь к нам, мы будем рады сотрудничеству!