Проблемы автоматизации проектно-реставрационной деятельности

Александр Россоловский

Компьютерные технологии уже давно завоевали устойчивые позиции в строительном проектировании новых объектов. Имеется большой опыт их использования, существуют наработанные методики, специализированные программы, учитывающие специфику конкретных проектных задач, различных способов организации взаимодействия участников проектного процесса, местной специфики, связанной с различием в использовании материалов, технологий, а также с разнообразием нормативных требований. Уже можно говорить об истории вопроса и традициях.

В области реставрационного проектирования дело обстоит иначе. Прослеживаются лишь единичные попытки применения современных технических средств в проектном процессе, а опыт такого использования и связанные с ним выводы остаются, как правило, недоступными для большинства коллег-реставраторов.

Тому есть несколько причин. В первую очередь приходится отметить неблагополучное положение с нормативной базой ценообразования и финансированием, не позволяющее целенаправленно отвлекать денежные средства, головы и руки для планомерного проведения работ в этом направлении; другая причина — консервативность участников проектного процесса, причем как раз наиболее опытных и авторитетных, которые с недоверием относятся к «бездушным подпоркам».

Не меньшей проблемой является и выбор аппаратных и программных средств для решения проектно-реставрационных задач, поскольку здесь оказывается малоприменим опыт компьютерного проектирования нового строительства.

В числе вопросов реставрации, решению которых могут помочь современные технологии, можно упомянуть сбор и систематизацию исторической и технической информации о реставрируемых объектах, в частности (в далекой пока перспективе) — с целью сведения ее в единую национальную базу данных; решение обследовательских и обмерных задач; собственно проектирование, решающее задачи как реставрации, так и видоизменения памятника в соответствии с возлагаемыми на него современными функциями; архивирование и хранение наработанной архивной, проектной и исполнительной документации. Каждая из перечисленных задач требует собственных средств и методов решения.

Первая и последняя задачи во многом родственны, при их выполнении можно опираться на известные методики и программные средства. Это вопрос общей технической политики. При сведении воедино нескольких несогласованных по структуре локальных баз данных неизбежны большие затраты ручного труда, что сводит необходимость создания таких баз масштаба мастерской практически к нулю. Работа в этом направлении, насколько мне известно, ведется.

Мне бы хотелось остановиться на технической стороне процесса предпроектной подготовки и проектирования и рассмотреть, на каких этапах наиболее заметно проявляется реставрационная специфика и возможно ли на этих стадиях повышение эффективности труда и качества результатов за счет автоматизации рабочего процесса.

Предпроектная подготовка связана с проведением натурных обследований и обмеров, лабораторных исследований и графических работ, связанных с созданием геолого-геодезической документации и обмерных чертежей. Область натурных и лабораторных обследований не предполагает (за редким, может быть, исключением) использования уникальных средств и методов, поскольку подобные работы проводятся при подготовке к проектированию строительства и реконструкции любых объектов, не обязательно представляющих историческую ценность. Отличие последних, возможно, заключается в более тщательном подходе к некоторым вопросам, однако оно, скорее, количественное, нежели качественное. Более тщательно и детально производятся натурные обмеры, однако и здесь используются знакомые «в миру» методы. В этой области проводятся достаточно интересные исследования, направленные на более полное использование возможностей фотографии. Тем не менее пока не существует и в ближайшее время, видимо, не предвидится появления методов, исключающих последующий период камеральной обработки данных измерений, то есть создания обмерных чертежей. Из всех этапов предпроектной подготовки лишь на стадии обработки обмерных данных и создания обмерных чертежей заметна уникальная специфика реставрации. Качество и скорость выполнения этих работ могут быть существенно повышены за счет применения компьютерных аппаратно-программных средств, чему есть реальные примеры.

Стадия проектирования, как уже упоминалось, включает два этапа: проект реставрации и проект приспособления.

Второй этап не имеет принципиальных отличий от стандартного процесса проектирования: к нему предъявляются те же технологические и иные нормативные требования, что и к проектированию новых зданий аналогичного функционального назначения. На данном этапе решаются все вопросы, связанные с технической «начинкой» здания, а поэтому здесь теоретически могут быть применены любые аппаратно-программные средства, использующиеся в традиционном проектировании. В настоящее время имеется солидный арсенал подобных средств для различных аппаратных платформ и графических сред. Как правило, строительные программы относятся к средней ценовой категории и в качестве аппаратной базы используют Intel-совместимые машины с операционной средой Windows 95/98/NT. Есть опыт использования платформы Apple, однако стоимость технических средств в этом случае при сопоставимых технических характеристиках несколько выше, набор специализированных программ значительно беднее, нежели для PC, а очевидных технических или экономических преимуществ в данном конкретном контексте применения не выявлено, во всяком случае, такие данные не публиковались. Применение для строительного проектирования более мощных аппаратных платформ в общем случае экономически нецелесообразно, поскольку вопрос об окупаемости таких рабочих мест в условиях реальных цен на проектные работы просто не имеет смысла. Таким образом, стадия проектирования приспособления объекта реставрации не предъявляет никаких специфических ограничений для использования существующих компьютерных программных и аппаратных средств и методик.

Проект реставрации, напротив, является абсолютно специфическим этапом, на котором производится историческая реконструкция облика здания или придание ему особенностей, характерных для зданий соответствующего исторического периода. На этой стадии производится историко-библиографическое исследование, на основании которого составляется историческая справка с использованием ранее выполненных обмерных чертежей, создается графическая часть эскизного проекта, а также выполняется смета на реставрационные работы.

К числу безусловно подлежащих автоматизации можно отнести сметную часть. Существует множество сметных программ для строительства, любая из которых может быть использована для составления смет по вводимым вручную объемам при условии пополнения базы расценок специфическими реставрационными. Некоторые из существующих программ позволяют пользователю без участия разработчика добавлять и изменять расценки и даже алгоритм расчета. В то же время из-за специфики реставрации задача автоматизированного ввода данных об объемах из графической программы в сметную является практически нерешаемой. Так что ответственность за межпрограммный интерфейс в данном случае ложится отнюдь не на сметную программу.

Другое очевидное решение связано с историко-библиографическими исследованиями и подготовкой исторической справки. Технически этот процесс не отличается от работы с любыми текстовыми и иллюстративными материалами в режиме удаленного запроса. Есть Интернет, есть модемы, даже в жилых кварталах начинают создаваться коллективные подключения по выделенным линиям, то есть техническая база для связи существует. Конечно, перевод фондов в цифровой формат — задача непростая, однако на первых порах благом стала бы возможность работать в таком режиме с каталогами, с тем чтобы сократить последующие физические перемещения специалистов-реставраторов. Понятно, что и поиск по ключевым понятиям или иным критериям во много раз сократит время поиска в сравнении с листанием карточек. Круг поиска при этом также может быть существенно расширен, благодаря чему результаты этого периода могут стать более ценными. Сокращая трудозатраты периода исследований (а это недели и месяцы по каждому объекту), можно сэкономить средства, которые могли бы помочь в решении проблемы технического оснащения проектных организаций. Если говорить о затратах, связанных с техническим обеспечением клиентских рабочих мест для поисковой работы, то это копейки: стоимость одного рабочего места не превысит 500 долл. единовременно и столько же в год за обеспечение выхода в Сеть; при большом количестве рабочих мест эти суммы ощутимо уменьшаются. Вопрос напрямую связан с упоминавшейся ранее проблемой систематизации данных о памятниках.

Автору, однако, хотелось бы сосредоточиться на другом, а именно на процессах, имеющих целью создание технической документации и в первую очередь — ее графической составляющей.

Создание графической части эскизного проекта на стадии обмеров составляет с камеральными работами единый технологический процесс. Именно эти работы диктуют условия и создают самые жесткие ограничения в выборе технических, а главное — программных средств для автоматизации проектно-реставрационного процесса. Причем ограничения неизбежно сказываются и на выборе средств для более традиционного этапа проектирования приспособления, поскольку в качестве основы для проектирования инженерной начинки здания должна служить геометрия, созданная в результате обмеров и эскизного проектирования. Область поиска, таким образом, существенно сократилась.

Попробую сформулировать хотя бы в общих чертах, с чем имеет дело реставратор. Стены как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении обычно имеют отклонения по толщине, различную степень искривления, отклонения от вертикали. Перекрытия часто имеют уклон и неравномерны по толщине. Проемы в результате осадок могут иметь любые перекосы и нарушения симметрии. В пределах одного уровня возможно размещение проемов в свободном порядке или в несколько рядов. Поверхности стен часто имеют большое количество декоративных деталей, иногда с нерегулярной структурой, тянутые профили нередко помимо основной формы имеют мелкую порезку. Иногда приходится иметь дело с полуразрушенными памятниками, фрагменты которых утрачены, причем утраченные элементы могут иметь произвольную форму, например обрывы участков стен могут оказаться не вертикальными. При восстановлении различных участков стен одинаковой толщины в пределах даже одного помещения необходимо разное количество материалов и трудозатрат из-за различной степени сохранности, что должно быть отражено в сметной документации. Часть стен зданий сохраняется, поэтому в объем кладки включаются только новые ее участки. Крыши очень часто имеют сложную форму, много мелких фрагментов. Детали здания, как правило, уникальны и не могут в точности повторяться в других зданиях.

Рассмотрим теперь, что предлагают готовые проектные программы. Большинство специализированных программных средств для проектирования объектов строительства используют идеологию создания трехмерной модели. Как правило, она основана на следующих допущениях: стены на участках в пределах помещений имеют постоянную толщину как по длине, так и по высоте, участки стен помещений имеют постоянные высотные характеристики, соблюдается вертикальность стен, горизонтальность перекрытий, в пределах этажа может быть создан один ряд проемов, сами проемы имеют вертикальные боковые края, горизонтальную подоконную часть и ограниченный набор форм для перемычки. Некоторые программы допускают чуть больше отклонений, но ненамного.

Если перечисленные условия соблюдаются, программы проявляют себя наилучшим образом: обеспечивают возможность параметрического редактирования частей зданий, автоматически создают на основании трехмерной модели основные плоские виды и разрезы, специфицируют материалы, изделия и трудозатраты, в результате несложных манипуляций позволяют получить тонированные изображения приемлемого качества.

В тех случаях, когда стандартные условия не соблюдаются, с помощью некоторых дополнительных манипуляций возможно достижение не предусмотренного основной идеологией программы видимого результата, однако для преодоления этих сложностей в жертву приносится автоматизация. Сложные места, как правило, менее подвержены редактированию, с ними недостаточно четко работают функции создания отчетных форм, исправления в которые приходится вносить в ручном режиме. Те программы, которые позволяют обойти описанные ограничения с минимальными потерями, имеют множество других проблем. К примеру, в них ограничены возможности работы трехмерных программ с декором стен и других частей зданий: максимум, на что можно рассчитывать, это тянутые профили — карнизы, наличники и иные подобные формы.

Возможность создания стандартными средствами свободного декора или порезки тех же карнизов (рядов иоников, например) отсутствует во всех этих программах. Даже если бы подробности декора могли быть воссозданы идеально, это не спасло бы положения, поскольку объемное моделирование — чрезвычайно ресурсоемкий процесс. Насыщенные мелкими деталями модели было бы невозможно либо создавать, либо обрабатывать теми средствами, которые были упомянуты в качестве экономически обоснованной технической базы для подобных работ. Даже при условии создания таких моделей любые операции их просмотра или вывода на печать занимали бы многие часы и даже сутки. Возможно, использование более мощных компьютерных платформ, например старших моделей Silicon Graphics с соответствующим программным обеспечением, позволило бы обеспечить приемлемые скорости при их обработке, но по экономическим соображениям это неоправданно.

При разработке тонированных изображений можно воссоздавать на упрощенных формах сложный декор, формируя или имитируя объем с помощью визуальных и специальных свойств присваиваемых поверхностям модели материалов, основанных на применении растровых изображений, в том числе фотографий с натуры. Однако, во-первых, подготовка и подгонка текстур к большому числу сложных поверхностей — отнюдь не рядовая операция и требует от специалиста очень высокой квалификации и значительных трудозатрат, а во-вторых, при этом не решается основная проблема — получение достоверной чертежной документации, являющейся основой для проведения строительных реставрационных работ. Тем более что создание трехмерных фотореалистичных изображений необходимо далеко не для всех объектов. Таким образом, задача получения плоских реставрационных чертежей по трехмерной детальной модели на базе экономически оправданной платформы PC в общем случае в настоящее время нереализуема. Возможно, она будет решена на машинах с процессорами будущих поколений с применением принципиально иных программ.

Если развивать мысль далее, можно отметить, что традиционно работа программ для проектирования основана на формировании и последующем многократном использовании библиотек готовых объектов. Формирование таких библиотек требует больших или меньших целенаправленных усилий. Ранее уже было отмечено, что в большинстве случаев детали реставрируемого здания уникальны и не могут быть применены в других проектах, поэтому работа с библиотекой может стать неоправданной, но неизбежной тратой сил и времени. Другого же механизма для работы с модульными геометрическими образованиями эти программы, как правило, не имеют. Справедливости ради следует отметить, что библиотеки некоторых программ допускают создание параметрических библиотечных объектов, однако глубина такой параметризации недостаточна для создания действительно универсальной базы на все случаи жизни. Иначе говоря, то, что в другой ситуации благо, в случае с реставрационным проектированием приводит к возникновению дополнительных проблем.

Одно из основных достоинств специализированных программ, то, чем их разработчики особо гордятся, — автоматическое создание полных отчетов о расходах материалов и объемах строительных работ на основе созданной модели здания — тоже не может быть использовано как есть, поскольку, как уже упоминалось, в отчеты должно включаться фрагментарное восстановление конструкций, а различные участки стен одной толщины могут значительно различаться составом и объемом работ по их восстановлению. В стандартном случае все однотипные конструкции программы рассчитывают по единому алгоритму, что противоречит только что упомянутому требованию. Если же на стадии создания модели предусмотреть возможность использования участков стен с различным алгоритмом расчета данных, этот процесс становится неоправданно трудоемким. Кроме того, ни одна программа не справится с автоматическим учетом объема воссоздания декора, одной из самых дорогих и трудоемких операций. Приведенный выше случай со стенами — лишь пример, на самом деле подобная ситуация имеет место во всех позициях сметы, так что считать объемы и передавать их в сметную программу придется вручную. Поэтому и упомянутая ранее нерешенная проблема автоматического интерфейса между графическими и сметными программами является пока для проектной реставрации не самой острой.

Создание программы, учитывающей специфику реставрационных работ, вероятно, возможно, однако это проблема отдаленного будущего, поскольку из-за размытости границ локальных задач сложна сама постановка проблемы. Этим, насколько мне известно, еще никто не занимался. Одним из осложняющих обстоятельств является то, что такую программу придется создавать с нуля, а это чрезвычайно трудоемкий и долгий, а главное — дорогой процесс.

Относительная дешевизна коммерческих программ объясняется их большими тиражами, что предполагает универсальность, относительную пригодность для большинства потенциальных пользователей, а следовательно, уход от узкой специализации. Цены на коммерческие специализированные проектные программы находятся на уровне 5000 долл. (для приложений со встроенным графическим ядром несколько больше) или от 500 до 5000 долл. в случае приложений для универсальной графической среды, легальное приобретение которой обойдется приблизительно в 4000 долл. Их продажи исчисляются многими сотнями и даже тысячами копий.

Круг организаций, занимающихся реставрационным проектированием, невелик и не может обеспечить сопоставимого количества потенциальных потребителей. А потому в случае создания заказной программы каждое рабочее место будет стоить в двадцать, а то и в пятьдесят раз дороже. В условиях нынешней системы поступления средств в проектные организации вероятность реализовать такой заказ равна нулю. Следует искать другой, более реальный выход из ситуации.

Скорее всего, поиск следует начать среди универсальных графических продуктов для создания автоматизированных чертежных рабочих мест, обладающих пусть меньшей глубиной автоматизации рабочего процесса, однако не ограничивающих свободы проектировщиков в реализации любых возможных графических задач, и посмотреть, есть ли смысл применять их в таком уникальном процессе, как проектная реставрация.

Сначала следует вернуться к обсуждению предъявляемых к программному продукту требований. Поскольку насыщенность объектов реставрации деталями не позволяет создавать и обрабатывать их полные подробные объемные модели, которые бы обеспечивали получение всех необходимых плоских чертежей с требуемой глубиной детализации, ограничим задачу получением лишь тех документов, которые действительно нужны для передачи заказчику. Это плоские чертежи планов всех этажей и горизонтальных сечений на уровне дополнительных рядов проемов, все фасады, характерные разрезы и необходимые дополнительные фрагменты любых из перечисленных проекций с полной графической информацией об элементах декора. В некоторых случаях может потребоваться создание трехмерных моделей: обобщенной (без мелких деталей) всего здания или комплекса и детальных по отдельным наиболее важным помещениям. Как показывает практический опыт, плоское черчение лучше отвечает логике процесса обработки данных натурных обмеров, нежели непосредственное их использование при создании объемных моделей. Объемные модели предназначены для получения на их основе контурных либо фотореалистичных изображений с различных позиций наблюдения с визуальными свойствами реальных материалов и учетом близких к реальным условий освещения.

Опыт ознакомления с основными представленными на российском рынке программными продуктами для автоматизированного проектирования, а также опыт практического использования некоторых из них позволяет автору сделать вывод о том, что всем требованиям, предъявляемым при выполнении всех этапов графических работ, связанных с проектно-реставрационной деятельностью, полностью отвечает AutoCAD от компании Autodesk, история применения которого в России насчитывает около десятка лет. Вышедшая летом прошлого года его последняя версия — AutoCAD 2000 особенно привлекательна для использования в рассматриваемом контексте. Из сказанного не следует, что для решения подобных задач неприменимы другие программные средства. Однако, не пытаясь объять необъятное, автор в следующей публикации планирует поделиться с заинтересованными коллегами теми выводами, которые следуют из конкретного практического опыта, давшего положительные результаты.

По материалам конференции EVA’99 Москва

(Продолжение в следующем номере)

«САПР и графика» 5'2000