Некоторые проблемы автоматизации проектирования: от CADdy 16.0 — к CADdy++Архитектура
Сергей Кнышенко 
Автоматизация архитектурно-строительных разделов проекта
Автоматизация градостроительных разделов проекта
Первое знакомство с CADdy++Архитектура
Современные тенденции использования программных и аппаратных средств в области автоматизации архитектурно-строительного проектирования представляют значительный интерес, поскольку перестройка технологии проектных работ непосредственно приводит к изменению организации градостроительной деятельности. Не меньшее внимание вызывают возникающие при этом проблемы.
Статьи Сергея Кнышенко, посвященные опыту разработки программ автоматизации проектирования в среде интегрированной САПР CADdy, публикуются в журналах КомпьютерПресс и «САПР и графика» с 1996 года. Настоящий материал продолжает тему в связи с появлением на западном рынке САПР — одновременно с «классической» CADdy — новой, полностью объектно-ориентированной версии системы CADdy++.
Повышение эффективности архитектурного проектирования — один из решающих факторов в конкурентной борьбе проектных фирм, работающих в градостроительной отрасли. Однако сегодня отношение архитекторов-практиков к системам автоматизированного проектирования совсем иное, чем несколько лет назад.
Специалисты стали не только гораздо более экономными, но и осознали ряд обязательных требований к важнейшим характеристикам САПР — ее эффективности при выдаче заказчику всей необходимой документации, а также к возможности системы совершенствоваться, сокращая время на решение реальных проблем, возникающих при разработке конкретного проекта. «Широкие массы» проектировщиков осознали, что единственным объективным критерием для сравнения различных САПР между собой является время, затрачиваемое на получение необходимого комплекта проектно-сметной документации.
Из нашей многолетней практики можно сделать вывод, что ставка на гибкость и наращиваемость системы CADdy с точки зрения повышения производительности и адаптации к новым экономическим условиям полностью оправдывает себя, но требует весьма значительных усилий. Например, существующее «Положение о едином порядке предпроектной и проектной подготовки строительства в г.Москве» подробно регламентирует состав документации на каждый проект. В частности, там прямо указано, в каком масштабе различные чертежи должны входить в комплект выходной документации (например, секционный план в масштабе 1:2000, генеральный план в масштабе 1:500, план организации рельефа в масштабе 1:500 и т.д.).
Прежде чем построить некоторое здание, необходимо выдать набор документов (связанных с существующей инфраструктурой, инженерными коммуникациями и пр.), относящихся к району, в котором это здание планируется разместить. Если же в Москве планируется застройка целого микрорайона, для этого также требуется определенный перечень документов, которые мы создаем с помощью системы CADdy. Набор средств, имеющийся в CADdy, позволяет выполнить эти виды работ быстро и эффективно, учитывая очередность строительства и другие требования. Например, если работы по размещению дома производятся в CADdy, то маневры «посадки», поворотов и «сдвижки» здания, рассмотрение различных вариантов, а также расчеты осуществляются при компьютерном проектировании на порядок быстрее. Соответственно обеспечивается высокое качество.
В наших предыдущих публикациях («САПР и графика» № 1’97, 2’99 и 9’99) уже рассматривались некоторые усовершенствования прикладных модулей «классической» системы CADdy, позволяющие резко увеличить скорость разработки проекта. Технология создания удобных и экономичных пользовательских программ на основе имеющихся стандартных функций системы CADdy с помощью модуля CADdy PLUS, включающего компилятор и библиотеки функций языка Си, предусмотрена разработчиками системы — программистами ZIEGLER-Informatics GmbH.
Поэтому, как только некоторая операция или последовательность операций, реализующих конкретный этап проектирования реального объекта, становится «узким местом» (по трудоемкости или временным затратам), мы разрабатываем новую функцию системы CADdy, автоматизирующую этот процесс.
Автоматизация архитектурно-строительных разделов проекта
Например, раньше проектирование многоэтажных жилых домов ограничивалось проектированием типового этажа. Теперь, с увеличением популярности террасных жилых домов, необходимо работать одновременно с десятками планов этажей, увязывая вертикальные коммуникации. Пришлось изобрести эффективные механизмы для создания проекта здания такого типа в «классической» подсистеме CADdy—Архитектура, где нами реализован режим многооконной работы (рис. 1) с выводом последовательности окон на печать и другими усовершенствованиями процесса проектирования и выдачи документации (рис. 2).
Запланировано решение еще одной нетривиальной задачи, требующей работы с CADdy-объектами, — построение разверток. Достаточно будет «захватить» на чертеже ось, на которой стоит стена (или несколько стен, колонн и т.д.), чтобы нужные развертки для боковых видов были получены динамически. Кроме того, мы создали набор функций для быстрого рисования такой группы чертежей, как «Узлы», представляющей соединения строительных элементов. Аналогично мы посчитали целесообразным «обучить» программу самостоятельно распознавать, в каком масштабе создаваемый чертеж будет выведен на плоттер, подбирая необходимый шаг штриховки или тип символа для закраски. Усовершенствована работа с форматками с помощью механизма хранения данных для заполнения штампов чертежей в файлах Hash-списков. База данных, создаваемая с помощью имеющихся в CADdy специальных функций, позволяет создавать форматки с уже полностью заполненными штампами.
Задача автоматизации процесса создания спецификаций является, несомненно, более объемной, чем создание функций, ускоряющих процесс черчения, но принципы ее решения — те же. Проектно-сметная документация обычно включает некоторые официально утвержденные показатели, относящиеся, например, к общей и жилой площади помещений. Значения показателей (площадей, объемов и т.д.) необходимо рассчитать по достаточно сложным алгоритмам. Написанная нами программа поддерживает работу с этажами и выполняет расчет всех необходимых показателей по зданию в соответствии со СНиП и МГСН: строительный объем, общая и полезную площадь, подсчет количества и показателей квартир. Выдачи спецификаций касается и ряд новых разработок, которые мы планируем выполнить для MS Office 2000 (в частности, для Excel и Access).
Таким образом, если в области автоматизации чисто чертежных задач во всех САПР, по нашему мнению, практически достигнут естественный предел, то автоматизация процесса проектирования все еще является актуальной задачей.
Очевидное преимущество компьютерного проектирования — возможность вывести чертеж в любом масштабе, что ускоряет нужные решения и согласования (тогда как чертеж на бумаге в масштабе 1:500 не позволяет разобрать в деталях «затесненные» места инженерных коммуникаций). И наконец, решена практическая проблема точности чертежей. Напомним, что в «пятисотом» масштабе расстояние между инженерными коммуникациями в один метр представляется половиной миллиметра, что сравнимо с толщиной линий. Сдвигая или поворачивая здание на электронном чертеже, чтобы найти его оптимальное положение относительно других зданий и коммуникаций, мы не допустим никаких ошибок или потерь времени, характерных для перечерчивания на бумаге (рис. 3).
 |
|
Автоматизация градостроительных разделов проекта
Автоматизация выпуска градостроительной проектной документации довольно определенно делится на два этапа: до начала промышленного использования электронных топографических планов и после этого. Мосгоргеотрест в настоящее время гарантированно обеспечивает проектировщиков вполне качественной электронной геоподосновой, на базе работы с которой можно создавать технологии разработки проектной документации (рис. 4). Важно, что формат файлов геоподосновы в Мосгоргеотресте стандартизирован (отметки каждого вида лежат в определенных слоях, символы имеют определенные имена и др.). Напомним, что Мосгоргеотрест полностью и независимо выполняет весь комплекс задач инженерной геодезии (съемку топографических планов и т.п.), а Моспроект — тоже независимо — всю проектную часть архитектурно-строительных работ.
Например, в нашей мастерской «Моспроекта» автоматизированы некоторые трудоемкие задачи, связанные с использованием в CADdy электронной геоподосновы для создания и последующего применения в проекте цифровой модели рельефа, включая трехмерные представления, всевозможные сечения и расчеты.
Геоподоснова может содержать более сотни слоев (для каждого вида инженерных коммуникаций и пр.). Это требует от программы набора необходимых инструментов для работы со слоями. В системе CADdy эта часть программы развита весьма хорошо, однако мне с помощью нескольких небольших программ на CADdy PLUS удалось сделать работу со слоями максимально удобной и оперативной (рис. 5-6). В частности, одна из написанных нами функций позволяет простым «захватом» линии выводить на экран контекстную экранную маску и мгновенно изменять нужные параметры, а другая обеспечивает быструю настройку сразу нескольких слоев чертежа при их одновременном просмотре.
Манипулируя слоями электронного чертежа CADdy, содержащего в одном файле для удобства архитектора и генплан строящегося здания, и чертеж городского квартала, можно быстро получать тот конкретный тип выходного документа, который в данный момент необходим. Аналогично, имея в одном CADdy-чертеже наборы слоев, соответствующих очередности строительства, можно «одним нажатием клавиши» поочередно активизировать сооружения первой, второй или третьей очереди.
Для корректного импорта в CADdy геоподосновы (на которой впоследствии отображаются данные генплана) оказалось целесообразным переложить основную работу по созданию и редактированию высотных отметок на архитектурный модуль CADdy А1—Двухмерное/трехмерное проектирование, а геодезические модули CADdy V2—Цифровые карты и CADdy V3—Цифровая модель рельефа использовать лишь для расчета и создания объемной модели рельефа. Для этого нами разработаны функции проверки и преобразования считываемой информации при «перекачке» файлов геоподосновы под контролем проектировщика.
Файлы, получаемые из Мосгоргеотреста, содержат символы с именем пикета, рядом с которыми находятся надписи. Написанная нами программа преобразования геоподосновы обеспечивает автоматический «обход» всех символов с размещением копии символа и надписей в новом, специально выделенном для этого слое чертежа CADdy, где они автоматически объединяются в связки. Например, если символ пикета характеризуется двумя высотными отметками (как в случае перепада высот у бортового камня), то создается связка из трех элементов: символ — первая отметка — вторая отметка. Затем программа обходит все имеющиеся на чертеже связки, созданные для каждого пикета, и переносит полученные и откорректированные данные из архитектурного модуля CADdy A1 в геодезический модуль CADdy—Цифровая модель рельефа.
Следующая часть работ — это создание чертежей раздела «Организация рельефа», включая картограммы земляных работ, чертежи и расчеты создаваемых котлованов как по отдельным объектам, так и по застройкам микрорайонов. В этой части проекта тоже используются результаты топографо-геодезических съемок, и было бы крайне неразумно, имея электронную геоподоснову, не использовать возможности системы CADdy. Поэтому мы создали набор функций, позволяющий в реальном времени увязывать и использовать такую информацию при получении соответствующих чертежей и расчетов.
Например, программа размещает новые отметки, также создавая группы элементов, динамически генерируя и размещая надписи. Другие функции обеспечивают создание горизонталей и иных необходимых точек на чертежах организации рельефа. По аналогичному принципу создаются «красные отметки» для точек вновь организованного проекта рельефа. Созданы функции, рисующие горизонтали, а также рассчитывающие величину уклона между двумя точками, выбираемыми на чертеже. Все это позволяет быстро осуществить создание корректной цифровой модели, а также получать горизонтали существующего рельефа, которые отсутствуют в исходной геоподоснове. Затем происходит автоматическое построение чертежа котлована с откосами при сопряжении с существующим рельефом, а также расчет объемов всех земляных работ. Создается чертеж организации рельефа с горизонталями или просто высотными отметками, цифровая модель и картограмма земляных работ. Что касается работы с разделами «Благоустройство» и «Озеленение», то она хорошо поддается автоматизации в любой системе САПР, в том числе и в CADdy.
Таким образом, технология «многослойного» хранения информации дает возможность получать из одного файла весь комплект проектной документации (Ситуационный план, Эскизы №1 и №2, Генплан, Организация рельефа, Поэтапные планы застройки территорий и т.д.). Кроме того, цифровая модель рельефа может быть обработана в модулях CADdy 3DF/3DR для создания трехмерных моделей и рендеринга.
Наряду с изобразительной частью проектирования большое значение имеют расчетные работы (вычисление различных плотностей застройки, обеспеченности инфраструктурой и т.д.). В этих случаях используются программы типа MS Excel, но при создании фундаментальных градостроительных разработок (подобных плану городского района) начинают играть большую роль ГИС-возможности системы CADdy. Очень вероятно, что в ближайшее время резко возрастет актуальность интегрированных программных продуктов, реализующих развитые возможности САПР и ГИС (например, прикладные модули CADdy—Архитектура/Строительство/Оборудование зданий и CADdy—Графические информационные системы).
Строго говоря, система, реализующая компьютерную модель города, должна была бы существовать у архитектора-проектировщика на постоянной основе. Она использовалась бы одновременно для эксплуатации существующих зданий и сооружений (включая все водопроводные, канализационные, газовые и другие сети), а также для «посадки» новых зданий на цифровую модель рельефа (учитывая всю геоподоснову, инженерные коммуникации, дороги и пр.).
В случае когда новое здание вносится в уже существующую модель, одновременно и параллельно осуществляется процесс всех соответствующих согласований (одновременно с визуальным контролем идет проверка на соответствие расчетным нормам).
Сегодня типичная длительность такого процесса согласования по опыту нашей мастерской Моспроекта в несколько раз превышает продолжительность проектирования здания. Когда указанный нами системный подход к проектированию и эксплуатации городской застройки будет реализован, согласования будут выполняться автоматически. Пока процесс накопления информации для подобной модели идет одновременно с развитием компьютерной техники, возможности которой должны существенно вырасти, чтобы поддерживать достаточно объемную модель.
В набор документов на архитектурный проект входят также чертежи вертикальной планировки. Здесь мы решили проблему быстрого обсчета данных Мосгеотреста и создания на их основе дополнительных данных, с которыми непосредственно работают модули вертикальной планировки системы CADdy. Все необходимые расчеты для котлованов, вычисление объемов земляных работ, а также построение горизонталей осуществляется автоматически. Благоустройство территории — это также раздел, очень хорошо поддающийся компьютеризации. При этом аппарат расчета размеров (дорожек, площадок и пр.) в CADdy доведен до совершенства.
Кроме того, размещение зданий на генплане естественным образом приводит к нанесению габаритов фундаментов или скважин (соответственно можно точно сделать все необходимые профили и т.п.). Модули проектирования столбчатых и ленточных фундаментов системы CADdy являются естественным инструментом, продолжающим технологический цикл архитектурного проектирования с учетом геоподосновы и построенной в CADdy цифровой модели рельефа.
Таким образом, если геоподоснова поставляется в электронном виде в соответствии с принятыми стандартами, то в сжатые сроки могут обрабатываться архитектурные проекты для целых микрорайонов Москвы. При этом нам представляется, что в Москве, где ситуация с подземными коммуникациями является очень серьезной, дело постепенно идет к отмене «ручного» проектирования всей градостроительной части. Сейчас производительность работ самого Мосгеотреста постоянно повышается, и цена обычной и электронной геоподосновы различается всего в полтора раза. В настоящее время Мосгеотрест постепенно расширяет границы имеющейся геоподосновы, делая применение САПР- и ГИС-приложений CADdy все более эффективным, а саму систему — все более заманчивым выбором для архитекторов, проектирующих не на дорогих рабочих станциях, а на персональных компьютерах.
Раньше работа с бумажными чертежами приводила не только к задержке согласований, но и к многочисленным передвижкам зданий в проекте, а в некоторых случаях — к серьезным проблемам при переносе на натуру. В настоящее время процесс проектирования в CADdy приблизился к идеальной ситуации, когда «мозги думают, а компьютер делает все остальное». Одновременно растут скорость разработки проекта и качество выполнения чертежей. Без сомнения, это магистральный путь комплексного развития САПР/ГИС.
В градостроительстве это проявляется наиболее наглядно и очевидно для всех специалистов. Еще некоторое время назад план в масштабе 1:100 довольно быстро вычерчивался на компьютере, затем выводился на плоттер и выглядел достаточно аккуратно. Однако если в нем была пропущена колонна или одна коммуникация «наезжала» на другую, то сразу возникали проблемы, которые сегодня, при ужесточающемся градостроительном законодательстве и перспективе больших финансовых потерь (например, в случае признания в судебном порядке ущерба в особо крупных размерах вследствие ошибок проектирования) могут привести к печальным для проектировщика последствиям.
Аналогичные соображения касаются и собственно строительства. Все расчеты при развитии градостроительной базы можно будет сделать более точными и оперативными. То, что сейчас называется градостроительным регулированием в соответствии с перечнем применяемых норм, будет способствовать снижению затрат и улучшению качества жизни населения. И хотя такая стадия развития градостроения еще не наступила, тенденция к этому явно просматривается. Нам представляется, что усилия московского правительства в решении таких проблем должны быть увеличены по крайней мере на порядок. В городе таких масштабов, как Москва, это абсолютно необходимо.
Что касается дальнейшего развития автоматизации разработки градостроительной документации, то, вероятно, оно будет все теснее связано с геоинформационными системами. При этом по истечении некоторого времени должны появиться документы, регламентирующие жесткие нормы и правила проектирования, которые прямо потребуют использования САПР и ГИС-технологий. В Москве и других мегаполисах это должно окупаться в смысле возврата затраченных средств на подобную технологическую и методическую перестройку.
В рамках системы CADdy подобное развитие автоматизации проектирования можно обеспечить хоть сегодня. Комплексное хранение всей информации о городе в единой системе даст богатейшие возможности по улучшению эксплуатации существующих инфраструктур и проектированию новых. Процесс согласования проектно-сметной документации будет проходить по Интернету и занимать несколько минут вместо нескольких месяцев. Однако для реализации подобных технологий необходимы значительные капиталовложения, а выделят ли их когда-нибудь московские власти, неизвестно.
|
|
Первое знакомство с CADdy++Архитектура
Сегодня, когда развитие типично «чертежных» САПР уже не соответствует ни потребностям градостроительства, ни выросшим возможностям персональных компьютеров, актуальным для фирм-разработчиков является выпуск программ САПР принципиально иного уровня, оперирующих командами типа «нарисуй балку», а не «измени отрезок». В этом случае проектировщику просто не нужно будет знать, что такое отрезок, линия или слой чертежа, так как модель здания будет состоять из объектов типа «шуруп», «дверная петля», «дверь» и т.д. В CADdy++Архитектура возможности объектной модели уже приближаются к такому уровню. Например, создавая окно, не приходится рисовать отдельные узлы, так как в атрибуты окна просто закладываются объекты «прокладка», «пена» и т.п. Нужные объекты уже содержатся в этом окне. Так же автоматически решаются вопросы штриховок и заливок при выдаче разных масштабов чертежей и др.
Перед нами возникает естественный вопрос о практическом переходе на полностью объектно-ориентированные программы линии «плюс-плюс». Хотя работа с объектами в CADdy уже подготовила к этому архитектора-проектировщика, такой переход может потребовать значительных усилий ввиду принципиальной разницы в подходах и технике проектирования по сравнению с «классической» системой CADdy. На осмысление новых возможностей и их использование для автоматизации архитектурного проектирования требуется время.
Подробное рассмотрение возможностей CADdy++Архитектура заслуживает отдельной публикации. Здесь мы лишь проиллюстрируем некоторые из функций 2D/3D-проектирования с использованием полностью объектно-ориентированного подхода на примерах работы со стенами коттеджа, проемами и выбором ориентации здания с учетом естественного освещения (рис. 7, 8, 9).
Нужно подчеркнуть, что уровень владения компьютером у проектировщиков в области архитектуры и строительства еще весьма низок. Зачастую для автоматизации проектирования на основе мощной интегрированной САПР нет достаточных стимулов. Разумеется, мы говорим о полноценном освоении системы, а не о получении первоначальных навыков. Кроме того, руководители мастерских также не заинтересованы в покупке принципиально новых версий САПР, если чертежи получаются достаточно хорошими и при использовании предыдущей версии программного продукта.
Разумеется, фирмы, обладающие достаточными возможностями, чтобы находиться на переднем крае технологического развития, с радостью воспримут появление более мощных интегрированных САПР. В частности, разработка расчетных модулей для анализа нагрузок в зданиях была бы весьма актуальна. И если не для России в целом, то для таких передовых — в технологическом отношении — регионов, как Москва, одной из важнейших задач развития градостроительства является подготовка архитекторов-проектировщиков к ожидаемому выходу новых версий САПР «из лабораторных условий» на отечественный рынок.
«САПР и графика» 8'2000
