АВТОРЫ:
Е.С. Соонвальд1, А.Е. Войнаровский1,2, С.В. Тюрин2, С.Г. Тихонов1, О.В. Артемьева2
1 ООО «Научно-производственное предприятие «Фотограмметрия», Санкт-Петербург - info@photogrammetria.ru
2 Санкт-Петербургский государственный университет, кафедра картографии и геоинформатики.
АННОТАЦИЯ
Создание информационных моделей пространственных объектов в настоящее время затрагивает самые широкие области практического использования. В основе лежит информационная структура, опирающаяся на точки, линии и полигоны (ГИС) или параметрически заданные объекты (BIM), к которым привязаны свойства (атрибуты) объектов. Информационные модели зданий и сооружений (BIM) сейчас становятся чрезвычайно популярны. Они охватывают множество факторов, включая физические и функциональные свойства объектов, экономические аспекты, визуальные параметры.
Использование BIM-моделей в настоящее время вводится в обязательную документацию сопровождения зданий от проектирования и строительства до сноса. В данной связи наименее разработанными являются аспекты использования концепции BIM при реконструкции, реставрации и консервации зданий, являющихся объектами исторического и культурного наследия. Поэтому исследования и разработки по направлению HBIM (Historic building information modelling) являются особенно актуальными.
В Санкт-Петербурге находится огромное количество памятников архитектуры. Среди них особый класс представляют памятники промышленной архитектуры. По технологии информационного моделирования нами было выполнено создание 3D-моделей нескольких зданий-памятников промышленной архитектуры Санкт-Петербурга для задач проектирования их реконструкции и приспособления под современные нужды. В качестве исходных данных использовались результаты лазерного сканирования и фотограмметрической съемки. В статье рассмотрены основные подходы, которые были использованы в процессе создания BIM-моделей и особенности моделирования зданий-памятников промышленной архитектуры.
1. ВВЕДЕНИЕ
Современные подходы к вопросам управления территориально распространенными объектами предполагают создание и использование их информационных моделей. Модель государства, региона, города, отдельного здания: все они базируются на современных компьютерных технологиях. К заложенным в модель объектам (предметам или явлениям) через базы данных привязаны определенные свойства (атрибуты). Именно через соединение баз данных с координатами объектов и их свойствами специалисты имеют возможность оценивать состояние объектов и принимать эффективные решения по управлению ими.
Сегодня данные подходы активно внедряются и в строительной отрасли. Информационная модель здания (BIM) – это помощник с точки зрения управления жизненным циклом объекта: от момента начала проектирования и строительства до времени его сноса. Цифровое здание, заложенное в информационную модель, существует как единое целое: изменение одного параметра его части влечет за собой изменение всей конструкции. Такая связь возможна именно через параметрические взаимоотношения частей объекта и свойств этих объектов, зафиксированных в базах данных. Это позволяет проектировать, строить и отслеживать жизнь здания в информационно-цифровом режиме с качеством анализа на много порядков выше, чем без использования BIM.
BIM как идея информационной модели зданий существует с 70-х гг. XX века (Eastman et al., 1974), (Ruffle, 1986). А в современном смысле термин был описан в середине 80-х гг. (Nederveen et al., 1992). Во многих странах использование концепции BIM стало обычным явлением при проектировании, строительстве и поддержании эксплуатации здания в течение всей жизни. В Российской Федерации с 2016 г. разработаны мероприятия по внедрению технологий информационного моделирования в сфере строительства. (The list of instructions following a meeting of the State Council May 17, 2016)
Основные базисные принципы создания BIM:
1. Использование 3D-измерения пространства и конструирование 3D-моделей.
2. Хранение всей атрибутивной и проектной документации в базе данных, соединенной с отдельными элементами зданий.
3. Взаимосвязь всех параметров объекта (интеллектуальная параметризация).
4. Автоматизация на максимальном уровне (генерация всех схем и чертежей по запросу пользователя с учетом существующих параметров модели).
5. Интеллектуально-финансовые расчеты строительства и сопровождения объекта (сокращение затрат).
Из характерных особенностей BIM как параметрической модели также можно отметить следующие:
1. Он-лайн режим изменения показателей: при изменении одного параметра, изменения затронут всю модель.
2. Возможность получения информации из любой части проекта, включая геометрию, размеры, технические характеристики и прочие сведения.
3. Масштабирование в процессе работы: можно вносить изменения в отдельные элементы. После возвращения деталей на место, внесенные изменения автоматически затронут и смежные области.
4. Информационная модель позволяет детально рассмотреть все части объекта: можно извлечь чертеж оконного проёма, балки перекрытия, водосточной трубы и т.п. Они могут быть выполнены как в 3D, так и 2D-формате. (BIM. 2019)
Благодаря данным принципам, заложенным в концепцию BIM и соответствующему программному обеспечению, реализующему данную концепцию, информационное моделирование сегодня находит широкое применение при проектировании и строительстве новых зданий. Применение информационных технологий дает серьезный технологический и экономический эффект на каждом этапе работ. А само создание и развитие BIM-модели становится важной частью процесса и не требует каких-то серьезных дополнительных затрат. Действительно, ведь новое здание возводится с нуля, и то что закладывается в его проект (геометрические размеры, материалы, функциональные особенности и т.д.) сразу же становится элементом и его информационной модели как части этого проекта, и затем может уточняться на этапе строительства.
Существенные отличия имеет весь комплекс задач по созданию и использованию информационных моделей применительно к историческим зданиям и памятникам архитектуры. Эти отличия настолько существенны, что в литературе для обозначения информационных моделей данного типа объектов стал применяться отдельный термин – HBIM (Historic Building Information Models). Перечислим важнейшие отличия:
1. Информационная модель создается не на строящееся с нуля, а на существующее здание.
2. Для обеспечения точных геометрических характеристик будущей модели необходимо выполнить подробную 3D-съемку здания. Как правило, сегодня для данных задач используют методы трехмерного лазерного сканирования и фотограмметрии.
3. Необходимо собрать и проанализировать всю имеющуюся историческую литературу на данное здание, архитектурную и строительную документацию, которую удастся найти.
4. Необходимо провести натурные архитектурно-археологические, химические, инженерные и другие виды исследований для уточнения сведений, которые удалось получить из литературы, и для получения недостающей информации о здании.
5. При создании информационной модели исторического здания часто приходится решать ряд дополнительных технических и организационных вопросов, связанных с «нестандартностью» объекта (кривые стены, сложные формы, наличие архитектурных деталей, нестандартные материалы и др.).
Также существенное значение имеет тот факт, что теория и методология создания и использования BIM-моделей исторических зданий имеет существенно более молодую историю по сравнению с применением информационных технологий для нового строительства. Первым работам, где подняты проблемы HBIM, всего около десяти лет: Murphy et al. (2009, 2012), Fai et al., (2011); Saygi et al. (2013), Brumana et al. (2013); Logothetis et al. (2015), Oreni et al. (2014) etc. И сегодня концепция HBIM в отличие от уже почти классической BIM находится на стадии развития. Применение информационного моделирования на этапе проектирования реставрации памятников архитектуры или реконструкции и приспособления старых зданий для нового использования способно поднять данные работы на новый более современный уровень и дать не только технический и экономический эффект, но и внести существенный вклад в общую задачу сохранения культурного наследия.
Действительно, ведь первые четыре из пяти перечисленных выше пунктов, характеризующих особенности создания HBIM, определяются самой спецификой работ по реставрации старых зданий и выполняются в любом случае вне зависимости от того, какая технология проектных работ применяется: на основе информационных моделей или классическая. Так что применение BIM-технологий для задач реставрации старых зданий по сути является новым способом организации данных работ, не изменяя их смысла. Безусловно, для эффективного применения систем информационного моделирования в реставрационной отрасли требуется их серьезная адаптация, учитывающая как особенности геометрии и конструкции старых исторических зданий, так и особенности процессов по организации реставрационных работ.
Нашей группой были проведены работы по созданию информационных моделей нескольких памятников архитектуры города Санкт-Петербурга (Российская федерация).