Отрасль архитектуры и строительства всегда была чем-то большим, чем бригады гостей из бывших союзных республик, укладывающие новые ступеньки лестницы на крыльце вашего офиса. Как и в других отраслях, работа высококлассных специалистов — архитекторов и инженеров-проектировщиков, разрабатывающих новые планы — редко видна публике. Но это не значит, что в ней не происходит ничего нового. Особенно это касается инструментария.

Методы разработки проектов различного рода — фундаментальный аспект. И появление новых инструментов разработки и проектирования всегда влияет на скорость и качество бизнес-процессов. 

В этой статье рассказываем об информационном моделировании (или BIM), достаточно недавно появившемся инструменте в арсенале проектирования.

От чертежей к САПР

До возникновения первых компьютерных систем проектируемые объекты передавались через чертежи на бумаге, то есть с помощью плоских проекций. Также использовались макеты различного масштаба и различной степени детализированности, построение объемных изображений на плоскости.

Эскиз центральной церкви работы Леонардо да Винчи, XV век. Источник: wikimedia.org

Так продолжалось не одну сотню лет (что довольно долго), но вот пришло время компьютеров, и системы автоматизации проектирования (CAПP) или проектирования с помощью компьютера (Computer Aided Design, сокр. CAD) постепенно заменили собой кульман и другие инструменты черчения того времени. Почему? Именно потому, что комплект инженерных инструментов и решений для проектирования в компьютерах концептуально мог более эффективно обработать архитектурные задачи и налагал меньше ограничений на творческую мысль человека.

До появления САПР кульманы не имели альтернативы. На фото: проектировщики за работой. Источник: Пикабу

Совершенствование методов проектирования делает возможной разработку бoлee сложных зданий и сооружений, при этом уменьшая сроки и количество задействованного в работе персонала. Внедрение CAПP, прежде всего, позволило быстро вносить изменения в графическую часть и автоматически производить вычисления в расчетной части. Более того, компьютер способен обработать без ошибок гораздо больше информации по сравнению с человеком. Сложные проекты, подразумевавшие тысячи бумажных чертежей, из-за своего огромного объема уже не могли управляться одним архитектором и требовали разбивки по частям, что увеличивало риск ошибок и затягивало сроки реализации.

От САПР к BIM

С течением времени системы автоматизированного проектирования получали всё более широкое распространение. Отправной точкой, спровоцировавшей взрывной рост популярности таких программ, стало появление персональных компьютеров и выпуск компанией Autodesk в 1982 году системы AutoCAD. Помимо упрощения создания чертежей и процесса управления ими, AutoCAD предложил пользователям возможность трехмерного моделирования. Архитектурные модели в 3D дали возможность получить перспективный вид с любой точки и в любом ракурсе. Прежде всего, это означало новый подход к задачам демонстрации и презентации, которые решались раньше с помощью перспективных рисунков. 

AutoCAD первых выпусков. Источник: scan2cad.com

Также с течением времени САD-программы начали предлагать дополнительные библиотеки и приложения для работы специалистов, смежных с архитекторами. Теперь в CAПP стало возможным проектировать электрические сети, вентиляцию, каркасы зданий и интерьеры. Таким образом, проектирование вышло на принципиально новый этап; реализация проектов вышла на такой уровень эффективности, который не мог быть достигнут в прошлом — один компьютер с CAПP мог заменить десятки рабочих мест с кульманами.

Вместе с этим дальнейший прогресс компьютерных систем сделал возможным реализацию концепции, давно зревшую в умах архитекторов, но в силу неразвитых технологий не реализованную ранее. Идея заключалась в том, что для проектирования недостаточно одной лишь геометрии объекта. Необходимо, чтобы в модели также содержалась и в нужный момент легко извлекалась информация о его свойствах. Другими словами, нужен не двухмерный чертеж и даже не ЗD-модель, не макет, а полноценная цифровая копия, содержащая данные обо всех материалах, оборудовании и взаимосвязях между ними. Это и есть принцип технологии BIM.

Впервые термин «информационная модель здания» в том смысле, в котором он понимается сегодня, появился в 1992 году в статье ван Недервина и Толмана, а первый официальный документ в отрасли был опубликован компанией Autodesk в 2002 году. С 2002 года понятие «Building Information Model» начало входить в терминологию компаний-разработчиков. С этого момента, вместе с выпуском в 2000 году программы для BIM-проектирования Revit от всё той же Autodesk, началось постепенное распространение информационного моделирования по рынку. 

Подробнее о концепции

Аббревиатура BIM означает Building Information Model — информационная модель здания. В ней данные об объекте строительства представляют собой не бесконечные таблицы и перечни, а структурированную виртуальную модель с параметрами, скоординированными между собой и имеющими конкретную геометрическую привязку.  

Виртуальная модель делового центра. Источник: cadmaster.ru

В такую модель легко вносить изменения и обновления и быстро извлекать из нее требуемую информацию об объекте. Таким образом, если спроектированная в CAПP конструкция будет иметь только визуальную составляющую, то программа BIM-проектирования может предоставить ЗD-модель, но, в отличие от 3D-модели из AutoCAD, насыщенную информацией о материалах изготовления, их физических свойствах и т. д.

Применение информационного моделирования зданий не только облегчает и ускоряет процесс проектирования. Цифровая модель может использоваться для управления на протяжении всего жизненного цикла здания, в том числе для:

- создания архитектурной идеи и первичной визуализации проекта для показа заказчику;

- проведения анализа и расчетов, принятия на их основании проектных решений;

- создания проектной документации и автоматического составления смет;

- заказа строительных материалов;

- управления возведением здания, его реконструкцией и ремонтом;

- управления эксплуатацией здания;

- управления сносом и утилизацией.

Такие широкие возможности делают информационное моделирование принципиально новым инструментом, который полезен и архитекторам с проектировщиками и строителями, но также и собственникам зданий, управляющим компаниям, сервисным службам.

Например, при возникновении проблем в системе отопления (допустим, утечка на каком-то участке трубы) управляющая компания может вместо проведения традиционной инспекции здания предварительно обратиться к цифровой модели и составить список «узких мест», подлежащих проверке в первую очередь. 

Еще одно применение информационных моделей – проведение виртуальных исследований и экспериментов, таких как моделирование поведения конструкций при различных ЧС (например, урагане). Как пример, вот здесь можно ознакомиться с интересной статьей об использовании информационной модели главного вокзала Тайбэя для обеспечения безопасности в случае стихийных бедствий. 

Районы вокзала Тайбэя, иллюстрация из статьи по ссылке выше

Autodesk Revit — программа для BIM №1

Существует ряд программ для информационного моделирования, но специалисты-проектировщики, которых я знаю лично (в том числе тот, кто проверяет эту статью – привет, Саня!) используют исключительно Autodesk Revit. Revit считается наиболее популярным решением для создания BIM в мире, хотя, конечно, возникают вопросы о его замене на отечественные аналоги в период санкций. Autodesk, как и многие другие компании, ушла с рынка, вопрос о его замене стоит достаточно остро (в этой связи в интернете часто пишут о Model Studio CS от Сисофт Девелопмент, но реальных отзывов на нее пока мало).

Как пример – немного картинок проекта офисного здания в Revit с сайта Autodesk:

3D-вид здания по умолчанию 

Чуть ближе

Несущая колонна офисного здания

Характеристики несущей колонны

Посмотрим на характеристики несущей колонны. Она выполнена из бетона, имеет толщину 300 мм. Во вкладке «Изменить тип» можно задавать и изменять еще более широкий набор детальных характеристик. 

Свойства модели колонны

Перемещая модель, можно рассмотреть требуемый участок с удобной стороны. 

Просмотр информации об участке остекления на 3D виде здания

Это наглядно демонстрирует отличие BIM от трехмерного проектирования в САПР, упомянутое выше:  элементы модели –  это не геометрические абстракции объектов, а виртуальная копия, наполненная информацией о будущем реальном исполнении.

На скриншоте выше в режиме мозаичного расположения видов была выделена лестница между этажами (левое верхнее окно, подсвечивается синим цветом). Как видно, выделение тут же отобразилось на других видах – на плане этажа и в разрезе здания (также синим цветом).

Информационная модель связывает все планы, разрезы, виды и сметы проекта. 

Взаимосвязь всех элементов избавляет пользователя от того, чтобы вносить изменения во все документы вручную. Проектировщику достаточно изменить один элемент на удобном для него виде, и это изменение автоматически вносится в весь проект.  

Параллельно с работой над проектом происходит автоматическое формирование смет: 

Формирование сметы в программе

С любого ракурса через инструмент визуализации возможно получить красивый рендер для презентации заказчику:

Модель здания в режиме 3D-просмотра

То же самое, прогнанное через визуализацию в Revit. Более-менее фотореалистично, да? 

Сегодня BIM как концепция применима не только к строительству сооружений. Создание насыщенных информацией моделей используется, например, в авиастроении, и уже есть первые результаты «в металле». Например, компания Boeing уже поднимает в воздух свой новый учебно-тренировочный самолет T-7 Red Hawk, в разработке которого широко использовалось моделирование и проведение виртуальных испытаний. От начала разработки до первого полета прототипа прошло всего 36 месяцев – это очень быстро. Надо полагать, что «Красный Ястреб» будет первым из многих авиационных систем, построенных по этому принципу, потому что Boeing уже начал рекламировать его не как отдельный продукт, а как дебютный проект в рамках так называемой программы “Boeing eSeries”.

Трудности внедрения BIM

Внедрение концепции BIM-проектирования – это стратегический вопрос для строительства (и не только, как мы уже выяснили). Технология информационного моделирования помогает сделать работу более быстрой и удобной, существенно повысить производительность труда. 

Да, нельзя сказать, что BIM-программы являются универсальным решением «под ключ» – некоторые инженерные задачи специального характера выполняются на прикладных программах, так, расчет конструкций здания выполняется не в Revit, а в SCAD или ПК “Лира”. Но так было и у AutoCAD, и у других программ проектирования – просто это не их целевая функция. Но трудности внедрения технологии связаны не с этим. 

Первая трудность связана с тем, что BIM позволяет наглядно продемонстрировать информацию о строительстве заказчику или аудиторам, в том числе сметы и экономические показатели. Как способ сделать процесс строительства более прозрачным, информационное моделирование, конечно же, может иметь недоброжелателей, тормозящих внедрение в отрасль. Ведь если с самого начала проектирования на модели четко видно, что для возведения потребуется 5 километров водопроводных труб, будет непросто объяснить выставленной в счетах сумме на 10…

Надо думать, что именно из соображений борьбы с коррупцией с 1 января 2022 года использование этой технологии должно было стать обязательным в проектировании объектов, строящихся по госзаказу. Не пока не стало – из-за санкций внедрение BIM было отложено до 1 марта 2023 года. 

Второе препятствие – отсутствие стандартов информационного моделирования и опыта взаимодействия с технологией у клиента. Что касается стандартов, то на сегодняшний день, пока нет единого подхода к работе с BIM, стандарты ЕСИМ (Единая система информационного моделирования) пока только разрабатываются. Это с одной стороны. С другой — многие заказчики в полной мере не обладают знаниями обо всех возможностях технологии BIM и инструментов информационного моделирования, в связи с чем возникают сложности в постановке ТЗ и оценке готовой работы. В целом, всё это порождает несогласованность в работе между исполнителями и подразделениями компании-заказчика.

Тем не менее, несмотря на имеющиеся трудности, у самой технологии практически нет недостатков — за исключением, пожалуй, того, что на освоение инструментов требуется время — за день тот же Revit не освоить. А ее преимуществ достаточно для того, чтобы мы могли в скором времени могли ожидать постепенного вытеснения систем автоматизированного проектирования более совершенными BIM-программами, как в свое время САПР заменили черчение на бумаге.

Источник: https://habr.com/ru/companies/first/articles/714052/