Организация и развитие ИМОС-технологии

История. Термины и определения.

Рубеж конца ХХ - начала XXI веков, связанный с бурным развитием информационных технологий, ознаменовался появлением принципиально нового подхода в архитектурно-строительном проектировании, заключающемся в создании компьютерной модели нового здания, несущей в себе все сведения о будущем объекте.

Причем поток этой информации не прекращается даже после того, как здание уже спроектировано и построено, поскольку новый объект вступает в стадию эксплуатации, происходит его взаимодействие с другими объектами и окружающей средой, то есть начинается, говоря современным языком, активная фаза «жизненного цикла» здания /.

Новый подход к проектированию объектов получил название Информационное моделирование зданий или сокращенно BIM (от принятого в английском языке термина Building Information Modeling).

Понятие Информационной модели здания была впервые предложено профессором Технологического института Джорджии Чаком Истманом (Chuck Eastman) в 1975 году в журнале Американского Института Архитекторов (AIA) под рабочим названием «Building Description System » (Система описания здания).

Примерно с 2002 года благодаря стараниям многих авторов и энтузиастов нового подхода в проектировании концепцию «Building Information Model» ввели в употребление и ведущие разработчики программного обеспечения, сделав это понятие одним из ключевых в своей терминологии.

Термины, определения, аббревиатуры

Информационная модель (ИМ) – динамичная компьютерная модель объекта, отражающая многообразие его структуры, свойств и параметров.

Информационная модель объекта строительства (ИМОС) - динамичная компьютерная модель объекта строительства, отражающая многообразие его структуры, свойств и параметров конструктивных элементов.

Архитектурно-строительная модель (АСМ) – модель, отражающая архитектурную структуру, параметры конструктивных элементов, свойства конструкций и материалов в соответствии с требованиями архитектурно-строительного отображения.

Аналитическая модель (АМ) - модель из аналитических представлений конструктивных элементов (балка, колонна – стержни; плита, стена – пластины).

Расчетная модель (РМ) – непротиворечивая аналитическая модель с позиции расчета напряженно-деформированного состояния методом конечных элементов.

Информационная модель здания (BIM) (Building Information Model) – это:

• хорошо скоординированная, согласованная и взаимосвязанная,
• поддающаяся расчетам и анализу,
• имеющая геометрическую привязку,
• пригодная к компьютерному использованию,
• допускающая необходимые обновления

числовая информация о проектируемом или уже существующем объекте, которая может использоваться для:

1. принятия конкретных проектных решений,
2. создания высококачественной проектной документации,
3. предсказания эксплуатационных качеств объекта,
4. составления смет и строительных планов,
5. заказа и изготовления материалов и оборудования,
6. управления возведением здания,
7. управления и эксплуатации самого здания и средств технического оснащения в течение всего жизненного цикла,
8. управления зданием как объектом коммерческой деятельности,
9. проектирования и управления реконструкцией или ремонтом здания,
10. сноса и утилизации здания,

11. иных связанных со зданием целей.

Иными словами, BIM - это вся имеющая числовое описание и нужным образом организованная информация об объекте, используемая как на стадии проектирования и строительства здания, так и в период его эксплуатации и даже сноса.

Под BIM понимается вовсе не концепция проектирования с произвольным числом измерений в модели и даже не предполагаемая поддержка жизненного цикла, а вполне конкретная вещь – создание трехмерной модели на базе интеллектуальных объектов, насыщенной параметрическими завиИМОСостями и дополнительной информацией.

Примеры ИМОС-технологии

Применение информационной модели здания позволяет в виртуальном режиме собрать воедино, подобрать по предназначению, рассчитать, состыковать и согласовать создаваемые разными специалистами и организациями компоненты и системы будущего сооружения, «на кончике пера» заранее проверить их жизнеспособность, функциональную пригодность и эксплуатационные качества, а также избежать самого неприятного для проектировщиков - внутренних нестыковок (коллизий) (рис.2).

Наличие интеллектуальных объектов, параметризация и насыщение модели дополнительной информацией во многих случаях позволяет значительно, возможно, в разы повысить производительность и качество проекта.

Можно говорить о качестве не только проекта, но и возведения и эксплуатации здания, если не сводить все только к соблюдению формальностей.

Рис. 2. Проект нового здания высшей музыкальной школы New World Symphony в Майами (США) архитектора Фрэнка Гери, разработанный по технологии BIM (начало проектирования в 2006). Отдельно показаны компоненты единой модели: внешняя оболочка здания, несущий каркас, комплекс инженерного оборудования и внутренняя организация помещений.

При проектировании реконструкции здания Autodesk также использовался достаточно новый и многообещающий организационно-экономический принцип взаимодействия архитекторов, собственников, строителей и подрядчиков – Интегрированная Проектная Поставка (IPD), при котором все перечисленные категории заинтересованных в реконструкции здания лиц работали с самого первого этапа проектирования как единая команда, объединенная общими интересами и технологически связанная инструментарием BIM.

Рис. 12 Новый офис компании Autodesk в Уолтхэм, Массачусетс, США. Реконструкция полностью выполнена по технологии BIM. Вверху – современный вид здания; ниже – результаты объемного лазерного сканирования; внизу справа – фрагмент построенной модели. Архитекторы KlingStubbins, строители Tocci Building Companies, 2008.

Для памятника архитектуры его внешний облик всегда имели первостепенное значение. Поэтому и информационная модель исторического здания, особенно нацеленная на реставрационное проектирование, в основе должна иметь стопроцентно выверенную геометрию этого объекта, но выполненную в одной из BIM-программ, чтобы стать основой для других разделов модели.

Для памятника архитектуры, который строился без учета всех этих современных условий и требований, становится актуальным и даже единственно возможным компьютерное экспериментирование с уже существующим объектом, подбор и компоновка оборудования, оптимизация проектных решений и т.п. Совершенно очевидно, что проблемы вовлечения старых зданий в новую жизнь, возникающего сейчас в массовом масштабе, без BIM вряд ли удастся эффективно решать (рис.18).

Рис. 18. Татьяна Козлова. Памятник архитектуры – здание гостиницы «Метрополитен» в Новосибирске. Модель выполнена в Revit Architecture. НГАСУ(Сибстрин), 2010.

В основе технологии BIM лежит концепция объектно-ориентированного параметрического проектирования (моделирования) зданий. И это параметрическое моделирование является одной из тех принципиальных особенностей, которые отличают BIM-программы от всех остальных CAD-систем проектирования, как бы они при этом не назывались. От картонного макета к трехмерному принтеру.

Рис.6. «Танцующий дом» в Праге (источником вдохновения для автора послужил легендарный дуэт Фрэда Астора и Джинджер Роджерс). Проект полностью выполнен по компьютерной модели, уже без первоначального картонного макета – трехмерное эскизирование сразу осуществлялось на компьютере. Архитектор Фрэнк Гери. 1996.

Организация и развитие ИМОС-технологии

BIM не заменяет человека. Более того, технология BIM не может существовать без человека и требует от него большего профессионализма, лучшего, комплексного понимания созидательного процесса проектирования здания и большей ответственности в работе. Но BIM делает работу человека более эффективной.

Под аббревиаторой BIM в разное время понимались несколько различные вещи. Он действительно был впервые применён ещё в семидесятых годах (в статье В. Талапова приведен детальный экскурс в историю) и обозначал тогда собственно трехмерную модель здания, по возможности обогащенную информацией. Такая модель – вот действительная исходная сущность BIM.

Происхождение того BIM, которое мы обсуждаем сейчас, относится к концу девяностых – началу нулевых годов, когда появилось несколько вариантов структуры связной модели строительного объекта, реализованных, например, в программах от Revit (радикальный подход с единым файлом модели), Autodesk (переходной вариант со сборкой модели из разнородных файлов), Graphisoft и Bentley (модульный подход).

Теперь ситуация усложняется попытками внедрить в BIM то, что сделало бы из него архитектурно-строительный аналог PLM – контроль за жизненным циклом объекта.

В. Талапова новый термин – Building Lifecycle Management (BLM), который исключил бы двоякое толкование BIM.

Понятно, что за этим введением «четвертого измерения» в BIM стоит здравое понимание того, что крайне трудоемкую в выполнении информационно-насыщенную модель выгоднее использовать как можно дольше. Но можно показать, что инженерное сообщество не воспринимает BIM как инструмент для контроля за жизненным циклом.

На самом деле, простейший и надежный способ определить BIM – это посмотреть, какие конкретные требования предъявляются работодателями к специалистам по этой технологии. Если проанализировать и упростить информацию в открытом доступе, то типичные требования для оператора-чертежника в технологии BIM – это:

• навыки черчения как такового и работы с САПР – соблюдение точности, аннотирование, соответствие стандартам;
• способность выполнять трехмерное моделирование;
• опыт работы с конкретной BIM-системой.

Для координатора BIM добавляется ещё, например (см. напр. Gallello, 2008)

• разграничение областей ответственности по частям модели;
• координация работы над конструктивно и технологически различными частями проекта, и
• синхронизация работы смежных подразделений.

Из этого хорошо видно, что на практике под BIM понимается вовсе не концепция проектирования с произвольным числом измерений в модели и даже не предполагаемая поддержка жизненного цикла, а вполне конкретная вещь – создание трехмерной модели на базе интеллектуальных объектов, насыщенной параметрическими зависимостями и дополнительной информацией.

Возникают задачи:

- разъяснения сущности и эффективности ИМОС на примерах;

- организации обучения;

- внедрения ИМОС в организациях – филиалах кафедры СК.

Выводы

В отличие от традиционных систем компьютерного проектирования, создающих геометрические образы, результатом информационного моделирования здания обычно является объектно-ориентированная цифровая модель, как всего объекта, так и процесса его строительства.

BIM не является единичной моделью здания или единичной базой данных. Обычно это – целый взаимосвязанный и сложноподчиненный комплекс таких моделей и баз данных, вырабатываемых различными программами и взаимосвязанных с помощью этих же программ. А восприятие BIM как односложной модели – одно из ранних и наиболее распространенных заблуждений.

BIM – это не конкретная компьютерная программа. Это – новая технология проектирования. А компьютерные программы (САПФИР, Revit, Digital Project, Bently Architecture, Allplan, ArchiCAD и т.п.) – это лишь инструменты ее реализации.

BIM не заменяет человека. Более того, технология BIM не может существовать без человека и требует от него большего профессионализма, лучшего, комплексного понимания созидательного процесса проектирования здания и большей ответственности в работе. Но BIM делает работу человека более эффективной.