Автоматизация архитектурно-строительного проектирования

Концепция информационного моделирования объектов капитального строительства

Термин «информационное моделирование» применительно к объектам капитального строительства (информационное моделирование здания, Building Information Modeling, BIM) появился относительно недавно, хотя сама концепция информационного моделирования, состоящая в максимальном учете всей информации об объекте, начала формироваться в конце XX в. и приобретать конкретные очертания в среде активно развивающихся CAD-технологий.

Существо концепции BIM заключается в использовании средств архитектурно-строительного проектирования для создания единой информационной (компьютерной, цифровой) модели объекта, которую могут использовать все участники инвестиционно-строительного проекта для достижения своих целей. BIM представляет собой процесс генерации данных об объекте (здании, сооружении, строительной конструкции) и управления ими на различных этапах его жизненного цикла.

Концепция BIM развивалась параллельно в Старом и Новом Свете, при этом в Европе чаще использовался термин «Product Infoimation Model», а в США — «Building Product Model». Слово «Product» первоначально означало ориентацию на объект проектирования, а не на процесс. Многие специалисты считают, что лингвистическое объединение этих двух названий и привело к появлению в 1992 г. термина «Building Information Model».

Информационная модель объекта капитального строительства — это хорошо согласованная и взаимосвязанная цифровая информация о проектируемом или существующем объекте капитального строительства, поддающаяся расчету и анализу, имеющая временную и пространственную привязку, пригодная к компьютерной обработке и допускающая необходимые изменения, используемая в целях принятия проектных и управленческих решений на различных этапах жизненного цикла объекта.

На рис. 12.1 представлены вход-выходные отношения информационной модели объекта капитального строительства, которая обеспечивает учет всех технических, технологических, экологических и иных требований, предъявляемых к объекту, и эффективное управление объектом на различных этапах его жизненного цикла. В отличие от традиционных систем компьютерного проектирования, создающих геометрические образы объекта, результатом информационного моделирования является объектноориентированная цифровая модель как самого объекта, так и процессов его строительства и эксплуатации.

Рис. 12.1. Вход-выходные отношения информационной модели объекта.

Построенная таким образом информационная модель объекта затем активно используется для разработки проектной и рабочей документации на строительство, реконструкцию или капитальный ремонт объекта, изготовления строительных конструкций и изделий, составления заказной спецификации и монтажа технологического оборудования, организации строительства и сметных расчетов, а также решения технических и организационных вопросов последующей эксплуатации объекта. Информационная модель поддерживается в течение всего жизненного цикла объекта капитального строительства. Содержащаяся в ней информация может затем дополняться и изменяться, отражая постоянно меняющееся текущее состояние объекта.

Важно запомнить!

Применение информационной модели объекта позволяет в виртуальном пространстве собрать воедино, подобрать по назначению, рассчитать, соединить и согласовать создаваемые разными специалистами и организациями компоненты и системы будущего объекта капитального строительства, предварительно проверить их жизнеспособность, функциональную пригодность и эксплуатационно-технические качества, а также избежать самого нежелательного для проектировщиков — внутренних несоответствий и нестыковок.

Подход в проектировании, когда объект рассматривается в пространстве и во времени, т. е. «3D + время», часто называют 4D, a «4D + информация» принято обозначать 5D. В ряде случаев иод 4D понимают «3D + спецификации».

Необходимо при этом отметить, что одним из наиболее важных достижений BIM в архитектурно-строительном проектировании является возможность обеспечения в проекте полного соответствия технических, технологических, эксплуатационных, санитарно-эпидемиологических и экологических характеристик нового объекта капитального строительства требованиям технических регламентов и задания заказчика. Это стало возможным благодаря тому, что технология BIM позволяет с высокой степенью достоверности воссоздать проектируемый объект со всеми конструкциями, материалами, системами инженерно-технического обеспечения и протекающими в нем процессами, а также проверить на виртуальной модели принятые проектные решения.

При этом нельзя забывать, что физически BIM существует только в памяти компьютера и ею можно воспользоваться посредством только тех программных средств, в которых она была создана.

Пример

Представляет интерес история создания Второй сцены Государственного академического Мариинского театра в Санкт-Петербурге, которая началась в 2002 г.

Работа над проектом нового здания театра осуществлялась долго и сложно, хотя площадку для строительства определили быстро рядом со старым зданием театра на территории бывшего Литовского квартала.

В разное время в данном проекте участвовати многие известные зарубежные и российские архитекторы и архитектурные мастерские, предлагая свое видение Второй сцены Мариинского театра. Первоначальный вариант архитектурного облика здания театра разрабатывался под руководством французского архитектора Доминика Иерро, но впоследствии работу над проектом осуществляло ЗЛО «НПО ‘ТеореконструкцияФундаментпроект»", а с 2008 г. — Конструкторское бюро высотных и подземных сооружений. Итоговый вариант проекта стал результатом большого числа долгих и жарких дискуссий (рис. 12.2), продолжающихся и по сей день.

Особенность проекта Второй сцены Мариинского театра состоит в том, что строительство началось и продолжительное время велось при отсутствии окончательного варианта проекта. Вместе с тем это сложнейший в техническом и технологическом отношении проект, поскольку здание насыщено самым современным инженерным оборудованием и системами ИТО, обеспечивающими как театрально-постановочные процессы, так и непосредственно жизнедеятельность самого здания. Для реализации режиссерского замысла предусмотрены сотни подъемных механизмов грузоподъемностью до 50 т каждый, а комфорт и правильный микроклимат в зрительном зале и других помещениях театра обеспечивает система вентиляции и кондиционирования воздуха, ежесуточно откачивающая из воздушной среды помещений порядка 70 т воды. Уникальные решения приняты в отношении архитектурной акустики зрительного зала, без которой проект Второй сцены Мариинского театра просто теряет смысл.

Сложность реализации проекта Второй сцены Мариинского театра была также связана с большими размерами здания, особенностями его местоположения и необходимостью соответствовать многочисленным требованиям федерального и городского законодательства. Площадь застройки составляет более 11 тыс. м², общая площадь здания почти 73 тыс. м², строительный объем с учетом подземной части здания — более 450 тыс. м³. К созданию Второй сцены были привлечены 26 международных и российских компаний, специализирующихся на различных аспектах как архитектурно-строительной деятельности, так и проектирования, организации и оснащения театральных зданий.

Рис. 12.2. Вторая сцена Мариинского театра: виды и интерьеры здания.

Сложные условия реализации проекта привели к необходимости унификации компьютерных подходов в проектировании, ориентированных на более полное использование технологии информационного моделирования зданий и электронный документооборот. Консалтинг по использованию программного обеспечения компании Autodesk (BIM-консультанта) осуществляла компания «ПетроСтройСистема».

Решающим в этом вопросе было то, что технология BIM способна гибко и быстро учитывать как в проекте, так и в генерируемой из проекта документации все вновь появляющиеся объективные факторы, многочисленные изменения и дополнительные требования, предъявляемые к объекту проектирования.

В качестве основных инструментальных средств BIM был выбран комплекс программ Autodesk Revit и некоторые другие продукты компании Autodesk, в том числе AutoCAD для уточнения рабочих чертежей и Civil 3D для моделирования рельефа и генплана. Также использовались программа MagiCAD и хорошо известные в нашей стране своей эффективностью расчетные комплексы SCAD, Plaxis, ЛИРА и SOFiSTiK. Для визуализации архитектурного замысла, отработки и анимационной проверки взаимодействия механизмов управления сценой и монтажом декораций была задействована программа Autodesk 3ds MAX.

В результате была разработана 3D модель здания Второй сцены Мариинского театра, отражающая его местоположение в пределах фаниц земельного участка, границы зоны благоустройства территории, подъезды и подходы к зданию, технологические площадки для погрузки и разгрузки декораций, въезд на подземную автостоянку и другие элементы инфраструктуры. Такая модель позволяла выявить возможности организации пешеходной зоны вокруг здания театра, кругового объезда для пожарных машин и расширение проезжей части для разворота трейлеров с декорациями, а кроме того, решить вопросы отвода дождевых и талых стоков, благоустройства территории. В частности, узкий тротуар перед зданием не позволял устроить классический парадный вход в здание. Поэтому было принято нестандартное планировочное решение, предусматривающее устройство главного входа в театр с угла здания. Это стало возможным в результате возведения в этом месте искусственных сооружений и существенного расширения прилегающей пешеходной зоны и набережной Крюкова канала.

Программы Revit Architecture, Revit Structure и Revit МЕР обеспечили за короткое время построение самой модели объекта со всеми строительными конструкциями, инженерными системами и коммуникациями, ее постоянное дополнение, уточнение и совершенствование (рис. 12.3).

В процессе работы над проектом постоянно приходилось перерабатывать, изменять, согласовывать и заново утверждать значительный объем проектной документации. Единовременная партия проектной документации, направляемая в органы государственной экспертизы, составляла до 200 томов, что требовало для перевозки отдельного микроавтобуса. И здесь неоценимую пользу принесли быстрая реакция на все изменения, реализованная в технологии BIM, и многократно проверенный в деле AutoCAD, использовавшийся для корректировки чертежей в соответствии с требованиями государственной экспертизы.

Рис. 12.3. Моделирование здания в программе Revit Architecture.

В процессе проектирования было так организовано взаимодействие специалистов, что одновременно над проектом могли работать до 250 сотрудников. Используемые BIM-программы позволяли одновременно работать над всей моделью с ограничением уровня доступа к ее отдельным компонентам, а не разделять модель на самостоятельные части и затем сшивать их в единое целое внешними ссылками. Вместе с тем, это потребовало применения мощной компьютерной техники и надежной компьютерной сети, что в сочетании с BIM в нашей стране было реализовано впервые.

На примере Второй сцены Мариинского театра стало очевидным, что технология BIM обеспечивает возможность достижения высокой скорости, объема и качества архитектурно-строительного проектирования и строительства при экономии бюджетных средств. Опыт и методика, полученные участниками проекта, будут весьма полезны в архитектурно-строительном проектировании других объектов.