BIM для культурного наследия. Разработка информационной модели исторического здания

Рис. 1. Модель зрелости информационного моделирования зданий (BIM) по Бью-Ричардсону. Вертикальная красная линия соответствует целевому показателю правительства Великобритании на 2016 год

Существует определенные расхождения относительно точного определения каждого уровня зрелости BIM, но следующие определения широко используются.

? На нулевом уровне BIM информация собирается из разрозненных источников, в большинстве случаев используется 2D- и CAD-моделирование с предоставлением информации в виде отдельных бумажных и электронных документов.

? BIM 1-го уровня включает в себя сбор информации по каждой дисциплине с использованием элементов 2D-, 3D- и CAD-моделирования. Информация в электронном виде является общей средой данных (ОСД), управляемой с использованием британского стандарта BS 1192:2007 (BSI 2007).

? BIM 2-го уровня подразумевает совместный процесс создания интегрированных специализированных моделей, состоящих из данных в форме 3D, геометрических и неграфических данных и соответствующей документации. Обмен информацией осуществляется с использованием непатентованных форматов, например, форматов IFC и COBie. Для BIM 2-го уровня требуется весь объем проектной и сметной информации, документации и данных, которые должны предоставляться в электронной форме и управляться с помощью среды параллельного проектирования CDE.

? 3-й уровень BIM, также называемый открытым BIM, представляет собой полностью интегрированный метод для взаимодействия всех дисциплин в рамках единого общего централизованного проекта моделирования. Это последний шаг в процессе к производству совместной информации. На 3-м уровне BIM единый источник информации (общая модель) предотвращает риск противоречивой информации.

См.: После успешной реализации BIM 2-го уровня, правительство Великобритании объявило о своем намерении перейти к BIM 3-го уровня для его использования в сфере госзакупок и в строительной отрасли. Переход к этой стадии компьютерного моделирования в отношении объектов госзакупок будет осуществлен в период с 2016 по 2025 гг. Более подробная информация доступна на сайте Digital Built Britain (см. раздел 6.4.3).

1.4.2 BIM и сектор наследия Великобритании

Интерес заказчиков и промышленных предприятий к использованию BIM в процессе строительных работ в отношении исторических зданий, частично вызван Требованиями к BIM, разработанными британским правительством.

В результате этого, интерес к данной технологии и ее использованию также возрос в научных кругах, профессиональных учреждениях и среди практикующих специалистов в области сохранения наследия. Успешное применение BIM для исторических зданий было доказано рядом опубликованных тематических исследований (как академических, так и из индустрии). Документ «Строительство 2025», изданный правительством Ее Величества в 2013 г., включил проект по консервации Манчестерской ратуши в качестве одного из экспериментальных государственных проектов BIM в раздел «умного» строительства и цифрового проектирования (Рис. 2). Другие примеры применения BIM в проектах по сохранению наследия можно увидеть в разделе «Примеры».

Рис. 2. Проект сохранения мэрии Манчестера демонстрирует потенциальные преимущества информационного моделирования зданий (BIM) для проектирования, строительства и управления объектами в контексте сохранения наследия

Пример

Проект здания Манчестерской ратуши является одним из пилотных проектов правительства в области информационного моделирования зданий. Он доказал, насколько ценной является цифровая инженерия на этапах предварительного строительства и доставки материалов: экономия денег на ненужных временных работах, общее сокращение длительности программы на срок в 9 месяцев и демонстрация клиенту потенциала BIM для будущих целей управления объектами. Виртуальные 3D-туры стали своего рода образовательным ресурсом для ключевых заинтересованных сторон, а также предоставили благотворительной организации «Английское наследие» (English Heritage) гарантии того, что историческое здание будет находиться под необходимой опекой и защитой.

2. Как работает информационная модель здания?

В этой главе описываются процессы, связанные с созданием информационной модели исторического объекта (ИМИО).

2.1 Применение информационных моделей исторических зданий

BIM можно описать как процесс цифровой иллюстрации всех элементов, которые составляют здание, в то время, как в технические терминах оно определяется как объектоориентированное параметрическое моделирование. Другими словами, процесс BIM включает в себя сборку «интеллектуальных» объектов (строительных компонентов и пространств) в виртуальную модель здания или инфраструктуры (Рис. 3). Данные объекты представлены в виде геометрической (2D и или 3D) и релевантной (негеометрической) информации.

Объекты информационного моделирования зданий являются параметрическими, определяются правилами и автоматически подстраиваются под изменения в определенном контексте. Информация интегрируется в модель в структурированном виде путем добавления определенных сведений в соответствующую BIM.

Таким образом, BIM представляет собой цифровой информационный ресурс для объекта строительства.

См.: Согласно общедоступной спецификации (PAS) 1192—2:2013 (BSI 2013b), компьютерная (цифровая) модель – это модель, содержащая документацию, неграфическую и графическую информацию. В частности, термин «компьютерная модель объекта» (КМО) относится к модели, используемой для управления, обслуживания и эксплуатации объекта. Компьютерная модель проекта (КМП) – это модель, разработанная в ходе фазы проектирования и строительства проекта, часто составляющая основу компьютерной архитектурной модели.

Рис. 3. Объекты информационного моделирования зданий (BIM) являются параметрическими интеллектуальными компонентами. Они содержат как геометрию (двух – или трехмерную), так и связанную с ней информацию. Определение объекта основано на ряде параметров и правил, определяющих функциональные возможности объекта. Источник: Национальная библиотека строительных спецификаций (NBS) (см. раздел 6.1.4)

Рис. 4. Пример списка параметров для информационного моделирования исторических зданий

BIM (и в частности BIM исторического здания) состоит из:

? документов и данных в виде геометрической (2D и 3D);

? и негеометрической информации;

? связанных документов и данных.

Геометрическая модель и связанная с ней информация представлена в программной среде BIM в виде 2D и 3D визуализаций, графиков и чертежных листов. Виды модели взаимокоординируются, т. е. все виды постоянно обновляются для отражения изменений в модели. Это гарантирует то, что выходные данные модели (в виде чертежей, графиков и визуализаций) всегда скоординированы.

Негеометрическая информация может относиться к таким физическим характеристикам объекта, как материалы, внешний вид и состояние.

Этот тип информации может включать в себя сведения о коммерческой ценности объекта и данные об управлении и обслуживании, например, имена изготовителей и названия моделей, гарантийные обязательства, инструкции по обслуживанию и ремонту, требования к квалификации сотрудников, руководства, даты осмотров, стоимость замены и требования по H&E. Негеометрическая информация может также относиться к экологическим, структурным и механическим характеристикам, например, потреблению энергии и инструкциям по переработке материалов, грузоподъемности и соответствию стандартам.

Применительно к области сохранения наследия в информационную модель можно включить нематериальную информацию, такую как сведения о культурной, исторической и архитектурной ценности объекта, а также о стиле, времени создания и значении конкретного здания, компонентах (например, двери) или помещения (например, комнаты).

См.: Четкого списка параметров для объектов BIM в области сохранения наследия не существует (Рис. 4). Некоторые из упомянутых выше свойств в ряде случаев не будут уместны, а другие, не включенные в этот список, могут иметь большое значение. Решения по требуемым параметрам должны приниматься в каждом конкретном случае в соответствии с типом активов, объемом проекта и его целями.

BIM дает возможность организовать всю информацию, относящуюся к историческому объекту (например, архивные рисунки, исторические фотографии и эстампы, письменные источники, записи или любой другой тип цифровых / оцифрованных файлов) в пространственную иерархию. Информацию можно соединить с помещениями или конструктивными элементами здания, которые вместе образуют полную 3D-модель здания. Таким образом, BIM играет роль «концентратора» всей информации, относящейся к историческому объекту, которую можно использовать для дальнейшего изучения и исследования здания, его консервации и управления.

Возможности программного обеспечения BIM также позволяют пользователям провести анализ и принять оптимальное решение путем моделирования того, как выглядит здание при разных сценариях и визуализации различных вариантов конструкции, при условии использования релевантной информации.

BIM также поддерживает интеграцию геопространственных данных, которые будут использоваться в качестве основы для моделирования или в качестве базовой записи существующих материалов. Использование общей системы координат обеспечивает пространственную координацию объекта. Геопространственные данные обычно имеют вид облака точек или (реже) треугольную сетку объекта (Рис. 5). Информация из других источников и исследования места расположения объекта также могут быть интегрированы в модель или добавлены в виде внешних вложений.

Рис. 5. Геопространственные данные, такие как облака точек, могут интегрироваться в информационную модель исторического здания для того чтобы представить использованные строительные, материалы и / или для использования в качестве основы для моделирования

Помимо интегрированных данных, с моделью может быть связан любой тип внешнего цифрового файла, имеющий отношение к конструктивным элементам или помещениям в определенной пространственной иерархии. К ним можно отнести архивные данные, технические характеристики изделий, руководства по эксплуатации и техническому обслуживанию, отчеты, обследования состояния объекта, аудио- и видеозаписи (например, задокументированный опыт посетителя), журналы проверки технического состояния или любой другой тип цифрового файла. Формат внешних файлов не ограничивается возможностями программного обеспечения BIM; связанные файлы [с помощью определения параметра унифицированного локатора ресурсов (URL)] открываются в соответствующих внешних приложениях в соответствии с настройками операционной системы и/или предпочтениями пользователя.

Это чрезвычайно важный аспект: требуемые результаты и приложения (выходные данные) определяют требования к информации (входным данным). Требования к информации в свою очередь, определяют подходы к приобретению данных и стратегии моделирования объекта.

Этот процесс (результаты/потребности определяют требования, которые в свою очередь определяют стратегию) иногда упоминается как «начало с представлением конечного результата».

См.: Тип информации, ее формат и время предоставления зависят от сферы охвата, цели индивидуального проекта и любых организационных требований со стороны клиента. Включение излишней информации, чем это уместно или полезно для проекта, расточительно: с точки зрения информационных технологий (ИТ) и требований к управлению информацией, дополнительный объем данных также имеет значение. Включение руководств и типовых документов в необходимый объем информации может быть полезно, но решения должны приниматься индивидуально в каждом из случаев.

2.2 Сбор данных для BIM

В сфере культурного наследия проект BIM неизбежно начнется в промежуточной точке жизненного цикла объекта (Рис. 6). Проект может быть гораздо сложнее, чем относительно простая модель полного цикла, описывающая строительство нового здания, как это отмечается в отчете по компьютерному моделированию исторических зданий, опубликованном Советом по обучению консервации архитектурных объектов (COTAC; Maxwell 2014) (также см. раздел 6.2.8). Отправной точкой для процесса информационного моделирования исторического здания является многостороннее изучение существующего объекта. Это объясняется не дополнительными требованиями BIM, а скорее является характерным подходом для работы с объектами исторического наследия вне зависимости от используемых процессов управления информацией.

В практическом плане необходимость понимания исторического объекта в его нынешнем состоянии выливается в требование об обязательном первоначальном внесении сведений в информационную модель исторического здания. В то время, как в секторе первичного строительства новая информация постепенно генерируется путем проектирования и внесения технической информации, в проекты, связанные с существующими объектами, информация должна быть извлечена из различных источников, организована и проверена, или создана различными специалистами.

Применительно к историческому объекту необходимая информация может:

? быть общедоступной или извлекаться из различных источников (например, архивная информация, оперативные данные, планы технического обслуживания);

? требовать проведения изучения объекта, исследований и замеров (метрических изысканий, специальных обследований, осмотра местности, докладов о наследии и оценке объекта);

? быть недоступной (из-за ограничений в бюджете, времени, доступа к информации или других факторов).

Рис. 6. Принцип жизненного цикла информационного моделирования исторических зданий, заимствованный из циклической диаграммы BIM Отраслевого совета по строительству (CIC), лучше отражает процессы консервации объектов

2.2.1 Метрические обследования

Документирование существующей структуры, при котором особое внимание уделяется точным метрическим данным, является необходимым условием для объектов сохранения наследия. Представление существующей геометрии в BIM также требует подробного и точного знания физических аспектов исторического объекта. Информационное моделирование исторического объекта должно быть основано на точных и реальных наборах данных метрических измерений (предпочтительно в форме 3D-модели), которые фиксируют расположение, размер и объемы всех видимых поверхностей, строительных элементов и особенностей, характерных для исторического объекта, на которые ссылаются местная или национальная система координат. Метрическая программа обследования, как правило, используется на ранней стадии информационного моделирования исторического здания.

Трехмерные методы цифровой съемки – это быстрые, надежные, бесконтактные методы для получения метрически точных данных в форме 3D. Они широко используются для документации исторических зданий и окружающей их местности. Лазерное сканирование, фотограмметрия (наземная или установленная на беспилотнике), работа с лидаром (LIDAR англ. Light Identification Detection and Ranging «обнаружение, идентификация и определение дальности с помощью света»), сканирование на близком расстоянии, мобильное картирование или комбинация методов может использоваться для создания 3D наборов данных исторического здания. Обычно они преобразуются в облака точек, которые теперь поддерживаются большинством компьютерных программ для BIM.