BIM для культурного наследия. Разработка информационной модели исторического здания

Наряду с 3D-исследованиями в информационном моделировании зданий могут использоваться такие формы исследования объекта, как проверка размеров зданий, 2D-чертежи или ортофотографии (ортфотоплан – фотографический план местности на точной геодезической опоре, полученный путём аэрофотосъёмки). Такие виды исследований могут применяться для проектов, занимающих небольшую площадь или построенных на относительно простом рельефе, хотя охват и адекватный уровень детализации в этом случае может быть снижен.

Организация Historic England опубликовала технические консультационные документы по исследованию и описаниям объектов наследия. В список документов вошло руководство по фотограмметрии, лазерному сканированию, сканирование лидаром, геофизические исследования, проведение замеров, ландшафтная съемка, съемка с помощью глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС) и плоскостная съемка (см. раздел 6.1.3).

Такие характеристики объекта, как его функциональная составляющая, время, доступность, бюджетные и другие ограничения, будут определять метод исследования.

Факторы, которые необходимо учитывать до начала изыскательских работ или ввода в эксплуатацию исторического объекта информационного моделирования включают в себя:

? разрешение / плотность точек по отношению к требуемой степени детализации;

? информацию о цвете;

? охват;

? системы управления и координат;

? формат данных;

? метаданные.

См.: Требования к клиенту относительно процесса обследования и его результатов должны быть задокументированы. Организация Historic England располагает руководством по этой теме (Andrews et al 2015).

См.: Процесс обследования должен привести к надежной записи существующей структуры здания: его геометрии, положении и внешнем виде. Наборы данных съемки (облака точек или модель поверхности сетки) не являются информационным моделированием, но они могут быть использованы в качестве эталона и основы для моделирования, как описано в разделе 2.3.

2.2.2 Другие виды обследования

В зависимости от объема проекта и требований клиента могут потребоваться дальнейшие обследования объекта, качественные и кабинетные исследования, а также инспекции на местах. Сбор негеометрических данных может включать обследования состояния, археологические исследования, анализ материалов и другие обследования [например, механические и электрические системы (системы мониторинга и оценивания)], которые проводятся соответствующими специалистами. Однако, чтобы полностью реализовать потенциал и выгоду от знания этой информации и помочь в понимании и интерпретации того, что случается за видимой поверхностью, также необходимо полностью понимать, что физически происходит под «поверхностью» обследованного объекта.

Эти исследования могут проводиться независимо от программы метрических обследований объекта, однако они могут иметь значение с точки зрения доступности места расположения здания и логистики.

Специальные расследования могут проводиться независимо от других обследований, но с учетом требований программы поставки информации.

2.2.3 Информация по наследию

Объем и качество информации об историческом объекте может значительно меняться в зависимости от типа здания, его предыдущего использования, права собственности и действующих систем управления. Существующая информация может быть предоставлена в бумажном или электронном формате, на месте или рассредоточена в нескольких местах, и потенциально представлять собой объект интеллектуальной собственности или являться конфиденциальной информацией. Использование унаследованной информации в проекте информационного моделирования исторического здания, главным образом, определяется двумя качествами: доступностью и обоснованностью.

Доступность определяется тем, где и в каком формате хранится информация и существуют ли какие-либо ограничения на ее использование (владение, безопасность). Получение информации в устаревших форматах и ее перевод в формат, подходящий для включения в информационную модель (например, оцифровка архитектурных чертежей, созданных в бумажном формате), требует определенного времени и затрат. Информация в устаревших форматах должна быть проверена перед включением в модель или использованием в процессе моделирования. Существующие данные могут быть неполными, неточными, противоречивыми или двусмысленными. Как и в любой новой работе (например, спецификации съемки), важно наладить процесс контроля качества и проверки устаревших данных. Такой процесс гарантирует, что информационная модель исторического объекта всегда согласуется с текущим состоянием физического объекта или, если это представляет собой цель модели, с его состоянием на предыдущем этапе.

Часто наборы данных съемки для исторического объекта уже существуют. Однако они не всегда подходят в качестве основы для информационной модели исторического объекта. Такие параметры, как точность, охват, разрешение, степень детализации и системы координат должны будут соответствовать требованиям BIM. Кроме того, любые существующие данные должны быть подтверждены на месте или за счет проведения нового обследования перед использованием в BIM.

2.3 Подходы к BIM-моделированию

BIM состоит из геометрической (2D и 3D), негеометрической информации и связанных с ней документов и данных. Обычно создание модели начинается с геометрической модели.

В случае информационной модели (ИМ) для существующих объектов, в том числе и для объектов исторического наследия, модель создается в виде сборки соответствующих объектов ИМ, на основе существующих данных обследований. Проще говоря, выбирается соответствующий тип компонента BIM (например, стена, окно), настраивается на нужные размеры (о чем свидетельствуют данные съемки) и ставится в правильное положение.

2.3.1 От сканирования к информационному моделированию здания

Преимущества 3D-геопространственных наборов данных (например, облака точек, полученные с помощью лазерного сканирования) для BIM значительны: большие объемы данных с высоким разрешением, охватывающие все видимые поверхности объекта (возможно с информацией о цвете) становятся надежной основой для создания собственной 3D-геометрии в среде BIM. Термин «сканирование для BIM» используется для описания подобных рабочих процессов, которые включают в себя процесс создания, управления и размещения собственных компонентов BIM при непосредственной отсылке к базовому облаку точек.

См.: Рабочие процессы сканирования в BIM зависят от способности программного обеспечения ИМ импортировать наборы данных облака точек. Из-за постоянно расширяющейся сферы использования лазерного сканирования в области архитектуры, инженерии и строительства, самые последние версии инструментов разработки BIM в настоящее время включают эту функцию (хотя «легкие» версии одного и того же программного обеспечения могут и не включать ее). Поддерживаемые форматы данных облака точек могут различаться в зависимости от выбора программного обеспечения BIM. Любые проблемы, связанные с поддерживаемыми форматами и версиями программного обеспечения, должны быть решены перед началом разработки.

Объем процессов сканирования для BIM может меняться в зависимости от требований проекта. Результат сканирования для BIM иногда называют «готовность к информационному моделированию»: 3D-модель, сформированная как подборка родных компонентов BIM, которая представляет собой геометрию существующих составляющих здания. Впоследствии к этой модели можно добавить информацию и релевантные данные в структурированном виде, связанные с соответствующими элементами BIM (компонентами или помещениями).

2.3.2 Альтернативные подходы

BIM для существующих структур не обязательно должно быть основано на данных облака точек. В ряде опубликованных научно-исследовательских проектов по ИМ исторических объектов применяется более традиционный подход создания моделей на основе 2D-чертежей САПР. В некоторых случаях такой подход был выбран даже несмотря на то, что наборы данных лазерного сканирования были доступны и использовались для проверки чертежей. Такой подход обычно применяется в тех случаях, когда существующий объект не представляет сложностей с точки зрения геометрии и надлежащим образом задокументирован в САПР. В том случае, когда данные облака точек не могут быть использованы из-за проблем с ИТ (например, из-за версии программного обеспечения или технических характеристик оборудования), недостаточном навыке моделирования, вопросов бюджета и других ограничений, можно предложить альтернативное решение. Однако уровень геометрической детализации, которого можно достичь с помощью этого метода, может оказаться ниже, чем рабочие процессы сканирования в BIM.

2.3.3 Допустимое значение моделирования и степень детализации

Исторические здания часто отличаются сложной геометрией и обилием декоративных элементов, что обычно требует больше времени для их моделирования в деталях по сравнению со зданиями новых архитектурных стилей. Это влияет на сбор данных (технология, время, бюджет), так как сложная геометрия здания обычно требует большего количества измерений и детального изучения в высоком разрешении, чтобы зафиксировать все на уровне, который позволяет их правильно интерпретировать и представлять в виде 3D цифровых моделей.

Фрагменты исторических зданий часто отличаются неопределенными формами в результате климатического фактора или деформации конструкции, что делает невозможным (или очень затруднительным) их точное отображение с помощью параметрических объектов BIM. Более того, в архитектуре зданий таких исторических стилей, как народный и средневековый, часто используются органические формы, которые тоже могут представлять затруднения для моделирования и занимают больше времени для точного моделирования с использованием простой геометрии.

Эти наблюдения напрямую влияют на ИМ исторического здания. Несмотря на достижения в области инструментов сканирования для ИМ и рабочих процессов (таких, как автоматическое извлечение геометрии), процесс моделирования – это по-прежнему трудный и времязатратный процесс. Временные аспекты и сложность работы увеличиваются в зависимости от степени геометрической детализации модели. Точное детальное представление сложной 3D геометрии обычно приводит к увеличению размера файлов, что затрудняет работу с ними и увеличивает требования к ИТ. Ограничения программного обеспечения BIM также затрудняют или делают невозможными использование родных параметрических предметов неправильной геометрической формы без ограничения функциональности модели. Ниже представлены две полезные концепции, которые позволят профессионалам и заказчикам, имея дело с ИМ исторических зданий, соблюдать соответствующие требования и определить решения: допустимое значение моделирования и степень детализации (СД).

Допустимое значение моделирования относится к тому, насколько точно модель соответствует существующему обследованию (обычно набору данных облака точек). Требования к допустимому значению моделирования должны быть определены в начале проекта. Они образуют часть любой спецификации сканирования для BIM. Допустимые значения могут варьироваться для различных сегментов объекта или для определенных строительных систем/компонентов, и могут принимать форму рисунка с погрешностью ±мм. Допустимые значения моделирования определяют максимально возможное отклонение модели от того, что считается основным источником существующей геометрической информации, например, облако точек.

Акроним СД [в ориг. LOD – Level of Development – прим. переводчика] обычно используется для описания степени детализации, т. е. того, сколько геометрических деталей входит в компоненты BIM. Объект BIM может быть смоделирован на различных уровнях детализации, в зависимости от требований к проекту. СД относится только к внешнему виду объекта (геометрии), а не к объему связанной с ним информации [иногда называемой уровнем информации. Термин «определение уровня модели» используется в PAS 1192 – 2:2013 (Стандарт BSI 2013b) и обозначает совокупность уровня детализации и уровня информации в BIM].

Например, компонент, смоделированный в самой низкой (символической) СД может включать полную спецификацию продукта. С точки зрения сбора метрических данных, необходимая СД для BIM существующего объекта напрямую зависит от спецификации разрешения (плотности точек для лазерного сканирования).

В случае геометрически сложных объектов, что свойственно для объектов наследия, высокая степень детализации и допустимое значение моделирования возможны, но это часто непродуктивно с точки зрения размеров файлов и их производительности, а также с точки зрения требуемых временных затрат. Во избежание чрезмерного моделирования для СД требуется четкая спецификация. Предполагаемые преимущества (с точки зрения качества и полноты информации, требований к визуализации и т.д.) должны быть тщательно обдуманы с учетом функциональности модели, ограничений файлов, времени и прилагаемых усилий.

См.: Для того чтобы сохранить рентабельность, необходимо определить минимальный уровень графической детализации, достаточный для цели моделирования конкретного объекта.

В настоящее время ведется работа в направлении стандартизации СД. Например, разработана система классификации, предложенная в Технологическом протоколе BIM АИС (Великобритания) в версии 2.1.1 (АИС Великобритании, 2015 г.) и структура СД, предложенная в Спецификациях метрических обследований для культурного наследия (Andrews et al 2015).

Система СД, предложенная АИС Великобритании в 2015 г., приведена в соответствие с рекомендациями PAS 1192—2: 2013 (BSI 2013b) и предлагает шесть уровней детализации для компонентов BIM (Рис. 7). Система разработана не только для исторических зданий; ее можно использовать для того чтобы определить и предоставить уровень геометрической детализации, необходимый для моделей, систем, сборок или отдельных компонентов.

Рис. 7. Степени детализации (СД) определены в Технологическом протоколе по ИМ АИС в версии 2.1.1 (АИС (Великобритания) 2015 г.)