В статье кратко описывается параметрическое моделирование зданий, приводятся критерии, которым должна удовлетворять архитектурная САПР, поддерживающая параметрическое моделирование, а также объясняется, почему параметризация так важна для информационного моделирования зданий.
Что такое параметрическое моделирование?
Ранее для построения моделей проектировщики использовали элементы геометрии с известными значениями координат. Их ручное редактирование было трудоемким процессом и часто приводило к ошибкам. Техническая документация создавалась путем извлечения значений координат элементов модели и создания 2D чертежей на их основе.
По мере совершенствования методов компьютерной обработки стало возможным объединять отдельные графические элементы, формируя из них более сложные компоненты (стены, проемы и т.п.).. Модели становились более интеллектуальными, а их редактирование упрощалось. Появилась возможность создавать элементы моделей сложной формы на основе поверхностей и тел.
Топология.Основы.
Однако результатом все равно оставалась модель с явными координатами элементов, которую было сложно редактировать. Модель практически не имела связи с чертежами, созданными на ее основе: при изменении модели их приходилось формировать заново. Затем появились системы, поддерживающие параметрическое моделирование, суть которого — в параметризации элементов модели.
Параметры определяют поведение каждого элемента модели и его взаимосвязь с другими элементами. Рассмотрим два примера: «диаметр этого отверстия всегда равен 2,5 см» и «центр этого отверстия расположен посредине между этими кромками» Это означает, что проектные критерии и намерения, определяемые на основе параметров, поддерживаются на протяжении всего рабочего процесса. Такой подход значительно упрощает редактирование моделей и сокращает число ошибок.
Цифровое параметрическое моделирование произвело переворот в мире САПР.
САПР, поддерживающие такой способ моделирования, стали широко применяться при машиностроительном проектировании.
К сожалению, параметрические машиностроительные САПР не подходят для моделирования зданий. Они поддерживают две основные технологии распространения изменений: на основе истории изменений (с повтором операций, создающих модель или ее элементы) и вариационную (с поддержанием заданных условий для перестраиваемой геометрии).
Использование этих технологий при моделировании даже небольших зданий значительно замедляет работу. Кроме того, машиностроительные САПР требуют от пользователя связывать все элементы модели изделия зависимостями, описывающими их взаимодействие. Это оправдано при проектировании машин и механизмов, но является излишним для зданий, которые обычно состоят из сборных компонентов, связанных небольшим числом зависимостей.
Для моделирования зданий необходима параметрическая система, способная автоматически координировать любые изменения. Специально для этой цели была разработана платформа Revit .
Обзор актуальной нормативной базы по технологии BIM в РФ | ТИМ | BIM-Management | CDE | ISO | ГОСТ
Специализированная архитектурно-строительная САПР
Revit — это платформа параметрического моделирования с контекстным механизмом изменений, поддерживающим зависимости между элементами. Одна часть зависимостей задается пользователем, другая устанавливается программой автоматически. Модель воспринимает все изменения, руководствуясь этими зависимостями. При добавлении новых компонентов в модель Revit сохраняет внутренние зависимости этих элементов, не выстраивая их, однако, в каком-то определенном порядке. Если элемент изменяется, программа сама определяет, какие связанные с ним элементы требуют модификации, и каким способом это нужно делать.
Такой подход оправдан при работе с моделями зданий, которые всегда создаются последовательно из отдельных элементов. Распространение изменений в моделях является выборочным и затрагивает минимальное число элементов, повышая скорость работы программы.
Рис. 1 С истема информационного моделирования зданий, поддерживающая параметрическое моделирование, способна координировать все внесенные в модель изменения, в том числе произведенные в документации. Корректируются 3D виды и листы чертежей, спецификации и фасады, разрезы и планы этажей.
Признаки системы параметрического моделирования
Сущность архитектурного проектирования заключается в формировании и внедрении в модель зависимостей между элементами здания. По сути дела, проектирование — это процесс создания зависимостей и манипуляции ими. Параметрическое моделирование обеспечивает непосредственный доступ к зависимостям. Поэтому именно системы параметрического моделирования позволяют проектировать здания так же легко, как работать с текстом в текстовом редакторе или выполнять расчеты в электронной таблице.
Однако не все системы информационного моделирования зданий реально поддерживают параметрическое моделирование. Ниже приводятся критерии, которые помогут показать отличия параметрического моделирования от других технологий. Эти критерии позволяют проверить, поддерживает ли ваша САПР параметрическое моделирование в полном объеме.
1) Кто управляет изменением элементов модели — вы или программа?
В традиционной САПР пользователь должен сам определить элементы модели, на которые распространяются изменения. Например, он может выбрать эти элементы с помощью рамки. Если элемент модели невидим или недоступен, то пользователю придется найти и обновить его вручную. В системе параметрического моделирования, подобной Revit, пользователь может, например, просто выбрать и переместить стену на плане первого этажа.
Все связанные с ней элементы будут обновлены автоматически. Крыша перемещается, сохраняя заданную зависимостью величину свеса. Наружные стены удлиняются автоматически, так как они должны всегда примыкать к перемещаемой стене. Поддержка ассоциативности элементов модели очень важна для систем информационного моделирования зданий.
2) Чертежи генерируются пользователем на основе модели вручную?
Если да, то вы работаете в традиционной САПР. Некоторые программы содержат библиотеки команд или утилит, выполняющих создание/обновление чертежей и спецификаций на основе изменений, внесенных в модель здания. Однако это однонаправленная операция, и пользователи САПР должны убедиться в том, что все изменения внесены.
Такие программы работают аналогично программам автоматизации бухгалтерского учета — вы должны повторить получение всех ведомостей после внесения в систему новых первичных данных, поскольку полученные до внесения данных ведомости безнадежно устарели. Отличительным признаком параметрического моделирования является способность координировать все внесенные изменения и обеспечивать постоянную согласованность всех элементов модели. Система работает подобно электронным таблицам, изменяющим значения ячеек на основе формул. Измените модель здания, и система автоматически модифицирует все виды, чертежи и спецификации, созданные на ее основе.
3) Обновляется ли разрез при перемещении линии разреза на плане?
В традиционных САПР, как правило, пояснительные элементы не включаются в состав модели. Между тем известно, что от степени интеграции пояснительных элементов и модели здания напрямую зависит связь документации с моделью. В традиционных САПР, например, размеры представляют собой обычный текст. В лучшем случае они обновляются при изменении элементов модели. В современных системах, соддерживающих координацию изменений, возможно и обратное: редактирование размерного числа приводит к соответствующему изменению элемента модели, к которой относится размер.
В традиционных САПР разрез и линия разреза представляют собой отдельные объекты. Линия разреза является обычным пояснительным элементом. В системе параметрического моделирования зданий внешний вид разреза определяется положением линии разреза. При перемещении линии разреза разрез мгновенно изменяется.
4) Поддерживает ли система информационного моделирования работу с интеллектуальными объектами?
Системы моделирования, позволяющие работать с элементами модели как c отдельными объектами, сегодня широко распространены. На элементарном уровне они позволяют выделить в модели трубопроводную сеть или предметы мебели, облегчая тем самым ручные построения.
Поскольку в отрасли принято связывать такие данные, как наименования и обозначения, с объектами модели, последние получили название «интеллектуальных». В некоторых случаях дополнительные данные, например значение высоты, могут влиять на геометрию объекта — данные становятся параметром, а объект параметрическим. Другие базовые зависимости, такие как зависимость подчиненных элементов модели от главных, влияют на элементы модели. Это позволяет, например, перемещать в модели стену вместе с находящимися в ней окнами.
Необходимость наличия зависимостей между всеми элементами здания ощущается сейчас наиболее остро. Сильной стороной араметрического моделирования является автоматическое управление зависимостями при каждом изменении модели. Эффективная система параметрического моделирования поддерживает работу с объектными данными на уровне компонентов и, что еще более важно, поддерживает зависимости между всеми компонентами, пояснительными элементами и видами. Пользователь может задать условие, что дверь на лестничную клетку всегда находится на определенном расстоянии от ступеней или от другой стены. Модель содержит полную информацию о здании, а не просто отдельные объекты.
Почему параметрическое моделирование зданий имеет такое значение? Почему параметрическое моделирование так важно при информационном моделировании зданий? Характерной чертой информационного моделирования зданий является создание и использование скоординированной, внутренне согласованной, системно-рассчитываемой информации о проектируемом здании. Получение достоверных сведений о здании является важным достоинством информационного моделирования. Поддержка параметрического моделирования в САПР, предназначенных для информационного моделирования зданий, повышает надежность, качество и внутреннюю согласованность создаваемых моделей и строительной документации.
Использование специализированных САПР Revit является разработанной специально для информационного моделирования зданий платформой, в полном объеме поддерживающей параметрическое моделирование. Традиционные САПР также позволяют создавать чертежи и тонированные изображения. Однако используемые в них модели не отличаются высоким уровнем координации, внутренней согласованности и надежности, характерным для параметрического моделирования.
Традиционные САПР редко используются для информационного моделирования зданий из-за необходимости затрачивать множество усилий на внесение и согласование такой актуальной для строительства информации, как спецификации, сметы, график работ, эксплуатационные параметры и т.п.
Более совершенные САПР поддерживают работу с элементами 3D модели как с отдельными объектами и их атрибутами. Пользователи таких САПР могут создавать 2D чертежи на основе 3D моделей. Атрибуты объектов используются для создания строительной документации. Но даже такие системы позволяют создать только графическую модель здания.
Для согласованного изменения модели и ее атрибутов, хранящихся в базе данных, приходится использовать дополнительные средства. Одно из таких средств — программа Solibri Model Checker, выявляющая несоответствия и ошибки в данных. Чем масштабнее проект, тем больше усилий приходится прикладывать для согласования данных, и тем выше вероятность ошибок.
Параметрическая модель здания объединяет собственно 3D модель и внешние данные. Модель корректно обновляется при изменении ее отдельных элементов. На ее основании формируется вся рабочая документация. Все элементы модели связаны зависимостями; при изменении модели документация обновляется автоматически.
Согласованное изменение модели напоминает изменение ячеек электронной таблицы, значения которых заданы формулами. Изменения в любой ячейке автоматически отражаются во всей таблице. Подобным же образом система параметрического моделирования зданий обеспечивает согласованное изменение модели здания и строительной документации в реальном времени.
Формулы в электронных таблицах позволяют автоматизировать вычисления на основе внесенных изменений. Системы параметрического моделирования зданий ведут себя аналогично, автоматизируя выпуск строительной документации. Двунаправленная ассоциативность и мгновенное внесение изменений в модель повышают качество проектирования и упрощают рутинную работу, связанную с проектированием, расчетами и формированием документации.
Параметрическое моделирование зданий позволяет сосредоточиться непосредственно на проектировании. Кроме упрощения самого процесса проектирования, простота редактирования параметрической модели позволяет более тщательно исследовать возможные варианты проекта, что ведет к повышению его качества.
Revit обеспечивает оптимизацию процесса проектирования, позволяя архитектору выбрать наиболее эффективное проектное решение, все возможные варианты которого хранятся в одной модели. Пользователь может включить или отключить визуализацию, подготовку спецификаций и расчеты для различных вариантов проекта. Система поддерживает взаимосвязи внутри каждого варианта проекта и выполняет автоматически согласованное изменение элементов модели.
Рис. 2 Параметрическое моделирование повышает степень детализации моделей зданий. Модель на рисунке разработана австралийской компанией Architectus ( www.architectus.com.au ).
На сегодняшний день большинство моделей не содержат достаточного количества информации для расчета эксплуатационных характеристик зданий. Это относится к моделям, разработанным в традиционных САПР. Пользователи таких САПР вынуждены производить расчеты вручную, затрачивая много времени и средств.
Параметрическая модель здания облегчает задачу, так как содержит все данные, необходимые для выполнения расчетов. Детальная и надежная модель позволяет осуществлять их уже на ранних стадиях проектирования. Проектировщики могут сами рассчитывать энергопотребление, изменяя конструкцию здания в соответствии с полученными результатами.
По мнению специалистов компании Autodesk , только использование специализированных архитектурных САПР, поддерживающих параметрическое моделирование, позволяет быстро получать точную и надежную рабочую документацию. Такие САПР выполняют согласованное изменение модели и документации на ее основе, позволяя уделять больше времени творческой стороне проектирования. Встроенные возможности внесения изменений крайне важны для обеспечения качества документации.
Надежная платформа для информационного моделирования зданий
Технология компьютерного моделирования зданий применяется достаточно давно. В последнее время особый интерес вызывает информационное моделирование, обеспечивающее новые возможности повышения эффективности и роста конкурентоспособности организаций. Однако не все САПР пригодны для информационного моделирования зданий.
Наилучшие результаты обеспечивает применение специализированных архитектурных САПР, поддерживающих параметрическое моделирование.
Источник: www.interface.ru
IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2017
4D-МОДЕЛИРОВАНИЕ СТРОИТЕЛЬСТВА В РОССИИ И ЗА РУБЕЖОМ
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF
Для управления строительством, а именно планированием, существует много специализированных программных комплексов, нацеленных на эффективное управление ресурсами. Относительно новой, но очень перспективной в строительстве считается технология 4D-моделирования Synchro, которая обладает массой преимуществ и значительно облегчает работу всем участникам строительного процесса.
Безусловно, есть хорошо известные программные комплексы, такие как Microsoft Project, Oracle Primavera, разрабатываемые специально под решение конкретных задач (например, программные продукты для контроля сроков и качества строительства). Такие программы обладают схожим функционалом и используют классические инструменты проектного менеджмента: метод критического пути, построение диаграммы Ганта, постановку задач, отслеживание эффективности выполнения и т. д. Однако все эти комплексы имеют один очень важный недостаток: описывая последовательность, взаимозависимость, состав работ и необходимые для выполнения этих работ ресурсы, они не дают возможности увидеть в прямом смысле этого слова, как работы будут выполняться и какой результат будет получен, перекладывая данную задачу на пользователей системы.
Таким образом, при формировании календарно-сетевого графика планировщик представляет у себя в голове процесс строительства и перекладывает его на бумагу в виде наименований работ, их последовательности и т. д., по сути, зашифровывая. Пользователи такого графика на строительной площадке – инвестор, заказчик, подрядчики, поставщики, строительный контроль – вынуждены расшифровывать его и держать у себя в голове, представляя весь процесс строительства. Отсюда и огромное количество ошибок – пространственно-временных коллизий, которые просто невозможно быстро обнаружить в графике из тысяч взаимосвязанных работ. Именно для решения этой проблемы формируются 4D-модели. Взаимная увязка классических систем проектного менеджмента и трехмерных моделей дает потрясающий синергетический эффект.
Концепция BIM, берущая начало в 70-х годах прошлого века, уже давно заняла прочные позиции в строительной индустрии, в то время как непривычная пока для большинства инженеров технология 4D-моделирования (метод визуального планирования – МВП) еще только начала осторожно проникать на рынок. Эту новую технологию также часто называют 4D BIM, или «визуальным моделированием», ссылаясь на то, что она объединяет в себе 3D-модель и план работ в виде календарно-сетевого графика, дополняя тем самым привычную трехмерную модель четвертым — временным — измерением. Получаемые в результате 4D-модели позволяют проследить всю последовательность выполнения работ по реализации проекта во времени. Сегодня такие модели уже используются во многих проектах, причем как проектировщиками, так и строителями.
В России на МВП на системной основе реализуют предприятия Росатома при строительстве и реконструкции своих объектов.
Использование 4D-моделей существенно расширяет возможности 3D-моделей, обеспечивая дополнительные преимущества. Прежде всего, это происходит благодаря тому, что 4D-модели содержат в себе данные календарно-сетевого графика, которые в совокупности с 3D-моделью позволяют получить наглядный план работ. Это, в свою очередь, способствует улучшению взаимопонимания между всем участниками процесса выполнения работ. Кроме того, одним из главных плюсов таких моделей является опция «а что, если…», которая позволяет тестировать и совершенствовать имеющиеся варианты плана работ проекта.
Рис. 1. 4D-модель строительства автомобильной дороги
С помощью 4D-модели может быть проведен анализ всей последовательности выполнения работ по проекту, а также выполнен поиск возможных пространственных коллизий в проектных решениях. Кроме того, она позволяет обнаружить пространственно-временные коллизии, которые могут возникнуть в процессе строительных работ. Таким образом, применение 4D-моделей помогает проанализировать и предотвратить многие проблемы заранее, еще до начала строительства.
Визуальная модель последовательности выполнения строительных работ создается для того, чтобы проектировщики, подрядчики и даже владельцы смогли проанализировать весь процесс и принять необходимые эффективные решения по его реализации. Создавать 4D-модели можно как для всего проекта в целом, так и для отдельных его частей, представляя проект в виде отдельных моментов времени. При этом любые корректировки плана или 3D-модели отражаются и в самой визуальной модели. Например, такие технологии могут применяться для планировок в пространстве, установки оборудования и т. д. Навигация в реальном времени помогает увидеть и оценить весь проект и процесс его реализации в целом.
В настоящий момент инструменты 4D-моделирования в основном представлены внутри «тяжелых» САПР, выпускаемых такими компаниями, как Intergraph или Dassault Systemes, которые обычно работают только с собственной 3D-моделью. Однако среди этих систем стоит выделить решение Synchro (Synchro Software, Великобритания), специально разработанное для 4D-моделирования. МВП увязывает трехмерную модель строящегося объекта, импортированную из внешней системы 3D-проектирования, с календарно-сетевым графиком, созданным в системе управления проектами (например, Primavera или Microsoft Project).
Рис. 2. 4D-модель строительства объекта ПГС
МВП позволяет моделировать широкий набор параметров: использование рабочих зон, размещение кранового хозяйства и при площадочных складов, транспортные потоки и многое другое. В результате может быть получена наглядная визуализация плана и факта выполнения работ, очевидная даже неспециалисту. Кроме того, МВП может являться полноценной системой планирования, содержащей алгоритмы расчета расписания по методу критического пути, календари и сметы. Также эта система обеспечивает возможность ввода фактической информации и анализа хода выполнения проекта по методике освоенного объема.
Процесс создания 4D-модели может быть достаточно прост в том случае, если 3D-модель, на основе, которой разрабатывается 4D-модель, имеет детализацию, сопоставимую с детализацией плана работ. Отдельные элементы (или группы) в 3D-модели должны быть привязаны к задачам, которые, в свою очередь, привязаны к определенным срокам. Сами задачи при этом обычно содержатся в плане подрядчика.
Создатель 4D-модели просто привязывает элементы модели к элементам плана. Если 3D-модель строится так, что отдельные ее элементы могут быть сопоставлены с отдельными задачами плана строительства, то процесс «сочленения» отдельных элементов (или групп элементов) упрощается. Однако если 3D-модель не соотносится с четким планом строительства (является укрупненной или, наоборот, имеет более глубокую детализацию), то придется приложить немало усилий к тому, чтобы «сочленить» все элементы со сроками. Именно по этой причине важно создать модель, максимально приближенную к условиям планирования, то есть 4D-модель.
Разработчики программного обеспечения позаботились о 4D-планировщиках и создали инструменты, позволяющие объединять объекты 3D-модели непосредственно внутри ПО для увязывания с одним видом работ или же, наоборот, разбивать элемент модели «на захватки». Это позволяет работать с уже существующей моделью, не переделывая ее под график.
Созданная 4D-модель (рис. 1, 2) может быть визуализирована как полностью, так и по частям. Это позволяет увидеть все события, происходящие в нужный пользователю отрезок времени, в том числе и с учетом внесенных изменений.
Визуализация всего процесса строительства в контексте реального времени на строительной площадке – это возможность для проектировщиков, собственников, исполнителей и всех остальных участников проекта увидеть весь процесс строительства практически «вживую», что во многом упрощает понимание происходящих событий. Как следствие, в большинстве случаев это отражается и на простоте принятия решений, в том числе и при решении логистических задач. Другими словами, визуализация способствует интуитивному восприятию и пониманию всего процесса.
Проанализировав различные специализированные решения для 4D-моделирования, компания «РосГеоПроект» остановила свой выбор на Synchro по следующим причинам:
Данная система изначально предназначена для использования в процессах управления строительными проектами, а следовательно, содержит все средства, необходимые для планирования, включая расчет расписания, календари, возможность разбивки элементов модели «на захватки» и т. д.;
Система позволяет объединять в рамках единой 4D-модели 3D-элементы и фрагменты календарно-сетевых планов, разработанные в различных сторонних системах. На сегодняшний день обеспечена поддержка около 30 источников получения 3D-моделей (рис. 3), а для импорта календарно-сетевых графиков могут быть использованы, например, системы Primavera и Microsoft Project;
Использование системы не предполагает длительного процесса внедрения и отказа от других систем. В большинстве случаев она просто дополняет существующие САПР и систему управления проектами;
Информация аккумулируется в виде семантических данных каждого элемента модели (объекта строительных работ) и может быть извлечена нажатием одной кнопки в любой момент (при традиционном «аналоговом» подходе, когда вся эта информация хранится на бумаге, восстановить, кем выполнялась конкретная работа, с каким качеством и в какой срок, практически невозможно. Более того, вышеназванные параметры сейчас учитываются в совершенно разных системах учета и контроля: проектной документации, строительных журналах, исполнительной документации, бухгалтерии и т. д. Соответственно, просто собрать объективную картину даже непосредственно после окончания строительства достаточно сложно, а по истечении 5 лет – просто невозможно).
Рис 3. 3D-модель, импортированная в систему визуальногопланирования из IndorCAD для 4D-моделирования
В настоящее время специалисты компании «РосГеоПроект» совместно с компанией IndorSoft ведут активную работу по интеграции проектных 3D-моделей автомобильных дорог в систему 4D-моделирования для последующего планирования и управления процессом строительства. Уверены, расширение использования BIM и 4D — это близкое будущее строительной индустрии.
Текущий спад в российской строительной отрасли лишь отчасти обусловлен внешними неблагоприятными факторами (падением цен на нефть, международными санкциями и т. д.). Воздействие кризисных явлений проявлялось бы существенно легче, если бы производительность труда строителей была хотя бы сопоставима с производительностью труда отечественной промышленности в целом. По оценкам аналитиков, в строительном секторе России производительность труда сегодня составляет около 21 % относительно соответствующего уровня США и 33 % относительно уровня Швеции.
Российские строительные компании остро нуждаются в повышении рентабельности, уровень которой по причине низкой производственной культуры близок к нулю. Достичь этого в современных условиях, когда исчерпаны возможности экстенсивного развития, допустимо только через увеличение эффективности использования имеющихся ресурсов, интенсификацию процессов строительства и повышение производительности труда. Иными словами, бизнес в условиях дороговизны кредитных ресурсов и снижения покупательной способности должен научиться зарабатывать на обороте, а не за счет высокой маржи.
С этой задачей невозможно справиться без научного подхода к решению прикладных управленческих и технических задач, но отечественная наука также находится в глубоком системном кризисе, выражающемся в отсутствии путей социализации и практического применения научных наработок. Изобретение — техническое, административное, финансовое — ничего не стоит без его социализации. Необходимо сделать так, чтобы открытие было подхвачено экономикой и обществом: новый продукт сначала вписывается в социум, становится востребованным и известным, а затем находит широкое распространение в стране и за ее пределами как готовый экономически эффективный образец (паттерн). Следовательно, необходимо связать науку и реальное строительство с помощью системных управленческих решений, свежих подходов к внедрению технологий и научных разработок (методик организации проектно-строительного производства, системы мониторинга процессов и менеджмента качества и многих других), а также автоматизации и координации взаимодействий всех участников и создания единой информационной среды строительства.
В последние годы на мировом рынке (в США, Великобритании, Японии, Китае) активно применяются соответствующие решения, способные преобразить всю инвестиционно-строительную деятельность — это BIM
• заранее узнать характеристики объекта и точную его стоимость;
• обеспечить строго целевое использование средств;
• осуществлять полный и исчерпывающий контроль процесса реализации проекта;
• обеспечить высокое качество проектирования и производства работ.
Мировая архитектурно-строительная отрасль динамично переходит на 4D-моделирования: проектирование уже сейчас повсеместно проводится в 3D. Сначала трехмерный проект насыщается данными. Таким образом формируется информационная модель, с помощью которой затем осуществляется координация и управление всеми ресурсами, строительством и эксплуатацией.
В настоящее время в США и Великобритании крупнейшие государственные строительные и инфраструктурные проекты реализуются только через информационное моделирование. Органы законодательной власти этих стран определили значения системы BIM как соответствующие государственным стратегическим интересам, разработаны соответствующие национальные стандарты, методики и нормы. Китай также узаконил обязательность применения информационного моделирования при выполнении государственного заказа в крупнейшем мегаполисе страны — Шанхае.
Источник: scienceforum.ru