BIM для культурного наследия. Разработка информационной модели исторического здания

Потенциальные области применения BIM в сфере сохранения наследия меняются в зависимости от объема и цели проекта и включают в себя:

■ формирование информационного хранилища для деятельности по документированию и регистрации;

■ мониторинг состояния объекта;

■ планирование действий по консервации объекта;

■ профилактическое обслуживание;

■ управление активами (как на стратегическом, так и на повседневном уровне);

■ управление наследием;

■ анализ объектов наследия;

■ управление посещением объекта;

■ оценка вариантов вмешательства в объект;

■ информационное моделирование разных видов работ (консервации, ремонта, обслуживания и повторного использования);

■ моделирование процесса строительства;

■ руководство проектом;

■ общая безопасность, пожарная безопасность, безопасность посетителей и планирование мероприятий по поддержанию здоровья и безопасности;

■ готовность к чрезвычайным ситуациям.

BIM и совместные рабочие процессы могут использоваться применительно к широкому диапазону проектов в области наследия, включающих в себя исторические объекты разных эпох, стиля и типа. С точки зрения процесса моделирования, некоторые типы зданий и архитектурные стили лучше поддаются информационному моделированию. Это происходит в том случае, когда они включают повторяющиеся компоненты или различные геометрические формы, и когда информация о материалах, конструкциях и технических характеристиках легко доступна. К таким примерам можно отнести различные здания неоклассической архитектуры, модернистской архитектуры XX века и объекты промышленного наследия. BIM для таких типов исторических объектов, как сооружения средневековой или народной архитектуры, а также археологические памятники, могут представлять большую сложность. Эти вопросы подробно рассматриваются в Разделе 2.

1.3 Что не считается информационной моделью здания?

BIM иногда неправильно ассоциируют со специальным пакетом компьютерных программ или типом цифрового 3D-моделирования. Однако BIM – это не просто новая версия 3D CAD-программы или инструмент 3D-визуализации; данная технология предлагает больше, чем 3D-моделирование или программы цифровой документации. Представление внешнего вида объекта в цифровом виде с помощью методов 3D-моделирования не решает проблему полноты и последовательности информации, что является главной проблемой и представляет собой барьер в строительной отрасли (включая работы по консервации исторического здания). BIM представляет собой технологический, совместный процесс для координированного и структурированного управления информацией. BIM вводит новые процессы в практику проектирования и строительства, что может стать вызовом традиционным рабочим процессам по проектированию и реализации проекта. В то же время, BIM позволяет модернизировать, увеличить эффективность и интегрировать сектор наследия в остальные составляющие сферы архитектуры, инженерии, строительства и управления зданиями.

1.4 Требования к информационной модели здания

Правительство Великобритании отметило преимущества совместных цифровых рабочих процессов и BIM для строительного сектора первоначально в Государственной стратегии строительства (Кабинет министров, 2011 г.) и впоследствии в документе «Строительство 2025» (правительство Великобритании, 2013 г.). В Стратегии государственного строительства (СГС) 2011 г. была отмечена особая важность эффективности строительного сектора для экономики Великобритании. В том же документе было задано направление на снижение стоимости активов государственного сектора до 20% к 2016 г. (СГС также доступна на сайте рабочей группы BIM; см. раздел 6.2.3).

В СГС отмечаются планы правительства запросить полностью совместимые 3D-модели зданий со всей проектной информацией и данных об активах в электронной форме для всех своих объектов как минимум к 2016 г. с целью сокращения дополнительных затрат в строительных проектах, вызванных плохим управлением информацией, примерно на 20—25%. Это требование к BIM 2-го уровня (см. раздел 1.4.1) для всех централизованно приобретаемых государственных проектов обычно называют Требованием правительства Великобритании в области BIM.

Требование в области BIM относится только к строительным проектам государственного сектора, но также поддерживает использование BIM в частном секторе.

В СГС не указана минимальная стоимость проекта в государственном секторе для внедрения BIM, однако это правило действует только при условии, что прогнозируется положительная отдача от инвестиций (ROI) и ценность данных, которые будут созданы. Никакого различия между проектами нового строительства и проектами, задействующими объекты наследия или существующие исторические объекты, не проводится. В этом смысле, Требования к BIM в Великобритании применимы к сохранению наследия в контексте проектов государственных закупок (консервации исторических зданий).

См.: Требование в области BIM применяется только в отношении основного Правительства Соединенного Королевства: в Шотландии и Северной Ирландии проводится иная политика, а в Уэльсе четких требований в этой области не существует. Шотландское правительство объявило о своей цели внедрять при необходимости использования BIM 2-го уровня для проектов общественного сектора к апрелю 2017 г. (APS Group Scotland 2013). Соответствующий уровень зрелости BIM достигается с помощью онлайн квалификационной шкалы BIM и калькулятора рентабельности инвестиций (см. раздел 6.2.12). В Северной Ирландии BIM 2-го уровня является обязательным условием для проведения государственных централизованных закупок выше порога закупок Европейского союза, где есть потенциал для экономии расходов.

1.4.1 Модель зрелости BIM

Концепция уровней зрелости BIM используется для описания сложности процесса управления информацией в рамках проектов по BIM.

Согласно модели зрелости, предложенной Бью-Ричардсом (Bew-Richards), существует четыре уровня зрелости BIM (0—3) (Рис. 1), которые описывает весь спектр практических методов, начиная от несогласованных бумажных чертежей до полностью интегрированных цифровых и совместных рабочих процессов. Модель зрелости отражает развитие строительной отрасли в отношении применения совместной информации с вехами в процессе, которые определяются как уровни зрелости.

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