Технология BIM: уникальная возможность работы с памятниками деревянной архитектуры

Авторы: Козлова Татьяна Ивановна, Куликова Софья Олеговна, Талапов Владимир Васильевич, Чжан Гуаньин

В наше время технология BIM информационного моделирования зданий находит всё большее применение, в том числе и при работе с памятниками деревянного зодчества. 

Больше того, без преувеличения можно сказать, что в этой области BIM открывает поистине уникальные возможности. Цель нашей статьи – познакомить читателей с некоторыми работами, проведенными сплоченной и одухотворенной командой новосибирских специалистов. Конечно, такая работа требует от исполнителей высокой квалификации в области BIM, но наш опыт показал, что при желании на такой уровень может подняться каждый.

1. Технология BIM – мостик между культурами разных эпох

Любой памятник архитектуры – это фактически музейный экспонат, только находится он не в закрытом помещении со специальными условиями хранения, а под открытым небом, то есть в агрессивной природной среде, да ещё и может довольно активно эксплуатироваться. И с этими факторами надо считаться, к ним надо приспосабливаться, ими надо научиться управлять. Альтернатива – мы можем остаться без памятников архитектуры вообще (рис. 1).

Рис.1. Богоявленская церковь в селе Полтога Вологодской области. Построена в 1773 году. Судьба этого сооружения могла бы быть гораздо лучше, особенно в наш век космических технологий. Фото 2014 года.

Существует наука о музеях – музеология, причем мировая история музеологии насчитывает уже более полутора веков. Для нас же эта наука довольно новая, хотя степени развития музейного дела и работы с памятниками истории и культуры определяют способность нации хранить свою историю и характеризуют культурный уровень страны в целом. Ввиду некоторых «особенностей» финансирования музеев и исторических исследований в нашей стране новейшие компьютерные технологии только сейчас, причём постепенно, начинают приходить в эту область научно-культурной деятельности, но, что очень радует, все они встречаются специалистами с большим энтузиазмом.

Информационное моделирование недвижимых объектов культурного наследия можно упрощенно охарактеризовать как новый подход к вопросу фиксации памятников. Хотя на самом деле BIM здесь даёт намного больше.

Фактически информационная модель становится местом и средством не только хранения сведений о памятнике, но и серьезным инструментом при исследовательской работе с этой информацией, а также в учебно-просветительской и коммуникационной деятельности. Эта модель также тесно связана с мониторингом состояния объекта и его возможным использованием (эксплуатацией) [1]. Таким образом, информационная модель памятника архитектуры – это не просто его виртуальная копия, а «интеллектуальный контейнер» с взаимосвязанной информацией об объекте, причем объем этого контейнера практически не ограничен (рис. 2).

Рис. 2. Общая схема участия BIM в работе с историческими памятниками.

При этом надо помнить, что в современных условиях лучшей технологией получения реальной формы (геометрии) здания является лазерное сканирование, которое часто становится неотъемлемой частью процесса информационного моделирования памятника архитектуры.

При работе с памятниками архитектуры, особенно если они уже получили статус или становятся экспонатами музеев под открытым небом, появляется ещё одна дополнительная задача – музеефикация, то есть подробное описание этих памятников (вплоть до всех компонентов), с целью как научного исследования, так и поддержания в стабильном состоянии хранения.

В этом случае модель памятника архитектуры должна выстраиваться практически поэлементно («по бревнышкам») с подробным описанием свойств каждого такого элемента.

Более того, в дополнение к основным требованиям, предъявляемым к информационным моделям, для памятников истории и архитектуры появляется еще необходимость привязки к объекту целиком или его составным частям исторических документов и ресурсов. Такая добавочная информация может реализовываться либо через атрибуты элементов, либо через добавление в модель текстовых или 2D документов, либо подключением ссылок на интернет-порталы.

Таким образом, по сложившейся терминологии информационная модель памятника архитектуры имеет полное право считаться гибридной, объединяющей как фактические геометрические и физические характеристики объекта, так и оцифрованные документально-исторические свидетельства.

При обсуждении роли BIM для исторических объектов очень важным будет и напоминание о том, что в этой области информационное моделирование в явном виде показывает своё «двойное предназначение»: при создании модели памятника архитектуры обязательно появляются библиотечные элементы, которые затем могут использоваться и в современном проектировании и строительстве. А это даёт возможность с гораздо меньшими усилиями объединять стили разных эпох в едином временном промежутке современного строительства.

Благодаря этому BIM становится уникальным технологическим мостиком между культурой прежних веков и нашей жизнью. Раньше такого сильного инструмента в руках архитекторов и историков не было.

Дальше в этой статье будут приведены примеры конкретных работ, выполненных за последние несколько лет в НГАСУ (Сибстрин) в рамках аспирантских исследований по тематике применения BIM к памятникам архитектуры. К сожалению, сейчас по ряду причин, прежде всего из-за непонимания со стороны руководства вуза, эта работа в НГАСУ (Сибстрин) прекращена, но она инициативно продолжается авторами, в том числе и на базе НГУАДИ.

2. Модель Зашиверской церкви

Эта работа, осуществленная Татьяной Козловой [2] и продолжающаяся по настоящее время, явилась началом большого цикла наших исследований по применению BIM к историческим архитектурным сооружениям и методике информационного моделирования памятников деревянного зодчества. Несомненно, требования, предъявляемые к компьютерной реконструкции (моделированию) таких уникальных объектов, предполагают индивидуальный подход кмоделированию в каждом конкретном случае. И всё же существуют общие правила и методики, которые мы также попытались определить, работая сконкретным примером.

Создание информационной модели исторического памятника

В качестве непосредственного объекта для моделирования была взята находящаяся ныне в музее под Новосибирском Спасская церковь Нерукотворного образа из Зашиверского острога. Сегодня Зашиверская церковь - единственный сохранившийся в Сибири пример подлинной архитектуры шатровых церквей Московской Руси.

Информационная модель церкви создавалась по нашей инициативе для дальнейшего использования при исследовании объекта, а также для выполнения текущих работ поеесодержанию, реставрации и реконструкции. Поэтому главной целью моделирования стало не стремление кмаксимально реалистичному изображению модели и её элементов (визуализации «до каждого сучка»), а впервую очередь разработка конструктивно и содержательно достоверного электронного «дубликата» памятника архитектуры. При этом максимальная реалистичность модели здания тоже достигалась, ноона становилась одним измногих результатов проделанной работы – создания информационной модели Зашиверской церкви.

Другими словами, вполном соответствии с концепцией BIM, готовая модель должна содержать нетолько комплексную исследовательскую информацию об архитектурно-художественных особенностях объекта, ноиего количественные характеристики, описывающие состояние здания вплоть до каждого конкретного элемента, и допускающие возможность их всестороннего наполнения с последующей корректировкой в результате регулярно проводимых обследований.

Так получилось, что история появления и дальнейшего существования Зашиверской церкви в последнее время привлекает к себе достаточно много внимания. В конце 2015 года в НГУАДИ прошли традиционные «Баландинские чтения», посвященные деревянному зодчеству и конкретно этому памятнику. История Зашиверской церкви достаточно хорошо описана в статье (https://ardexpert.ru/article/6075 ), опубликованной недавно на портале «Строительный эксперт».

В другом материале (https://ardexpert.ru/article/6099 ) рассказано о создании информационной модели этого памятника деревянной архитектуры. Но с начала опытов по моделированию прошло уже достаточно много времени, так что мы можем дополнить эту публикацию новыми подробностями.

Как уже отмечалось, к моменту начала в 2010 году работы помоделированию Зашиверской церкви у нас был определенный опыт применения технологии BIM к памятникам архитектуры, восновном каменным. Однако вся история этого сооружения, включая появление, существование ипереезд, атакже планы по дальнейшему использованию, показывали, что надо создавать не просто модель здания, а информационную модель объекта музейного хранения. Точнее, информационную модель здания иобъекта хранения одновременно (рис.3).

Рис. 3. Общий вид модели Зашиверской церкви.

При моделировании Зашиверской церкви был полностью повторен путь сборки памятника на месте хранения после его перевозки из Якутии. В частности, заложенная в модели этапность соответствует очередности произведённых реставрационных работ по сборке памятника в точности до каждого бревна и элемента (рис. 4).

Рис. 4. Конструктивные виды сруба церкви с установленным восьмериком.

Выполненное постадийно моделирование процесса реставрационных работ и полученная при этом модель дают возможность не только отслеживать и управлять изменениями состояния конструкций, множеством связей и отношений в модели, но также проектировать дальнейшие работы с объектом и комплексно управлять их ходом (рис. 5).

Рис. 5. Таблица свойств материалов для каждого элемента модели Зашиверской церкви, в которую заносятся данные натурных обследований.

Новое строительство

Модели Зашиверской церкви крупно повезло – практически сразу после создания основной части она стала своеобразным «культурным мостиком» между эпохами. Дело в том, что примерно в то же время, когда шли наши опыты по моделированию, в Новосибирске началось строительство деревянной Церкви в честь иконы Спаса Нерукотворного образа, которая по замыслу авторов должна стать церковью-памятником сибирским первопроходцам. Вполне естественно, что многие её внешние формы, хотя и в других пропорциях и размерах, были позаимствованы у Зашиверской церкви (рис. 6).

Рис. 6. Строительство церкви-памятника сибирским первопроходцам. Новосибирск, 2014.

Но информационная модель Зашиверской церкви стала не только источником стилевых элементов для нового храма. С её помощью (после некоторой доработки) был проведён анализа конструкций устройства шатровой части новостройки для последующего её воспроизведения строителями. Результатом проведённой работы стала также возможность наглядного представления стыковки брёвен в прочную самонесущую конструкцию, что оказалось весьма полезным для работающих на возведении церкви строителей-добровольцев, не имеющих должного опыта создания деревянных объектов (рис. 7).

Рис. 7. Модель металлического каркаса купола строящейся церкви.

3. «Интеллектуальные» элементы для моделирования памятников деревянного зодчества

Итак, применение «дискретной» методики моделирования для памятников деревянной архитектуры является предпочтительным, поскольку позволяет индивидуально отслеживать каждый составной элемент здания. Но такое моделирование «штучно», оно довольно сложно и ресурсоёмко, что затрудняет его использование при большом объёме работы. С другой стороны, в России за её многовековую историю деревянное зодчество было доминирующим, так что при исследовании памятников архитектуры неизбежно встаёт задача повышения технологичности информационного моделирования деревянных сооружений, которые кроме конструктивных имеют ещё массу временных и географических особенностей.

Поскольку все деревянные строения имеют в своей основе некоторый протяженный элемент, называемый в народе «бревном», то решение задачи повышения технологичности моделирования предполагает создание библиотеки многопараметрических («интеллектуальных») брёвен, наиболее подходящих для тех или иных конструктивных ситуаций и позволяющих быстро получать конкретный деревянный элемент памятника архитектуры (рис 8).

Рис. 8. Создание многопараметрического «библиотечного бревна».

Конечно, было бы весьма заманчиво просто создать одно «интеллектуальное» бревно, в которое затем вводить в качестве параметров диаметры на концах, геометрию сечения, размеры и положение всевозможных врезок, другие характеристики, и получать итоговый элемент правильной геометрии.

Но пользоваться таким «умным» элементом, рассчитанным на все случаи жизни, было бы крайне неудобно. Более разумным представляется создать библиотеку специализированных «интеллектуальных» элементов. Но для этого надо основательно изучить технологию самого деревянного строительства в России в разные периоды, а также определить разумный уровень этой самой специализации (рис. 9).

Рис. 9. Моделирование «специализированного» бревна в программе Autodesk Revit.

Задача большая, но её решением смело занялась Софья Куликова [3]. При этом надо отметить, что проблема, требующая для своего решения наличия «интеллектуальной» библиотеки элементов, уже давно встала «в полный рост». Например, при массовой обработке через моделирование сохранённой информации о деревянных постройках из зоны затопления Богучанской ГЭС.

Краткая историческая справка.

Деревянное зодчество Восточной Сибири представляет собой огромный пласт архитектурно-исторического наследия, хранящего традиции и отражающего народную культуру России, и исследования этого удивительного региона в разное время планомерно велись многими учеными. Однако во второй половине XX века ситуация резко обострилась: по берегам Нижней и Средней Ангары началось проектирование и строительство целого каскада гидроэлектростанций.

При строительстве первых трех из семи предполагаемых ГЭС ангарского каскада из зоны затопления был вывезен ряд памятников деревянной архитектуры: жилые и хозяйственные постройки, а также уникальные культовые и оборонительные сооружения.На основе этих объектов были созданы архитектурно-этнографические музеи: «Ангарская деревня» в Братске и «Тальцы» в Иркутской области.

В 2012 году завершилось строительство четвертой, Богучанской ГЭС, что привело к безвозвратной потере огромного количества образцов деревянного зодчества, поскольку в зону затопления, подтопления и берегопереработки попало 29 населенных пунктов.

Конечно, перед этим несколько лет в меру сил проводились исследовательские экспедиции в район будущего затопления, в том числе силами Института археологии и этнографии СО РАН и кафед­ры Истории архитектуры и основ про­ектирования ИрГТУ, целью которых было натурное обследование объектов застройки, выявление ценных объектов деревянного зодчества и их научная фиксация для последующего спасения посредством переноса [4].

Особый интерес для исследования представляла деревня Ёдарма - достаточно крупное поселение Приангарья, основанное в первой половине XVIII века, сохранившее на момент экспедиций планировочную структуру. Наиболее интересным объектом здесь был усадебный комплекс Зарубина, состоявший из десяти различных построек: амбара, бани, жилого дома и зимовья, двух навесов, скотника-сеновала, собачника, уборной и ворот (рис. 10).

Рис. 10. Усадьба Зарубина в деревне Ёдарма. Фото Алексея Чертилова, 2010.

В настоящий момент почти все постройки из зоны последнего затопления утрачены, у нас остались лишь обмерные чертежи работавших экспедиций и небольшое количество материалов с разборов.

Поэтому довольно остро встаёт задача дальнейшего хранения, исследования и визуализации этих материалов, в том числе в форме создания виртуального музея, а также физического воссоздания (в основном в виде новоделов), деревянной строений из зоны затопления Богучанской ГЭС.

Моделирование памятников деревянного зодчества.

Как происходит моделирование исторического сооружения? Для ответа на этот вопрос и популяризации идеи BIM применительно к памятникам архитектуры вполне подойдёт приведённая ниже схема, показывающая заключительный этап моделирования деревянного домика (рис. 11).

Рис. 11. Построение модели жилого дома из усадьбы Зарубина на основе обмерных чертежей. Работа выполнена в программе Autodesk Revit, 2014.

Однако главным в этой работе было то, что осталось «за кадром» - предварительное проведение исследований и создание «интеллектуальных» элементов для моделирования. Например, в разработанных для этого случая библиотечных элементах предусмотрена возможность изменять длину бревна, радиус, расстояние от края бревна до чаши. В зависимости от введенных данных также меняются размер чаши, размер вырубки нижней части бревна, местоположение и размер отверстий для шипов, скрепляющих верхнее и нижнее бревно по длине (рис. 12).

Рис. 12. Моделирование различных видов соединений сруба, слева направо: охлоп в полдерева, охлоп с заоваленным гребнем, в охряп, простая «лапа», «лапа с присеком», соединение внутренней стены с наружной «в полдерева».

Бревна для оконных венцов смоделированы с чашей только с одной стороны, поскольку другой конец бревна крепят на шип. Это сделано для того, чтобы впоследствии располагать информацией о типах и количестве брёвен с их точными габаритами (важность такой информации для восстановления памятника архитектуры трудно переоценить).

Отдельно моделируются простенки.А заполнение оконных проемов представляет из себя сложносоставной элемент библиотеки, в который вложен другой элемент – ставни.

Таким образом, разработанные «интеллектуальные» элементы позволяют получать широкий набор типоразмеров в зависимости от множества параметров. А наличие различных декоративных элементов позволяет создать некую библиотечную базу определенного стиля, которая может быть широко использована как при физическом воссоздании объекта, так и для изучения самого этого стиля. В совокупности же это всё составляет основу для создания информационной модели памятника деревянного зодчества (рис. 13).

Рис. 13. Информационная модель усадьбы Зарубина. Объемный разрез амбара.

В результате, как уже отмечалось, мы получаем возможность не только воссоздавать (виртуально или в виде новоделов) постройки старых сибирских мастеров, но и использовать их веками накопленные знания и навыки в современном деревянном строительстве (рис. 14).

Рис. 14. Общая модель усадьбы Зарубина состоит из информационных моделей отдельных её элементов.

Асташовский терем.

В 2015 году у нас появилась уникальная возможность проверить наработанную методику моделирования на довольно сложном объекте – тереме в селе Асташово Костромской области. Это красивейшее здание с уникальной историей спас для современников московский предприниматель Андрей Павлюченков (http://rg.ru/2016/03/23/reg-cfo/pod-kostromoj-biznesmen-za-svoi-dengi-spas-arhitekturnoe-sokrovishche.html ). Он же предоставил нам документацию по зданию, ставшую основой для моделирования (рис. 15).

Рис. 15. Общий вид модели Асташовского терема.

Работа по моделированию терема в Асташово носила чисто экспериментальный характер. В дело пошла часть библиотечных элементов, созданных при работе с объектами из зоны затопления Богучанской ГЭС. Ещё больше появилось элементов новых. Но тут важно понимать, что все памятники архитектуры по своему уникальны, так что ни одна библиотека элементов не будет исчерпывающей для их моделирования, всегда, причем в большей степени, потребуется создавать новые детали и узлы. Так что при информационном моделировании архитектурных памятников на первом месте по важности стоит не сама библиотека элементов, а методика её создания.

Проделанная работа показала правильность выбранной нами методики работы с памятниками деревянного зодчества. Она также убедила нас в том, что на сегодняшний день уже нет никаких ограничений по моделированию деревянных строений как по сложности, так и по объему выполняемой работы (рис 16).

Рис. 16. Детализация элементов фасада Асташовского терема.

4. Система доугун и моделирование памятников архитектуры Китая

Так получилось, что в 2011 году опыты по информационному моделированию при работе с памятниками архитектуры «занесли» нас не только в Сибирь, но и далеко на Восток – в древний Китай. «Виновником» такого поворота событий стал тогда ещё молодой архитектор-реставратор Чжан Гуаньин (Zhang Guanying), которого пытливый ум, хорошие знания и высокая работоспособность привели в аспирантуру для изучения BIM.

Сначала в качестве «разминки» было решено познакомиться с традиционной китайской архитектурой и смоделировать беседку в монастыре Хуайшэнсы, которая была построена в эпоху династии Тан (618 г. - 917 г.). Монастырь Хуайшэнсы был основан примерно в 627 году приехавшими в Китай арабами, сегодня это – один из старейших исламских монастырей в мире и один из четырех древнейших монастырей в Китае. Он находится в городе Гуанчжоу на юге Китая, также известен как Храм Льва или Гуантасы. В общем, объект, достойный для BIM.

В то время в Китае в основном строили из дерева, поэтому сооружений эпохи Тан до наших дней дошло очень мало. Однако беседке в монастыре Хуайшэнсы особо «повезло»: первоначально она была построена из дерева, а платформа и базы колонн сооружены из камня, но при последующей реконструкции (возможно, 1949 года) деревянные элементы заменили на железобетонные. Так что воссоздание реального вида беседки было делом не простым, но представляло немалый интерес в деле восстановления исторической справедливости.

На первом этапе моделирования была проведена довольно непростая работа по восстановлению использовавшейся ранее в этой беседке системы кронштейнов доугун (до наших дней они не дошли, так как при реконструкциях «превратились» в железобетон). Из-за отсутствия исторических документов с полной достоверностью некоторые узлы восстановить так не удалось, поэтому в модели они представлены в нашем современном понимании конструктивной целесообразности. По этим исследованиям были построены компьютерные базовые элементы, из которых и собиралась система доугун, несущая крышу (рис. 17).

Рис. 17. Моделирование беседки в программе Autodesk Revit, 2011.

Аналогичная работа была проделана и с другими компонентами, из которых состоит беседка: колоннами, стойками, стропилами, черепицей и т.п. Все эти элементы информационной модели играют самостоятельную роль, поэтому могут индивидуально специфицироваться и учитываться с указанием физического состояния каждого из них.

Когда все необходимые компоненты были созданы, собрать общую модель беседки уже не составило большого труда. И появилась возможность сделать некоторые общие выводы.

Во-первых, проведенная работа показала, что технология BIM и конкретно программа Autodesk Revit хорошо подходят для моделирования памятников архитектуры и исторических объектов. Они позволяют, в частности, быстро модифицировать построенную модель при выявлении новых обстоятельств как исторического, так и конструктивно-эксплуатационного характера.

Во-вторых, мы столкнулись с неоспоримым фактом потери знания. И пусть эта потеря была небольшой («какая-то беседка»), но сам по себе такой факт оказался крайне неприятным – мы в наш космический век не смогли достоверно воссоздать относительно простую конструкцию крепления крыши к балкам и колоннам, реализованную когда-то древнекитайскими мастерами. Решение проблемы в дальнейшем виделось в тщательном изучении и компьютерном моделировании всей системы кронштейнов доугун, использовавшейся в сооружениях Древнего Китая.

В третьих, после публикации результатов работы мы получили несколько писем от людей, далёких от памятников архитектуры, но желающих построить такую беседку для себя. В связи с этим нелишне будет напомнить, что в Китае беседки строились по указаниям императоров вдоль основных дорог (говоря современным языком, это была «государственная программа») для возможного отдыха путников. Так что чьё-то желание иметь такую беседку в зоне своего проживания в настоящее время также представляется совершенно естественным. И мы эту модель передали всем желающим. Но в результате общения появилось понимание ещё одного обстоятельства – в наш «космический век» мы такие сооружения строить уже не можем, а умеем в лучшем случае их копировать.

В общем, необходимость изучения и информационного моделирования системы доугун предстала перед нами «в полный рост». И этот исторический вызов был принят.

Краткая историческая справка по системе доугун

Доугун (илидоу-гун) – это консольная капитель, переходящая в карниз (в дословном переводе означает «выступ» или «карниз»), является чрезвычайно важным элементом в древней китайской архитектуре (вообще в зодчестве буддийского Востока, Кореи, Японии). Главная задача доугуна – поддерживать вынос кровли здания, соединяя опорные столбы и балки обвязки ярусов, а также передавать нагрузку от балок и крыши на колонну. Благодаря своему сложному составу и веками отработанной геометрии такие элементы образовывали довольно эластичную конструкцию и существенно снижали вероятность разрушения здания в результате сильного ветра или землетрясения. При этом доугуны ещё и являлись несомненным украшением всех построек того времени.

Вершиной развития экономики и культуры феодального общества в Китае стал период правления династии Тан. В этот период в строительстве значительно усовершенствовалась конструкция доугуна. В результате была создана совершенно новая форма общей структуры сооружений. В вышедшем в 1103 году трактате «Инцзаофаши» («Методы архитектуры») эту структуру назвали “зал дворца”. Автор упомянутого уникального труда Ли Минчжун собрал огромный фактический материал по строительству и архитектуре Китая и сделал ценные обобщения, касающиеся вопросов деревянного зодчества. Сегодня работа «Методы архитектуры» считается одним из ранних классических трудов по архитектуре Китая.

Наибольшее развитие, доходящее до совершенства, доугуны получили в период эпохи Тан (618 г. - 907 г.) и последовавшей за ней Сун (960 г. – 1279 г.). В силу целого ряда причин это привело к высокому уровню стандартизации и унификации по предназначению составляющих элементов, что позволило говорить о создании своеобразной системы доугун, содержащей для классификации своих компонентов целый ряд параметров.

Ключевым в системе доугун стало понятие цай - масштабной размерности или модуля для соотношения элементов. Цай имеет 8 уровней, которые используются в зависимости от размеров здания. Были введены также величины, дополнительно характеризующие расположение элементов в сложных конструкциях: тяо - расстояние от главной до второстепенной оси, и пуцзо - уровень вложенности элементов, а также некоторые другие переменные величины (рис. 18).

Рис. 18. Пример параметрической иерархии сложного элемента системы доугун.

Таким образом, к началу XII века система доугун уже была хорошо описана и стала даже основой для определения размеров и пропорций зданий. Более того, на её основе появилось руководство по расчёту прочности несущих конструкций.

В основном доугуны выполнялись из дерева, хотя этот материал считался в Китае весьма дефицитным. Последнее обстоятельство определило применение доугунов главным образом для дворцов и храмов и сделало их в дальнейшем не только конструктивно необходимыми, но и высоко престижными элементами здания.

В более поздние периоды китайская архитектура была ориентирована уже на каменные и кирпичные постройки с черепичными крышами, так что большинство элементов системы доугун из дерева перешло в эти новые материалы, сохраняя стиль и красоту, но частично потеряв функциональность.При этом система продолжала развиваться и совершенствоваться вплоть до начала ХХ века.

Сегодня доугуны – неотъемлемая часть практически всех архитектурных памятников Китая, в стилизованной форме ставшие и модными элементами современного строительства (рис. 19).

Рис. 19. Храм Шенмудянь (1102 – 1106) в монастыре Цзыньцы в провинции Шаньси – один из дошедших до нас деревянных памятников архитектуры, построенных с помощью системы доугун.

Подведём некоторый итог. Итак, в начале XII века в Китае была уже довольно хорошо развита, разделена с помощью параметров и решаемых задач на типы и описана для применения в строительной практике система доугун. Говоря современным языком, к началу XII века в Китае был разработан параметрический классификатор строительных элементов, а сам процесс проектирования и строительства становился объектно-ориентированным на основе библиотечных элементов системы доугун. Существовали и разработанные для доугун аналоги наших СНиПов. Не было только компьютеров, а то можно было бы внедрять BIM!

Создание библиотечных элементов системы доугун

Как уже отмечалось, система доугун по своей сути явила миру параметрическую библиотеку базовых элементов, использующихся в объектно-ориентированном проектировании. Поэтому, следуя логике развития доугун, вполне естественным было наше желание:

1. Сделать эту систему древнекитайского зодчества интегрированной в современную технологию BIM.
2. Создать задел для информационного моделирования с целью музеефикации, исследования и управления обслуживанием памятников древнекитайской архитектуры (даже шире – памятников всего буддийского Востока).
3. Адаптировать систему доугун для современной проектно-строительной индустрии.

Фактически нами была поставлена задача создать библиотеку параметрических семейств, содержащую все (хотя бы основные) элементы системы доугун. И эта библиотека была создана (рис. 20).

Рис. 20. Некоторые из основных элементов доугун: общий вид.

Основные проблемы, возникавшие при осуществлении этой работы, можно условно разбить на две части, но не этапа, поскольку их выполнение шло одновременно:

1. Изучение первоисточников. Во-первых, старокитайский язык – на самый простой для чтения. Во-вторых, дошедшие до нас описания элементов системы доугун часто состояли из одного плоского чертежа весьма неважного качества и текстового разъяснения к нему (на старокитайском языке). В третьих, советоваться было практически не с кем.
2. Создание библиотечных элементов. Оно требовало хорошо разработанной стратегии моделирования, полного понимания взаимодействия элементов системы и хорошего владения компьютерным инструментарием. При этом объём работы был не только очень большой, но и возрастал по мере нашего понимания.

Для выполнения задуманной работы оставался единственно возможный путь – делать всё одновременно. В этом случае трёхмерное моделирование помогало нам понять взаимодействие элементов системы доугун, а каждый успех в прочтении первоисточников добавлял осмысления в моделирование.

В результате на сегодняшний день основная часть работы уже проделана – создано несколько сотен параметрических семейств элементов системы доугун, содержащих более 50 000 типоразмеров, и пополнение библиотеки продолжается. Но самое главное – создана некая схема, по которой теперь могут работать уже многие специалисты (рис. 21).

Рис. 21. Некоторые из основных элементов доугун: цзао ху доу, ни дао гун и хуан гун с их таблицами параметров. Изменение параметров приводит к появлению элемента с новой геометрией, но в рамках допустимых ограничений. Работа выполнена в Autodesk Revit.

По понятным причинам основным языком, на котором выполнялась эта работа, стал китайский. Но библиотечные элементы можно напрямую использовать в любой локализованной версии Autodesk Revit. Что касается перевода этой библиотеки на другие языки, например, на русский, то эта работа выполнима, но она упирается в отсутствие утверждённого перевода многих терминов, так что можно поступить так, как мы сделали на рисунке 21, - просто использовать для названия элементов их китайское звучание. Хотя само описание на русском языке терминов и структуры элементов системы доугун стало неотъемлемой частью проделанной работы по созданию этой BIM-библиотеки (рис. 22).

Рис. 22. Пошаговый показ процесса формирования консольной капители из базовых элементов системы доугун.

Моделирование памятника архитектуры: храм Шенмудянь

Следующим и вполне логичным шагом после создания библиотеки элементов стала проверка этих параметрических семейств на практике. Для моделирования было решено взять храм Шенмудянь – действующий памятник деревянного зодчества Китая, имеющий возраст более 900 лет (рис. 19). На выбор именно этого объекта повлияла не только его историческая значимость, но ещё и то обстоятельство, что при его построении использовались доугуны разных типов (двух уровней цай) в зависимости от яруса здания.

Естественно, здание храма Шенмудянь состоит не только из доугунов, так что при его моделировании пришлось создавать семейства и других конструктивных элементов. Последнее, впрочем, после работы с доугунами большого труда уже не представляет, но всё равно дополнительно обогатило библиотеку элементов древнекитайского зодчества (рис. 23).

Рис. 23. Модель храма Шенмудянь в интерфейсе AutodeskRevit 2014.

Использование библиотечных элементов системы доугун при моделировании храма Шенмудянь себя полностью оправдало. На создание объекта столь высокого уровня сложности при «минимальной» (это ещё мягко сказано) документации по зданию ушло около двух недель. Конечно, огромное значение имело также общее понимание и умение работать с компонентами системы доугун, появившееся в процессе создания библиотеки элементов (рис. 24).

Рис. 24. Моделирование храма Шенмудянь в значительной степени повторяло процесс его возведения.

Подведём некоторый итог. Разработанная библиотека элементов системы доугун [5], адаптированная для технологии BIM:

1. Позволяет создавать информационные модели памятников архитектуры древнего Китая для их компьютерной паспортизации (фиксации), исследования, реставрации и обслуживания;
2. Создаёт технологические условия для «возвращения» системы доугун в современное строительство.

Более подробно с информационным моделированием системы доугун и памятников архитектуры Древнего Китая можно будет ознакомиться по монографии, которая выходит в НГУАДИ осенью 2016 года. Пока же отметим, что в 2013 году представленная работа получила высшую награду конкурса Autodesk Innovation Awards Russia (рис. 25).

Рис. 25. Визуализация модели храма Шенмудянь с учетом используемых в здании материалов.

Литература

1. Талапов В.В. Основы BIM: введение в информационное моделирование зданий. – М.: ДМК Пресс, 2011.

2. Козлова Т.И. Информационная модель недвижимого объекта культурного наследия как новый инструмент работы в музеефикационной практике.

// Вестник Томского государственного университета. История. 2013, 3(23), с. 33-37,

3. Аникеева С.О. Об опыте использования технологии BIM для музеефикации деревянных памятников архитектуры/ Аникеева С.О. // Вестник ТГУ. Культурология и искусствоведение. – 2014. – №1 (13). – С. 31–36.

4. Чертилов А. К. Объекты народного деревянного зодчества в зоне затопления ложа водохранилища Богучанской ГЭС. Иркутская область, Усть-Илимский район, деревня Ёдарма // Проект Байкал. Архитектурный журнал. 2012. 15 мая. URL: http://www.pribaikal.ru/ architecture-item/article/14588.html

5. Чжан Гуаньин. Технология BIM и моделирование системы доугун для памятников архитектуры Древнего Китая// Вестник ТГУ. Культурология и искусствоведение. – 2014. – №1 (13). – С. 44–55.