Общая схема информационной модели объекта строительства

В основополагающей работе Чарльза Истмана и других авторов по BIM [1] приведено несколько определений этой технологии работы со зданиями и дано её подробное описания, однако в появлявшихся в разное время публикациях на тему информационного моделирования почти ничего не говорилось о составе информационной модели объекта строительства. На сегодняшний день технология BIM в мире уже получила достаточное развитие, поэтому пришло время восполнить имеющийся пробел.

Информационное моделирование – это процесс, результаты каждого этапа которого, то есть информационные модели здания, сильно отличаются друг от друга в зависимости от стадии жизненного цикла объекта и тех требований, которые предъявляются к моделированию при решении возникающих задач [2]. Да и сам строительный объект сильно зависит от стадии своего существования: если при проектировании он виртуален, а во время строительства постепенно обретает «телесный» вид, то на долгом этапе эксплуатации здание наконец входит в пору «стабильности» и уже не подвержено значительным изменениям [3]. Так что информационная модель – объект весьма переменчивый, зависящий от круга решаемых задач. И всё же наработанный опыт использования BIM позволяет говорить о некоторой общей структуре информационной модели здания.

В работе [4] приводится структура информационной модели памятника архитектуры. Однако внимательное её рассмотрение позволяет сделать вывод, что такая схема построения модели с необходимыми пояснениями пригодна и для информационного моделирования любого объекта строительства, вне зависимости от того, на какой стадии жизненного цикла он находится.

Итак, ссылаясь на работу [4], рассмотрим приведенную там схему информационной модели памятника архитектуры применительно к любому объекту строительства.

Рис. 1. Информационная модель объекта строительства: её составные части и связи между ними.

Такая модель по общепринятой классификации считается гибридной, поскольку состоит из компьютерных объектов разной природы и предназначения [2]. Руководствуясь основными принципами BIM [5], дадим к этой схеме некоторые пояснения.

Основная геометрически-информационая часть, основной раздел модели,является: 

1. Непосредственным хранилищем некоторой геометрически-схематической и иной информации об объекте.
2. Основой для качественного и количественного анализа объекта.
3. Интерфейсом доступа к информации модели, в том числе и находящейся в других её частях.

Геометрически-информационная часть – основной «контейнер» модели, который наполняется информацией непосредственно или через привязанные ссылки. Главные задачи этого контейнера – организация структуры хранения информации и предоставление возможности интерактивной работы с ней, а также пространственная (преимущественно трехмерная) визуализация основной части этой информации. При этом инструментарий обработки информации в модели не содержится, он целиком представлен в программе (программах) работы с моделью (или её частями) и постоянно совершенствуется вне зависимости от модели. Это полностью соответствует основным принципам информационного моделирования [5].

В основной части модели в первую очередь содержится схематическая геометрия объекта. Конечно, хотелось бы сказать – геометрическая модель, но дело в том, что такой, выстроенный современными векторными инструментами компьютерного моделирования, виртуальный объект при всей своей обязательной точности будет всё же весьма приближенно соответствовать реальной геометрии существующего здания и, например, совершенно непригоден для геодезического контроля. Так что правильнее говорить о схеме или о геометрической модели, понимая под ней геометрически-информационную часть (геометрическую схему построения объекта), всегда подразумевая, что у нее есть определенные неизбежные «допуски» при передаче реальной геометрии.

Схематическая геометрия, во-первых, обеспечивает описание взаимодействия (соединения) составных элементов объекта строительства. Она может использоваться, в частности, для создания схемы расчетов устойчивости здания к внешним нагрузкам, а также при возможной эксплуатации или при проектировании реставрации либо капитального ремонта [6]. Если же говорить о стадии проектирования, когда физически объект еще не существует, то основная геометрически-информационная часть может практически полностью совпадать со всей информационной моделью здания [7].

Во-вторых, геометрическая модель – это своеобразный трехмерный «путеводитель» по информации об объекте строительства, предоставляющий и облегчающий визуальный контакт пользователя с заложенными в модель данными.

Рис. 2. Информационная модель Зашиверской церкви: один из элементов геометрической модели и открывающееся диалоговое окно доступа к его свойствам (заложенным в модель данным) [8].

Основное облако точек – это результат лазерного сканирования или фотограмметрической обработки объекта. Такое облако точек, реализованное набором их трёхмерных координат - обязательный элемент информационной модели, являющийся носителем «реальных» данных о геометрии объекта. Технологически облако точек хранится отдельно и привязывается к геометрической модели ссылкой, но при необходимости оно может вставляться в геометрическую модель. Именно сравнение полученных в разное время облаков точек позволяет осуществлять геодезический контроль за объектом строительства, как существующим, так и возводимым, и количественно характеризовать динамику процессов строительства и эксплуатации.

Что касается стадии проектирования или даже предпроектной проработки объекта, то и здесь облако точек при необходимости может присутствовать, например, в качестве съемки участка местности и объектов окружения.

Дополнительная информация может как непосредственно включаться в модель (например, свойства материалов, коды по классификатору, характеристики оборудования и т.п.), так и присоединяться ко всей модели или конкретному элементу ссылками (например, схема шкантов и скоб при креплении выделенного бревна, инструкции по эксплуатации оборудования, нормативные документы и т.п.). К дополнительной информации можно отнести и всевозможные исторические, разрешительные, имущественные и прочие документы, относящиеся к зданию, которые могут храниться отдельно как в силу формата документа, так и из-за удаленности от самой модели или статуса этих единиц хранения. Например, если исторический документ находится в каком-то музее, но его оцифрованный вариант доступен в модели через ссылку на сайт этого музея.

Аналогичным образом к модели присоединяются, например, схемы используемого в здании оборудования или регламенты по его обслуживанию. Эти документы вообще могут храниться на сайте производителя оборудования и прикрепляться к модели ссылками, что гарантирует актуальность всей перечисленной документации. Последнее особенно важно при совмещении BIMс концепцией «зеленого строительства» [9].

Исключительно важная часть дополнительной информации для каждого элемента здания – его индивидуальное облако точек, которое содержит точную геометрию уже отдельного элемента (его видимой части) и позволяет осуществлять индивидуальный геодезический контроль (для каждого бревна, балки, колонны и т.п.).

Рис 3. Информационная модель храма Шенмудянь в Китае: узлы системы доугун первого и второго этажей из модели показывают «идеальную» схему сборки кронштейнов, но они не передают реального состояния каждого из них [10].

Сегодня информация по объекту строительства – это индивидуальное «личное дело» каждого здания или сооружения, хранящееся в «отдельной папке», и для знакомства с нею надо в эту папку заглянуть. Поэтому вполне логично, что сегодня одним из главных критериев оптимизации процессов работы со зданиями является уменьшение суммарного время, потраченного на поиск, проработку и согласование этой информации. Если информационная модель правильно организована, то она позволяет тратить при работе с объектом строительства принципиально меньше времени, получая при этом намного большую эффективность.

Конечно, моделирование каждого объекта строительства весьма индивидуально как по специфике сооружения, так и по характеру решаемых задач. Но понимание общей схемы построения информационной модели здания позволяет как экономить время при организации индивидуального процесса моделирования, так и создает основу для объединения информационных моделей отдельных объектов в единую информационную систему, в частности, является обязательным шагом к реализации концепции «умного города».

Литература

1. Eastman C., Teicholz P., Sacks R., Liston K. BIM Handbook. Second edition. – NJ: Wiley, 2011. – 626 с.
2. Талапов, В.В. Технология BIM: суть и основы внедрения информационного моделирования зданий / В.В.Талапов – М.: ДМК-пресс, 2015. – 410 с.
3. Талапов, В.В. Основы BIM: введение в информационное моделирование зданий / В.В.Талапов – М.: ДМК-пресс, 2011. – 396 с.
4. Талапов, В.В. О некоторых закономерностях и особенностях информационного моделирования памятников архитектуры // Международный электронный научно-образовательный журнал "AMIT" [Электронный ресурс]. – 2(31) 2015, - режим доступа: http://www.marhi.ru/AMIT/2015/2kvart15/talapov/abstract.php
5. Талапов, В.В. О некоторых принципах, лежащих в основе BIM / «Известия высших учебных заведений. Строительство», - Новосибирск, 2016, №4(688), с. 108-114.
6. Козлова Т.И., Куликова С.О., Талапов В.В., Чжан Гуаньин. BIM и памятники деревянной архитектуры/«Историческая информатика», - Барнаул, 2014, № 2-3, с 50 – 73
7. Jernigan F., BIG BIM little bim. Second edition. – Salisbury: 4 Site Press, 2008. – 198 с.
8. Козлова Т.И. Методика информационного моделирования Спасской церкви из Зашиверска и преимущества ее применения для сохранения памятников древнерусского деревянного зодчества / Баландинские чтения, часть 1. – Новосибирск, 2015, с 26-31
9. Krygiel E., Niec B. Green BIM: Successful Sustainable Design with Building Information Modeling. - NJ: Wiley, 2008. – 310 c.
10. Талапов В.В., Чжан Гуаньин. Информационное моделирование памятников архитектуры на примере древнекитайской системы доугун / Талапов В.В. – Новосибирск, НГУАДИ, 2016 – 183 с.

_________________________

Владимир Талапов