Ширинян Е.А., доц. УЦ ВИКОМП Shirinyan E.A. Здания и территория Московского Архитектурного института как полигон для информационного моделирования в эксплуатации зданий The buildings and the territory of Moscow architectural institute as a proving ground for information modeling in facility management Ключевые слова: информационное моделирование зданий, эксплуатация зданий, историческое здание Key words: building information modeling, facility management, historical building Аннотация: В статье описан процесс экспериментальной разработки комплекса моделей зданий и территории Московского архитектурного института для эксплуатационных целей и использования студентами и преподавателями. Abstract: This paper provides an overview of an experimental modeling of the Moscow architectural institute buildings and the territory for facility management purposes and wider public use. Введение В условиях значительного замедления строительной активности именно применение информационных технологий для существующих зданий для повышения эффективности эксплуатации представляется перспективным направлением исследований. В 2014 году в рамках инициативы студенческого совета МАрхИ были сформированы рабочие группы по исследованию и модернизации существующего использования зданий и территории института. В данной статье кратко рассмотрены цели, процесс и промежуточные результаты рабочей группы «Система», основная деятельность которой заключается в сборе, структурировании и систематизации разнообразных данных о зданиях института и его территории. Цель данной рабочей группы, состоящей из 6 студентов разных курсов, состоит, в первую очередь, в создании прототипа платформы для хранения информации о зданиях института и его территории. Собранная и структурированная информация должна быть пригодна для различных видов расчетов и симуляций, в том числе и с точки зрения учебных задач. Таким образом, результат этой работы должен быть полезен как для администрации института, так и для студентов и преподавателей. В качестве платформы для агрегации данных на текущий момент используется BIMплатформа [1] Autodesk Revit 2015, позволяющая содержать в одной модели и геометрию объекта, и атрибутивную информацию. Эта платформа изначально предназначена для архитектурного проектирования, однако, было решено использовать именно эту платформу по ряду функциональных возможностей и по причине популярности этого инструмента среди студентов. BIM и эксплуатация зданий В России, как и в остальном мире, в настоящий момент активно развивается дискуссия вокруг темы информационного моделирования здания (BIM), в том числе и на правительственном уровне. Необходимо отметить, что тема BIM, главным образом,
распространена в области проектирования и строительства, и слабо представлена в эксплуатации зданий. Но именно сейчас наблюдается тенденция по интеграции технологий для проектирования и технологий для управления здания [2]. На текущий момент информационные технологии для эксплуатации существующих зданий чаще представлены в виде двумерных планов, связанных баз данных по помещениями и инвентарю и другими специфическим видам данных. Также стоит выделить системы автоматизации здания, которые могут интегрироваться с вышеперечисленными системами. Типовые задачи систем эксплуатации заключаются в управлении данными по помещениям, оборудованию, документации (например, инструкции к оборудованию), формировании заказ-нарядов и т.д. В том числе, одной из важный функций систем эксплуатации здания является навигация, однако, как было сказано, она выполняется в двумерном виде. Сейчас известен ряд отечественных и зарубежных компаний, которые в той или иной степени привносят в область эксплуатации 3D-технологии и способствуют интеграции BIM c этой областью. Среди отечественных компаний стоит выделить «Неолант»1, «Содис Лаб»2, Vizzera3; среди зарубежных компаний интересна технология, которую развивает Ecodomus4. Центральной категорией информационных моделей в проектировании и строительстве является трехмерный виртуальный макет объекта. В случае эксплуатации зданий именно трехмерная модель, насыщенная информацией, помогает быстрее соориентироваться эксплуатанту в пространстве здания [3]. Таким образом, наглядное и интерактивное представление сведений о зданиях и территории института на основе трехмерной модели — один из предполагаемых результатов рабочей группы «Система». Трехмерная и насыщенная информацией модель, по которой можно осуществлять поиск и формировать отчеты, может быть полезна как для хозяйственного управления института, так и для нужд студентов, в том числе и учебных заданий. В конце 2014 года была проведена консультация с хозяйственным управлением института и выявлен ряд типовых проблем. Основная проблема, решению которой может поспособствовать работа группы «Система», заключается в оптимизации загруженности аудиторий и управлении сведениями о характеристиках аудиторий. Основные блоки работы Сейчас можно выделить четыре блока эксперимента, которые прорабатываются участниками «Системы»: 1. Модель - основная модель зданий и территории института 2. Климат - расчеты инсоляции территории двора и естественного освещения помещений института как пример учебного задания 3. Датчики - замеры параметров микроклимата аудиторий при помощи датчиков для определения соотвествия санитарным нормативам 4. Расписание - моделирование загруженности аудиторий для оптимизации их использования 1. Модель
1 2 3 4
http://neolant.ru/about/about/ http://www.sodislab.com/rus/about/ http://ru.vizerra.com/ http://www.ecodomus.com/
Первый блок, являющийся основой, заключается в консолидации комплекса разнообразных данных и должен решать проблему разрозненности информации. Центр всего комплекса — модель-хранилище, создаваемая при помощи BIM-инструмента Autodesk Revit. Согласно типовому функционалу таких инструментов автоматизируется получение чертежей и отчетов, генерируемых на основе модели или моделей. В настоящий момент модель каждого корпуса состоит из уровней, на которых располагаются строительные элементы ограждающих и внутренних конструкций, помещения с необходимой атрибутивной информацией. Именно такая условная детализация принята за стандарт на данном этапе работы направления (Рис. 1. Информационная модель 4-ого корпуса, сгенерированный план этажа и отчет по дверям всего здания). Одновременно с этим была создана модель рельефа территории и окружаюшей застройки, где отдельные модели корпусов собираются воедино. Задача блока — агрегация основной информации о зданиях и территории института в трехмерной среде. На данном этапе планируется разделение «рабочей» модели, которая создается при помощи Autodesk Revit специалистами, и интерактивной модели, предназначенной для широкого пользователя. Одним из примеров интерактивной модели учебного заведения может стать интерактивная трехмерная модель территории Гарвардского университета 5, созданная при помощи интернет-сервиса CloudCities6. Интересен тот факт, что вокруг трехмерной модели начинает появляться круг информации, необходимой не только для администрации, но и для студента. Достаточно представить ситуацию, когда студент при помощи QR-кода и мобильного устройства переходит на интернет-страницу аудитории, где можно не только ознакомиться с расписанием аудитории, но и посмотреть, кто еще здесь занимается, пройти в галерею исторических фотоснимков, или оставить свой комментарий. 2. Климат Что касается второго блока, который связан с расчетами инсоляции территории (Autodesk Ecotect Analysis) и естественного освещения помещений (Velux Daylight Visualizer), то основная часть работы была выполнена магистрантами первого года обучения. Здания и территория МАрхИ стали для студентов наглядным полигоном для учебных заданий. Учебная ценность заданий стала понятной на примере взаимосвязи с реальной ситуации и компьютерных симуляций. Таким образом, студент постоянно сверяет результаты расчетов и натурные наблюдения и замеры. Блок расчетов на данный момент в большей степени сфокусирован на учебном процессе, а не нуждах эксплуатации. Проведенная работа может быть предметом более тесного взаимодействия с кафедрой архитектурной физики МАрхИ. 3. Датчики Тема датчиков, затронутая в третьем блоке, — одна из самых перспективных технологий с точки зрения изучения того, как живет здание. Здесь возникает тесная связь с типовой задачей эксплуатации здания — мониторингом микроклимата в помещениях. Несмотря на тестовый характер, участникам рабочей группы удалось провести замеры микроклимата в аудиториях по ряду параметров: температуре, влажности, уровня шума, концентрации углекислого газа. Замеры автоматизированным способом проводились при помощи устройства Netatmo Weather Station7, рассчитанного мониторинг микроклимата жилых 5 http://map.harvard.edu/map3d.htm 6 https://cloudciti.es/ 7 См. подробнее https://www.netatmo.com/en-US/product
помещениях. Графики наглядно демонстрируют характеристики микроклимата помещения и его изменения во времени, причем чаще всего изменения вызывает появление человека или группы людей. (Рис. 2. Замеры микроклимата в аудиториях). Особенно актуальным представляется использование датчиков при решении проблем комфорта студентов на занятиях. Некоторые аудитории в летнее время перегреваются и становятся непригодными для занятий, а некоторые и в зимнее время требуют частого проветривания. В качестве перспективы можно обозначить оснащение значимых аудиторий или пространств необходимыми датчиками и провести длительные замеры. 4. Расписание Последний и самый сложный блок — моделирование и оптимизация расписания. Для практикующего архитектора это редко становится проектной задачей, а для администрации работа с расписанием — крайне трудоемкая деятельность, что подтвердили в хозяйственном управлении МАрхИ. Расписание вуза — сложная структура, где множество групп пользователей перемещаются во времени и пространстве. При этом не каждая аудитория подойдет по требованиям (например, оборудованию и вместимости) любому предмету и группе. Именно поэтому оптимизация использования аудиторий — частая задача для программистов. Перед участниками направления самом начале ставилась задача визуализировать на трехмерной модели помещений института динамику загруженности аудиторий. Многомерная таблица действующего расписания, которая одновременно отображает время, группу, предмет, аудиторию и иногда преподавателя, была приведена в двумерное состояние на примере первых двух курсов. Были выделены вышеперечисленные компоненты, разработана система индексации компонентов. Однако достаточно быстро был сделан вывод, что задача просто смоделировать механизм расписания института требует подключения специалистов. В целом, уже сейчас можно говорить о применимости к данной задаче теории расписаний — раздела дискретной математики, который занимается проблемами упорядочивания с точки зрения конечных структур. Если рассматривать потенциальную реализацию модели расписания, то здесь в первую очередь речь пойдет о связанных таблицах данных, формах заполнения информации (например, для внесения расписания предмета) и разнообразных отчетах (например, подбор подходящих по требованиям предмета свободных аудиторий). Таким образом, исследование проблемы моделирования расписания МАрхИ актуализирует взаимодействие с кафедрой высшей математики. Выводы Итак, мы кратко рассмотрели четыре блока внутри направления, их цели и задачи. Общая схема планируемого комплекса информационных моделей, баз данных, разнородных данных о здании и процессах внутри него (Рис. 3. Схема комплекса моделей и данных) должна представлять собой систему, гибкость и простота использования которой являются важными требованиями. Одно из требований к комплексу — структурирование и хранение данных таким образом, чтобы возможность поменять платформу моделирования и хранения не составляло труда. Здесь возникает необходимость предусматривать хранение пространственных данных как в нативном формате (в данном случае — Autodesk Revit), так и в нейтральном IFCформате8 [4]. Также целесообразно организовать хранение 2D и 3D-геометрии значимых 8 http://plmpedia.ru/wiki/IFC
элементов здания, которые затруднительно моделировать в Autodesk Revit (например, центральная лестница 1-ого корпуса). Изучение технологий по визуализации пространственных данных и атрибутивной информации планируется выполнить в ближайшее время. В исследовании на настоящий момент на рассматривается использование данных лазерного сканирования, однако, при их появлении принципиальных изменений в общей схеме не произойдет. В качестве выводов и планов на будущее можно обозначить следующие моменты: 1. Здания и территория МАрхИ предоставляют разнообразную базу для учебных заданий по компьютерному моделированию и расчетам. Студент с интересом моделирует знакомую обстановку, и при использовании компьютерных расчетов демонстрируется более критическая оценка результатов расчетов 2. Стоит особенно подчеркнуть возможности по активизации взаимодействия между кафедрами института — например, кафедрами архитектурной физики, высшей математики и строительной механики, кафедрой инженерного оборудования 3. В свете распространения BIM-технологий в профессиональном сообществе позиция МАрхИ требует артикуляции, в том числе и в области эксплуатации памятника архитектуры 4. В ближайшее время планируются консультации с кафедрами института и рядом внешних специалистов для корректировки целей и задач рабочей группы 5. По завершению этапа создания моделей корпусов и территории в необходимом минимуме планируется определить следующий набор целей и задач для дальнейшего выполнения
Библиография: 1. Информационное моделирование зданий — Building Information Modeling (BIM). Подробнее см. [Электронный ресурс] URL: http://plmpedia.ru/wiki/BIM (дата обращения: 20.04.2015) 2. Teicholz, Paul (Editor), IFMA (Author). BIM For Facility Managers. Wiley, 352 p. 3. Талапов В. В. Технология BIM и эксплуатация зданий. [Электронный ресурс] URL: http://isicad.ru/ru/articles.php?article_num=17409 (дата обращения: 20.04.2015) 4. Подробнее см. о формате IFC с точки зрения хранения данных: Малюх В.Долговечность файлов BIM [Электронный ресурс] URL: http://isicad.ru/ru/articles.php?article_num=14669 ( д а т а о б р а щ е н и я : 2 0 .