isicad: Революции в проектировании

Статья содержит комментарии по поводу часто обсуждаемых вопросов: роль и место 3D и 2D в проектировании, BIM-технологии, проектирование и моделирование.
Оттолкнуться хотелось бы от фразы, вычитанной в Интернете:

Фраза принадлежит корреспонденту PC-Week Елене Гореткиной - прим. isicad

BIM-технология

В области строительного проектирования слово "революция" чаще всего упоминается в связи с применением BIM-технологий. Концепция информационной модели здания предполагает работу всех участников проектирования над единой, реально существующей в виде электронной базы данных, моделью. Это, действительно, в корне отличается от традиционного подхода к проектированию. Но, по-видимому, неработоспособно.

Вопрос в том, можно ли редактировать единую модель? Например, можно ли повернуть пилон на одном из этажей многоэтажного здания на 90 градусов? На первый взгляд, это простая операция. Но так как речь идет о редактировании модели, то нужно позаботиться о восстановлении ее согласованности. Ниже приведен краткий перечень того, что нужно сделать:

повернуть на 90 градусов все пилоны, расположенные ниже и выше по оси повернутого пилона;
проверить, не конфликтует ли новое положение пилонов с геометрией всех плит перекрытий; при необходимости, исправить геометрию плит;
выполнить полный перерасчет модели;
проверить, не изменилось ли армирование фундаментной плиты, всех плит перекрытий, пилонов, стен; если изменилось, то выполнить новую раскладку арматуры, заменить или исправить чертежи, пересчитать спецификации. Это только то, что касается конструкции здания. Теоретически, поворот пилона может повлиять на инженерные системы, и перечень может быть значительно расширен.

Невыполнение хотя бы одного из вышеперечисленных пунктов превращает информационную модель в кучу информационного мусора, в минное поле ошибок и недоразумений.

Очевидно, что не существует программ, способных самостоятельно гармонизировать модель после внесенных изменений. Возможности систем моделирования, количество поддерживаемых ими связей не сопоставимы со сложностью реальных объектов. Гармонизировать модель придется "вручную". Насколько это благодарное занятие - ручное редактирование модели?

Связные системы

Введение в модель связей (отношений, зависимостей, ограничений) кажется логичным шагом, так как реальные здания – тотально связные системы.

Однако, хорошо известно, что связные системы плохо поддаются редактированию. Если вы пробовали ремонтировать стойку каркасного домика, то знаете, как это не просто. Если же вы ремонтирует стойку, а кто-то другой в это же время - балку перекрытия, то работа превращается в аттракцион с непредсказуемыми последствиями. А вот ремонт фрагментов разобранного каркаса можно делать абсолютно безопасно и любым количеством участников.

Редактирование связных систем невозможно ни в ручном, ни в автоматическом режиме. Однако, в системах, ориентированных на BIM-технологии, люди работают, и делают реальные проекты. Как ни странно, это возможно потому, что эти системы еще недостаточно совершенны с точки зрения идеологии, на основе которой они построены. Они поддерживают очень небольшое количество связей из тех, что существуют в реальных зданиях. Если попытаться охарактеризовать то, что реально происходит при работе в этих системах, то можно сказать, что все сводится к "ручному" редактированию малосвязных (выборочно связных) фрагментов.

А вот это уже не очень отличается от традиционного проектирования.

Проекты и модели

…Построй здание в памяти компьютера. …Проектируй так, как будешь строить. По мысли BIM-технологов, достаточно построить модель, а рабочий проект получится почти автоматически, как побочный продукт процесса моделирования.

По-моему, создатели этих лозунгов мало связаны с реальным проектированием, имеют неверное представление о том, что такое проект, не понимают, чем проект отличается от модели. Попробуем в этом разобраться.

В похожей статье на эту тему я предлагал такое определение проекта (не претендую на единоличное авторство): - Традиционный проект – это идея здания, информация о нём в самой компактной и понятной форме. Это согласуется с повсеместной практикой формирования проекта в виде коллекции отдельных несвязных фрагментов, например, типового этажа, характерных разрезов, характерных узлов, отдельных представителей колонн, стен, перекрытий (сравните с моделью, в которой присутствуют десятки одинаковых этажей, сотни одинаковых колонн, тысячи одинаковых узлов). Способы создания фрагментов могут быть разными. Можно, например, вылепить из пластилина уменьшенную копию колонны. А можно условно изобразить ее на бумаге, используя рисунки и поясняющие надписи. Второй способ настолько привычен, что многие перестали осознавать его гениальность. Естественно, что этот способ является основой традиционного проектирования. В связи со сказанным можно дать определение, позволяющее провести границу между моделью и проектом:

Модель - это копирование действительности, проект - ее условное обозначение. Модели и проекты в чистом виде - редкость. Обычно, имеет место сосуществование с преобладанием одной или другой составляющей. Если представить ряд: фотография <-> реалистический рисунок <-> шарж <-> комикс (т.е. шарж с текстом), то в этом ряду составляющая проекта растет слева направо, а составляющая модели - справа налево.

Чтобы заострить аргументацию, приведу еще один пример проекта, не из области строительства.

Это чистый проект - три независимых фрагмента, выражающих идею зимнего ландшафта после ночной метели (интересно, смогли бы сегодняшние менеджеры убедить Пушкина в том, что 3D-моделирование пейзажа произведет революцию в его творчестве).

Ориентация на 2D, разорванность фрагментов, условность, высокий уровень абстракции - все эти свойства проекта предназначены для суперэффективного редактирования, легкости переноса старых решений в новые проекты. Проектирование - на 90% редактирование. Постойте за спиной у проектировщика, начинающего новый проект. Для удобства он скопировал из старых проектов в свой файл узлы, фрагменты, целые этажи. В файле царит хаос. Ни о каких проверках, связях, ограничениях на этом этапе не может быть и речи. BIM-технологам видится нечто другое. Проектирование - упорядоченный процесс, виртуальный манипулятор берет со склада виртуальный объект и устанавливает его на свое место в виртуальном пространстве. Но ведь это имитация строительства, а не проектирования. Здесь нет места редактированию (редактирование при строительстве - это ЧП).

Что нужно строителям

Конечным продуктом традиционного проектирования, безусловно, является проект. Цель систем моделирования не совсем понятна: то ли это просто модель, то ли модель с бонусом в виде проекта.

Интересно, а что нужно строителям: модель или проект? Можно ли, условно говоря, подвести строителя к существующему зданию и сказать: - Построй точно такое же. Я уверен, что ответ на 100% предсказуем: - Не надо здания, дайте проект.

Модель - это очень много информации, но это необработанная информация. Нужные сведения необходимо с трудом добывать. Например, имея только модель многоэтажного здания, можете ли вы ответить на вопрос: - Чем отличается третий этаж от двадцать третьего? …А третий - от двадцать четвертого? Короче говоря, из модели трудно вычленить идею, в ней не выделено главное, не удалено второстепенное. Там, где нет идеи – нет понимания. А что получается, когда строят без понимания, объяснять не надо.

Примеры из практики проектирования

Взгляните на фрагмент проекта, приведенный на Рис. 1. Это схема фонового армирования верхней грани плиты перекрытия. Обратите внимание на размер спецификации. Она включает 41 позицию арматурных стержней разной длины, определенной с точностью до сантиметра.

Рис. 1. Схема армирования плиты (вариант 1)

На Рис. 2 такое же армирование изображено в другой манере.

Рис. 2. Схема армирования плиты (вариант 2)

Разница между схемами в том, что первая схема ближе к модели, а вторая - к проекту. Преимущества второй схемы, по-моему, очевидны. Она проще, понятнее, в крайнем случае, может быть выполнена "от руки". Поэкспериментируйте с редактированием схемы: кардинально измените контур плиты, добавьте проемы, измените толщину плиты, диаметр арматуры. Во всех случаях вам потребуется несколько движений, чтобы привести схему в равновесие. Это как раз то, что можно назвать суперэффективным редактированием. Ко всему прочему, вторая схема лучше приспособлена для повторного применения из-за малого количества и большей абстрактности деталей.

Коротко о перспективах 3D

Тот факт, что модели не являются самоцелью проектирования, вовсе не означает то, что без них можно обойтись. 3D-модели безусловно нужны архитектору, расчетчику, часто бывают необходимы конструктору. Есть и еще одно применение, о котором стоит поговорить.

Проект в виде разрозненных фрагментов придуман не зря. Однако, хотелось бы до начала строительства увидеть объект проектирования в собранном виде, убедиться, что все стыкуется друг с другом и здание получится таким, каким его задумали. Как уже говорилось, создавать модель здания одновременно с проектом (в дополнение к проекту) вряд ли получится. Но почему бы не создать модель на основе проекта. Ведь именно это делают строители. Они строят здание, используя проект в качестве исходных данных, с помощью программ и знаний, хранящихся у них в голове. Почему бы не воспроизвести эти знания в виде компьютерной программы. Понятно, что произвольные текстовые фрагменты и рисунки на чертеже останутся не расшифрованными. Но элементы проекта - условные обозначения (иероглифы) наподобие тех, что показаны на Рис. 3, можно интерпретировать.

Рис. 3. Условные обозначения

По-видимому, на основе ЕСКД должен быть создан общепринятый каталог стандартных условных обозначений, достаточно обширный для записи большинства проектных решений. Кстати, в статье Википедии о китайской письменности говорится, что 1000 обиходных иероглифов покрывают 92 % печатных материалов.

Выводы

Концепции виртуального здания немало лет. Настолько немало, что скоро отсутствие ее триумфального шествия по проектным конторам уже нельзя будет списать на косность, пенсионный возраст, совковое мышление проектировщиков.

BIM-технология, по-видимому, не заработает. Что ж, придется использовать технологию проектировщиков пирамид. Напомню вкратце суть этой технологии:

полная модель здания физически не существует; более или менее полные модели хранятся в головах у проектировщиков;
участники проектирования работают независимо друг от друга над отдельными фрагментами проекта;
в процессе проектирования строятся локальные, не связанные друг с другом модели (визуальная модель, прочностная модель и т.д.), позволяющие получать необходимую информацию об объекте проектирования;
совместность работы обеспечивается общением сотрудников; все должны быть не только в курсе вносимых изменений, но и понимать причины, по которым изменения внесены;
непротиворечивым проект становится только на завершающей стадии своего существования.

Вроде бы все.

Революции в проектировании