Многоликий BIM

Пока у нас идут дискуссии «BIM или не BIM», в мире этот вопрос давно уже решен в пользу BIM. Доказательство тому – разнообразные BIM-программы, показавшие свою состоятельность в конкретной проектно-строительной практике. Мы рассмотрим лишь некоторые из них.

Комплекс Autodesk Revit

И все же упомянем еще один, на котором они также были успешно опробованы – новое здание Всемирного торгового центра (One World Trade Center) в Нью-Йорке, первоначально известное как «Башня Свободы» (Freedom Tower). Задуманное вскоре после гибели в результате терактов 11 сентября 2001 года «башен-близнецов» и призванное в какой-то степени прийти им на смену, проектное решение вновь создаваемого здания Всемирного торгового центра было определено результатами весьма представительного международного архитектурного конкурса.

Его проектирование, основанное на технологии BIM, завершилось в довольно короткие сроки, строительство началось в 2006 году и велось весьма высокими темпами. Ввод в эксплуатацию первоначально был намечен на 2011 год, но из-за мирового финансового кризиса и возникших в связи с этим проблем он отодвинулся на 2013 год. Высота 105-этажного небоскреба составляет 541 метр, общая площадь помещений – более 240000 квадратных метров. Стоимость строительства к 2011 году уже выросла до 3,1 миллиарда долларов. После ввода в эксплуатацию One World Trade Center будет самым высоким зданием в США (рис.1).

Рис. 1 Новое здание Всемирного торгового центра в Нью-Йорке. Проект и различные этапы строительства. Ведущий архитектор Дэвид Чайлдс. Начало строительства – 2006 год.

Программа Digital Project

Мы уже рассматривали немало примеров использования Digital Project при возведении достаточно известных в мире зданий, в частности, спортивных сооружений Олимпиады-2008 в Пекине. И все же приведем здесь еще один – реконструкцию концертного зала имени Элис Тулли (Alice Tully Hall) в Линкольновском центре исполнительского искусства (Lincoln Center) в Нью-Йорке. Сам концертный зал «Тулли холл» для камерного исполнения, названный так в честь известной исполнительницы и общественного деятеля Элис Тулли, был построен еще в 1969 году, и вот в начале XXI века было решено его реконструировать.

Надо отметить, что все работы были хорошо спланированы и проведены в достаточно оптимальные сроки. Забегая вперед, отметим, что такая ситуация является типичной для проектов, реализуемых с помощью программы Digital Project.

В конце 2003 года, после подведения итогов архитектурного конкурса, в котором участвовало много именитых мастеров, началось активное проектирование, в 2006 – строительные работы, а в феврале 2009 года новый концертный зал уже открылся для публики. Пятиэтажная «пристройка» к основному зданию, где собственно и располагается концертный зал, во время работы над ней вызывала много споров и критики, причем со всех сторон (рис.2).

Рис. 2 Концертный зал «Тулли холл» в Нью-Йорке. Вверху - проект; внизу – внешний вид реконструированного здания накануне сдачи объекта. Архитекторы Dillar Scofido + Renfro (DS+R), 2009.

Реконструкция этой «пристройки» обошлась ее создателям в 650 миллионов долларов, большую часть которых предоставили спонсоры, а остальное – федеральный бюджет. Для сравнения, прежний «Тулли холл» в 1969 году стоил примерно 4,5 миллиона долларов, хотя деньги тогда, конечно, были другие. Как часто бывает в подобных случаях, после сдачи зала в эксплуатацию оказалось, что он – хороший и удобный, всем нравится, всех устраивает, рентабелен и весьма востребован, так что деньги потрачены не зря, и критические споры прекратились.

На всех стадиях проектирования и возведения нового «Тулли холла» активно использовалась программа Digital Project, с помощью которой решались не только архитектурные задачи, но и оснащение специальным оборудованием, организация поставок и строительных работ и многое другое (рис.3).

Рис. 3 Концертный зал имени Элис Тулли в Нью-Йорке. Различные виды модели, созданной в Digital Project.

Пакет ArchiCAD компании Graphisoft

В архитектурно-строительной практике ArchiCAD всемирно популярен и имеет массовое применение. Одно из знаковых зданий, запроектированных с помощью этой программы – 92-этажный небоскреб «Эврика» (Eureka Tower) в австралийском Мельбурне.Общая высота 297 метров выводит его на первое место в мире (если мерить по крыше, а не по шпилю) среди жилых высотных зданий.Строительство здания велось с 2002 по 2006 год, на него ушло 110000 тонн бетона и 5000 тонн арматурной стали. Верхние 10 этажей имеют остекление с покрытием из чистого золота. Итоговая стоимость объекта – около 500 миллионов австралийских долларов (рис.4).

Рис. 4 Башня «Эврика» в Мельбурне. Архитекторы Fender Katsalidis Architects, 2006.

Программы Bentley Systems

Программы Bentley Systems использовались при возведении олимпийского стадиона «Водный куб» в Пекине, реконструкции Сиднейского оперного театра и работе с некоторыми другими объектами. Важным продолжением этого списка является применение приложений Bentley при проектировании и строительстве многочисленных мостов разного предназначения (рис. 5).

Рис. 5 Вверху: Мост через реку Янцзы в Китае – самый большой в мире вантовый мост (длина основного пролета 1088 метров), построен в 2007 году. Внизу: Спиралевидный пешеходный мост в Сингапуре (длина 280 метров), открыт в 2009 году.

Компания Bentley Systems даже ввела и активно использует термин BrIM (Bridge Information Modeling – информационное моделирование мостов), уточняющий концепцию BIM для этого вида сооружений. Другой пример – так называемый Прямоугольный стадион в Мельбурне (так уж сложилось, что современные стадионы стали воплощением новейших достижений в области проектно-строительных технологий). Этот спортивный объект для игры в футбол и регби стоимостью 250 миллионов долларов и вместимостью 31000 зрителей, расположившийся в Олимпийском парке столицы Австралии, был открыт в 2010 году (рис.6).

Рис. 6 Прямоугольный стадион в Мельбурне. Вверху – компьютерная модель, внизу – виды уже построенного объекта. Архитекторы COX Architects, инженерно-техническое участие Arup и Norman Disney & Young, 2010.

Его проектирование и возведение полностью осуществлялось с применением программы MicroStation и других BIM-приложений компании Bentley. Такой подход позволил, используя математически точную информационную модель всего стадиона, разработать и изготовить прикрывающие трибуны конструкции на основе специальных бионических форм, что, наряду с применением новых композиционных материалов, привело к 50% экономии стали по сравнению с обычными проектами подобных по масштабу сооружений (рис.7).

Рис. 7 Прямоугольный стадион в Мельбурне. Различные виды на строительную площадку.

Программы компании Nemetschek

С 2008 года Nemetschek AG функционирует как холдинговая компания и осуществляет деятельность в четырех сферах: проектирование (архитектурные и инженерные сооружения), строительство, эксплуатация и мультимедиа. Под крышей холдинга достаточно независимо реализуются десять марок продуктов. Среди них особое место занимает Allplan - исторически первичный продукт компании Nemetschek. Эта программа хорошо зарекомендовала себя при проектировании зданий различной сложности и предназначения. Среди них - разработанная с учетом самых современных требований медицинская клиника, рассчитанная на 45000 пациентов в год – одно из основных зданий Университетского госпиталя в Тюбингене (рис.8).

Рис. 8 Здание медицинской клиники в Тюбингене, Германия. Архитектурное агентство Sander Hofrichter. Программа Allplan, 2008.

Другой пример – здание Музыкального театра в австрийском Граце. Это относительно небольшое для подобного предназначения сооружение (концертный зал на 400 человек) вобрало в себя самые современные технологии в проектировании и строительстве (рис.9).

Рис. 9 Музыкальный театр в городе Грац, Австрия. Работа выполнена в программе Allplan. Архитектурное бюро Unstudio. Открытие в 2011 году.

Что касается сложных по форме объектов, то и здесь программные продукты холдинга Nemetschek, работающие по технологии BIM, достаточно сильны. С помощью Allplan, например, был спроектирован и построен павильон Германии на Всемирной выставке ЭКСПО-2010 в Шанхае, являющийся, по замыслу авторов, своеобразной трехмерной скульптурой, передающей сложность, насыщенность и противоречивость среды обитания в немецких городах (рис.10).

Рис. 10 Павильон Германии на выставке ЭКСПО-2010 в Шанхае. Вверху – реальное здание, внизу – его компьютерная модель. Работа выполнена в программе Allplan. Архитекторы Schmidhuber + Partner.

Комплекс проектирования металлоконструкций Tekla Structures

Tekla Structures успешно использовалась при возведении олимпийских объектов Пекина, в частности, главного стадиона Олимпиады-2008 «Птичье гнездо» и комплекса водных видов спорта «Водный куб». Сейчас приведем еще один интересный пример – реконструкцию хорошо знакомой каждому россиянину скульптуры «Рабочий и колхозница». Созданная скульптором Верой Мухиной и первоначально венчавшая павильон СССР на Всемирной выставке 1937 года в Париже, она затем была перевезена в Москву и установлена на ВДНХ (рис.11).

Рис. 11 Скульптура «Рабочий и колхозница»: слева – на Всемирной выставке в Париже в 1937 году, справа – современный вид в Москве.

В начале XXI века со всей очевидностью встал вопрос о реконструкции скульптурной композиции, которая подошла к своему семидесятилетию. Решение этой непростой задачи осложнялось еще и тем, что полная рабочая документация памятника не сохранилась. Поэтому проектному институту ЦНИИ ПСК им. Н.П.Мельникова пришлось заново прорабатывать и просчитывать все узлы новой конструкции для скульптуры. В результате, на основе старых замеров и эскизов, родилась новая трехмерная модель основного каркаса. В 2008 году заказ на изготовление новых стальных конструкций для «Рабочего и колхозницы» был передан в Белгород на завод металлоконструкций компании «Энергомаш» (рис.12).

Рис. 12 Работа над составными частями скульптуры на заводе металлоконструкций.

После получения в начале июля заказа в конструкторском отделе завода были разработаны деталировочные рабочие чертежи КМД. Для этого переданную из ЦНИИ ПСК компьютерную модель скульптуры импортировали в программу Tekla Structures, где были смоделированы уже более мелкие элементы, составившие каркас памятника (рис.13).

Рис. 13 Скульптура «Рабочий и колхозница»: слева – фрагменты каркаса, справа – модель в программе Tekla Structures.

Трудность работы над каркасом определялась в первую очередь его сложной геометрической формой, изогнутой в трех плоскостях и повторяющей обшивку памятника. Но в результате серьезной работы с помощью автоматизированной системы нумерации и разработки чертежей Tekla Structures менее чем за месяц была получена необходимая конструкторская документация. Получившийся каркас был сборным, состоящим из 23 частей, выполненных из высокопрочной низколегированной и нержавеющей стали и скрепляемых высокопрочными болтами. Толщина стали варьировалась от 8 до 110 миллиметров.

Для удобства работы монтажников на всех каркасных коробках были запроектированы и вырезаны овальные отверстия и приварены планки с отверстиями для временного крепления монтажных площадок и приспособлений. Общий вес изготовленного каркаса составил 120 тонн. Высота самой скульптуры от основания до верхней точки серпа составляет 26 метров. В процессе работы в заводском цехе для проверки точности и качества выполнения каркаса было проведено несколько сборок (рис.14).

Рис. 14 Проверка точности изготовления каркаса скульптуры во время контрольной сборки в цехе завода.

После завершения всех работ по изготовлению каркаса в конце августа – начале сентября была осуществлена отгрузка всех деталей в Москву. Там в специальном монтажном павильоне на ВВЦ была осуществлена сборка каркаса и его соединение с обшивкой, и 27 ноября 2008 года реконструированные «Рабочий и колхозница» были установлены на новый постамент (рис.15).

Рис. 15 Скульптура «Рабочий и колхозница»: установка на новый постамент после реконструкции. 2008 год.

Эйфелева башня

Что касается информационного моделирования зданий, то оно, как логическое развитие существующих методов проектирования, также имеет свои глубокие исторические корни. Подход в проектировании, обозначаемый сейчас как информационное моделирование зданий, вызревал давно, но недостаточная техническая и технологическая развитость, отсутствие нужного инструментария не давали ему четко сформироваться. И только появление современных информационных технологий позволило наконец BIM «вылупиться на свет» и быстрыми темпами завоевывать лидирующее положение в отрасли.

Приведем пример. При строительстве Эйфелевой башни весь проект выполнялся вручную. И рекордным срокам возведения сооружения (два года) способствовали чертежи чрезвычайно высокого качества с указанием точных размеров для более 12000 металлических деталей, при сборке которых использовали 2,5 миллиона заклёпок (рис.16).

Рис. 16 Фрагмент одного из чертежей Эйфелевой башни (ориентировочно 1886 год).

Согласно первоначальному замыслу Эйфелева башня должна была служить входной аркой парижской Всемирной выставки 1889 года, и через 20 лет эксплуатации ее должны были демонтировать. На конкурс было предложено четыре проекта. Лучшим оказалось предложение Густава Эйфеля, в котором помимо всего прочего заявлялась новая технология возведения подобных сооружений. Особенность этой технологии заключалась в том, что башня предполагалась сборной, все отверстия для заклепок в конструкциях сверлились «на земле», затем детали (весом не более 3 тонн) поднимались к нужному месту и уже там присоединялись к основному каркасу (рис. 17).

Рис. 17 Рабочие моменты монтажа самой верхней части конструкций Эйфелевой башни (примерно 280 метров). Эти рабочие объективнее всех оценивают, насколько точно проведена работа «на земле». 1889 год.

Благодаря такому подходу при общем весе только металлоконструкций в 7300 тонн (вес всего сооружения – 10000 тонн) с задачей возведения башни успешно справилось 300 рабочих. Сейчас совершенно очевидно, что для решения такой задачи идеально подошла бы информационная модель всей Эйфелевой башни, созданная в одной из современных BIM-программ для проектирования металлоконструкций и передающей затем данные на изготовление конструкций на станки с ЧПУ (даже если не рассматривать возможность оптимизации конструкции). У Густава Эйфеля и его коллег подобных средств проектирования не было (человечество еще не достигло нужного уровня развития), зато имелись умные головы, профессиональный опыт и впечатляющий энтузиазм (рис.18).

Рис. 18 Различные эпизоды строительства Эйфелевой башни, 1888 год.

В результате фактически все то, что является сегодня принципиальными характеристиками технологии BIM и определяет ее силу и эффективность, создатели Эйфелевой башни виртуозно реализовали вручную. И это привело к появлению в конце XIX века еще одного шедевра мировой архитектуры (рис.19).

Рис. 19 Фотография открытия Эйфелевой башни в 1889 году. Слева – Густав Эйфель (тогда ему было 57 лет).

А спустя более чем 100 лет появилась технология информационного моделирования зданий, о которой Густав Эйфель мог только мечтать (рис.20).

Рис. 20 Остроумная реконструкция возведения Эйфелевой башни в современных условиях.

Цикл публикаций Владимира Талапова о BIM продолжается статьей "BIM: кому нужна такая модель?".