Принципиальная основа концепции BIM – единая информационная модель здания, которая содержит необходимую (в идеале – вообще всю) информацию об объекте. Такой подход, с одной стороны, сразу страхует нас от дублирования информации, а с другой стороны, защищает от применения противоречащих друг другу данных. Если у вас есть информационная модель, то она позволяет решать возникающие в процессе работы со зданием задачи. Однако некоторые проектировщики ошибочно думают, что при проектировании надо сначала создать информационную модель здания, а уж потом с ней работать. Отсюда ими делается еще один ошибочный вывод: технология BIM не пригодна на стадии концептуального проектирования, поскольку здесь не только информационная модель здания отсутствует, но и просто идеи будущего объекта или каких-то его систем еще до конца не созрели.
На самом же деле информационная модель здания может использоваться на любой стадии проектирования, поскольку модель по мере ее «роста» постоянно наполняется содержанием, необходимым (и достаточным) именно для этого этапа работы. Так что технология BIM позволяет работать с моделью на любом этапе ее создания, как только объем «вложенной» в нее информации соответствует уровню решаемой задачи. Надо только сразу работать в BIM-программах.
Проиллюстрируем сказанное примерами.
3D-эскизирование при формообразовании
Правильное определение формы здания, осуществляемое обычно на самой ранней стадии проектирования, имеет для будущего объекта принципиальное значение. Первоначальный замысел рождается в голове архитектора, затем очень важно материализовать эту идею во что-то конкретное (эскиз), что можно показывать другим и с чем можно работать по совершенствованию замысла и его приведению в соответствие с требованиями заказчика. По сложившейся традиции эти вопросы решаются самым широким набором технических средств: ручной эскиз на бумаге, картонный макет, фигура в модной дизайнерской программе и т.п.Конечно, если рисовать идею на бумаге или резать корочки апельсина, как это делал архитектор Йорн Утзон при поиске формы знаменитого теперь здания Оперного театра в Сиднее, то BIM здесь не поможет, поскольку форме надо все-таки сначала придать некий «цифровой» вид. Но если трехмерный эскиз сразу выполнять, например, в Revit Architecture средствами создания формообразующих элементов, то уже при поиске формы здания можно вычислять столь важные для проекта геометрические параметры, как площади и объемы. Если форму, выполненную в какой-то другой программе, импортировать в Revit и превратить в формообразующий элемент, то ее тоже можно будет «обсчитать», но усложнится интерактивная связь между изменением геометрии и результатами вычислений, а эскизирование – это процесс быстрый, не терпящий долгих рутинных действий, иначе идея может ускользнуть. Так что лучше сразу работать в BIM-программе, которая позволяет эскизировать в трехмерном виде форму будущего здания, и таких программ на сегодняшний день немало. Например, кроме упоминавшегося Autodesk Revit для этих целей хорошо подходит и Bentley GenerativeComponents.
Но вернемся к поиску «правильной» формы здания. Не все знают, что уже по геометрии замышляемого объекта можно прогнозировать его будущие эксплуатационные параметры. Основную роль в определении будущих теплотехнических и строительно-экономических характеристик объекта является его коэффициент компактности. Обычно проектировщики доходят до этого коэффициента, когда приступают к теплотехническому расчету. Но на такой стадии уже поздно что-либо менять в форме здания, либо это связано с большими переделками проекта. Правильнее было бы определять коэффициент компактности на этапе эскизирования, когда на него еще можно непосредственно воздействовать, меняя геометрию объекта. Если добавить, что уменьшение коэффициента компактности приводит не только к большему расходу тепла, но и к увеличению стоимости и сроков строительства, а также ухудшению некоторых других параметров здания, то становится совершенно очевидно, что чем раньше мы этот коэффициент определим и оптимизируем, тем будет лучше.
Конечно, не надо останавливать полет мысли творца-архитектора в процессе формообразования. Но будет весьма неплохо, если рядом с новой формой на экране появится и ее коэффициент компактности, поскольку хороший коэффициент компактности на эскизной стадии проекта – это «корректировка» архитектурной мысли в правильном направлении и немалые деньги, сэкономленные при строительстве и эксплуатации здания. Вообще-то коэффициент компактности вычисляется не просто. Но недавно группа ученых из Санкт-Петербурга и Кызыла предложила для этого параметра здания упрощенный эквивалент [1], который легко можно вставлять в спецификации и вычислять в интерактивном режиме при работе с формой будущего объекта. Вот их весьма простая формула для коэффициента компактности К в терминах Revit:
К = 6*(V^(2/3))/S,
где V – объем формообразующего элемента, а S – площадь его полной поверхности.
Рис. 1. Эксперименты с формой сооружения в Revit Architecture с автоматическим определением общей площади здания и коэффициента компактности. В данном случае изменение коэффициента компактности с 0.72 до 0.86 дает примерно 5% экономии относительной стоимости будущего здания.
«Зеленое» проектирование
Еще большие возможности для удачного создания основы будущего проекта открываются при определении уже на стадии эскиза конкретных экологических характеристик нового здания.
Рис. 2. Святослав Пальчунов. Расчет затененности для оптимизации компоновки жилого комплекса и определения мест размещения оборудования для выработки электроэнергии от солнца. Работа выполнена в Revit Architecture. НГАСУ(Сибстрин), 2011.
Предварительный анализ формы и расположения здания можно вести, например, с помощью Autodesk Project Vasari, определяя поступление солнечной энергии и ветровые потоки для существующей застройки. Последнее позволяет, в частности, располагать здание с наименьшим сопротивлением к ветру и минимизировать турбулентность в зонах пребывания человека.
Рис. 3. Константин Дьяков. Анализ воздействия ветра для определения конфигурации здания и игровых площадок при проектировании детского сада в существующей застройке. Кстати, форма здания в виде буквы Z выбрана именно в результате такого ветрового анализа. Работа выполнена в Revit Architecture и Project Vasari. НГАСУ(Сибстрин), 2013.
Осуществляемый по эскизной модели анализ солнечной активности позволяет выявить, насколько хорошо будут прогреваться отдельные части здания в тот или иной промежуток времени. Также он определяет зоны, благоприятные или не благоприятные для зеленых насаждений.
Рис. 4. Константин Дьяков. Анализ воздействия солнца при проектировании детского сада в существующей застройке. Работа выполнена в Revit Architecture и Project Vasari. НГАСУ(Сибстрин), 2013.
Особенно важен анализ воздействия солнца при проектировании зданий с большой площадью остекления, например спортивных комплексов, когда зимой огромные средства уходят на обогрев здания, а летом – на охлаждение. В таких случаях экономический эффект от правильных первоначальных решений просто огромен.
Рис. 5. Илья Беленький. Анализ солнечной радиации при проектировании многофункционального спортивного комплекса. Работа выполнена в Revit Architecture и Project Vasari. НГАСУ(Сибстрин), 2013.
Практически любой заказчик заинтересован в том, чтобы его здание имело минимальные расходы на содержание, в частности, на отопление. Такой анализ тоже можно проводить еще на эскизной стадии проекта.
Рис. 6. Константин Дьяков. Передача модели из Revit Architecture в Autodesk Ecotect Analysis для определения нагрузки на отопление или охлаждение здания, а также тепловых потерь и поступления энергии по месяцам. НГАСУ(Сибстрин), 2013.
Предварительный анализ строительных конструкций
Часто интересные на первый взгляд архитектурные идеи разбиваются о «конкретику» строительных конструкций. Одно из главных противоречий проектирования при «классическом» (чертежном) подходе заключается в том, что архитекторы уносят нас в «облака своих фантазий», а конструкторы возвращают в «клетку из колонно-балочных ячеек». Опытный проектировщик научен жизнью и всегда знает, что можно делать, а что нельзя. Но, во-первых, желание построить что-то новое все же неистребимо, и, во-вторых, ситуации с необходимостью рассмотрения «специфических» конструктивных решений все же постоянно возникают.Поэтому весьма востребован анализ строительных конструкций, который можно проводить по уже имеющейся информационной модели здания еще на эскизной стадии проекта. И сила основных BIM-программ сегодня заключается еще и в том, что они такую возможность предоставляют, непосредственно соединяя модель с расчетными программами.
Рис. 7. Ирина Ложкина. Эскизный проект дома для малоэтажной застройки острова Русский во Владивостоке. Модель выполнена в Revit Architecture, проверка идеи дома на сейсмическую устойчивость - в Autodesk Robot Structural Analysis. НГАСУ(Сибстрин), 2013.
Проектирование инженерных систем здания
Инженерные системы и оборудование здания сегодня при создании новых объектов выходят на главенствующие позиции, поскольку от их продуманности и оптимальности самым существенным образом зависят эффективность, в том числе и финансовая, а также комфортность в использовании будущего сооружения.Проектирование инженерных систем – это всегда задача со многими неизвестными. Чтобы выдать чертежную документацию, например, по системе вентиляции, надо знать все параметры этой системы, в частности, сечения воздуховодов. Но эти параметры получаются в результате расчета, а расчет возможен только тогда, когда вы полностью представляете, как выглядит система в целом. Я бы сравнил это с геометрической задачей построения общей касательной к двум окружностям – не построите, пока не рассчитаете, поскольку первоначально ни одна из точек касания не известна.
Но проектирование внутренних систем здания – очень хорошая задача для BIM. И алгоритм ее решения довольно простой и логичный: сначала проектировщик делает «в линию» эскиз будущих инженерных систем, затем производятся необходимые расчеты, а на третьем этапе линии заменяются моделями нужного сечения.
Рис. 8. Дмитрий Кулаков. Проектирование системы вентиляции здания. Модель выполнена в Revit MEP. Упражнение для слушателей курсов в учебном центре «Интеграл».
Управление строительством здания
Составление плана-графика строительных работ – это процесс, требующий одновременного учета большого количества факторов и работы многих специалистов, поэтому он неизбежно носит итеративный характер, постепенно, шаг за шагом, приближаясь к приемлемому результату. То есть составление плана-графика строительных работ начинается с эскиза и заканчивается устраивающим всех документом. Использование BIM делает и этот процесс принципиально более точным, быстрым и, самое главное, эффективно реагирующим на изменения, неизбежно возникающие по ходу возведения здания, что особенно важно для нашей страны с ее «своеобразными» логистическими и строительными традициями.
Рис. 9. Екатерина Пичуева. Разработка календарных планов возведения здания. Несколько моделей подрядчиков выполнены в Autodesk Revit, их сборка, проверка коллизий и составление планов-графиков - в Autodesk NavisWorks. НГАСУ(Сибстрин), 2013.
Заключение
У определенной части людей, еще не знакомых с BIM, бытует мнение, что информационное моделирование – это очень сложно, что информационную модель создают, когда весь проект уже закончен, что для этого надо просто сидеть и «тупо» набивать данные (куда?), что в BIM нет места творчеству.На самом же деле технология BIM предоставляет для творчества принципиально большие возможности, делая более «умным» даже процесс эскизирования и начальной проработки проектной идеи. Но BIM, как и любой другой «интеллектуальный» процесс, предполагает хорошую квалификацию пользователей – это факт. В любом деле, в том числе и в использовании BIM, без должной квалификации человеку остается лишь роль наблюдателя.
Авторы большинства иллюстраций к этой статье за несколько дней до ее выхода в свет получили квалификацию магистров строительства, защитив дипломы с отличием. И мне очень приятно представить их читателям. Слева направо: Илья Беленький, Ирина Ложкина, руководитель Владимир Талапов (с бутылкой коньяка в пакете, чтобы не травмировать чувства непьющих), Екатерина Пичуева, Константин Дьяков. Все они, начав как инженеры-архитекторы, затем продолжили обучение в магистратуре по курсу «Информационное моделирование зданий». НГАСУ(Сибстрин), 2013.