Что предшествовало BIM: вехи в истории развития «докомпьютерного» проектирования

Сколько существует человечество, оно все время что-нибудь строит. А сколько существует строительство, столько существует и проектирование.

Методика и формы реализации архитектурно-строительного проектирования всегда менялись в угоду времени и зависели от уровня развития человечества в ту или иную эпоху.

Они же характеризовали и уровень этого развития, поскольку всегда учитывали и использовали самые современные на тот момент знания, изобретения и научно-технические достижения.

Другими словами, состояние проектно-строительной отрасли всегда характеризует и отражает степень развития всего общества.

В процессе развития проектирования десятилетиями, а то и веками вырабатывались, совершенствовались и доводились до высочайшего исполнительского уровня многочисленные методы и технологии его реализации.

Многие из этих технологий «докомпьютерного» (вернее, безкомпьютерного) проектирования, хотя и существуют уже несколько сотен лет, всё еще не стали «музейными экспонатами» - они успешно адаптировались к нынешним условиям и активно используются в современной проектной практике, конкурируя с новыми, уже компьютерными технологиями, либо становясь их идейной основой.

Так что история развития технологий архитектурно-строительного проектирования – это одновременно и экскурс по широкому спектру использующихся сегодня методов и инструментов проектирования.

Думается, такого больше нет ни в одной отрасли современной индустрии.

Восприятие проектируемых объектов через их плоские проекции

В Италии это была эпоха Возрождения. По шкале истории России это время примерно соответствует периоду правления Ивана Грозного.

Принципиальная суть этого возникшего 500 лет назад, но «современного» метода сотворения новых зданий заключается в том, что информация о проектируемом объекте накапливается, обрабатывается, представляется, используется и хранится в виде его плоских проекций: планов, фасадов, разрезов, перспективных видов и других графических изображений, а также в форме описательной (текстовой или табличной) части (рис.1).

Рис. 1 Константин Лыгин. Проект Собора Александра Невского в Новониколаевске (ныне Новосибирске). План здания. Конец XIX века.

Другими словами, все проектируемые здания, сооружения и объемные конструкции воспринимаются, исследуются, анализируются, разрабатываются и передаются строителям для возведения через их плоские проекции, количество, содержание и способы оформления которых определены (правильнее сказать, выстраданы) многовековой общечеловеческой практикой (рис.2).

Рис. 2. Константин Лыгин. Проект Собора Александра Невского в Новониколаевске (ныне Новосибирске). Фасад. Конец XIX века. Из коллекции И.Поповского.

Такой подход к проектированию, налагавший определенные ограничения на деятельность человека, закономерно влиял и на его результаты, в большей или меньшей степени определяя характер форм будущих зданий.

Во-первых, восприятие объема через плоскость неминуемо накладывало «технологический» отпечаток на сам проектируемый объект. А именно, здания в основном были ограничены фасадными плоскостями, а в плане имели систему прямоугольников с параллельными сторонами. Какие-либо закругления выполнялись или по дуге окружности, или по линии овала с четкой осью симметрии.

Иными словами, проектировалось все то, что хорошо ложилось на плоскость с помощью циркуля и линейки, то есть все то, что было технологично при таком подходе к проектированию.

Все отступления от этих правил были либо новаторскими и революционными, либо просто результатами ошибок и недоразумений, но в любом случае их было относительно немного.

Например, в Нью-Йорке с 1902 года стоит 22-этажный «дом-утюг», больше напоминающий не здание, а корпус корабля, из-за вынужденно очень острого угла между примыкающими стенами. Этот угол определился характером пересечения в этом месте Бродвея и Пятой авеню. Но это острый угол в плане, а фасады здания имеют классическую прямоугольную форму.

В свое время это 82-метровое здание (тогда – одно из самых высоких сооружений Нью-Йорка) своими нетрадиционными формами наделало много шума и привлекло всеобщее внимание, став одной из главных достопримечательностей города. Да и в наши дни нью-йоркский «дом-утюг» продолжает оставаться известным на весь мир (рис.3).

Рис. 3. Дэниел Бёрнем. Флэтайрон-билдинг («дом-утюг»). Нью-Йорк, 1902.

Сто лет назад треугольный только в плане «дом-утюг» был новаторством, смелым вызовом традиционной архитектуре и предметом широкого обсуждения. Сейчас во многих городах мира насчитываются уже сотни «домов-утюгов», которые так сильно уже никого не удивляют, и их число неуклонно растет.

А в Новосибирске даже есть здание (ныне – Дом национальной культуры им. Г.Заволокина), спроектированное и построенное в 1930х годах, у которого оси плана расположены под углом, лишь немного меньшим 90 градусов (примерно 86), так что его логичнее назвать «домом-бумерангом» (рис.4).

Рис. 4. ДНК им. Г.Заволокина («дом-бумеранг»). Новосибирск, 1933. Из коллекции И.Поповского.

Исследователи до сих пор не могут понять, что бы это значило – ведь согласно стилю здания (конструктивизм), его почти типовому предназначению (первоначально здание проектировалось и строилось как фабрика-кухня) и строительной практике тех лет логичнее был бы все-таки иметь между осями прямой угол. Никаких внешних факторов в виде пересекающихся под острым углом улиц рядом со зданием на тот момент не было. Да и 86 градусов от 90 принципиально не отличаются.

И хотя здание строилось дольше обычного (видимо, трудно было строить под углом 86 градусов), на «распространенное» в то время вредительство в условиях обострения классовой борьбы это тоже не похоже. Так что загадка «дома-бумеранга» (даже не установлена фамилия автора проекта) уже много десятилетий продолжает будоражить умы историков и архитекторов.

Есть и другие угловатые исключения, но все они еще больше подтверждают общее правило господства прямолинейных форм, поскольку все остальное, окружающее эти постройки – также прямоугольное и геометрически правильное, в том числе и фасады самих этих «зданий-треугольников».

Во-вторых, технология восприятия трехмерного объекта по схеме «объем через плоскость» требовала, да и сейчас требует, от проектировщиков и строителей (часто главными действующими лицами здесь были одни и те же люди) умения правильно понимать, что же там изображено, то есть обладать так называемой «высокой культурой работы с чертежами».

Такая культура, вырабатывавшаяся у специалиста годами не только учебы, но и практической работы, включала в себя:

а) способность по плоским изображениям правильно увидеть замысел архитектора или инженера, как целиком, так и в отдельных деталях (даже появился термин – «умение читать чертежи»); умение «по трем проекциям» мысленно строить трехмерную модель будущего здания и «пропускать» через эту модель все остальные чертежи, первым делом проверяя их на соответствие этой самой «воображаемой» модели;

б) необходимость предельно точно и безошибочно выполнять проектную документацию как с инженерной, так и с чертежной точек зрения, что требовало: строго соблюдения при вычерчивании размеров постройки, масштаба чертежа, толщин и типов линий, условных обозначений, видов штриховок, размера и стиля шрифта, расположения и правильного заполнения таблиц и штампов, а также многих других условностей и особенностей инженерного черчения.

Общепризнанным «высшим пилотажем» в области чертежной графики, характеризовавшим мастерство проектировщика, наряду с построением перспектив было выполнение разрезов зданий со всеми возникающими при этом (надо сказать, неестественными, поскольку здание в жизни никто не резал) слоями срезов и тенями.

И это чисто «виртуальное» изображение делалось не для того, чтобы поразить воображение заказчика, хотя именно это в первую очередь и происходило, настолько фантастическими казались виды разрезов.

Их главной задачей было донести до остальных специалистов информацию о внутреннем обустройстве здания, особенно в тех его частях и элементах, которые при внешнем осмотре не видны или вообще не доступны.

Такие работы неизменно вызывают восхищение наших современников, в первую очередь мастерством создания «воображаемой» модели и проецированием этой модели на выбранную плоскость.

Причем, если внимательно приглядеться, это все-таки не были «формальные» разрезы модели, которые сейчас бы выполнил компьютер (а он порежет все, что попадется под «лезвие» секущей плоскости), это были «разумно правильная геометрия плюс здравый смысл», поскольку решалась задача визуальной передачи информации об объекте (рис.5).

Рис. 5. Константин Лыгин. Проект Собора Александра Невского в Новониколаевске (ныне Новосибирске). Разрез. Конец XIX века. Из коллекции И.Поповского.

В третьих, при такой системе проектирования вся информация об объекте собиралась (считывалась) с бумажных носителей (чертежей), сводилась воедино, анализировалась, превращалась в трехмерную модель будущего здания и комплексно обрабатывалась в едином центре – в голове автора проекта.

В сложных случаях к ней добавлялись головы небольшого коллектива помощников, которые работали самостоятельно, но под общим авторским руководством.

Другими словами, автор проекта сам все проектировал, все знал, все предусматривал, все предвидел и за все отвечал.

Понятно, что в такой ситуации очень сложный проект был одному человеку просто не по силам (ведь помощники только помогают, выполняя черновую работу, а не делают проект вместо тебя), либо становился «делом всей жизни», и на другие серьезные работы у автора просто не оставалось времени и возможностей.

Таким образом, даже если пока отбросить высокую вероятность проектных ошибок, традиционный подход к проектированию объективно и постоянно толкал проектировщиков на своеобразное «мелкотемье» - каждый обычно брался только за то, что мог сделать сам в одиночку (рис.6).

Рис. 6. «Проект расширения зрительного зала с каменной будкой для кинематографического аппарата» в Новониколаевске (ныне Новосибирске). Ввиду небольшого объема работы вся информация о будущей пристройке к зданию собрана на одном листе. Начало XX века. Из коллекции И.Поповского.

Построение объемных изображений на плоскости. Перспектива.

Автор этих строк отлично помнит, как в начале 1990х он пытался объяснить студентам-архитекторам, как выглядит тело, получающееся в результате пересечения двух цилиндров под определенным углом. Отчаявшись от безуспешных попыток изобразить это тело на бумаге, он включил компьютер, сел за AutoCAD, построил пересечение цилиндров и покрутил его со всех сторон перед ошеломленными учениками (в тот день эти студенты увидели AutoCAD впервые в жизни). Хорошо, когда есть AutoCAD.

В 1494 году, когда молодой Альбрехт Дюрер впервые отправился в путешествие по Европе и приехал в Венецию, пакета AutoCAD еще почти ни у кого не было, а построение перспективных изображений было делом избранных, в полном смысле этого слова мастеров, то есть наиболее образованных, умелых и «продвинутых» художников-энтузиастов своего времени, для которых познание законов перспективы было сродни научному открытию (рис.7).

Рис. 7. Альбрехт Дюрер. Автопортрет (1498) и пейзаж с перспективой (1489).

В это время уже получивший серьезную известность итальянский художник и знаток геометрии Джакопо де Барбари с учениками в завершение своих многолетних исследований методов построения перспективы собирался осуществить грандиозную и ранее никем не выполнявшуюся работу - создать панораму Венеции с птичьего полета (сейчас бы это назвали трехмерной картой-панорамой города) (рис.8).

Рис. 8. Джакопо де Барбари. Карта Венеции с птичьего полета. Работа размером 134х282 см выполнена на шести деревянных досках, сейчас хранится в музее Коррер в Венеции. Завершена в 1500 году.

Нуждаясь в квалифицированных помощниках, Джакопо де Барбари предложил талантливому немецкому юноше остаться с ними на год-другой и поработать (забегая вперед, отметим, что в целом работа над перспективной панорамой Венеции была успешно завершена в 1500 году и потребовала от своих исполнителей почти четырех лет напряженного труда).

Думаю, что мы сейчас не в состоянии до конца правильно оценить, насколько заманчивым для Альбрехта Дюрера было предложение уже признанного на тот момент мастера Джакопо де Барбари поработать над перспективной панорамой Венеции. Ведь речь шла о самом переднем крае прикладной науки того времени (хотя науку на «прикладную» и «чистую» тогда еще никто не разделял).

И хотя Альбрехт Дюрер, к большому своему сожалению, вынужден был отказаться (не оставалось времени на другие замыслы, ради которых он приехал в Италию), всю оставшуюся жизнь немецкий художник постоянно обращался к вопросам построения перспективы и добился в этом немалых успехов, став даже автором нескольких учебников (рис.9).

Рис. 9. Альбрехт Дюрер. Рисунок уже зрелого мастера, поясняющий, как художник создает перспективное изображение модели с помощью рамки с сеткой. 1525.

Что же касается успешно завершенной панорамы Венеции, то, как это ни парадоксально может звучать, уникальная работа Джакопо де Барбари при всей ее наглядности и прикладной значимости (некоторые места, имевшие военное значение, в частности, изображение Арсенала, даже пришлось сознательно исказить, чтобы потенциальный противник не догадался, что же находится за его трехметровыми стенами) носила тогда еще и научно-теоретический, и даже концептуально-философский характер.

Дело в том, что непосредственно проверить на практике правильность таких построений никто не мог – люди еще не научились летать, хотя высокие здания, с которых можно было обозревать значительную часть города, в Венеции в те годы уже имелись.

Панорама Венеции произвела огромное впечатление на современников и имела впечатляющий успех. Она позволяла единым взглядом охватить весь город и воспринимать его как единое целое.

Возможно, впервые появилось и единое изображение целых архитектурных ансамблей в их реалистичном окружении, что существенно расширяло и понимание архитекторами их профессионального фронта работы (рис.10).

Рис. 10. Джакопо де Барбари. Карта Венеции с птичьего полета. Фрагмент (площадь Сан-Марко), 1500.

Но самое важное – осуществленный замысел наглядно показывал силу как индивидуально человеческого, так и коллективного разума. Благодаря таким работам, как панорама Венеции, в эпоху Возрождения формировались и отрабатывались новые способы видения окружающего нас мира.

Людям вдруг показали, причем весьма убедительно, то, чего они сами пока еще не видели и увидеть не могли (думается, позже таким сопоставимым открытием станет фотография обратной стороны Луны).

Джакопо де Барбари был одним из первых, но не единственным, кто вырабатывал эти новые способы «визуализации на кончике пера», сочетавшие искусство с точным расчетом. Его современник Леонардо да Винчи, вдохновленный панорамой Венеции, в 1503 году занимался созданием изображений с птичьего полета своих родных мест - региона Тоскана (рис.11).

Рис. 11. Леонардо да Винчи. Долина реки Арно, 1473.

После панорамы Венеции в Европе стало даже модно и престижно иметь аналогичные карты-панорамы городов, а полученные и систематизированные в конце XV века знания о построении перспективы получили самое широкое распространение. В результате, как было подсчитано, с 1500 по 1860 годы панораму только Венеции рисовали более 60 раз.

Таким образом, в эпоху Возрождения передовая человеческая мысль, обгоняя на несколько веков технические возможности своего времени, при изображении зданий, городов и ландшафта пыталась выйти (пока еще традиционными средствами) из плоскости в трехмерное пространство (говоря современным языком, стремилась из 2D в 3D).

Художники не ограничивались при этом только изображением созерцаемого, но и создавали новые образы, которые в реальности увидеть было пока еще невозможно.

Уже в наше время, спустя почти пятьсот лет после объемной карты Венеции, в Томске профессором Юрием Нагорновым была построена «Панорама Томска первой четверти ХХ века», ставшая своеобразной реализацией идей эпохи Возрождения на современном уже для нас уровне знания о законах перспективы (вся работа выполнялась автором вручную) (рис.12).

Рис. 12. Историческая панорама Томска и ее автор Юрий Нагорнов. Снимок сделан в Музее истории Томска, 2004.

Главной особенностью томской работы стало то обстоятельство, что это была историческая панорама, воссоздававшая вид города, которого на момент построения изображения уже не было.

Проще говоря, Юрий Нагорнов не мог «сесть на холмик» и, любуясь красотами, рисовать виды родного города – старый Томск уже канул в лету.

Поэтому автору пришлось провести серьезные исторические исследования и немало потрудиться в музеях и архивах для определения и уточнения деталей панорамы: от восстановления прежней, изменившейся ныне планировки районов и кварталов города до уточнения элементов оформления отдельных зданий.

Всего на плоскости размером 2х4 метра изображено более 7000 домов и примерно 300 кварталов. Особо значимые здания получали еще и отдельные изображения по периметру панорамы.

Создание самой перспективы такого размера и широкого угла зрения (по горизонтали – более 80 градусов) представляло отдельную задачу высшего уровня сложности.

Не вдаваясь в детали построения панорамы Томска (подробное описание было дано автором в отдельной книге), отметим лишь, что для охвата всего города была выбрана точка зрения (тот самый «холмик») на противоположном берегу Томи на высоте примерно одного километра, а для более правильной передачи очертаний улиц и уменьшения искажений, вызванных широким углом зрения, применялись топологические преобразования и эффект криволинейности поверхности картины (она как будто «выворачивалась» в нашу сторону).

Техническая сложность задачи и большой объем исследуемого и используемого материала, а также то обстоятельство, что автор работал один, привели к тому, что работа по созданию панорамы Томска выполнялась в течение восьми лет (с 1990 по 1998 годы).

Но благодаря именно этой работе и высокой профессиональной ответственности автора сейчас «Панорама Томска первой четверти ХХ века» воспринимается специалистами различных областей деятельности как исторически достоверный документ.

Забегая вперед, отметим, что современные компьютерные программы еще не «доросли» до качественного построения столь насыщенных перспективных изображений.

Пока не доросли. Но, учитывая фантастический прогресс в современных технологиях проектирования, можно с уверенностью предположить, что это – вопрос сравнительно короткого промежутка времени.

Так что «Историческая панорама Томска», скорее всего, представляет собой последнее рукотворное перспективное изображение крупного города или вообще населенного пункта.

Её же, пожалуй, можно рассматривать и как одну из первых (если не первую) «безкомпьютерную» информационную модель крупного города, причем в определенную, ушедшую в прошлое историческую эпоху.

В процессе работы над «Исторической панорамой Томска» Юрий Нагорнов собрал и систематизировал огромное количество бесценной информации. Поэтому созданное им перспективное изображение города может также рассматриваться не только как средство визуальной подачи этой информации, но и как способ ее хранения (здесь так и просится словосочетание «информационная модель») (рис.13).

Рис. 13. Юрий Нагорнов. Фрагменты исторической панорамы Томска. ТГАСУ, 1990-98.

К началу ХХ века значительно возросшие технологические потребности проектирования привели к окончательному разделению перспективных изображений на архитектурную графику, рассматриваемую как способ подачи идеи и самовыражения автора, и рабочую перспективу, предназначенную для самопроверки в процессе проектирования возникающих архитектурных решений.

С этого времени рабочие перспективы уже выполнялись не для демонстрации их заказчикам или коллегам, а имели чисто техническое предназначение и часто после завершения проекта уничтожались вместе со всем остальным черновым материалом.

Документы и архивы позволяют утверждать, что такого рода деятельность была обязательной в проектной практике при работе с особо важными или просто важными объектами вплоть до эпохи появления компьютерной графики. И если презентационные изображения почти всегда выполнялись по готовому или почти готовому проекту, то технические перспективы - в процессе работы.

Наиболее важные технические перспективные изображения, выполненные строго по законам классической перспективы и использовавшиеся для обоснования принятых решений и уточнения чертежей проекта, фактически становились неотъемлемой частью проектной документации и почти для всех значимых зданий сохранились в архивах.

Эти изображения, служившие для уточнения пропорций проектируемого объекта при восприятии здания с реально существующих или запланированных видовых точек (своеобразный объективный контроль), выполнялись всегда с максимальной математической точностью (рис.14).

Рис. 14. Юрий Нагорнов. Одно из технических построений при создании исторической панорамы Томска. ТГАСУ, 1990-98.

Многие перспективные расчеты впоследствии выверялись на натурном объекте путем выполнения проблемного фрагмента в натуральную величину из более простого материала (например, фанеры). Никаких «художественных» добавок на таких изображениях не допускалось.

Технические перспективы были частью технологии проектирования, причем достаточно сложной и трудоемкой, но необходимой.

Например, при разработке здания Адмиралтейства в Санкт-Петербурге архитектором Андреяном Захаровым было только для портика выполнено более трехсот перспективных набросков, уточнявших пропорции деталей сооружения в соответствии с перспективными сокращениями (рис.15).

Рис. 15. Андреян Захаров. Здание Адмиралтейства в Санкт-Петербурге. Фрагменты работы. Начало XIX века.

Применение макетов в проектировании

Существенную помощь в этой работе, а именно – облегчение трехмерного восприятия здания, оказывали макеты - выполненные в масштабе картонные, деревянные или сделанные из иных материалов уменьшенные копии проектируемых сооружений.

Это были принципиально новые средства трехмерного представления проектируемого объекта.

Выполненные подчас с ювелирным изяществом, макеты практически всегда производили на публику неизгладимое впечатление своей миниатюрной красотой и доходчивостью, давая возможность человеку «заглянуть в будущее».

Доходило до того, что серьезные проекты на высочайшее утверждение без макета вообще не представлялись.

Но долгое время функции этих макетов были в основном визуально-информативными, представляющими внешний вид здания, а также компоновку комплекса зданий или микрорайона (рис.16).

Рис. 16. Алена Бойкова, Мария Табакаева и Алексей Нестеркин. Макет бизнес-центра в Новосибирске. Фестиваль «Золотая капитель», 2007.

Сами макеты при всем мастерстве их авторов изготавливались с высокой степенью условности и были, да и сейчас являются, даже после привлечения к их выполнению различных компьютерных технологий, делом весьма трудоемким.

Даже появилась новая специальность – макетировщик, которая благополучно дожила и до наших дней.

Примерно с середины XVIII века макеты расширили свое применение – не только для передачи в объеме проектных замыслов архитекторов, но и в качестве инженерных моделей для расчетов и испытаний.

Например, известный русский изобретатель Иван Кулибин успешно использовал деревянные макеты различных конструкций для установления характера имевшихся в них связей.

Его подход в конструкторском макетировании был прост, как все гениальное - он заменял в модели исследуемой конструкции отдельную палочку нитью и смотрел, что получится. Если нить провисала – связь работала на сжатие, если натягивалась – на растяжение. Этот метод, получивший в дальнейшем название «палочно-веревочного треугольника», лег в основу проектирования прежде всего многих мостовых и арочных конструкций того времени.

В частности, Иван Кулибин помог таким способом англичанам спроектировать мост в Лондоне (он был построен), а также рассчитал беспрецедентный по своим размерам одноарочный мост через Неву в Санкт-Петербурге. К сожалению, несмотря на успешные испытания модели, последний проект так и не был реализован (рис.17).

Рис. 17. Иван Кулибин. Проект одноарочного 300-метрового моста через Неву. Модель была изготовлена и испытана в 1772 году.

Не будет преувеличением сказать, Иван Кулибин был одним из тех, кто своими опытами предвосхитил появление информационного моделирования зданий, наглядно показав, что важна не просто геометрия объекта, а информация о его свойствах, и эта информация может содержаться в модели и при необходимости извлекаться из нее.

В наши дни возможности инженерных расчетов продвинулись далеко вперед. Однако макеты особо значимых мостов и сооружений, зданий и целых микрорайонов периодически проходят испытания в «естественных» условиях, например, продуваются в аэродинамических трубах.

И пример «танцующего» моста в Волгограде в 2010 году показал, что современные технологии и методики расчетов предусматривают еще не все, так что от макетирования и стендового аэродинамического исследования особо важных сооружений отказываться пока рано (рис.18).

Рис. 18. Вверху – испытания в аэродинамической трубе динамически подобной модели пролетного строения моста. Внизу - строительство моста в Томске с разработанными устройствами для гашения колебаний. НГТУ, Кафедра аэрогидродинамики, 1996.

В наше время изготовление макетов для аэродинамических исследований – это целая область деятельности, требующая специального технологического подхода. В частности, в современных исследовательских макетах должны масштабироваться не только геометрические размеры, но и веса и прочностные характеристики составных элементов.

Макеты также снабжаются специальными датчиками, способными замерять (и передавать на компьютер) точные значения давления на модель и другие параметры аэродинамического воздействия. Забегая вперед, можно назвать такие макеты «информационными». Но по своей сути это - те же опыты Ивана Кулибина, только на более высоком, современном уровне развития науки и техники (рис.19).

Рис. 19. Продувка макета высотных зданий в аэродинамической трубе. Вверху – общий вид моделей и экспериментального стенда (слева) и модели высотных зданий с установленными в них датчиками для измерения ветрового давления (справа). Внизу - визуализация воздушных потоков (слева) и эпюры распределения коэффициентов давления по поверхности зданий (справа) при юго-восточном направлении ветра. НГТУ, Кафедра аэрогидродинамики, 2008.

Значение макетирования в проектной деятельности стало настолько велико, что до сих пор почти во всех странах мира ни один из по-настоящему крупных проектов без макета не утверждается.

А некоторые богатые заказчики (в основном из арабских стран) даже оговаривают в задании на проектирование макетирование отдельных частей здания в натуральную величину.

В наше время в мире широко применяется и практика полноразмерного макетирования внутренних помещений здания.

В частности, в США полноразмерное интерьерное макетирование используется при проектировании особенно значимых государственных объектов, поскольку в этой стране внешней представительности власти всегда придают особое значение. Например, таким способом в обязательном порядке проверяют правильность внутренней организации залов судебных заседаний, когда будущие участники процессов (в первую очередь федеральные судьи) оценивают комплексное воздействие интерьера зала на людскую аудиторию.

Архитектурная эндоскопия

Эта сравнительно молодая технология моделирования восприятия человеком проектируемого или уже существующего объекта (чаще всего – здания в сложившейся застройке) связана с применением медицинских эндоскопов для просмотра мелкомасштабных архитектурных макетов.

Усовершенствованные для этих задач и лишенные медицинских функций эндоскопы (названные борескопами) позволяют получать изображения макета с различных, в том числе очень близко расположенных к нему, точек зрения.

Фактически речь идет об имитации на основе обычного макета восприятия человеком полномасштабной модели здания или целого квартала, причем не только статического, но и динамического (для этого делалось много кадров с небольшим смещением точки зрения либо к передвигаемому борескопу присоединялась кинокамера) (рис.20).

Рис. 20. Эндоскопические установки, изготовленные в СССР в 1980-х годах.

Дальнейшее совершенствование эндоскопических комплексов, расширяющее возможности исследования макетов (мелкомасштабных физических моделей) и повышающее удобство работы с ними, привело к использованию многих новых технических решений, в том числе разработанных в промышленности для станков с числовым программным управлением (ЧПУ).

В частности, это позволило автоматизировать перемещения борескопа по макетам с заданной скоростью и возможностью повторения заданной траектории, а также отслеживать при таком перемещении рельеф местности.

К сожалению, в нашей стране архитектурная эндоскопия до сих пор не получила по настоящему широкого развития, хотя современные технические средства, а также компьютерные технологии (которые здесь также находят применение), в том числе и быстрого прототипирования, резко расширяют ее возможности (рис.21).

Рис. 21. Технический эндоскоп (борескоп) “Karl Storz” с уникальной цилиндрической оптикой “HOPKINS” на фоне макета МАРХИ. Справа - видеокадр фрагмента макета, полученный через борескоп. МАРХИ, Лаборатория видеосистем, 2004.

Совершенствование инструментов и методов черчения

Как следствие - объем бумажной документации увеличивался настолько, что никто уже не мог единым взглядом проверить даже правильность и согласованность чертежей и расчетов.

Попытки совершенствовать проектирование предпринимались постоянно. В первую очередь они касались инструментов черчения. Рейсфедеры, циркули, рейсшины, калька, специальная тушь, копировальные аппараты – все эти и многие другие изобретения существенно облегчали каторжный труд проектировщиков. Но они не отменяли саму «каторгу» (рис.22).

Рис. 22. Слева: современный кульман – мечта любого чертежника; справа: конструкторское бюро Металлического завода, оснащенное самыми современными на тот момент техническими средствами черчения. Санкт-Петербург, 1911.

Более важным по значимости стало понимание в необходимости унификации чертежной продукции. В результате появились некие стандарты оформления чертежей и даже специальные сотрудники - нормоконтролеры, в задачу которых входило просто проверять, правильно ли другие оформляют чертежи.

Если же коснуться содержания чертежей, то здесь проверяющих всегда было куда больше, но это не помешало, например, типичной ошибке такого способа проектирования – несоответствию планов и фасадов здания, уверенно дожить и до наших дней.

Если коснуться расчетной части проекта, то она всегда была как бы оторвана от вышедшей на первый план его графической составляющей.

Любые существенные изменения в графической части проекта требовали заново производить все расчеты, что было довольно утомительно и занимало много времени, так что часто расчеты корректировалось весьма поверхностно или просто «на глаз».

Да и расчетная схема несущих конструкций здания составлялась отдельно (параллельно графической части) на основе личных умозаключений и квалификации инженера и могла быть весьма упрощенной по отношению к замыслу архитектора.

Таким образом, все яснее и яснее вырисовывалась новая проблема – постоянно возрастающие объемы необходимой для усвоения и анализа проектной информации уже не умещались целиком в едином центре (голове одного человека - руководителя проекта) и требовали коллективной обработки по частям.

А это неминуемо затягивало сроки работы и увеличивало вероятность проектных ошибок.

Графическое представление проекта

Любому архитектору известно, что эффектная перспективная картинка в процессе убеждения заказчика может сыграть решающую роль.

В большинстве случаев заказчик, обычно не владеющий тонкостями теории изображений и слабо разбирающийся в особенностях архитектурного проектирования, подписывает проектное решение, опираясь только на перспективные изображения и свои впечатления, созданные ими. Иногда подача полностью решала судьбу проекта.

Столь модные и широко распространенные в наши дни компьютерная визуализация и «фотореалистичность» изображения, в прежние времена из-за неразвитости технических средств не были так распространены и достигались за счет художественного мастерства авторов проекта, в первую очередь архитекторов (рис.23).

Рис. 23. Константин Лыгин. Проект Собора Александра Невского в Новониколаевске (ныне Новосибирске). «Визуализация» южного фасада (обратите внимание на фигурки людей, которые не просто передают масштаб сооружения, но и жанрово «оживляют» все изображение). Конец XIX века. Из коллекции И.Поповского.

На рубеже XIX-XX веков (да и сейчас тоже) это мастерство вполне соответствовало уровню развития фотографии того времени и рассматривало этот уровень как пример для подражания при создании презентационных изображений проекта «вручную» (рис.24).

Рис. 24. Собор Александра Невского в Новониколаевске (ныне Новосибирске). Фотографии 1900 и 2006 годов.

В конце девятнадцатого века в российской изобразительной школе теория перспективы практически сформировалась в науку изображения абстрактного пространства.

В российской Академии художеств даже была разработана целая система погрешностей, которые необходимо было ввести в классическую перспективу, чтобы достичь максимальной выразительности, не нарушая иллюзии реальности восприятия.

К таким средствам корректировки изображения относились, в частности, разведение точек схода, система сокращения физических высот объектов в зависимости от высоты их расположения относительно зрителя, построения так называемых криволинейных перспектив и т.п.

В то время к созданию реалистичных изображений относились очень серьезно - точность и достоверность построения перспективных видов зданий определяла уровень мастерства архитектора и была для него делом чести и профессиональной этики.

Но при этом история знает и немало примеров, особенно относящихся к XX веку, когда авторы проектов сознательно допускали некоторые «художественные неточности» при представлении своего архитектурного замысла на вышестоящее рассмотрение, меняя масштаб, пропорции и освещенность отдельных элементов здания, искажая перспективу, накладывая изображения или используя иные художественные приемы для передачи своих идей и графического «усиления» архитектурного образа объекта (рис.25).

Рис. 25. Константин Мельников. Проект здания Наркомата тяжелой промышленности в Москве. Перспектива фрагмента, общая перспектива, фасад. Здание предполагалось разместить на Красной площади напротив Кремля, при этом роль, отводившаяся Кремлю, хорошо видна на рисунке вверху справа. 1934.

Это приводило к тому, что в ряде случаев на рассмотрение принимающей окончательное решение комиссии выставлялось некоторое «художественное произведение», а не реалистичное изображение того здания, которое потом появится на конкретной улице или площади.

Но даже если автор проекта и построит презентационные виды по всем правилам науки о перспективе, они все равно будут искажать увиденное человеческим глазом.

Так что уже и в нашу, компьютерную эпоху продолжает существовать и иметь многочисленных сторонников точка зрения, что самое лучшее и правильное перспективное изображение здания, соответствующее восприятию человеком, дает рисунок художника (рис.26).

Рис. 26. Микеле Мариески. Венеция. Большой канал близ Салюте. 1733.

Но при таком подходе есть и «обратная сторона медали» – как увидел художник, так придется видеть и всем остальным.

А все ли видят так, как некий конкретный художник? Думается, что нет. Хотя бы потому, что другие художники почти всегда видят ту же натуру несколько иначе, причем временами довольно сильно «иначе» (рис.27).

Рис. 27. Аристарх Лентулов. Автопортрет (слева) и «Василий Блаженный» (справа). Обе работы датированы 1913 годом.

Конечно, можно возразить, что для архитектурно-проектных целей надо привлекать либо художников-архитекторов, либо более «адекватных» представителей живописного цеха, но это проблему до конца не решает – авторский «отпечаток» в работах все равно будет.

Но есть и другой недостаток рисованных видов. Давно уже замечено, что ручное создание перспективы открывает широчайшие возможности для искажения, пусть даже неумышленного, реальной действительности, поскольку изображение пространства на плоскости всегда связано с потерей определенной информации (в частности, по «глубине» расположения объектов).

Так что на бумаге могут появляться виды и конструкции, которые в реальной жизни не существуют и не могут существовать в принципе (рис.28).

Рис. 28. Искажения, возникающие при изображении реального мира на плоскости. Слева – Морис Эшер, «Восхождение и спуск», 1960. Справа – Уильям Хогарт, «Пародия на ложную перспективу», 1753.

Поэтому по сложившейся традиции навыки художника и умение строить перспективу для проектировщика, особенно архитектора, до сих пор обязательны и относятся к основным компонентам его профессиональной подготовки.

Однако, к большому сожалению, ручная работа мало производительна, не технологична, ограничена в своих возможностях, особенно в тиражировании, и в итоге сильно тормозит прогресс в проектно-строительной отрасли.

Например, часто возникают ситуации, когда проект находится в высокой степени готовности, но вдруг появляется новая, еще «более замечательная» идея, или по каким-то иным причинам возникает объективная необходимость этот проект изменить. В таком случае требуется заново переделывать практически всю его графическую (а то и расчетную, экономическую и т.д.) части.

Попав в такую ситуацию (к сожалению, потребность в последний момент радикально поменять проект– вполне допустимая рабочая ситуация), авторы проекта десять раз подумают, прежде чем станут вносить изменения, пусть даже и очень хорошие, в почти законченную работу.

Да и оставшееся до срока сдачи время уже может не позволять качественно осуществить переделки. А делать в спешке – значит плодить ошибки, которые придется с большими потерями устранять уже при строительстве.

Появившаяся в XIX веке фотография ознаменовала мощный технологический прорыв в изображении (правильнее сказать, фиксации) пространственных объектов на плоскости, сразу создавая перспективные виды.

При этом точность изображения и скорость получения результата у нее были принципиально выше, чем при ручной работе, а геометрическая сложность объекта не имела никакого значения.

Но при столь очевидных достоинствах у фотографии имелись и явные недостатки.

Один из них – оптические искажения, что, правда, естественным образом устранялось по мере развития фототехники (рис.29).

Рис. 29. Фотография Красной площади в Москве. Хорошо видны искажения ближе к краю снимка, вызванные несовершенством ранней фотоаппаратуры. Примерно 1870-1880 годы.

А вот другой недостаток был посерьезнее – изображать можно было только существующие объекты. Это уже принципиально ограничивало применение фотографии в проектировании будущих зданий.

Конечно, даже в этой ситуации архитекторы нашли фотографии массу применений. Но только изобретение архитектурной эндоскопии принципиально сблизило фотографию с технологией проектирования.

Таким образом, становится вполне очевидным, что «классическая» методика проектирования, хотя и применяется до сих пор в проектной практике, находится в определенных довольно жестких технологических рамках.

А это объективно ограничивает свободу творчества и опять же негативно сказывается как на итоговом качестве проектирования, так и на уровне развития строительной отрасли и общества в целом.

Цикл публикаций Владимира Талапова о BIM продолжается статьей "BIM и американские чиновники".