BIM и американские чиновники

Здание Федерального суда в городе Джексон (штат Миссисипи, США) не является шедевром мировой архитектуры, но как пример использования BIM рассматривается не случайно.

Это здание стало пилотным проектом при разработке Администрацией общих служб США (GSA) стандарта трехмерного представления проектов, ориентированного на информационное моделирование зданий, под общим названием National 3D-4D-BIM Program.

Оно явилось также своеобразным исследованием возможностей использования современных информационных и BIM-технологий в крупных федеральных (то есть финансируемых государством, а значит, имеющих более «тяжелую» отчетность и бюрократию) проектах.

Прежде всего, это здание суда было запроектировано с учетом самых последних требований к учреждениям юстиции в США.

Оно представляет из себя два шестиэтажных корпуса (плюс два подземных этажа), объединенных ротондой.

Общая площадь сооружения порядка 40000 квадратных метров. Продолжительность работ по проектированию (с момента объявления итогов конкурса) и возведению составила почти 8 лет.

Это довольно много для такого проекта, но надо учитывать, что на нем велись постоянные эксперименты по технологии проектирования и периодического предоставления документации и отчетности, чтобы понять, как, не меняя предусмотренных законом мер контроля за расходованием федеральных средств, сделать работу на таких объектах более простой и технологичной.

И результат этих экспериментов был не менее (если не более) важен, чем возведение самого здания (рис.1).

Рис. 1 Проект здания Федерального суда в Джексоне: различные виды.

Предполагаемая итоговая стоимость объекта – 122 миллиона долларов.

Тип контракта - «Design/Bid/Build», юридически разделяющий проектирование и строительство здания, когда все участники проектно-строительного процесса определяются независимо друг от друга на конкурсной основе.

История вопроса началась с того, что государственной организацией-заказчиком GSA, владельцем федеральной собственности в США, в 1999 году был объявлен конкурс на проект здания суда, победа в котором в 2002 году была присуждена американской архитектурной фирме H3.

Интересно, что сметная стоимость сооружения на тот момент оценивалась в 68-78 миллионов долларов.

После подведения общего итога конкурсного отбора участников проекта в создании здания Федерального суда были задействованы:

• разработчик проекта – архитектурная фирма H3 Hardy Collaboration Architecture, LLC;
• конструкции – мастерская Уолтера П. Мура (Walter P. Moor);
• проектирование инженерного оборудования – Cooke Douglass Farr Lemons (CDFL);
• строительство – Jacobs Engineering Group, Inc;
• инженерное оснащение – Yates Construction Company;
• консультант по технологии BIM – Ghafari Associates, LLC (рис.2).

Рис. 2 Здание Федерального суда в Джексоне: визуализация вида со стороны главного входа и один из этапов строительства.

В течение всего столь длительного по американским меркам срока проектирования и возведения Федеральный суд в Джексоне стал экспериментальной площадкой, на которой опробовались и отрабатывались (иногда впервые) не только упоминавшиеся уже способы документального контроля, но и в первую очередь различные информационные и BIM-технологии.

Среди решавшихся задач особо следует отметить:

1. Использование средств виртуальной реальности для воссоздания внутренней обстановки зала судебных заседаний и ее оценки будущими пользователями (в первую очередь судьями).
2. Использование технологии BIM, начиная с самой ранней стадии большого проекта, с обращением особого внимания на интеграцию всех участников проекта на каждом этапе работы.
3. Интеграцию всех сметных расчетов на общей платформе.
4. Автоматизированную проверку проектных решений в местах стыковки зон ответственности различных исполнителей.

Хронология основных этапов работ над проектом здания Федерального суда схематично показана на рис.3.

Рис. 3 Хронология работы над проектом здания Федерального суда в Джексоне.

Когда GSA только начинала свою программу по технологии BIM в конце 2003 года, было решено сделать здание Федерального суда в Джексоне пилотным проектом не только по использованию BIM, но и по исследованию возможностей 3D визуализации залов судебных заседаний.

Дело в том, что эти помещения играют ключевую роль во всех учреждениях юстиции и в глазах граждан олицетворяют мощь и справедливость судебной системы государства.

Причем предполагалась не просто визуализация, а погружение зрителей (насколько это было технически возможно в 2004 году) из числа будущих участников судебных процессов внутрь моделируемого объекта с попыткой имитации непосредственного их присутствия на заседании, то есть фактическое создание «виртуальной реальности».

В 1997 году увидело свет «Руководство по проектированию судебных помещений США» («US Courts Design Guide»), содержавшее обобщенный за много лет опыт создания и функционирования подобных учреждений, так что, казалось бы, всем было абсолютно ясно, что и как надо проектировать.

Однако во многих случаях федеральные судьи, непосредственно работающие в этих учреждениях, располагали своим видением внутренней организации, планировки, оформления и оснащения залов суда, и их мнение (это уже специфика США) для итогового проекта подчас могло иметь решающее значение.

Учет мнений судей происходил довольно просто - по сложившейся ранее традиции при проектировании залов судебных заседаний выполнялся их полномасштабный фанерный макет со всеми местами судей, прокуроров, адвокатов, обвиняемых, зрителей и других участников процесса, освещением, отделкой, оснащением и всеми необходимыми атрибутами, чтобы можно было на месте, «в реальных условиях» проверить все нюансы помещения до его фактического воплощения в жизнь.

Минимальная стоимость такого «макета» составляла на тот момент 50000 долларов, но обычно она колеблется для столь серьезных учреждений от 250000 до 500000 долларов.

Поэтому задача заменить полноразмерный физический макет его компьютерным аналогом и сэкономить таким образом федеральные средства была весьма актуальной и экономически оправданной.

Для руководства всеми работами по моделированию зала суда в режиме виртуальной реальности была привлечена фирма Ove Arup and Associates (другие подразделения фирмы OVE Arup в это время уже активно трудились над олимпийскими объектами Пекина, небоскребом «Восточная башня» в Гонконге и некоторыми другими проектами).

Сама модель помещения разрабатывалась специалистами фирмы H3 с привлечением студентов Стэнфордского университета и использованием ранних наработок, выполненных в AutoCAD.

Стереоскопические эффекты полноразмерной презентации модели и полуобъемное погружение зрителей в эту модель обеспечивало подразделение по созданию виртуальной среды CAVE (Computer Automated Virtual Environment) всемирно известной компании Walt Disney Imagineering.

Зал заседаний Федерального суда в Джексоне по задумке архитекторов имел весьма важную особенность – в плане он представлял эллипс.

Поэтому судьям особенно хотелось просмотреть все помещение с многочисленных «ключевых» видовых точек, с различными используемыми материалами отделки и многовариантным освещением.

И хотя специалисты CAVE по объективным причинам не могли еще обеспечить полного «погружения» зрителей в будущее помещение (технология еще не «доросла»), такая презентация имела определенный успех и дала конкретные практические результаты (например, после просмотров было выбрано несколько иное расположение и освещение стола адвокатов) (рис.4).

Рис. 4 Виртуальная модель зала суда: судьи (на переднем плане) сидят в специальных очках перед экраном с проецируемым изображением, имитируя таким образом свое присутствие на судебном заседании, то есть «погружаясь» в виртуальную реальность.

Но компьютерная трехмерная модель зала суда пригодилась не только для визуального анализа.

Она позволила также на основе принципов информационного моделирования рассчитать и улучшить и многие другие параметры помещения, в том числе его акустические характеристики и внутреннее освещение, использующееся во время проведения заседаний (рис.5).

Рис. 5 Виртуальная модель зала суда: слева – модель для акустических расчетов; справа – визуализация помещения при подборе внутреннего освещения.

По подсчетам специалистов Arup Acoustics, разработавших «звуковую» модель зала с учетом его геометрии и применяемых материалов, на одном только акустическом анализе экономия средств составила до 40% от стоимости его полноразмерного макета.

В конце 2003 года, когда работа над проектом Федерального суда уже велась полным ходом, GSA приступила к реализации программы National 3D-4D-BIM Program, призванной повысить возможности американских строительных компаний по использованию технологии BIM при выполнении правительственных заказов.

Тогда-то специалисты из GSA самым серьезным образом и «положили глаз» на этот проект.

В рамках развернувшейся программы GSA и фирма H3 в 2005 году заключили соглашение об исследовании возможности применения и методики использования технологии BIM при разработке и реализации проекта здания Федерального суда в Джексоне.

Поскольку все возможные BIM-подходы к проектированию напрямую зависели от правильно подобранного и эффективно используемого программного обеспечения, то от фирмы H3 потребовались немалые расходы по закупке и освоению компьютерных программ, причем в избыточном количестве, поскольку нужен был анализ их сильных и слабых сторон и сравнение производительности.

Поэтому в рамках заключенного соглашения фирма H3 при использовании BIM-программ получила немалую (по американским меркам) финансовую поддержку от государства в виде компенсационных налоговых льгот.

В результате всех этих событий, в самый разгар работ по зданию суда, была «нажата пауза» - фирма H3 вынуждена была прервать проектирование, «заморозить» все разработки и потратить восемь месяцев на подбор и детальное изучение программного обеспечения в области BIM, чтобы понять, на каком наборе программ следует окончательно остановиться и затем работать.

После весьма продолжительных усилий по исследованию, анализу и отбору на рассмотрении комиссии осталась продукция четырех производителей: Autodesk, Bentley Systems, Graphisoft и Gehry Technologies.

На этой же стадии возникла и ясная необходимость в консультанте по BIM-технологиям, который не просто помог бы выбрать нужные программы, но и способствовал бы их быстрому внедрению в проектно-строительную деятельность. Таким консультантом стала фирма Ghafari Associates.

Заметим, что в дальнейшем практика использования BIM-консультантов на больших проектах в силу своей высокой эффективности получила широкое распространение во многих странах мира.

В итоге окончательный выбор средств компьютерного проектирования, реализующих технологию BIM, был сделан в пользу продукции сразу двух производителей, которые на конкурсе шли вместе:

• комплекса Autodesk Revit (программа Revit Architecture для архитекторов из H3, Revit Structure - для конструкторов из мастерской Уолтера П. Мура, и Revit MEP - для проектировщиков инженерного оборудования из CDFL),
• программы Navisworks для обеспечения взаимодействия всех участников проекта, в том числе выявления возможных нестыковок и ошибок.

Для сохранения исторической справедливости отметим, что в 2005 году компоненты комплекса Autodesk Revit назывались несколько иначе (здесь приведены их современные наименования), а программа Navisworks, на тот момент принадлежавшая независимому разработчику, доказав на практике свою высокую эффективность, в 2007 году перешла в собственность компании Autodesk.

Кстати, сам Revit был куплен компанией Autodesk у его первоначального разработчика не намного раньше, в 2002 году.

Пока боссы наверху решали стратегические вопросы сотрудничества и взаимодействия с далеко идущими последствиями, простые проектировщики, попавшие в своей работе под «нажатие паузы», тоже не сидели сложа руки. Они по-новому взглянули на проект и решили его серьезно изменить, перейдя от железобетона к стальному каркасу здания.

Таким образом, новый 2006 год (четвертый год реализации проекта) все его участники встречали в приподнятом настроении, начиная разработку здания Федерального суда почти с «чистого листа».

Однако какие-то наработки (честно сказать, немалые) за прошедшие годы все же имелись, в основном это были плоские чертежи, выполненные в AutoCAD, и терять их было не только жалко, но и не рационально.

Это была одна из причин, по которой в H3 приняли очень мудрое решение – создавать новый проект не в «чистой» технологии BIM, а в «гибридной» смеси BIM и 2D CAD.

Среди других причин, побудивших фирму H3 к принятию такого решения, можно отметить:

• большое количество существующей чертежной информации, которая не требует моделирования (например, чертежи стандартных узлов);
• временные рамки контракта (не безграничные), которые не давали возможности полностью погрузиться в тонкости нового программного обеспечения;
• существующие партнерские отношения с организациями, которые используют подходящий 2D CAD и не переходят на BIM;
• некоторое количество участвующих в проекте сотрудников, которые по различным причинам не перешли на BIM-программы;
• в самом BIM-проекте были задействованы только направления архитектуры (H3), конструкций (WPM) и инженерного оснащения здания (CDFL).

Конечно, основу проекта составляла информационная модель здания, из которой получались планы, фасады, разрезы, спецификации и прочая необходимая документация.

Но в ситуации, когда технология BIM только встает на ноги, привлечение в помощь традиционных программных средств – убедительный пример торжества здравого смысла над бытующим у некоторых проектировщиков убеждением, что все надо делать только в новой программе, чего бы это не стоило.

Кстати, из этого эксперимента и компания Autodesk сделала для себя очень правильный вывод и стала продавать программу Revit с бесплатным приложением в виде «старенького», но всеми любимого и широко используемого пакета AutoCAD.

Другой результат эксперимента – быстро выяснилось, что участникам проекта по разным причинам было удобнее создавать свои специализированные модели по разделам (архитектура, конструкции, оборудование), а не пользоваться единой моделью.

Одна из причин – большой объем файла общей модели (при 250 Мб работать с такой моделью уже было крайне сложно). Поэтому единую модель разделяли на логические части.

В этой ситуации просто незаменимой стала программа Nevisworks, объединявшая разрозненные разнотематические модели в единое целое для технологической стыковки и проверки на наличие проектных ошибок.

В процессе проектирования подобные «общие собрания» моделей проводились раз в две недели и показали весьма высокую эффективность. Что в итоге сказалось на быстрых темпах работы (рис.6).

Рис. 6 Здание Федерального суда в Джексоне: виды на различных стадиях строительства.

Немало проблем вызвал подбор сметных программ, работающих с данными из информационной модели здания, но и это нашло свое решение.

И вот, когда 65% строительной документации было уже готово, у проектировщиков начало складываться впечатление, что все трудности позади, а впереди только финишная прямая.

Но, как гласит мудрая поговорка: «Если вы с утра встали и у вас хорошее настроение, значит, вы чего-то не заметили».

Ранее уже говорилось о том, что в 1997 году было принято «Руководство по проектированию судебных помещений США», определявшее основные требования к таким объектам.

И вот GSA как государственному заказчику пришла в голову совершенно справедливая идея – предусмотреть в разрабатываемом стандарте NBIMS трехмерного представления проектов механизм для автоматической проверки этих проектов на соответствие требованиям «Руководство по проектированию судебных помещений США» (а в дальнейшем - и каким-то еще подобным документам).

Поскольку силы проектировщиков были уже на исходе, в GSA не менее справедливо решили привлечь к этой работе специалистов из Технологического Института Джорджии во главе с идейным вдохновителем BIM профессором Чарльзом Истманом.

Результатом их деятельности стала уточненная для нужд решения поставленной задачи спецификация формата IFC, предназначенного для обмена модельных данных BIM-приложений между собой и с другими программами.

Эта спецификация, с одной стороны, четко определяет проектировщикам, что и как надо делать по формированию модели вообще, а с другой стороны, указывает контролирующим органам, где и какие данные проекта надо брать, если вы задумали что-то проверить, не отвлекая архитекторов, конструкторов и смежников от их созидательного труда.

Проектировщик просто передает сделанный по модели файл в формате IFC и продолжает работать над проектом, а контролирующий орган загружает эту информацию в свою программу и «все видит».

Конечно, такой подход еще требует (и постоянно будет требовать) дальнейшего совершенства, но первый принципиальный шаг в исключительно верном направлении уже сделан.

И это направление можно охарактеризовать как электронный (безбумажный) документооборот. До сего времени считалось, что это удел исключительно машиностроения.

Подведем итог:

Во-первых, пока в некоторых странах до сих пор идет дискуссия «BIM или не BIM», чиновники из GSA уже в конце 2003 года для себя все решили и озадачились другим – как сделать, чтобы BIM стало больше.

Во-вторых, проведенный по инициативе этого государственного органа США эксперимент по наработке практического опыта и «правил игры» при внедрении BIM дал исключительно важные результаты.

В третьих, хорошее здание построили, да еще сертифицировали по LEED.

Так что, продолжим дискуссию?

Цикл публикаций Владимира Талапова о BIM продолжается статьей "BIM в России: новое здание Мариинского театра".