От BIM к CIM: можем ли мы говорить об информационном моделировании города? Вопросов пока очень много

Фото: Институт Генплана Москвы в Facebook

На ежегодной выставке «АРХ Москва» состоялась очень интересная дискуссия по информационным технологиям проектирования/управления для города, а точнее про BIM и CIM (City Information Modeling). На самой дискуссии мне побывать не удалось. Однако уже сама новость окончательно вынудила меня бросить остальные дела, сесть за клавиатуру и составить перечень вопросов и наблюдений. В ближайшее время ожидается официальный релиз Института Генплана Москвы.

Направлением градостроительного проектирования я начал заниматься прицельно сразу, как начал работать в Генплане — c 2013 года. Уже тогда показывал коллегам сыроватый InfraWorks и пытался делать анализ видимости по 3D-моделям в Grasshopper. И сейчас уже накоплен ряд практик и опыта (многое остается, правда, конфиденциальной информацией), которые, как мне кажется, будут полезны многим.

Приведу для начала несколько уже опубликованных заметок:

• 3D-ГИС для моделирования территорий — для студентов и в формате вебинара
• Продолжение темы геоданных для горожан
• 3D в городских проектах. Опыт работы с КБ «Стрелка»
• Туманные картины: BIM в градостроительстве. В поисках общей схемы
• Что же имела в виду Москомархитектура в ТЗ на ППТ по проезду Шокальского, и готовы ли мы к новому витку информатизации?
• BIM с низкой детализацией нужен для городского планирования и согласований

Итак, CIM — что это такое?

В этом контексте разговор о CIM без оценки текущей ситуации в ГИС мне напомнил материал Хемлани на ту же тему и почти в отрыве от ГИС. Кстати, там Хемлани удивляет, поставив в один технологический ряд карты (maps) и ГИС, правда, в своей следующей статье про CIM она уже рассуждала более грамотно с технической точки зрения.

CIM — если вообще употреблять это понятие — гипотетический комплекс технологий и разнообразных данных, который сочетает в трехмерном пространстве мощь ГИС и детализацию BIM, собирая информацию по природному ландшафту, зданиям и инфраструктуре. Наверное, к этому еще прикручиваются различные системы управления транспортом, показания счетчиков в домах, голосования «Активного гражданина» и что-то еще. Почему наверное? Надеюсь, интонацию предложения вы уловили. Если говорить серьезно, то CIM должен играть роль продвинутой карты города цифровой эпохи.

В моем понимании, мы постоянно ожидаем сближение-конвергенцию BIM и ГИС, что могло бы быть реализовано уже сейчас, например, в InfraWorks. Скорость работы с огромными территориями, полное взаимопонимание с форматами геоданных, приятная графика, тесная дружба с «инфраструктурными» приложениями типа Civil3D и форматами типа LandXML. Хотя с площадным BIM-ом там дружба совсем номинальная.

А если говорить о реальных примерах, то лучше всего эта тема, на мой взгляд, проработана у Esri (также есть решения Bentley, но руки до них не доходили). Если покопать на ресурсах этого лидирующего ГИС-вендора, то можно найти готовые шаблоны для 3D-городов и соответствующие сценарии применения.

Наиболее наглядным прототипом CIM-интерфейса мог бы быть случай Cityzenith (оказывается, используются инструменты от лидера веб-картографии Mapbox).

Вот основные задачи, которые решает SmartWorldPro, очень ясно и универсально сформулировано:

AGGREGATE

Consolidate BIM, CAD, CRE, and GIS tools, spreadsheets, documents, IOT and BMS sensor feeds, social media posts, etc. in one universal 3D data platform that anyone can use.

ASK

Run and save complex queries using everyday language that search through thousands of curated city and project data layers in seconds to find and visually display results.

ANALYZE

Mapalyze is an always-expanding app store of analysis tools that empower users to run analysis on the fly, and export and share results in seconds. Apps include View Corridor and Zoning Analysis, Traffic and Microclimate Simulation, and more.

Пока копировал сюда этот текст, понял, что нужно все же запросить демо-версию и пощупать этот инструмент. Мы же постепенно подбираемся к необходимости формулирования стандартов обмена данными в сфере градостроительства. Стандартные форматы геоданных есть, а для 3D-геоданных или же данных по городской застройке — таких разговоров в отечественной ИТ-сфере пока не слышно.

Открытый формат — основа для 3D-модели города. Отечественные технологии. Проблемы конвертации

Примечательно, что импорт в InfraWorks данных Revit, IFC и CityGML (этот формат особенно распространен в Западной Европе), приводит пока что к простому отображению геометрии без каких либо атрибутов. В случае CityGML из бонусов — модель «встает» в InfraWorks на нужное место.

В разговоре о CIM, как мне кажется, мы не можем выбирать какой-либо один формат, так как мы сразу попадаем в ограничения этого формата. И я склоняюсь к развитию именно открытых форматов — очевидно, силами профессиональных сообществ — и форматов, которые для начала должны быть простыми. В этой связи можно ознакомиться с докладом А. Яременко (SODIS Lab) по теме Open BIM (ссылка на конкретный тезис о необходимости работы с IFC).

Что касается специфики отечественной ИТ-сферы, то мы не можем игнорировать тот факт, что нам необходим хотя бы частичный свой цифровой «суверенитет», даже с точки зрения развития своих же кадров и науки. В этом контексте для меня были радостной новостью внедрение UrbaniCS и несколько обескураживающей — масштабные закупки ПО Autodesk в ГлавАПУ, Генплане (судя по презентации) и других структурах.

Несколько удивляет отсутствие публичного диалога с отечественными разработчиками в области ПО для проектирования инфраструктуры — Топоматик, ИндорСофт и др. Честно сказать, я не могу оценить качество их продуктов и сравнить их с тем же Civil3D или решениями от Bentley. Совершенно не призываю что-то «импортозамещать», но какая-то повестка от госструктур по этому направлению должна быть. Пока она ограничивается нейтральными категориями вроде ТИМ. Кстати, рекомендую послушать очень содержательный доклад Игоря Рогачева по BIM-стандартам для инфраструктуры.

Теперь о конвертации. Говоря о создании некоей большой цифровой модели территории, повторю, что сложно представить один формат хранения на данном этапе развития технологий. И гипотетический CIM-специалист должен быть «полиглотом» — пример того же InfraWorks это наглядно демонстрирует. Для эффективной работы в области интеграции данных есть готовые решения — например FME WorkBench.

Я все же потратил время и опробовал готовую «дефиницию» (аналогия с Grasshopper) для перевода IFC в формат геоданных shp в рамках студенческого проекта в МАрхИ.

Функциональная модель кампуса в ARCHICAD

Конвертация IFC в shp при помощи FME Workbench

Размещение модели в ArcGIS Pro и связь с табличными данными по расписанию

Результат был вполне удовлетворительным. В ArcGIS Pro мне требовалось связать модель с csv-таблицей расписания занятий и визуализировать заполнение аудиторий, разместив это в градостроительном контексте. Как прототип связка оказалась совсем рабочей. Единственные нарекания вызвала производительность ArcGIS Pro в отображении этих простейших кубиков.

Теперь же делаем логичный переход к вопросу платформы для сборки/просмотра CIM-данных.

Где будут «жить» такие данные? И в чем просматривать/редактировать?

Здесь можно рассмотреть вариант готовой схемы работы в Генплане, которая была презентована на Autodesk University 2018:

Представлен стандартный комплект Autodesk для работы с инфраструктурой, а под Oracle подразумевается отечественная система UrbaniCS, построенная на этой СУБД. Она, согласно схеме, может снабжать геоданными InfraWorks, но не только: и традиционные ArcGIS, Mapinfo, Map3D приводятся к этому «общему знаменателю». Единственное, насколько мне известно, не решен вопрос хранения в этой базе данных трехмерной геометрии. В отличие от геоданных, которые можно собрать в таком общедоступном виде, BIM-данные остаются сами в себе.

Таким образом, к одному хранилищу или нескольким связанным хранилищам могут подключаться разные приложения, и это нормально. Нет одного инструмента для множества сценариев использования, и это же нам демонстрирует Autodesk, создавая коллекции-наборы программ.

Помимо мною любимого InfraWorks или навороченного ArcGIS есть и отечественная разработка из Томска UNIGINE (говорят, что именно это решение использовалось для демонстрации проектов реновации в Доме на Брестской). Приходят на память и решения Vizerra (сейчас Next Space).

Короче говоря, вопрос платформы открыт, но есть рабочие пути для движения. Предметный анализ плафторм и форматов потребует немалого количества времени.

Для кого же предназначены эти гипотетические «умные» 3D-данные?

Самый главный вопрос в действительности заключается в том, кто конечный потребитель этих новых умных CIM-данных. Если вспомнить тип задач в рамках CIM, то сразу станет понятным, что круг потребителей очень узок. Мы до сих пор не можем получить открытые официальные геоданные хотя бы 10 000 масштаба по зданиям, дорогам и другим объектам. Мосгоргеотрест поставляет за деньги картографическую основу 2000 масштаба в виде взорванных примитивов.

Когда речь заходит о работе с инфраструктурой, особенно подземной, мы сразу же сталкиваемся с секретностью. И эта секретность должна быть, как и должна быть монополия госструктур по доступу к таким сведениям. Таким образом, полноценно рассуждать о CIM могут лишь те, кто имеет доступ к гостайне. Другим специалистам же остается лишь «видимая часть» города, но и этого уже немало.

К слову, опыт Петербурга, где частная компания создала подробную 3D-модель застройки для оценки визуального воздействия новых объектов строительства, крайне интересен. Говорят, что есть и другие компании, которые обладают подобными моделями. В Москве, как я понимаю, процесс разработки 3D-моделей поручен Мосгоргеотресту, и никаких сведений о том, что будет на выходе, нет.

Для контраста приведу набор данных с портала Вены (перевел на английский):

Источник

Загружай и пользуйся. А для просмотра модели города используется очень популярная технология Cesium.

Отдельного разговора заслуживают сами сценарии использования CIM и ее данных конечными потребителями. Про это я не раз уже писал, но очевидно, что ряд сценариев будут тесно связаны с секретностью и безопасностью, эксплуатацией городской инфраструктуры и планированием массовых мероприятий, и, конечно же, целая группа сценариев использования CIM оказывается сопряжена с градостроительной деятельностью, которая должна стать намного прозрачнее. Бизнес и туризм также могут быть заинтересованы в таких данных для нужд планирования или управления. Но именно градостроительная деятельность может стать открытым полигоном для отработки технологических задач.

Какие перспективы?

Главной задачей в перспективе, как мне кажется, может быть определение стандартных форматов для обмена данными. Сложность данных тоже может варьироваться — от IFC до простейшего DAE. Опять же можно ознакомиться с опытом таких городов, как Вена или Берлин.

Платформы для просмотра/редактирования городских моделей существуют в том или ином виде. И они могли бы быть отечественной разработкой.

Логичным полигоном для отработки CIM-сценариев и всей схемы в принципе могла бы стать градостроительная деятельность Москвы.

Остается острым вопрос доступа к самим данным. Очевидно, здесь необходимо волевое решение правительства — тем более прецедент с публикацией открытых данных уже есть.