Из 2D в 3D и обратно

Несмотря на то, что 2D-чертежи остаются основным форматом проектной документации в AEC-индустрии, им часто уделяют недостаточно внимания. Однако, как отмечает Мартин Дэй, появляются новые технологии, способные преобразовывать 2D-чертежи в модели, а также автоматически генерировать чертежи на основе 3D-данных.

Широкое распространение 3D-технологий и рост экспертизы в области BIM изменили сферу AEC — однако ключевым результатом для любой компании по-прежнему остается документация, а точнее, создание 2D-чертежей.

До появления BIM-систем для ускорения рабочих процессов использовали CAD — быструю альтернативу ручному черчению. Они позволяли быстро рисовать, оперативно вносить правки и частично автоматизировать процессы. Специализированные AEC-приложения (например британский AutoCAD AEC) дали еще большее ускорение: AutoCAD предлагал готовые блоки символов, стандарты слоев, типы штриховок и линий. Тогда нам казалось, что это настоящий прорыв!

Затем появился BIM, настоятельно предлагая всем перейти на 3D-моделирование зданий, а в качестве побочного продукта этого процесса — получать 2D-чертежи непосредственно из геометрии модели для ускорения создания документации. Если мы изменяли дизайн (то есть 3D-модель), чертежи автоматически обновлялись. BIM нагрузил систему проектирования большим объемом работы и необходимостью принятия большего количества решений, но в то же время помогал лучше понимать проект, предлагая возможности визуализации и анализа. Это также привело к значительному увеличению объема выпускаемой документации.

Чертежи никуда не исчезнут — однако сейчас явно прослеживается тенденция к массовой автоматизации их создания. Некоторые полагают, что их можно полностью исключить, а вместо этого сама модель станет результатом проектирования. В AEC Magazine мы считаем, что этого никогда не произойдет, учитывая, что даже в таких передовых отраслях, как автомобилестроение и авиакосмическая промышленность, чертежи продолжают создаваться, несмотря на высокий уровень автоматизации производства на основе моделей.

Тем не менее значительные усилия направлены на автоматизацию создания чертежей, и такие компании, как SWAPP, Graebert, Evolvelab (ныне часть Chaos), разрабатывают инструменты для автоматического преобразования BIM-моделей в 2D-чертежи.

И Graebert, и Evolvelab будут представлены на конференции NXT DEV в Лондоне 12 июня. Возможности автоматического создания чертежей от Graebert продемонстрирует BIM 2.0 стартап Qonic, интегрировавший эту технологию в свой продукт. Но подробнее об этом чуть позже.

Чертежи старых сооружений

Но не будем забегать вперед. Хотя большинство новых зданий за последние сорок с лишним лет действительно создавались с помощью 2D CAD или BIM, как быть со всеми сооружениями, построенными до появления масштабного цифрового проектирования?

Эти здания в основном задокументированы на бумаге или, возможно, оцифрованы в виде изображений после растрового сканирования. Поскольку реконструкция становится все более привлекательным вариантом для владельцев зданий в свете требований по устойчивому развитию, не было бы полезно автоматически создавать BIM-модели из 2D-документации?

Устоявшиеся стандарты чертежей и общепринятые условные обозначения 2D предоставляют интеллектуальным системам язык, который помогает преобразовывать 2D-чертежи в 3D-модели. Размеры и маркировка также способствуют повышению точности в случаях, когда чертежи содержат ошибки, растянуты или перекошены после сканирования.

Ряд компаний-разработчиков программного обеспечения работают над созданием моста между «тупыми» 2D-чертежами и «умными» 3D-моделями. Это означает, что старые чертежи можно будет быстро преобразовать в 3D-модели для цифровых двойников и макеты для управления объектами или использовать как основу для реконструкции.

В прошлом выпуске мы рассказывали, как стартап Higharc разработал алгоритм ИИ, способный преобразовывать нарисованные от руки эскизы в полностью детализированные BIM-модели.

ИИ распознает наружные и внутренние стены, двери, окна и их размеры, а также идентифицирует опорные перекрытия в своей экспертной системе для американских деревянных каркасных домов.

Эта функциональность была создана не для демонстрации возможностей ИИ, а для решения конкретной проблемы. Компании, с которыми обычно работает Higharc, — это застройщики с ограниченными внутренними цифровыми компетенциями.

Мощная облачная система 3D-проектирования Higharc создает модели каркасных деревянных домов с детализацией, достаточной для производства, и интегрируется с ERP-системами для автоматического расчета стоимости на основе выбранного клиентом проекта.

Несмотря на впечатляющие возможности, Higharc прост в освоении — даже для сотрудников, не знакомых с CAD или цифровыми инструментами проектирования. Искусственный интеллект системы позволяет опытным строителям, привыкшим рисовать макеты вручную, участвовать в цифровом проектировании. Он преобразует простые линии в интеллектуальные стены и строительные элементы с точными параметрами, связывая их с ERP-системой. Хотя Higharc нацелен на довольно специфическую целевую группу клиентов и не является универсальным решением для перевода 2D в 3D, он наглядно демонстрирует потенциал применения ИИ для обработки 2D эскизов.

2D-в-3D для массового использования

Если поискать, можно найти несколько приложений для преобразования 2D-чертежей в 3D-модели для BIM. Среди них — WiseBIM, Plans2BIM и usBIM.planAI от ACCA.

На самом деле все три системы связаны между собой, поскольку используют технологию 2D-в-3D, разработанную компанией WiseBIM, находящейся в Париже. В её основе — искусственный интеллект, который преобразует 2D-изображения в объекты Revit и IFC.

Ещё один игрок на этом рынке — шведский стартап BIMify, который также применяет ИИ и поддерживает рабочие процессы для Revit и IFC. Хотя BIMify заявляет о поддержке Archicad, на данный момент это происходит через IFC, тогда как интеграция с Revit гораздо глубже.

Для написания этой статьи мы пообщались с представителями WiseBIM и BIMify, чтобы выяснить, на что способны технологии уже сегодня. Кроме того, мы получили краткий обзор функции автоматического создания чертежей, анонсированной стартапом Qonic.

WiseBIM — преобразование 2D в 3D для IFC и Revit

ИИ для Revit от WiseBIM: идентификация стены в 2D (вверху) и 3D (внизу)

Прошлым летом сервер AEC Magazine был на грани перегрузки, когда мы опубликовали статью о парижской компании WiseBIM, разрабатывающей ПО для AEC-отрасли. Новость об их приложении для преобразования 2D в 3D непосредственно в Revit собрала десятки тысяч просмотров.

На самом деле, WiseBIM уже давно является лидером в области конвертации 2D в 3D, начав свою работу еще в 2017 году. До выпуска версии, работающей внутри Revit, компания продвигала свои решения под разными названиями (включая Plans2BIM), создавая присутствие в Интернете на различных платформах. Ее инструменты также лицензировались итальянским разработчиком BIM-решений ACCA.

Основное применение WiseBIM ориентировано на проекты с существующими зданиями, включая реконструкцию, управление объектами, техническое обслуживание и создание цифровых двойников.

Базовая технология компании основана на алгоритмах искусственного интеллекта, которые обрабатывают пиксельные данные из 2D-планов в форматах PDF, PNG, JPEG, DWG и DXF. Программное обеспечение автоматически распознает элементы зданий из растровых или векторных исходных данных.

Процесс работы включает импорт плана, установку масштаба, запуск ИИ-процесса обнаружения конкретных элементов (стен, проёмов, перекрытий, крыш, колонн, балок, мебели, текста и т. д.), после чего пользователь сможет просмотреть, отредактировать и скорректировать созданную модель.

В то время как первые версии пытались выполнять распознавание всех элементов «за один проход», текущая версия использует поэтапное детектирование (сначала стены, затем проёмы и т. д.). Это был осознанный выбор разработчиков, как объясняет Тристан Гарсия, соучредитель и генеральный директор WiseBIM: «Так действительно лучше. ИИ иногда ошибается, но теперь пользователи могут исправлять ошибки прямо в процессе работы».

Существует два варианта приложения: встроенное в Revit генерирует RVT-компоненты непосредственно внутри среды, а автономное веб-решение (Plans2BIM) конвертирует 2D-планы в стандартные IFC-компоненты для универсального использования. Веб-версия обеспечивает возможность создания и объединения нескольких этажей в единую BIM-модель здания.

В Revit пользователи могут задавать семейства Revit для распознанных элементов, чтобы обеспечить единообразие генерируемой BIM-модели. Как пояснил Гарсия: «В нашей последней версии можно указать, какое семейство нужно использовать. Поскольку алгоритмы работают с распознаванием на уровне пикселей, то, например, если на плане внутренние стены имеют толщину 10 см, можно задать правило: „Все стены толщиной от 9 до 11 см должны определяться как десятисантиметровые“. Это помогает ИИ создавать однородную модель, назначая такие стены одному семейству».

WiseBIM поддерживает экспорт в различные форматы, включая IFC, DXF и CSV/XLSX (для ведомостей материалов). Также доступен специальный формат JSON для разработчиков. Пользователи могут добавлять свойства к элементам здания: указывать материал стен (например бетон) или добавлять любые технические характеристики, включая коэффициенты теплопроводности.

Компания WiseBIM ведет свою историю с запатентованной научной работы, разработанной во французском исследовательском центре для целей теплового моделирования зданий. На данный момент в компании работает 9 сотрудников, большинство из которых — технические специалисты.

Чтобы повысить качество результата, компания советует использовать качественные 2D-планы — это напрямую влияет на точность работы ИИ. Для лучшего результата чертежи требуют предварительной обработки. Рекомендуется минимальное разрешение 100 пикселей на метр. Удаление шума и обрезка ненужных частей чертежа (например легенд) также может улучшить результаты. Если оставить блок заголовка, линии вокруг него могут быть идентифицированы как стены.

В процессе обработки некоторые параметры (например высота стен или уровень подоконников) часто не указаны в 2D-планах явно. Эти значения пользователю необходимо задать вручную в процессе настройки.

В настоящее время компания фокусируется на архитектурных элементах, но в следующем году планирует добавить поддержку более сложных конструктивных и инженерных чертежей.

Стоимость Plans2BIM составляет 49 евро в месяц или 299 евро в год. Revit-плагин стоит 29 долларов в месяц или 249 долларов в год.

Огромный интерес к этой технологии указывает на значительный спрос на автоматическое преобразование существующих данных здания в модели BIM — особенно для реновации зданий, управления объектами и создания цифровых двойников. WiseBIM и Plans2BIM предлагают эффективное ИИ-решение для автоматизированного преобразования 2D-планов в BIM-модели.

Хотя результат работы ИИ иногда требует ручной корректировки, итеративный процесс редактирования и гибкие настройки в любом случае позволяют экономить время по сравнению с полностью ручной работой. Интерфейс автономной версии, возможно, требует некоторой доработки, однако Revit-плагин уже демонстрирует отлаженную работу.

BIMify: 2D-чертежи и облака точек в BIM-моделях

Впервые я услышал термин «BIMify» в контексте функции BricsCAD, которая преобразовывала «тупую» 3D-геометрию в интеллектуальные BIM-компоненты. Теперь же появился новый сервис под названием BIMify (от другой компании), использующий ИИ для конвертации тупых 2D-чертежей и облаков точек в модели BIM (преимущественно для Revit).

Базирующаяся в Швеции, BIMify является детищем Александра Баличеваца (Aleksandar Balicevac) и результатом пяти лет исследований и экспериментов в области надежных технологий преобразования данных. Как уже упоминалось, BIMify — это сервис, а не программное обеспечение, которое вы покупаете. Он построен на ИИ-коде Баличеваца и ряде ключевых компонентов Autodesk Forge (APS). Поддержка Archicad пока ограничена IFC, в то время как Revit — это нативный RVT.

BIMify использует «фабричный» подход, применяя машинное обучение и ИИ для пакетной обработки файлов. Пользователь может загрузить отдельные этажи здания и получить на выходе готовую сборную Revit-модель. Можно даже заставить эту модель использовать ваше собственное семейство деталей. Это означает, что вы можете преобразовать 6 простых планов этажей в полностью редактируемую RVT-модель за считанные минуты.

BIMify поддерживает различные форматы входных данных — DWG, DXF, облако точек, PDF, изображение — и может выводить в RVT или IFC. Сосредоточившись в настоящее время на архитектуре, компания планирует расшириться на другие дисциплины, и ее команда разрабатывает функции для сопровождения моделей и бесшовной интеграции с другими отраслевыми системами.

Как отмечает Баличевац, первоначально сервис ориентирован на Европу, где, по его оценкам, насчитывается более 20–25 млрд кв. м зданий. При этом около 95% из них были построены до эпохи BIM и рано или поздно потребуют оцифровки.

Что касается точности ИИ, основатель, кажется, в высшей степени уверен в возможностях системы. В процессе работы ИИ сверяется со строительными нормативами, что создает так называемый «инженерный интеллект». Например, система учитывает стандартную толщину стен или минимальную площадь помещений (например санузлов), что повышает надежность результатов. Он может распознавать внутренние и наружные стены, двери, окна, перекрытия и другие элементы.

Рабочий процесс BIMify

Процесс начинается с того, что пользователь предоставляет входные данные о здании здания, указывая тип модели, необходимой на платформе. Это включает спецификацию на основе цели (например для управления пространством, реконструкции или детального проектирования) и желаемый уровень детализации (LoD).

Пользователи описывают здание (тип, общую площадь, количество этажей, высоту уровней) и назначают загруженные 2D-файлы соответствующим этажам. Также можно выбрать предпочитаемый выходной формат. Что особенно важно, пользователи могут указать собственный шаблон Revit и семейства для использования в генерируемой модели. На основе размера здания и спецификации платформа мгновенно рассчитывает стоимость.

Автоматизированная генерация использует технологии глубокого обучения и ИИ компании для чтения входных файлов. Алгоритмы обрабатывают чертежи или сканы, чтобы идентифицировать такие объекты, как стены, двери, окна, навесные стены, плиты перекрытий, сантехнические приборы, колонны и помещения. ИИ определяет типы объектов и их расположение (в разработке — повышение детализации, например распознавание одинарных/двойных/тройных окон). Применяется инженерная логика: правила построения зданий используются для проверки и корректировки выходных данных ИИ (как описано ранее).

Баличевац заявляет о 100% точности системы, что, если подтвердится, безусловно, выделяет этот инструмент среди многих других инструментов ИИ. По его словам, BIMify «избегает эвристических методов, которые сначала полагаются на идентификацию пространств, вместо этого обрабатывая весь чертеж (или его части) для прямого определения объектов».

Модель проходит стандартизированный полуавтоматизированный этап контроля качества (QA). Это гарантирует, что итоговая модель соответствует заданным стандартам и является полной. Ручная доработка и процесс QA также предоставляют обратную связь команде разработчиков для улучшения алгоритмов автоматизации.

Баличевац также сообщает, что у компании есть клиенты, которые переходят с других BIM-систем на Revit и используют их платформу для конвертации для преобразования старых проектов, поскольку IFC не содержит редактируемой геометрии Revit. Это означает преобразование 2D-данных в нативные RVT-файлы (3D), что представляет собой крайне интересный рабочий процесс.

Большинство разработчиков ИИ охраняют свои «секретные технологии» — они не раскрывают, как именно достигают своих результатов. BIMify в этом плане более закрыт, чем другие.

Тем не менее компания явно использует компоненты Autodesk APS для создания нативных Revit-моделей с реальными семействами, включая Forge Viewer, инструменты обмена данными и, предположительно, Revit.io («обезглавленный» Revit в облаке). Это, вероятно, обнадеживает пользователей Revit, но может затруднить для BIMify поддержку нативного Archicad, так как аналога Revit.io для него не существует.

BIMify заявляет о высокой точности результатов. Из общения с Баличевацем складывается впечатление, что он действительно разбирается в ИИ и машинном обучении. В систему встроены механизмы, которые удерживают ИИ в рамках реальных инженерных ограничений. Подход Autodesk с Forge, безусловно, дает преимущество, но поддержка дополнительных форматов будет сложнее. В любом случае, BIMify — это компания, за которой стоит наблюдать.

Qonic: Авточертежи

В 2024 году бельгийская компания Qonic из Гента запустила свою платформу BIM 2.0. На первый взгляд, начальная версия представляет собой облачную CDE-систему (Common Data Environment), способную работать с крупногабаритными BIM-моделями, значительно превосходящими возможности Revit. Платформа предлагает простейший интерфейс для фильтрации и анализа BIM-данных, включая интуитивно понятное секционирование и частоту кадров, близкую к уровню компьютерных игр. В основе лежит мощный моделирующий движок, поддерживающий высокоточное редактирование геометрии и ориентированный на стык между архитектурным BIM и строительным BIM. Фактически это было отправной точкой того, что обещает стать стремительным и перспективным развитием в области программного обеспечения.

Сейчас Qonic усиливает свою платформу, и в рамках этой статьи мы сосредоточимся на одной из новых функций — долгожданном инструменте Autodrawings.

Для реализации этой задачи компания лицензировала технологию Kudo DWG от Graebert, которая теперь включает некоторые возможности автоматического черчения. На этой основе Qonic создает мощную интеграцию, позволяющую загружать крупные междисциплинарные модели и быстро генерировать 2D-чертежи общей сборки.

Во время демонстрации технологии стало ясно, что, хотя AEC-индустрия по-прежнему признает необходимость чертежей, в Qonic считают, что их значимость может снизиться в будущем по мере роста популярности модельно-ориентированных рабочих процессов, не говоря уже о том, что они станут доступными для более широкого круга пользователей.

Хотя в теории я склонен согласиться с этой идеей, на практике, как показывает опыт, всё не так однозначно. Например, у нашего издания DEVELOP3D множество читателей используют CATIA, Solidworks, Siemens NX и Inventor, и даже когда они производят детали напрямую из CAD-моделей, создание чертежей для них остаётся обязательным. Но это тема для отдельного обсуждения.

В Qonic процесс генерации чертежей использует богатые данные и структуру 3D-модели — полученной из IFC или дополненной из RVT — для создания интеллектуальных и детально аннотированных 2D-документов. Ключевую роль в этой новой комбинированной облачной функциональности играет автоматизация на сервере Graebert и просмотр чертежей в браузере на основе их технологии Kudo.

Генерация чертежей в Qonic — это однонаправленный процесс: изменения размеров, тегов и других аннотаций вносятся только в 3D-модель, что автоматически обновляет чертёж. Разработчики не планируют создавать полноценный 2D-редактор, который напрямую изменяет 3D-модель.

Автоматизация работает по принципу Hypermodels в Bentley iModel: чертежи генерируются автоматически на основе заданных плоскостей сечения и шаблонов, с возможностью планирования этого процесса (например ночных обновлений). Результат — полностью векторные данные, экспортируемые в DWG и PDF. Просмотр и базовая аннотация (добавление размеров, перемещение тегов) доступны прямо в среде Qonic. В будущем планируется добавить механизм пометки устаревших аннотаций после обновлений модели.

Многие компании сталкиваются с трудностями при доводке BIM-моделей до идеального состояния и прибегают к «исправлению на чертеже». Qonic предлагает альтернативу: исправление неточностей в самой модели благодаря высокой производительности и инструментам автоматизации для распространения изменений, вместо ручной правки 2D-чертежей.

Первоначально функционал будет ориентирован на создание общих планировочных чертежей (GA), с перспективой расширения до рабочей документации и детализированных строительных чертежей в будущем. Также стоит отметить, что многие компании используют собственные стандарты оформления GA-чертежей. Qonic предоставит настройки для адаптации под фирменные стили (отображение стен, проёмов и других элементов) в соответствии с предпочтениями пользователей.

Генерация чертежей, вероятно, войдёт в платную подписку и не будет доступна в бесплатной версии платформы. В отличие от некоторых конкурентов, Qonic не планирует использовать токенизацию или тарификацию по времени использования.

Разработка функционала уже ведётся: у компании есть рабочие прототипы, а релиз запланирован на конец этого года. Команда Qonic представит новую функцию на сцене NXT BLD (Лондон, 12 июня) и организует зону для неформального общения, где участники смогут пообщаться с разработчиками в расслабленной атмосфере.

Заключение

В то время как многие всё ещё ждут появления новых 3D BIM-инструментов, очевидно, что ведущиеся разработки расширяют выбор доступного функционала и показывают, как мы будем работать в будущем. Возможности автоматизированного создания чертежей играют в этом важную роль.

Компании, разрабатывающие решения для преобразования 2D в 3D, активно используют машинное обучение и ИИ вместе с правилами и конфигурациями. Насколько нам известно, технология Graebert в основном представляет собой линейную обработку без применения ИИ, но в будущем мы полностью ожидаем увидеть некоторое машинное обучение, используемое при производстве авточертежей по мере развития от общих планировок (GA) до уровня 400.

Главный вывод заключается в том, что простые 2D-чертежи не останутся «простыми» надолго. Если чертеж представляет собой точный план, то существуют простые способы оцифровки этой информации и преобразования ее в 3D. Что касается автоматических чертежей, то уже в июне на выставке NXT BLD можно будет воочию убедиться в преимуществах этого подхода для повышения производительности.