Решение задач на основе информационной модели здания

УДК 69:004.05

Е.В. Игнатова

ФГБОУ ВПО «МГСУ»

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ НА ОСНОВЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ

МОДЕЛИ ЗДАНИЯ

Проанализированы возможности использования BIM технологии на примере работы с программным комплексом Allplan. Описаны этапы исследования и решаемые задачи.

Обсуждена эффективность различных инструментов и методик.

Ключевые слова: информационное моделирование, информационная модель здания,

BIM, жизненный цикл.

В последнее время интенсивно внедряется идея информационного моделирования зданий (Building Information Modeling). Наиболее широко BIM технология используется на этапе проектирования [1]. Разрабатывается архитектурный облик, проектируются конструкции и инженерное оборудование здания, используются сетевые технологии доступа к модели. Одной из главных идей информационного моделирования является сопровождение строительного объекта в течение всего жизненного цикла.

Известные производители программного обеспечения уже предложили свои разработки, реализующие BIM. МГСУ на протяжении многих лет сотрудничал с компанией «Немечек», производителем программного комплекса Allpan BIM. Этот программный продукт использовался при обучении студентов и в дипломном проектировании выпускников специальности «САПР в строительстве». Ставились и решались практические задачи, связанные с автоматизацией проектирования, одновременно проводился анализ эффективности применения BIM-технологий.

На начальном этапе исследования программа Allplan использовалась как готовый инструмент. Архитектурный модуль Allplan — основная, наиболее изученная и понятная часть программы. На его основе были выполнены 3D модели корпусов МГСУ, а затем модель всего университетского городка с прилегающей территорией.

На основе архитектурного модуля были разработаны варианты гостиницы. Рассматривались различные материалы несущих конструкций и объемно-планировочных решений. Архитектурное проектирование дополнялось реалистичной визуализацией и анимированной презентацией объектов.

В дополнение к архитектурному модулю большинство производителей BIM приложений предлагают модули для конструирования металлических, железобетонных, деревянных конструкций для проектирования инженерного оборудования зданий. Популярны модули, учитывающие стандарты «зеленого» проектирования.

На основе модуля конструирования деревянных зданий был сделан проект экологичного дома. Дополнительно был использован модуль расчета энергоэффективного оборудования на базе солнечных батарей.

На основе модуля конструирования стеклянных фасадов обсуждались эстетические, экономические и теплофизические параметры здания с различными вариантами остекления фасадов.

Несомненно, функциональные возможности программы Allplan и круг решаемых задач очень широки. Кстати, то же можно сказать и про разработки других производителей BIM программ. Технология трехмерного параметрического моделирования позволяет выполнить работу быстро и точно, избавляет от большого объема чертежных работ. Автоматически генерируются спецификации и сводные ведомости. Особенно

© Игнатова Е.В., 2012

241

ВЕСТНИК

9/2012

ярко достоинства программы проявляются при разработке вариантов проекта. Однако чем больше функций и возможностей у программы, тем сложнее их освоить, тем дороже обходится такая программа.

На втором этапе исследования анализировались возможности совместного использования программы Allplan с другими программными продуктами. Существует ряд программ, специально предназначенных для совместной работы с программой А11р1ап и расширяющих ее возможности (рис. 1).

Рис. 1. Прямое взаимодействие с программами

Например, программа BCM Allplan предназначена для подключения базы данных расценок на строительные материалы, что позволяет оценить предварительную стоимость проекта. В ходе изучения внутренних средств управления алгоритмами программы Allplan была реализована возможность работы с динамическими расценками, зависящими от размеров конструкций. Также была реализована возможность расчета стоимости многослойных конструкций.

Программы On Site Photo, On Site Survey предназначены для обработки цифровых фотографий и результатов натурных измерений строительного объекта с помощью лазерной рулетки. Эти программы имеют совместимые форматы работы с графическими данными.

На основе этих программ решалась задача реконструкции старого здания. Были проведены натурные измерения, сделаны цифровые фото. Интеграция геометрических данных On Site Photo, On Site Survey на базе Allplan позволила создать JD-модель реконструируемого объекта и восстановить архитектурно-строительные чертежи здания. На основе полученной модели была проведена перепланировка здания.

Программа Scia предназначена для расчета прочности строительных конструкций методом конечных элементов. Программа не только берет данные из архитектурной модели, но и возвращает результаты анализа напряжений в Allplan для армирования железобетонных конструкций. Программа Cinema 4D работает с геометрической моделью здания в задачах создания реалистичной визуализации и презентации архитектурных объектов. Все эти программы должны корректно работать в тандеме с программой Allplan.

Однако совместное использование программ, рекомендованных производителем, имеет ряд недостатков. Проектировщик ограничен набором предлагаемых программ и методик. Совместимость программ зависит от выбора определенных версий программных продуктов, т.е. изменение версии программы Allplan может потребовать изменения версий программного окружения.

Более широкие возможности интеграции программных продуктов дает использование стандартных форматов передачи данных. Передача графических данных на

Scia

Allplan

основе dwg формата позволяет объединить ресурсы программ геометрического моделирования. Формат xls позволяет передавать числовую информацию. Большие возможности в передаче информации имеет формат ifc. Чем больше различных форматов способна поддерживать программа, тем эффективней становится ее применение.

На основе стандартного формата xls была решена задача передачи данных Allplan в программу раскроя металлических листов для фасадных панелей. Проектировщик создает JD-модель здания в программе Allplan. С помощью функции раскладки плитки на фасадах здания он определяет геометрию и цветовое решение фасадных панелей. С помощью функции создания спецификации формируется таблица используемых панелей. Полученная спецификация записывается в формате xls. Затем данные читаются программой Excel, где размеры панелей автоматически корректируются с учетом загибов и креплений металлических листов к несущему каркасу. Новая спецификация также через формат xls передается в программу 2d Plane для рационального раскроя металлических листов (рис. 2).

Рис. 2. Интеграция программ для производства стеновых панелей

На основе формата ifc была проанализирована эффективность методики передачи данных для расчета прочности здания методом конечных элементов на базе программ Scia, Lira, Scad (рис. 3).

Scia

Allplan

I

ifc

Scad

Lira

Рис. 3. Взаимодействие программ через стандартный файл

В результате были сформулированы основные проблемы корректной передачи данных:

на этапе архитектурного проектирования не уделяется внимание созданию кор -ректной геометрии здания;

разные программы интерпретируют данные по-разному;

версия программы и версия формата могут быть не совместимы;

ВЕСТНИК g/2012

корректность передачи данных по всему строительному объекту сложно оценивать визуально. Многие дефекты аналитической модели обнаруживаются только при проведении расчетов. Возможно, часть дефектов остается незамеченной.

Несомненно, с течением времени многие проблемы решаются. Новые версии программ имеют лучший сервис. Тем не менее, работа через стандартные форматы передачи данных имеет ряд общих недостатков:

наличие различных версий стандартных форматов; односторонняя направленность передачи информации.

На третьем этапе исследования была поставлена задача расширения стандартных возможностей программы Allplan. С помощью внутренних средств создания ассистентов для программы Allplan были разработаны дополнительные панели быстрого доступа, библиотечные элементы, макросы, атрибуты объектов. Были организованы программируемые таблицы для вывода спецификаций любого вида.

Несмотря на широкий набор инструментов программы Allplan, не все конструкторские задачи могут быть эффективно решены. Возникла задача точного расчета объемов металла и бетона при конструировании монолитного перекрытия с несъемной опалубкой. В качестве опалубки используются металлические профилированные листы (рис. 4).

Рис. 4. Фрагмент конструкции перекрытия

Задача требует выполнения большого количества действий. Необходимо выбрать из сортамента нужный тип профилированного листа, а затем разложить листы по площади перекрытия с учетом перехлеста листов, кратного шагу волны профиля. Необходимо организовать технологические отверстия, автоматически сформировать слой бетона, представить перекрытие в виде Ж-объекта. Необходимо вычислить объем бетона с учетом формы профилированного настила и отверстий в перекрытии. Кроме того, необходимо вычислить расход профилированных листов с учетом их перекрывания по длине и ширине и начертить эскизы использованных листов с учетом отверстий и вырезов на них. Частично были привлечены стандартные функции Allplan, но для большинства действий и их взаимосвязи потребовалась разработка дополнительных алгоритмов.

Данная задача решалась с использованием программной оболочки API Allplan, ко -торая дала возможность внедриться внутрь структуры Allplan и добавить в программу новые функции. Программирование на языке C++ на основе класса Polyhedron позволило описать, смоделировать и рассчитать 3D тело перекрытия. В основном меню Allplan была организована дополнительная «кнопка» с вызовом соответствующего плагина. К сожалению, производители программного обеспечения неохотно допускают пользователей к внутренней организации программы.

На четвертом этапе обсуждалось использование BIM при эксплуатации здания. Последующее использование созданной информационной модели здания на этапах строительства и эксплуатации — логичное решение, повышающее эффективность затрат на разработку модели. Составление электронного паспорта здания позволяет наладить мониторинг объекта и повысить эффективность управления таким зданием.

Для исследования технологии создания паспорта было выбрано офисное здание. На основе натурных замеров была создана трехмерная модель этажа, был определен перечень атрибутов, характеризующих объект, и его элементы. Основными элементами объекта стали помещения и конструкции, которым присвоили необходимый перечень атрибутов и их конкретные значения. Многие элементы имели связь с электронными документами: чертежами, текстами, электронными таблицами, фотографиями. Кроме того, были разработаны текстовые элементы (экспликации, спецификации), на основе которых выводилась динамическая информация об объекте. При внесении каких-либо изменений в графическую часть проекта программа автоматически пересчитывает площади помещений, объемы, расход материалов и т.п., внося изменения в текстовые документы. Владелец здания (при наличии программы Allplan) может контролировать отношения с арендаторами и управлять эксплуатацией на протяжении всего жизненного цикла строительного объекта.

Эффективность использования паспорта здания тесно связана с разработкой рациональной структуры данных, соответствующей потребностям заказчика.

Анализ направлений международных исследований, основанных на концепции информационного моделирования [2], показал, что BIM позволяет решать многие традиционные задачи строительной индустрии и ставить новые. К приоритетным направлениям развития BIM технологий можно отнести развитие стандартов передачи данных, интеграцию приложений, увеличение интеллектуальности программного обеспечения.

В настоящее время интерес представляет задача создания программного продукта (Agent) для интеллектуальной корректировки файла ifc (рис. 5). Цель — приведение данных к корректному виду для использования в программах расчета прочности методом конечных элементов (FEM).

Рис. 5. Схема корректировки данных

Среди современных направлений использования BIM можно назвать интеграцию 3D информационных моделей зданий с инфраструктурой города на основе 3D геоинформационных систем (ГИС).

В рамках обсуждения перспектив развития информационного моделирования можно отметить, что традиционный подход, предлагающий использовать информационную модель здания только в течение жизненного цикла строительного объекта, является ограниченным. Ценность информационной модели не утрачивается при ликвидации строительного объекта, так как информационная модель может продолжать использоваться в «постжизненном» цикле строительного объекта [3]. Кроме того, информационную модель можно создавать и использовать уже в «постжизненном» цикле, т.е. для полностью утраченных зданий.

ВЕСТНИК 9/2012

Библиографический список

1. Игнатова Е.В. ВГМ-актуальная тенденция в автоматизации проектирования // Вестник МГСУ 2009. Спецвып. 1. С. 225—226.

2. Игнатов В.П., Игнатова Е.В. Анализ направлений исследований, основанных на концепции информационного моделирования строительных объектов // Вестник МГСУ 2011. № 1. Т. 1 С. 325—330.

3. Игнатов В.П., Игнатова Е.В. Эффективное использование информационной модели строительного объекта // Вестник МГСУ 2011. № 1. Т. 1 С. 321—324.

Поступила в редакцию в августе 2012 г.

Об авторе: Игнатова Елена Валентиновна — доцент, кандидат технических наук, доцент кафедры информационных систем, технологий и автоматизации в строительстве (ИСТАС), ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, (8499)182-66-38, ignatova@mgsu.ru.

Для цитирования: Игнатова Е.В. Решение задач на основе информационной модели здания // Вестник МГСУ 2012. № 9. С. 241—246.

E.V. Ignatova

PROBLEM SOLVING ON THE BASIS OF INFORMATION MODELS OF BUILDINGS

The author considers the potential of information models of buildings exemplified by the application of Allplan technologies. Consecutive stages of research and problems under consideration are described. The efficiency of different tools and approaches are discussed.

At the first stage, standard Allplan tools are analyzed. At the second stage, the problem of integration and interoperability of different software programmes is analyzed. At the third stage, the attempt to further the functional capabilities of the software programme by developing supplementary plug-ins is made. At the fourth stage, compilation of electronic passports of buildings is considered. The article deals with the prospects for the development of the information technology of building models.

Key words: information modeling, building information model, BIM, life cycle.

References

1. Ignatova E.V. BIM-aktual'naya tendentsiya v avtomatizatsii proektirovaniya [BIM as a Relevant Trend in Computer Aided Design]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2009, Special Issue, pp. 225 — 226.

2. Ignatov V.P., Ignatova E.V. Analiz napravleniy issledovaniy, osnovannykh na kontseptsii infor-matsionnogo modelirovaniya stroitel'nykh ob"ektov [Analysis of Lines of Research Based on the Concept of Information Modeling of Buildings]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2011, no. 1, vol.1, pp. 325 — 330.

3. Ignatov V.P., Ignatova E.V. Effektivnoe ispol'zovanie informatsionnoy modeli stroitel'nogo ob"ekta [Building Information Model: Effective Use]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2011, no. 1, vol.1, pp. 321 — 324.

About the author: Ignatova Elena Valentinovna — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Department of Information Systems, Technology and Automation in Civil Engineering, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; ignatova@mgsu.ru; +7 (499) 182-66-38.

For citation: Ignatova E.V. Reshenie zadach na osnove informatsionnoy modeli zdaniya [Problem Solving on the Basis of Information Models of Buildings]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2012, no. 9, pp. 241—246.