АНАЛИЗ  СОВРЕМЕННЫХ  ПРОГРАММНЫХ  СРЕДСТВ,  ИСПОЛЬЗУЕМЫХ  ДЛЯ  ПРОЕКТИРОВАНИЯ  СЛОЖНЫХ  АРХИТЕКТУРНЫХ  КОНСТРУКЦИЙ

Белоусова  Елена  Владимировна

аспирант,  Сибирская  Государственная  Автомобильно-дорожная  Академия  (СибАДИ),  РФ,  г.  Омск

E-mail: 

ANALYSIS  OF  MODERN  SOFTWARE  TOOLS  USED  IN  THE  DESIGN  OF  COMPLEX  CONSTRUCTIONS

Belousova  Elena

postgraduate,  Siberian  Automobile  and  Highway  Academy,  Russia  Omsk

АННОТАЦИЯ

Статья  посвящена  обзору  программных  средств,  используемых  в  проектировании  зданий.  Особое  внимание  обращается  на  особенности  современных  программных  средств  и  возможности  их  использования  в  архитектурном  проектировании.  На  основании  проведенного  исследования  выявлена  тенденция  развития  компьютерных  технологий  для  проектирования  архитектурных  сооружений.

ABSTRACT

The  article  is  devoted  to  overview  of  software  used  in  the  design  of  buildings.  Particular  attention  is  paid  to  the  peculiarities  of  modern  software  and  the  possibility  of  their  use  in  the  design  of  constructions.  Based  on  this  research  showed  a  trend  of  development  of  computer  technology  for  the  design  of  constructions.

Ключевые  слова:  компьютерные  технологии;  архитектурное  проектирование;  информационные  технологии  в  архитектуре.

Keywords:  computer  technology;  architectural  engineering;  information  technology  in  architecture.

Компьютерные  технологии,  используемые  в  архитектурном  проектировании,  развиваются  быстрыми  темпами.  Появляется  все  большее  количество  разнообразных  программ  и  оборудования,  усовершенствуются  технологии,  расширяются  возможности.  Основная  идея  этого  исследования  заключается  в  том,  чтобы  представить  особенности  современных  программных  средств  и  возможности  их  использования  в  архитектурном  проектировании.

На  сегодняшний  день  компьютерные  технологии  объединили  работу  всех  отделов  проектно-архитектурных  организаций.  На  данный  момент  сложился  некоторый  стереотип  применения  компьютерных  технологий  в  архитектурном  проектировании.  Обучая  в  ВУЗах  архитекторов  и  проектировщиков,  особое  внимание  уделяется  визуализации  проектных  решений,  научные  исследования  основываются  на  динамической  визуализации  и  мультимедийной  анимации,  что  дает  дополнительный  толчок  к  изучению  новых  возможностей  виртуальной  цифровой  среды.  На  производстве  же  все  внимание  сосредоточено  на  выпуске  рабочей  документации:  чертежам  архитектурных  и  смежных  разделов  проектирования,  и  лишь  самые  крупные  проектные  работы  сопровождаются  специальным  моделированием  объекта  для  визуализации  объекта  и  его  анимационной  презентации.

Все  самые  передовые  технологии  сначала  появляются  в  ВУЗах,  вчерашние  студенты  обученные  новым  компьютерным  технологиям  приходят  на  предприятия  и  заряжают  энтузиазмом  более  опытных  коллег,  которые  возвращаются  в  ВУЗ  для  повышения  квалификации.  Эта  ситуация  ярко  прослеживалась  в  конце  90х,  когда  распространялись  первые  версии  программы  AutoCAD,  такая  же  ситуация  наблюдается  и  сегодня.

По  всему  миру  используют  одни  и  те  же  компьютерные  модули  и  программные  комплексы.  Ведущие  учебные  заведения  Европы,  такие  как  Каталонский  Институт  Передовой  Архитектуры  (IaaC),  Английская  школа  (АА),  Институт  архитектурных  технологий  в  Цюрихе  (ETH  Zurich),  а  также  и  Российский  МАРХИ,  используют  в  своих  учебных  процессах  одни  и  те  же  программные  модули,  вот  только  техническое  оснащение  учебных  заведений,  их  лаборатории  и  мастерские,  а  также  подход  к  обучению  и  научной  деятельности  в  Европе  и  мире  значительно  выше,  чем  в  России.

Самым  значительным  шагом  в  развитии  информационных  технологий  в  архитектуре  стал  переход  от  разрозненных  операций  по  выполнению  отдельных  архитектурных  задач  к  единому  процессу  проектирования,  основанному  на  цифровой  модели  объекта.  Такая  технология  получила  название  BIM  (Building  Information  Model).  BIM  не  является  единичной  моделью  здания  или  единичной  базой  данных  —  обычно  это  целый  взаимосвязанный  и  сложноподчиненный  комплекс  таких  моделей  и  баз  данных,  вырабатываемых  различными  программами.  BIM  —  это  технология  проектирования,  а  компьютерные  программы  Revit,  Digital  Project,  Bently  Architecture,  Allplan,  ArchiCAD  и  др.  —  это  инструменты  ее  реализации,  которые  постоянно  развиваются  и  совершенствуются.  Но  эти  программы  определяют  современный  уровень  развития  информационного  моделирования  зданий,  без  них  технология  BIM  лишена  всякого  смысла.  Именно  усовершенствование  этих  программных  комплексов  способствовало  появлению  непрерывного  процесса  проектирования,  включающего  в  себя  все  стадии  от  разработки  проекта,  до  строительства,  эксплуатации  и  утилизации. 

CAD  пакеты  являются  основными  программами,  используемыми  в  процессе  проектирования.  Перечень  таких  программ  довольно  широк.  Компании  разработчики  таких  программ  это  Autodesk,  GraphiSoft,  Nemetschek,  Microstation  и  некоторые  другие.  Выбор  конкретной  САПР-программы  зависит  от  разных  факторов  —  это  или  исторически  сложившиеся  спонсорские  акции,  партнерские  отношения  или  обусловлен  ярко  выраженной  спецификой  проектируемых  объектов.  В  самым  распространенных  САПР-программах  технология  единой  цифровой  модели  архитектурного  объекта  —  BIM-технология  уже  представляется  возможным  для  реализации.

Цифровая  модель  объекта  проектирования  представляет  собой  базу  данных,  которая  содержит  информацию  обо  всех  разделах  проектирования.  Переход  на  неграфическое  ядро  позволяет  получать  данные  об  архитектурном  объекте,  независимо  от  того  плоский  это  чертеж  или  трехмерная  модель.  Также  возможен  и  обратный  процесс,  позволяющий  считывание  цифровых  данных,  объединенных  цифровой  моделью  объекта.

Изначально  максимум  внимания  уделялось  автоматизации  стадий  «Проект»  и  «Рабочая  документация».  На  этих  этапах  оттачивались  и  совершенствовались  технические  операции  по  оформлению  документации.  Формировалась  связь  трехмерного  образа  с  цифровыми  данными,  возможность  изменения  формы  всего  здания  путем  преобразования  отдельных  элементов.  Параметризация  элементов  дала  возможность  избежать  многих  ошибок  в  выпускаемой  документации,  ускорила  процесс  корректировки  и  получения  расчетных  показателей.

Активно  развивается  процесс  обмена  данными  между  разными  программными  приложениями.  Например  Revit,  ArchiCAD,  AutoCAD  или  Allplan  предусматривают  общие  форматы  файлов  для  обмена  данными  между  приложениями.  Но  обмен  может  происходить  не  только  между  однотипными  программами,  но  и  между  разнонаправленными.  Так,  например,  файлы  программ  CAD  редакторов  могут  обмениваться  данными  с  программами  по  визуализации  (Cinema  4D,  3dsMax),  или  графическими  редакторами  (Photoshop,  Illustrator),  или  инженерными  программами  для  расчета  конструкций  (SCAD,  ЛИРА).

Также  у  CAD  редакторов  не  так  давно  появилась  возможность  использовать  параметрические  каталоги  каких-либо  изделий  прямо  из  интернета,  например  взять  стеновые  панели  или  мебель  какого-либо  предприятия.  Для  редактора  ArchiCAD  существует  библиотека  изделий  некоторых  фирм:  окна  Hofstadter,  Velux,  черепица  Tondach,  Bramac,  сантехника  Villeroy&Bosh.  А  еще  есть  возможность  использовать  карты  Google  для  привязки  архитектурного  объекта  к  реальной  местности.

Очень  полезной  для  архитектора  стала  концепция  свободного  моделирования,  позволяющая  делать  такие  объекты,  как  стены  двоякой  кривизны,  сложные  формы  систем  остекления  и  другое,  но  полная  свобода  реализации  архитектурной  фантазии  пока  не  достигнута.

Еще  одним  большим  плюсом  является  состыковка  совершенно  разных  программ  для  выполнения  эскизных  моделей.  Программы  позволяющие  выполнить  композиционный  эскиз  это  SketchUp,  3dsMax,  AutoCAD,  MicroStation,  а  проектирование  уже  осуществляется  в  любом  CAD  редакторе  (Revit  Architecture,  AutoCAD  Architecture).

Несмотря  на  активное  развитие  и  усовершенствование  современных  CAD  приложений  существуют  и  некоторые  недостатки,  например  некоторые  разделы  недостаточно  адаптированы  к  российской  нормативной  базе.  Некоторые  смежные  разделы  не  всегда  могут  корректно  импортировать  данные  в  используемые  программные  модули  (например,  Лира,  Статика,  VICADo).  В  этих  случаях  специалисты  выполняют  свою  работу  отдельно,  не  применяя  цифровую  модель  здания.  На  сегодняшний  день  ведется  переход  на  единую  компьютерную  технологию  для  всех  проектных  работ.

Привычной  в  нашем  мире  стала  визуализация  сложных  теоретических  моделей  в  физике,  астрономии,  математике,  биологии  и  медицине.  Это  помогает  человеку  за  считанные  секунды  воспринимать  большие  объемы  информации.

Архитектура  —  всегда  была  искусством  и  всегда  это  связано  с  виртуальным  представлением.  Одно  из  самых  распространенных  определений  визуализации  —  это  процесс  представления  данных  в  виде  изображений  с  целью  максимального  удобства  их  понимания,  придания  зримой  формы  мыслимому  объекту,  проекту  или  процессу  [1].

За  последнее  время  компьютерные  программы  по  визуализации,  задействованные  в  архитектурном  проектировании  стали  ближе  к  реальности.  Визуализация  объектов  стала  более  реалистична  за  счет  использования  освещения  сцен  отраженным  светом,  использования  одного  естественного  света  —  солнца,  моделирования  любых  осветительных  приборов  с  учетом  нюансов  распространения  света.

Существует  возможность  моделирования  физических  свойств  материалов  не  примерно,  а  с  помощью  назначения  им  атрибутов  —  физических  характеристик.  Например,  с  учетом  реального  коэффициента  преломления  в  разных  прозрачных  материалах,  таких  как  стекло,  ткань,  воздух,  вода.

Всегда  вызывало  сложности  моделирование  окружающей  среды  архитектурного  объекта.  Подробное  моделирование  отнимало  уйму  времени,  процесс  достаточно  трудоемкий  и  к  тому  же  приводит  к  громоздкости  модели.  На  сегодняшний  день  существует  возможность  создания  HDRI  —  сферических  карт,  они  позволяют  воспроизводить  сферическое  изображение  среды.  Однако  камеры,  создающие  такие  карты,  еще  достаточно  дороги.  Одним  из  вариантов  может  быть  представление  одинаковых  объектов,  присутствующих  на  сцене,  в  виде  proxy-ссылок.  Это  экономит  ресурсы  компьютера  и  создает  при  этом  эффект  присутствия  объекта.

Компания  Autodesk  продвигает  программное  обеспечение,  способное  распознавать  и  использовать  стереопары  точек  и  образовывать  на  основе  этих  данных  трехмерную  модель  объекта.  Такие  изображения  в  основном  используются  в  геодезии.

Photoshop,  Corel  Draw,  Illustrator  также  не  стоят  на  месте.  У  них  появилась  возможность  работать  с  3D  моделями  векторных  программ,  корректируя  текстуры  материалов  непосредственно  на  модели.

В  целом,  наблюдается  переход  к  использованию  совместимых  программных  комплексов,  способных  выполнять  необходимые  функции  и  быть  технологической  базой  непрерывного  процесса  проектирования.

Достижения  различных  областей  науки  XX  века  (развития  самоорганизующихся  нелинейных  систем  Ильи  Пригожина,  теория  сложности  Эдварда  Лоренца,  концепция  теория  фракталов  Бенуа  Мандельброта,  теория  хаоса;  работы  французских  философов  Жака  Бодрийяра,  Жака  Дерриды,  Жиля  Делеза,  русских  философов  и  ученых  Бахтина,  Лотмана,  Лефевра,  Гальперина,  Мамардашвили,  Бердяева,  Зинченко  и  др.)  порождают  поиски  новых  принципов  архитектурного  формообразования.  Эксперименты  приводят  к  выводу,  что  классические  архитектурные  формы  во  многих  случаях  не  являются  оптимальными.  Начинаются  поиски  сложных  криволинейных  форм,  способных  обладать  качествами  устойчивости,  брать  на  себя  элементы  конструктивного  начала,  и  другие  технологические  функции;  их  большим  преимуществом  является  минимальный  расход  материала.

Возникает  моделирование  сложных  «текучих»  форм,  представителями  которых  в  мировой  архитектуре  стали  Заха  Хадид,  Френк  Гери,  Бернхард  Франклин,  NOX  и  другие.  В  результате  изменившегося  миропонимания,  осознания  человеком  своей  роли  в  отношении  к  естественной  среде  обитания  рождаются  новые  формы.  Архитектура  должна  стать  более  «дружелюбной»  по  отношению  к  окружающему  миру  и,  как  следствие,  более  технологичной.

Моделирование  сложных  форм  может  осуществляться  только  с  помощью  математических  алгоритмов.  Программы  3ds  Max  и  Rhino  дают  возможность  построения  геометрической  формы,  используя  алгоритмическое  сочетание  различных  математических  функций.  Параметрами  в  этом  случае  являются  не  цифры  размеров  той  или  иной  части  здания  (перекрытия,  панели,  стеновой  панели),  а  коэффициенты  математических  выражений,  от  которых  зависят  принципы  построения  формы  в  пространстве.

Архитектору  дается  в  руки  инструмент  управления  формой.  Опыт  использования  концептуального  проектирования  различных  форм  двоякой  кривизны  говорит  о  том,  что  осуществлять  это  достаточно  сложно.  Необходимо  думать  на  таких  разных  языках  формообразования,  как  язык  математических  формул  и  язык  геометрических  построений.  Компьютерное  моделирование  —  это  платформа  для  соединения  воедино  многих  требований  и  условий,  заложенных  в  задании  на  проектирование.

Компьютерные  технологии  являются  базой,  где  сходятся  данные  разных  областей  знаний.  В  результате  глобальной  компьютеризации  произошла  интеграция  разрозненных  прежде  сфер  знаний.  Компьютеризация  повлекла  за  собой  новое  качество  знаний,  которое  гармонично  сочетает  в  себе  высокие  технологии  и  любые  разделы  гуманитарных  или  технических  дисциплин.  Основная  задача  в  настоящий  момент  —  организация  экспериментальных  и  научных  разработок,  предшествующих  и  сопутствующих  архитектурному  проектированию.

Основываясь  на  полученных  данных,  обзор  возможностей  компьютерных  программ,  используемых  для  архитектурного  проектирования,  показывает,  что  имеющиеся  компьютерные  технологии  могут  создать  единую  технологическую  платформу  для  проведения  проектных  работ.

Развитие  единой  компьютерной  платформы  предполагает  развитие  технического  и  программного  оснащения  этапа  предпроектных  исследований,  которые  являются  основной  частью  проектирования,  а  также  являются  исследованиями  смежных  областей  науки  (физики,  геометрии,  биологии,  математики  и  других).  А  также  развитие  единой  компьютерной  платформы  требует  обеспечение  комплексности  рабочего  проектирования.

Для  построения  концепции  требуется  большое  количество  различных  компьютерных  программ  и  разработка  методики  проведения  изысканий.  Далее  на  базе  одного  или  нескольких  технологических  направлений,  которые  сосредоточены  на  единой  цифровой  модели  здания  структурируется  рабочий  процесс  всех  смежных  подразделений.  Специфика  компьютерных  программ  может  различаться,  в  зависимости  от  специализации  (градостроительство,  ландшафт,  дизайн).  Может  сложиться  несколько  экспериментальных  вариантов  компьютерной  технологической  базы.  Результатом  же  будет  выбор  новой  формы  проектной  работы  с  полным  изменением  мышления  о  процессе  архитектурного  проектирования.

Список  литературы:

1.Трухан  И.А.,  Трухан  Д.А.  Визуализация  учебной  информации  в  обучении  математике,  ее  значение  и  роль  //  Успехи  современного  естествознания.  —  2013.  —  №  10  —  стр.  113—115;  [Электронный  ресурс]  —  Режим  доступа.  —  URL:  www.rae.ru/use/?section=content&op=show_article&article_id=10002174  (дата  обращения:  27.10.2013).