Введение
В 2019 году Министерством строительства была представлена доработанная концепция внедрения системы управления жизненным циклом объектов капитального строительства с использованием технологий информационного моделирования в Российской Федерации [1]. Основной целью концепции является повышение эффективности строительной отрасли на основе совокупного и скоординированного широкого внедрения ТИМ и развития регулируемых государством информационных систем, обеспечения их взаимосвязанного использования как единой системы управления жизненным циклом объектов капитального строительства [2].
Соответственно, опираясь на вышесказанное, можно сделать вывод, что ТИМ в России и, в том числе, в городе Москве должен весьма успешно развиваться, с целью повышения условий комфортной жизни населения. Однако на условия комфортной жизни влияет не только освоение новых или редевелопмент старых территорий, предназначенных для возведения на них зданий и сооружений, но, во многом, на высокий уровень жизни влияет благоустройство и озеленение тех же самых территорий. К сожалению, в документе, изданном в далеком 2011 году (Постановление Правительства Москвы от 7 октября 2011 г. № 476-ПП – Об утверждении государственной программы города Москвы "Развитие городской среды"), не было упомянуто с помощью каких средств и программных комплексов будут происходить отслеживание и поддержка в надлежащем состоянии результатов поставленных в Постановлении задач [3]. Цель статьи заключается в обосновании значимости интеграции технологии информационного моделирования и экологического планирования города.
Экологическое планирование – уход от использования природных ресурсов на всех этапах жизненного цикла реализации инвестиционно-строительных проектов с целью снижения давления на природную экосистему, деятельность по созданию благоприятной среды и комфортных условий для пользователя. Уход достигается путем применения технологий зеленого строительства и интеграцией технологий ТИМ и ГИС. Сегодня экологическое строительство регулируется «зелеными» стандартами, которые позволяют ускорить трансформацию традиционного проектирования, пагубно влияющего на естественное окружение, в безопасное устойчивое развитие [4-8].
Большинство «зеленых» стандартов, используемых в России, основываются на требованиях международных систем сертификации. Так, для разработки национальных стандартов выбраны три базовых международных системы эко-сертификации, которые часто применяются во всем мире: BREEAM (Великобритания, 1990 г.), LEED (США, 1998 г.) и DGNB (Германия, 2009 г.). Кроме того, для создания национального стандарта «Зеленые стандарты» были использованы базовые требования стандарта GBI (США, Канада). Чрезмерная зацикленность разработчиков на зарубежных аналогах приводит к дублированию одних и тех же «экологических требований» в разных системах сертифицирования. Вместо этого, необходимо уделить больше внимания архитектурно-градостроительным мероприятиям, которые направлены на создание качественного экобезопасного пространства в единстве с окружающей природной средой [9-13].
Материалы и методы
Исследование научных статей, книг, отчетов и других источников, посвященных зеленым технологиям и их влиянию на процесс проектирования комплексного развития территорий. Анализ статистических данных о применении экологического планирования с применением технологий информационного моделирования в различных регионах мира, а также оценка эффективности такого метода. Нормативные документы Российской Федерации (а также иностранные нормативные документы) в области экологического права, архитектурно-градостроительного проектирования и экологического строительства; отечественные и иностранные экологические стандарты [4].
Результаты
В настоящее время геоинформационные системы (ГИС или GIS) являются необходимым инструментом для моделирования территориальных объектов. Они способны создавать картографические модели с разнообразной аддитивной информацией в масштабе города или даже всей планеты. Кроме того, ГИС предоставляют возможность создания интерактивных моделей, которые могут предоставлять информацию о объектах в режиме реального времени. Важно отметить, что для моделирования могут быть использованы как антропогенные, так и природные системы. Эти инструменты находят широкое применение в анализе и прогнозировании изменений в городской среде, например, ветровых потоков при строительстве новых комплексов [14].
Интеграция ТИМ и ГИС может осуществляться на нескольких уровнях. Irizarry, Karan и другие разделили соответствующие исследования на два взаимосвязанных уровня: фундаментальный уровень и прикладной уровень [15]. Фундаментальный уровень фокусируется на стандартах обмена данными и функциональной совместимости на уровне данных, а прикладной уровень концентрируется на разработке новых методов, которые используют весь потенциал ТИМ и ГИС. Kang and Hong разделили их на пять групп на основе схожих ключевых слов, а именно подходы на основе схем, сервисов, онтологий, процессов и систем [16].
Между тем, Amirebrahimi, Rajabifard и другие дали трехуровневую структуру, которая группирует эти исследования на уровне приложений, процессов и данных [17]. На уровне данных структуры данных изменяются для соответствия требованиям другого приложения или расширяются существующие стандарты данных. На уровне процесса и ТИМ, и ГИС внедряются в рабочий процесс и взаимодействуют между собой, в то время как на уровне приложений разрабатываются новые приложения, включающие функции как ТИМ, так и ГИС, или существующие приложения расширяются с помощью подключаемых модулей. Интеграция на уровне приложений является наиболее сложной и трудоемкой, поскольку она будет построена на полной совместимости данных, и до сих пор не существовало программного обеспечения ГИС, которое могло бы напрямую считывать данные ТИМ или наоборот. Интеграция на уровне данных является наиболее важной, и ей следует уделить наибольшее внимание и усилия.
На основе исследования иностранных коллег, была сформирована единая структура, которая включает в себя все задачи обработки данных для интеграции данных ТИМ и ГИС (рис. 1) [18].
Рис. 1. Интеграция данных BIM/GIS с точки зрения потока информации [18]
Технология информационного моделирования, служит инструментом построения информационной модели местности. Для этой цели возможно использовать Autodesk Revit[1], так как это ПО учитывает, хранит, визуализирует данные по архитектурным, конструктивным, инженерным решениям, а также технико-экономическим показателям будущих объектов капитального строительства.
Геоинформационные системы, в свою очередь, предназначены для сбора, хранения, анализа и графической визуализации пространственных данных и связанной с ними информации о представленных в ГИС объектах. Так как ГИС содержит в себе данные о пространственном положении (географические данные) и связанные с ними табличные данные, с помощью переноса этих данных, например, в Revit удастся сразу же получить подоснову будущей цифровой модели местности (расположение дорог / зданий и сооружений / парковых территорий / мест досуга) [19].
На рис. 2 представлен пример схемы пути разработки концепции редевелопмента промышленной зоны с применением ТИМ и ГИС в случае, когда существует цифровая модель местности (далее – ЦММ) (или цифровой двойник). Такие модели целесообразно строить из расчёта взгляда в будущее, другими словами, те, кто в будущем будет заниматься редевелопментом или реорганизацией схемы планировочной организации территории будут в полном объеме иметь необходимую информацию для быстрого и качественного, с экологической точки зрения, планирования и проектирования.
Рис. 2. Пример схемы пути разработки концепции редевелопмента промышленной зоны с применением ТИМ и ГИС
В рамках исследования предлагается концептуальная модель виртуального конфигуратора градостроительных объектов Easy Eco-City Configurator (EECC). С помощью такого инструмента разработчики ситуационных планов, а в последующем, и цифровых моделей местности, смогут в разы сократить время проектирования застройки кварталов и районов. Цель создания такого конфигуратора заключается в автоматизированном подходе к проектированию экологичных и зеленых кварталов в городе с последующей оценкой территории на предмет экологичности, в соответствии с системой критериев.
На первом шаге разрабатывается модель (высокая степень детализации LOD архитектурных элементов на данном этапе не важна), согласно схеме, изображенной на рис. 2. Далее ЦММ в формате IFC загружается в конфигуратор автоматизированного планирования территории застройки (смоделирован в web-приложении Figma[2]) с учетом всех градостроительных и, вместе с тем, экологических норм проектирования. На рис. 3 – 5 представлен интерфейс данного конфигуратора.
Рис. 3. Интерфейс конфигуратора EECC. Начальная страница
В разделе Нормативная документация пользователю предлагается ознакомиться с нормативной документацией, в соответствии с которой будет происходить проверка на соответствие градостроительным и экологическим нормам (рис. 4).
Рис. 4. Интерфейс конфигуратора. Окно ознакомления с нормативной документацией
Загрузка документа в конфигуратор происходит через специальное окно, открывающееся после нажатия кнопки «Начать проверку» (рис. 5).
Рис. 5. Интерфейс конфигуратора EECC. Окно вставки IFC-файла
Для демонстрации принципа работы конфигуратора была создана примитивная цифровая модель местности (квартал в районе Щукино города Москвы) с низкой степенью проработки в ПО Revit (рис. 6). Для точности создания модели была сформирована топографическая модель местности в формате .dxf на основе карт 2ГИС с помощью сервиса Cadmapper[3]. Слои подложки можно фильтровать, так в подложке, интегрируемой в Revit были оставлены только слои строений и улично-дорожной сети. Также были построены и те здания, которые еще не сданы в эксплуатацию и не обозначены на картах (на рисунке изображены светло-серым цветом)
Рис. 6. ЦММ квартала в районе Щукино
Ситуационный план квартала продемонстрирован на рис. 7, который входит в программу редевелопмента промышленных зон города Москвы (красными рамками обозначены сданные жилые дома).
Рис. 7. Зона 2 промышленной зоны «Октябрьское поле»
Последовательность работы конфигуратора выглядит следующим образом: разрабатывается цифровая модель местности, наполняется информацией об объектах и экспортируется из программного обеспечения для проектирования в формате IFC [20]. Далее она загружается в конфигуратор, где происходит проверка модели на соответствие градостроительным и экологическим нормам и правилам (рис. 8).
Рис. 8. Результаты проверки цифровой модели местности
После того, как проверка завершена, пользователю предлагается:
- сохранить результаты в виде Pdf-файла;
- поделиться результатами (направить результаты сразу на почту или в мессенджеры);
- сравнить результаты (с согласия пользователей, положительные результаты проверок их цифровых моделей местности, сохраняются в системе и распределяются по рейтингу экологичности и соблюдения градостроительных норм и правил) с другими проектами;
- воспользоваться функцией Генеративного дизайна (пока находится на стадии разработки) для автоматизированного размещения объектов на заданной территории;
- выйти из раздела Проверки.
Заключение
Геоинформационные системы предоставляют подробные географические и пространственные данные, а ТИМ фокусируются на физических и функциональных аспектах конструкций. Интеграция ГИС и ТИМ позволит проектировать и строить здания с учетом окружающей местности и оценивать влияние зданий на экологию. В статье проанализированы методы интеграции ТИМ и ГИС, выделены параметры данных технологий применительно к процессам редевелопмента устаревших городских пространств, с учетом вопросов экологического характера. Предложена концептуальная модель виртуального конфигуратора градостроительных объектов и определен алгоритм работы конфигуратора. Тема данного исследования продолжит быть актуальной еще несколько лет. Вопрос обеспечения экологической безопасности городов является одним из приоритетных, весьма разумно, при этом, использовать современные методы и технологии.
[1] Autodesk Revit [Электронный ресурс] https://autodesk.by/index.php/ru/arkhitektura-proektirovanie-i-stroitelstvo/revit (дата обращения: 30.08.2023)
[2] Figma [Электронный ресурс] URL: https://www.figma.com/files/recent?fuid=1245433261272635552 (дата обращения: 27.08.2023)
[3] Cadmapper [Электронный ресурс] URL: https://cadmapper.com (дата обращения: 01.09.2023)
