Russian Federation
from 01.01.2019 until now
Platov South-Russian State Polytechnic University (NPI) (Obscheinzhenernye discipliny, professor)
from 01.01.1980 to 01.01.2019
Moskva, Moscow, Russian Federation
Russian Federation
UDK 711.4 Планировка населенных пунктов. Планировка городов, поселков, сел, деревень. Градостроительство в целом
UDK 004.94 Компьютерное моделирование
The article formulates problems that make integration difficult and arise due to differences in the scope and scale of models required for building construction, on the one hand, and environmental planning, on the other. While building construction models focus mainly on the structure of the building itself, environmental planning takes into account natural objects and habitats, including protected areas in a larger radius of the structure. Disciplines such as architecture, structural engineering, or building technical equipment have already integrated their processes, data structures, and tools well into building information modeling (TIM). However, such integration is still not enough in environmental planning and landscape architecture. Data about these objects is usually contained in geographic information systems (GIS). Therefore, combining BIM and environmental planning also becomes a matter of integrating TIM and GIS. In addition, the creation of an automatic configurator for territory planning will have a significant positive impact on the environmental planning process and will add a new criterion for assessing the environmental sustainability of future development already in the design process. We have considered the issues of integrating the processes of environmental planning of the city with the methods and technologies of information modeling. In particular, the models used in construction are considered, attention is focused not on the building itself and its structures, but on environmental planning and accounting for natural objects. The ways of solving the problems of integration with geographic information systems (GIS) and the development of an automated configurator for territory planning are proposed.
information modeling technologies, environmental planning, geographic information systems, urban planning, landscaping and landscaping
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)
1. Sayfutdinov R.K., Zheleznov M.M., Ginzburg A.V. FEATURES OF APPLICATION AND ACTUALIZATION OF INFORMATION MODELS FOR TRANSPORT CONSTRUCTION OBJECTS // Collection of materials of the All-Russian scientific and practical conference. 2019. URL: http://mgsu.ru/resources/izdatelskaya-deyatelnost/izdaniya/izdaniya-otkr-dostupa / (accessed 27.09.2023)
2. THE concept of implementing a life cycle management system for capital construction projects using information modeling technology. First edition. URL: https://nopriz.ru/upload/iblock/b6f/Kontseptsiya-BIM-pervaya-redaktsiya.pdfhttp://www.minstroyrf.ru / (accessed 27.09.2023)
3. Resolution of the Government of Moscow of October 7, 2011 No. 476-PP - On approval of the state program of the City of Moscow "Development of the urban environment". URL: https://docs.cntd.ru/document/537907624 (accessed 27.09.2023)
4. Telichenko Valery Ivanovich, Benuzh Andrey Aleksandrovich, Sukhinina Elena Aleksandrovna INTERSTATE "GREEN" STANDARDS FOR THE FORMATION OF AN ENVIRONMENTALLY SAFE LIVING ENVIRONMENT // Bulletin of MGSU. 2021. No. 4. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/mezhgosudarstvennye-zelenye-standarty-dlya-formirovaniya-ekologicheski-bezopasnoy-sredy-zhiznedeyatelnosti (accessed: 09/26/2023).
5. Röck M., Hollberg A., Habert G., Passer A. LCA and BIM: Visualization of environmental potentials in building construction at early design stages. Building and Environment. 2018; 140:153-161. DOI:https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2018.05.006
6. Fontana E. Pioneering environmental innovation in developing countries: The case of executivesʼ adoption of Leadership in Energy and Environmental Design. Journal of Cleaner Production. 2019; 236:1. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.117675
7. Feng K., Lu W., Wang Ya. Assessing environmental performance in early building design stage: An integrated parametric design and machine learning method. Sustainable Cities and Society. 2019; 50:101596. DOI:https://doi.org/10.1016/j.scs.2019.101596
8. Wu Z., Li H., Feng Yo., Luo X., Chen Q. Developing a green building evaluation standard for interior decoration: A case study of China. Building and Environment. 2019; 152:50-58. DOI:https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2019.02.010
9. Sukhinina E.A. Formation and features of certification of Russian environmental standards in construction // Urban planning and architecture. 2019. Vol.9, No. 2. pp. 96-103. DOI:https://doi.org/10.17673/Vestnik.2019.02.13
10. Green Building Council RuGBC. URL: http://www. rugbc.org/ru (date access: 27.10.2023)
11. BREEAM URL: http://www.breeam.com/ (date access: 27.08.2023)
12. LEED URL: http://www.usgbc.org/leed/ (date access: 27.08.2023)
13. DGNB URL: https://www.dgnb.de/de/ (date access: 27.08.2023)
14. Yaskevich V.V., Khodzhikov A.V. INFORMATION MODELING AND GEOINFORMATION SYSTEMS IN MODERN URBAN PLANNING // Collection of articles of the International Conference (Moscow, MSU, March 22-23, 2022). URL: http://www.ecoross.ru/files/books2022/Urban_konf_2022.pdf (accessed 27.09.2023)
15. Irizarry, J.; Karan, E.P.; Jalaei, F. Integrating BIM and GIS to improve the visual monitoring of construction supply chain management. Autom. Constr. 2013, 31, 241-254
16. Kang, T.W.; Hong, C.H. A study on software architecture for effective BIM/GIS-based facility management data integration. Autom. Constr. 2015, 54, 25-38
17. Amirebrahimi, S.; Rajabifard, A.; Mendis, P.; Ngo, T. A BIM-GIS integration method in support of the assessment and 3D visualisation of flood damage to a building. J. Spat. Sci. 2016, 61, 317-350
18. Zhu J., Wu P. BIM/GIS data integration from the perspective of information flow //Automation in Construction. - 2022. - V. 136. - P. 104166
19. Trotsenko E.V., Mishchenko E.V. POSSIBILITIES OF GEOINFORMATION SYSTEMS IN URBAN PLANNING // Collection of materials of the International scientific and practical conference. Volume 1. Eagle, 2022. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=50134557 (accessed 27.09.2023)
20. Davydkin P., Adamtsevich L. Improving the energy efficiency of buildings in the conditions of urban redevelopment URL: https://irr.mobility.tw1.ru/upload/iblock/5b8/l07m0msueu26hiz66ppjwiqghdd1i9hj.pdf (date access: 01.09.2023)
