Россия
с 01.01.2019 по настоящее время
Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова (Общеинженерные дисциплины, профессор)
с 01.01.1980 по 01.01.2019
Москва, г. Москва и Московская область, Россия
Россия
УДК 711.4 Планировка населенных пунктов. Планировка городов, поселков, сел, деревень. Градостроительство в целом
УДК 004.94 Компьютерное моделирование
В статье сформулированы проблемы, которые затрудняют интеграцию и возникают из-за различий в охвате и масштабе моделей, необходимых для строительства зданий, с одной стороны, и планирования окружающей среды, с другой. В то время как модели строительства зданий сосредоточены в основном на самой конструкции здания, планирование окружающей среды учитывает природные объекты и места обитания, в том числе охраняемые территории в большем радиусе строения. Такие дисциплины, как архитектура, проектирование конструкций или техническое оборудование зданий, уже хорошо интегрировали свои процессы, структуры данных и инструменты в информационное моделирование зданий (ТИМ). Однако такой интеграции еще недостаточно в планировании окружающей среды и ландшафтной архитектуре. Данные об этих объектах обычно содержатся в географических информационных системах (ГИС). Поэтому объединение BIM и экологического планирования становится также вопросом интеграции ТИМ и ГИС. Кроме того, создание автоматического конфигуратора для планирования территорий, в значительной степени положительно повлияет на процесс экологического планирования и добавит новый критерий оценки экологической устойчивости будущей застройки уже в процессе проектирования. Нами рассмотрены вопросы интеграции процессов экологического планирования города с методами и технологиями информационного моделирования. В частности, рассмотрены модели, используемые в строительстве, фокусируется внимание не на самом здании и его конструкциях, а на планирование окружающей среды и учете природных объектов. Предложены пути решения проблем интеграции с географическими информационными системами (ГИС) и разработке автоматизированного конфигуратора для планирования территории.
технологии информационного моделирования, экологическое планирование, географические информационные системы, градостроительство, благоустройство и озеленение
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. Сайфутдинов Р.К., Железнов М.М., Гинзбург А.В. ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ И АКТУАЛИЗАЦИИ ИНФОРМАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ ОБЪЕКТОВ ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА // Сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции. 2019. URL: http://mgsu.ru/resources/izdatelskaya-deyatelnost/izdaniya/izdaniya-otkr-dostupa/ (дата обращения 27.09.2023)
2. КОНЦЕПЦИЯ внедрения системы управления жизненным циклом объектов капитального строительства с использованием технологии информационного моделирования. Первая редакция. URL: https://nopriz.ru/upload/iblock/b6f/Kontseptsiya-BIM-pervaya-redaktsiya.pdfhttp://www.minstroyrf.ru/ (дата обращения 27.09.2023)
3. Постановление Правительства Москвы от 7 октября 2011 г. № 476-ПП - Об утверждении государственной программы города Москвы "Развитие городской среды". URL: https://docs.cntd.ru/document/537907624 (дата обращения 27.09.2023)
4. Теличенко Валерий Иванович, Бенуж Андрей Александрович, Сухинина Елена Александровна МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЕ "ЗЕЛЕНЫЕ" СТАНДАРТЫ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНОЙ СРЕДЫ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ // Вестник МГСУ. 2021. №4. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/mezhgosudarstvennye-zelenye-standarty-dlya-formirovaniya-ekologicheski-bezopasnoy-sredy-zhiznedeyatelnosti (дата обращения: 26.09.2023).
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. Сухинина Е.А. Становление и особенности сертифицирования российских экологических стандартов в строительстве // Градостроительство и архитектура. 2019. Т.9, № 2. С. 96-103. DOI:https://doi.org/10.17673/Vestnik.2019.02.13
10. Совет по экологическому строительству RuGBC [Электронный ресурс]. URL: http://www. rugbc.org/ru (дата обращения: 27.10.2023)
11. BREEAM [Электронный ресурс] URL: http://www.breeam.com/ (дата обращения: 27.08.2023)
12. LEED [Электронный ресурс] URL: http://www.usgbc.org/leed/ (дата обращения: 27.08.2023)
13. DGNB [Электронный ресурс] URL: https://www.dgnb.de/de/ (дата обращения: 27.08.2023)
14. Яскевич В.В., Ходжиков А.В. ИНФОРМАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ В СОВРЕМЕННОМ ГОРОДСКОМ ПЛАНИРОВАНИИ // Сборник статей Международной конференции (Москва, МГУ, 22-23 марта 2022 г.). URL: http://www.ecoross.ru/files/books2022/Urban_konf_2022.pdf (дата обращения 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. - Т. 136. - С. 104166
19. Троценко Е.В., Мищенко Е.В. ВОЗМОЖНОСТИ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ В ГРАДОСТРОИТЕЛЬСТВЕ // Сборник материалов Международной научно-практической конференции. Том 1. Орел, 2022. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=50134557 (дата обращения 27.09.2023)
20. П. Давыдкин, Л. Адамцевич «Повышение энергоэффективности зданий в условиях редевелопмента городской среды» [Электронный ресурс] https://irr.mobility.tw1.ru/upload/iblock/5b8/l07m0msueu26hiz66ppjwiqghdd1i9hj.pdf (дата обращения: 01.09.2023)
