CAD і ВІМ-технології в архітектурі та дизайні

Размещено на http://www.allbest.ru/

CAD І ВІМ-ТЕХНОЛОГІЇ В АРХІТЕКТУРІ ТА ДИЗАЙНІ

Наталія Вергунова

Нині є багато систем для архітектурного проектування, дизайну інтер'єру та будівництва. Всі ВОНИ, ТІЄЮ чи іншою мірою, можуть вирішувати комплекс питань, пов'язаних із середовищем проживання людини: архітектура, архітектурні побудови й архітектурна візуалізація. планування міст, будівництво доріг, ландшафтний дизайн; будівництво, в тому числі, всі інженерні комунікації; дизайн інтер'єрів, зокрема -- громадських, декорування приміщень і т п При цьому актуальним залишається питання вибору комп'ютерної системи для розроблення того чи іншого об'єкта З ВІДПОВІДНОЮ функціональною спрямованістю і найефективнішим арсеналом можливостей.

У більшості інформаційних джерел розглянуто особливості CAD і ВІМ-технологій у цілому, але не розкрито їх комплексне зближення та інтеграцію. У загальнотеоретичному осмисленні проблематики використані роботи наступних дослідників: В. Талапова [2], М. Дея [4], К. Коварда [7], В. Срінівасана, Д. Бассана [8] та інших авторів.

Мета статті -- виявити значення і перспективи розвитку CAD і ВІМ-технологій у контексті архітектури та дизайну, розглянути сучасні методи проектування, базовані на алгоритмах цих технологій.

До найефективніших технологій, що їх застосовують у сучасному промисловому дизайні, належать CAD-системи У країнах СНД ці системи мають абревіатуру САПР - системи автоматизованого проектування, або АСУП - автоматизовані системи управління [1, с. 92]. CAD-системи (Computer-aided design) [1, с. 59] - комп'ютерна підтримка проектування. Ці системи призначені для вирішення конструкторських завдань і оформлення конструкторської документації. Провідні тривимірні CAD-системи дають змогу реалізувати ідею наскрізного циклу підготовки та виробництва складних промислових виробів.

Також особливий інтерес становлять комп'ютерні системи, побудовані на основі найпередовішої концепції - “інформаційної моделі будівлі” (Building Information Model, ВІМ) [2], наприклад платформа Revit від компанії Autodesk. Ця ідеологія увібрала в себе останні досягнення і технології: по суті, це майже база даних проектованого об'єкта з одночасним її графічним відображенням. Досить просто малювати на заданих рівнях (планах) стіни, перекриття, розставляти КОЛОНИ, сходи - одночасно у фоновому режимі буде відбуватись автоматичний процес запису інформації про ці елементи в загальну' базу даних поточного проекту. При цьому всі елементи моделі -- фундамент, стіни, дах, перекриття, вікна, двері - параметрично пов'язані й узгоджені. Revit базується на параметричному ядрі, спроможному автоматично координувати будь-які зміни: не має значення, з чим у даний момент працює користувач - видом моделі, на креслярському аркуші, специфікації, розрізі, плані. У будь-який момент можна запросити в базі даних різні відомості про проектований об'єкт у формі видів, розрізів, таблиць - різні проекції побудованої моделі будівлі будуть сформовані. Таким чином, реалізуються різні способи подання вмісту бази даних.

Серед авторських проектів, виконаних у середовищі Autodesk Revit, можна розглянути комплект модульних сидінь для архітектурного середовища Харкова. Необхідність створення сидінь, використовуваних у будь-якій точці міста, визначила універсальність комплекту, чого досягають за рахунок модульного принципу' побудови. Комплект модульних сидінь передбачає кілька варіацій, а саме одномісну, двомісну і тримісну лавки, поворотні модулі для створення s- подібних, п-подібних та інших композицій, клумби й урни як додаткові опції. Кожна варіація комплекту', незалежно від ступеня місткості, складається з наступних компонентів: бетонна опора підставки, підставка з нержавіючої сталі і сидіння лавки.

Проектування комплекту сидінь базоване на модульному принципі побудови його зовнішнього вигляду'. Різноманітність складових комплекту' дає змогу' створювати ті чи інші композиції залежно від конфігурації місцевості, за необхідності - з додатковими опціями. Цим зумовлені універсальність комплекту, його можливість 'застосування і на зупинці для очікування транспорту у вигляді вузької двомісної лавки (рис. і. і.), і в парку шляхом створення великої кругової композиції з декоративними клумбами (рис. 1.2 ).

Композиційна виразність художньо-конструкторського рішення комплекту модульних сидінь базована на пропорційному' поєднанні прямокутних елементів. Комплект модульних сидінь розробляли безпосередньо для міського середовища Харкова, у результаті чого його образне рішення було виконано в дусі конструктивізму, що має прояв у багатьох архітектурних пам'ятках нашого міста. І хоч образне рішення формоутворення комплекту має певні риси, властиві конструктивізму', все ж необхідно відзначити певну' нейтральність цього комплекту, що забезпечує можливість його застосування в різних зонах міського середовища, на вулиці в центрі міста або на алеї парку в спальному районі.

Один з напрямків розвитку CAD-систем ґрунтується на створенні та вдосконаленні програмних конгломератів, основне завдання яких полягає у забезпеченні повністю завершеного процесу розроблення, виготовлення, експлуатації та утилізації будь-якого об'єкта. Само собою зрозуміло, що до питань завершеності належать розроблення конструкції об'єкта та оснащення для виготовлення, управління всіма технологічними процесами при виробництві об'єкта, контроль його якості, упаковки і транспортування, а також його реалізації. Таким чином, CAD-системи стають дедалі універсальнішими в застосуванні до різних проектних завдань, а наданий ними комп'ютерний інструментарій може бути задіяний в архітектурній діяльності, в тому числі у поєднанні з ВІМ-технологіями.

Так програмний пакет Rhinoceros - комерційне програмне забезпечення для тривимірного NURBS-моделювання, що розробила компанія Robert McNeel & Associates, дає змогу скульптурного моделювання, необхідного для створення елементів зі складними переходами формотворчих напрямних поверхонь із нестандартними конфігураціями та іншими морфологічними особливостями. Як CAD/CAM-система Rhinoceros успішно справляється з тривимірними побудовами промислових об'єктів і архітектурних споруд, а за допомогою редактора програмування Grasshopper, який компанія McNeel & Associates розробила для інструментарію Rhinoceros, моделювання стало ще візуальнішим та наочнішим. `Програма створюється шляхом вбудовування компонентів у загальний програмний код. У результаті, зв'язка Grasshopper з Rhino завоювала популярність у таких відомих архітектурних компаніях, як Zaha Hadid, Buro Happold, HOK Sport і Foster + Partners" [4].

ArchiCAD є популярним ВІМ-рішенням, котре розробила угорська компанія Graphisoft - складова групи Nemetschek. Незважаючи на потужну вбудовану параметричну мову програмування GDL, ArchiCAD усе ж має певні недоліки, пов'язані з обмеженими можливостями програми в частині створення складної геометрії об'єктів. Саме тому компанія Graphisoft почала співпрацювати з McNeel і розробила поєднання між Grasshopper і ArchiCAD, що передбачає динамічні посилання для використання параметричної геометрії, щоб керувати вручну конфігурацією ВІМ-елементів в ArchiCAD. Розроблена система перетворює геометрію Rhino/Grasshopper в ВІМ-елементи GDL. зберігаючи контроль над автоматизованим проектуванням через Grasshopper [4].

Як приклад архітектурного проекту, виконаного в середовищі ArchiCAD, можна навести авторське рішення спортивного залу для приватного домоволодіння в Кончі-Заспі в Києві загальною площею 176 кв. метрів. Архітектурно-планувальне рішення має на увазі центральний вхід з підсобними приміщеннями і функціональними зонами в правому і лівому крилі будівлі. У центральній частині будівлі розташований санітарно-гігієнічний блок: душові, санвузли, міні-кухня. У лівому крилі передбачений спортивний зал з тренажерним обладнанням та дитячий ігровий майданчик. У правому крилі заплановані дві кімнати для гостей. Дизайн формотворчих елементів базований на поєднанні скла і металу, так скляний паралелепіпед будівлі з гранованою структурою фасаду "пронизує" фермо подібна конструкція, виконана з пофарбованого металу (рис. 1.3 ).

CAD та ВІМ-технології інтегровані з недавнім, але все популярнішим напрямком 3D-друку, що здійснюють за допомогою спеціальних принтерів. ЗО-принтери розроблені з використанням системи швидкого прототипування (БП, Rapid prototyping, RP) [1, с. 210] - технології швидкого “макетування", спрямованої на створення дослідних зразків або працюючих моделей системи для демонстрації замовнику і перевірки можливостей реалізації. Система 3DP створює об'ємні фізичні прототипи шляхом затвердіння шарів розсипчастого порошку за допомогою рідкої сполучної речовини. Ця система надзвичайно універсальна і швидка, дає змогу¹ отримувати прототипи складної геометрії в безлічі сфер застосування, у тому числі в дизайні.

Дедалі більшу популярність технологія 3D-друку набуває і в архітектурній діяльності, а саме виводить на новий рівень процес реалізації окремих елементів архітектурних споруд та містобудування в цілому. Спеціальний цементний склад для 3D-друку, який розробила група інженерів британського Університет) Лафборо, дає змогу створювати конструктивні та декоративні елементи з різноманітною морфологією. Можливість пошарового наплавления вдосконаленого цементного складу сприяє значному спрощенню будівельних робіт, а готові бетонні вироби, за необхідності, легко піддаються коригуванню [3].

Технологія ЗО-друку Contour Crafting Бсрока Кошневіца. запатентована в СІЛА у 2009 році, в перспективі передбачає друк тієї чи іншої будівлі “під ключ”, а саме несучі конструкції з проведеними інженерними комунікаціями, оздоблювальні роботи в приміщеннях, елементи сантехнічного обладнання і так далі. Відтоді спеціально створене відомством НАСА відділення Південно-Каліфорнійського університету реалізувало цей проект. У 2017 році представники Contour Crafting Corporation анонсували співпрацю з інвестором Doka Ventures, спрямовану "на доставку перших ЗО-принтерів у першій половині наступного року" [6].

Як приклад комплексного об'єкта дизайнерської і архітектурної діяльності, виконаного за допомогою 3D-друку, можна навести проектне рішення прототипу металевого моста від нідерландської компанії MX3D, представленого восени 2015 року. Особливістю цієї компанії є використання в процесі ЗО-друку автоматичних маніпуляторів з інструментами для екструдування і зварювання металу, замість традиційних “коробок для друку", що обмежують габаритні розміри об'єкта. Таким чином, виникає можливість вільної просторової маніпуляції в процесі створення форми, побудови її морфологічної структури у тих чи інших розмірах (3).

Нині технології ЗО-друку [7; 8] стають дедалі популярнішим напрямком в насиченні предметно-просторового середовища, переходячи від експериментально-дослідних пристроїв (ЗО-друк об'єктів з габаритними розмірами близько 200 мм по більшій стороні) до промислових комплексів, орієнтованих на індустріальні технології реалізації об'єктів дизайну, архітектури і містобудування OD-друк великогабаритних виробів і продуктів з відповідним функціональним призначенням, конструктивно-технічним та художньо-образним рішенням).

Найцікавішою перспективою розвитку CAD і ВІМ-технологій у дизайні й архітектурі, є створення і вдосконалення центрів віртуальної реальності для PLM (Product Lifecycle Management/Життєвий цикл вироба - сукупність процесів, що їх виконують від моменту' виявлення потреб суспільства в певній продукції до моменту задоволення цих потреб і утилізації продукту' [5]). Технології віртуальної реальності використовують при проектуванні складних системних продуктів (авіація, автомобілі й т. д.) для візуалізації комплексних архітектурних рішень, при плану ванні розвитку міст (urban planning), тобто там, де вироблення концепції, узгодження компонентів і навіть тестування (аж до отримання віртуального досвіду експлуатації) мають бути здійснені задовго до етапу створення фізичного прототипу. Так само системи віртуальної реальності (імерсійні центри, від лат. Immersio -- занурення) активно використовують для ефективних демонстрацій особам, які приймають рішення: інвесторам, замовникам, фокус груп експертів 1 т. п.

До основних елементів периферії VR належать системи трекінгу (Tracking systems), що відстежують положення очей користувача (очні трекери) і стан самого користувача та його голови (трекери руху). Використання таких систем дає змогу інтерактивно взаємодіяти з віртуальною графічною сценою і домогтися ефекту сприйняття інформації аналогічно голографії. Також елементи периферії можуть мати пристрої зворотного зв'язку, що дозволяють імітувати тактильні відчуття, наприклад віброполи, платформи та крісла з гідроприводом, генератори вітру, води тощо. Управляти віртуальними об'єктами можна за допомогою тривимірної миші, рукавичками віртуальної реальності, джойстиками, що мають велике число керованих ступенів свободи, та і іншими подібними пристроями.

За такими ж принципами може розвиватися й архітектурне проектування і моделювання, коли спеціальне системне ПЗ: Autodesk Revit, ArchiCAD, Autodesk AutoCAD architecture та інші програмні пакети інтегруються в VR: таким чином, виникає змога інтерактивного віртуального макетування міст, районів, будівель та інтер'єрів у реальному' масштабі з подальшою 3D- візуалізацією проектних даних Особлива ефективність застосування технології VR проявляється в процесі пристосуваня архітектурної споруди/комплексу з персоніфікованим МІСЬКИМ середовищем, що є однією з головних, визначальних завдань проектанта. Це допомагає оцінити, як сприймається спроектована будівля з тих чи інших ракурсів ландшафту місцевості, й навпаки, сприяє усвідомленню дійсності з проектованої споруди.

Таким чином, перспективи розвитку CAD і ВІМ-технологій припускають повну інтеграцію 3 віртуальною реальністю. Іншими словами, в комплект поставки програмного забезпечення базово входитиме “Іммерсійний модуль”, З ВІДПОВІДНИМ обладнанням (шолом віртуальної реальності, ЗБ-окуляри, рукавички з тактильними датчиками, спеціальні джойстики тощо). З їхньою допомогою проектант може адаптувати проектований об'єкт у відповідне середовище. Архітектор, наприклад, може '`поставити” спроектовану будівлю в міське середовище Харкова, за адресою вул. Сумська 77 і віртуально оцінити реальні переваги та недоліки екстер'єру, обійшовши споруду по периметру, й інтер'єру, пройшовши по різних поверхах і приміщеннях цієї споруди. За такими технологіями - майбутнє проектного процесу.

архітектура дизайн інформаційний моделювання

ЛІТЕРАТУРА

1. Борковский А. Б. Англо-русский словарь по программированию и информатике (с толкованиями) / А. Б. Борковский. - М.: Рус. язык, 1990. - 335 с.

2 Талапов В. В Основы ВІМ: введение в информационное моделирование зданий / В В. Талапов. - М.: ДМК Пресс, 2011 - 392 с.

3 Печать домов на 3D Принтере [Электронный ресурс] // Информационный портал “Make 3D" - Режим доступа: http://make-3d.ru/articles/3d-pnnter-dlya-pechati-domov/-25.04.2018 г.

4. Преимущества интеграции ARCHICAD и Grasshopper [Электронный ресурс] // Официальный сайт “ISICAD: окно в мир САПР”. -- Режим доступа http://isicad.ru/ru/articles.php?article_num=18369 -- 24.04.2018 г.

5. VR-системы [Электронный ресурс] // Официальный сайт `'Virtual Environment Group". - Режим доступа: http://ve-group.ru/vr-systems/ - 25.04.2018 г.

6. Contour Crafting Corporation gets Investment from Doka Ventures [Электронный ресурс] // Официальный сайт `'Contour Crafting". - Режим доступа: http://contourcrafting.com/press- release/ - 23.04.2018 г.

7. Coward С. 3D Pnnting / Cameron Coward // Penguin Group Inc. - 2015. - p. 302.

8. Srinivasan V. 3D printing and the future of manufacturing / V. Srinivasan, J. Bassan // Technology Program for the Leading Edge Fonim. - 2012. - p. 34.

Размещено на Allbest.ru