Перекладено з: A FRAMEWORK FOR ARCHITECTURAL HERITAGE HBIM SEMANTIZATION AND DEVELOPMENT
Stefano Brusaporci, Pamela Maiezza, Alessandra Tata
ЧАСТИНА 1
Анотація
Незважаючи на визнані переваги використання BIM у сфері архітектури та інженерії, поширення цієї процедури на архітектурну спадщину не є ані негайним, ані критичним.
Унікальність і нестандартність історичної архітектури, з одного боку, та велика кількість інформації, необхідної для пізнання архітектурної спадщини, з іншого, вимагають відповідних рефлексій.
Метою цієї роботи є визначення загальної основи для використання процедур BIM для архітектурної спадщини.
Запропонована методологія складається з трьох різних рівнів деталізації (LoD), залежно від характеристик будівлі та цілей дослідження: спрощена модель з низькою геометричною точністю та мінімальною кількістю інформації (LoD 200); модель, ближча до реальності, але, однак, з великим відхиленням між віртуальною та реальною моделлю (LoD 300); детальна модель BIM, яка максимально відтворює геометричні нерівності будівлі та збагачена максимальною кількістю доступної інформації (LoD 400).
1. ВСТУП
Інформаційне моделювання будівель за допомогою об’єктно-орієнтованого семантичного моделювання, збагаченого різнорідною інформацією, дозволяє інтегрувати всі аспекти процесу будівництва в єдину платформу. Розроблений метод роботи на основі інтегрованої та інтерактивної бази даних пропонує переваги та потенціал, що становить великий інтерес для документації архітектурних активів.
Однак поширення процесу BIM на історичні будівлі, яке призвело до створення BIM Historical або Heritage, сьогодні все ще залишається відкритим питанням. BIM-підхід, власне, розроблений для проекту новобудови, навряд чи поєднується зі специфічними потребами документації архітектурної спадщини. Існує дві основні проблеми:
– унікальність історичної забудови, зумовлена майстерністю її реалізації, процесами модифікації та трансформації, що відбувалися з часом, явищами деградації та деформації;
– великий обсяг інформації, необхідної для повного і вичерпного знання архітектурних активів.
Метою цієї роботи є визначення методології щодо застосування процесу BIM до архітектурної спадщини: на основі відображень, нав’язаних специфікою та особливістю історичних будівель, ми хочемо розробити структуру, яка, починаючи з обстеження об’єкта дослідження спрямована на реалізацію моделей BIM, корисних для документування історичних будівель, і які можуть стати відправною точкою для проекту реставрації, обслуговування та управління архітектурним активом (рис. 1).
Рис. 1
2. ФОН
Термін HBIM (Інформаційне моделювання історичних будівель) народився в Дублінському технологічному інституті (Murphy, M. et al., 2009; Murphy, M. et al., 2013).
HBIM – мультидисциплінарна система, що полягає в будівництві інтелектуальних об’єктів (параметризованих на основі архітектурних правил і трактатів) на основі даних, отриманих з обстеження будівель.
Ці об’єкти можна використовувати в процедурах напівавтоматичної генерації фасадів, які об’єднують елементи з бібліотеки на основі архітектурних пропорцій і правил. Створені таким чином фасади, а також окремі елементи можна потім змінити за допомогою графічного редагування відповідно до даних опитування (Dore and Murphy, 2015).
Оскільки предметом процесу HBIM є історична будівля в її поточній конфігурації, опитування є початковим моментом методології (рис. 2).
Рис. 2
Сучасні технології збору масиву даних (3-D лазерне сканування та цифрова фотограмметрія) дозволяють збирати точні дані обстеження геометричної складності історичної будівлі, які потім потрібно перевести в цифрові моделі BIM.
Реалізація BIM-моделі архітектурних активів через їх унікальність і геометричну складність на сьогоднішній день є відкритим питанням і цікавою темою дослідження.
Встановити відповідний рівень деталізації (LoD) для Historical-BIM непросто, тому що BIM LoD для нових будівель має бути узгоджено з тим, що використовується в процесі документування (дані опитування) (Fai, Rafeiro, 2014).
Важливість теми моделювання в рамках застосування BIM до історичної архітектури демонструють численні дослідження в цьому відношенні, які висвітлюють різні проблеми: визначення конвеєра, спрямованого на перетворення зібраних геодезичних даних високої чіткості в розумні об’єкти, за допомогою безкоштовного плагіна Autodesk Revit під кодовою назвою GreenSpider (Garagnani, 2013); моделювання складних і неправильних форм через NURBS, які потім, завдяки взаємодії з іншим програмним забезпеченням, імпортуються та параметризуються в середовищі BIM (Oreni et al., 2014); аналіз відхилення між ідеальною моделлю, побудованою, починаючи з трактатів (Apollonio та ін., 2017) або через ідеальні твірні (Кватріні та ін., 2016), з даними, отриманими в результаті опитування; створення спеціальних бібліотек параметричних об’єктів для історичних будівель (Lo Turco et al., 2017). Поряд з темою морфології архітектурних компонентів існує тема інформації, яка є фундаментальною в процесі BIM (Brusaporci and Maiezza, 2016).
У зв’язку з цим згадаємо дослідження щодо інтеграції моделі з онтологічною системою (Simeone et al., 2014) та організації бази даних моделі BIM (Inzerillo et al., 2016).
Нарешті, згадаємо дослідження, проведені Zhang Y. et al. (2016) про структуру технології BIM для китайської дерев’яної архітектурної спадщини, а також інструкції, складені організацією Historic England (2017), присвячені питанням, пов’язаним із виробництвом і використанням BIM для історичних будівель.
3. ОСНОВИ: ВІД ОПИТУВАННЯ ДО HBIM ДЛЯ ДОКУМЕНТАЦІЇ
Використання BIM для моделювання історичних будівель залишається проблематичним і складним (Logothetis et al., 2015).
Різний методологічний підхід до архітектурної спадщини, заснований на глибокому знанні будівлі, робить необхідними відповідні роздуми.
Перш за все, застосування методології, заснованої на стандартизації, до будівель, що характеризуються унікальністю та нерегулярністю, створює проблеми для їх моделювання.
Зведення архітектурних елементів будівлі до типізованих об’єктів призводить до відхилення від особливостей історичного об’єкта на користь менш трудомісткого робочого процесу.
Навпаки, більша відповідність моделі досліджуваної будівлі призводить до зменшення переваг параметричного моделювання, які, з іншого боку, стають більшими для елементів, що характеризуються нижчою LoD.
До цього додається питання інформації, яке характеризується двома різними аспектами: з одного боку, існує потреба в управлінні великою кількістю даних, які не завжди підтримуються поточними платформами BIM; з іншого боку, виникає питання про наявність чи відсутність інформації щодо різних тем (конструктивна технологія, історичні фази тощо) та їх інтерпретації.
Однак, незважаючи на проблеми, пов’язані з поширенням підходу BIM до спадщини, він представляє можливість як для документування спадщини, так і для управління збереженням (Oreni та ін., 2013).
Виходячи з цих роздумів, у цій статті ми запропонували загальну структуру, спрямовану на реалізацію BIM-моделей історичних будівель, включаючи як геометричні, так і інформаційні аспекти.
Щоб подолати проблеми, які створює BIM для історичних будівель, структура включає різні рішення, що змінюються відповідно до мети моделювання та характеристик об’єкта дослідження (рис.3).
Рис. 3
3.1 Основа
Виходячи з характеристик об’єкта дослідження та цілей, проводиться обстеження будівлі, з якого, шляхом семантизації компонентів, може початися процес моделювання.
Характеристики моделей HBIM залежать від особливостей архітектурного активу (наприклад, римська будівля, ренесансний палац, барокова церква тощо), цілей моделювання (геометрично-розмірна зйомка, зйомка для реставрації тощо) та бажаний рівень деталізації (LoD).
Таким чином, структура включає три основні типи моделі, кожна з яких характеризується різним рівнем розробки (на основі визначень Американського інституту архітекторів (AIA) для проекту нових будівель, але тут повторно використаних для існуючих) і специфічна методологія моделювання.
Три різні типи:
LoD 200, спрощена модель будівлі з низькою геометричною точністю та мінімальною кількістю інформації. LoD 300, в якому кількість інформації більша, тобто за рахунок не тільки використання параметрів сімейства, а й створення нових; моделювання здійснюється зі створенням параметризованих і спрощених сімейств, за допомогою яких ми отримуємо модель, ближчу до реальності, але, однак, із великим відхиленням між віртуальною та реальною моделлю. LoD 400, який максимально відтворює геометричні нерівності будівлі та збагачений максимальною кількістю інформації (через розширену базу даних, до якої також вбудовано всю інформацію з історико-критичного аналізу).
Детальне моделювання досягається за допомогою спеціально створених сімейств (на основі логічних операцій) або, у випадку особливо складних і нерегулярних геометрій, інтеграції моделі з NURBS (нерівномірними раціональними базисними сплайнами), імпортованими та параметризованими.
Рис. 4
Таким чином, ми отримуємо AS-BUILT BIM: детальну модель, максимально наближену до історичної будівлі, з мінімальними відхиленнями, яка характеризується високою чіткістю як з архітектурної, так і з інформаційної точки зору. Як приклад наведемо три відповідні типи моделі склепіння (рис. 4):
Модель з LoD 200, без структурного інтересу; можна моделювати його на місці, реалізуючи склепіння як єдиний елемент за допомогою операцій видавлювання та віднімання.
Модель з LoD 300, для якої також існує інтерес до структурної моделі. Одного лише використання стратифікованої моделі на місці недостатньо, оскільки вона не має жодної структурної цінності; тому необхідно накласти структурне перекриття, виконане в один шар.
Модель із LoD 400, деталізована як зі структурної, так і з архітектурної точок зору та включає всі складові шари.
Для того, щоб мати структурний BIM-об’єкт, необхідно накласти модель на місці, яка виконує архітектурне та інформаційне завдання (детальна модель з усією доступною інформацією щодо кожного окремого шару склепіння), на структурне перекриття, створене ad hoc, яке збігається з тривимірним архітектурним елементом (тобто поверх максимальної висоти склепіння, що переходить у нижню частину).
Повне знання стратиграфії склепіння, що дозволило досягти подібного LoD, стало можливим завдяки реставрації будівлі, що призвело до укріплення склепіння скловолокном (рис. 5).
Рис. 5
Читати Основи семантизації та розвитку HBIM архітектурної спадщини. Частина 2