В то время, как создание и хозяйственное использование зданий имеет уже почти такой же возраст, как само человечество, документирование необходимой для этого и используемой информации в зарегистрированной форме пока еще относительно молодо.
Проектирование зданий до появления компьютерных технологий
Вначале имела место словесная передача сведений, известная прежде всего из строительных мастерских средневековья. Здесь знания о внешнем облике здания и самом процессе строительства были связаны напрямую со строительным мастером, выступающим в качестве «носителя данных». Письменная документация практически отсутствовала. Это вело с одной стороны к огромным потерям информации, когда соответствующий мастер умирал или покидал место строительства, а с другой стороны имело следствием очень высокую ценность мастера.
Первые дошедшие до нас строительные чертежи, которые можно приблизительно сравнить с планом строительства в современном смысле, относятся к концу средних веков. При этом речь идет, во-первых, о рисунках на пергаменте. Во-вторых, сюда можно отнести фрагменты, вырезанные на каменных основаниях готических храмов. В качестве носителя информации служил, таким образом, пергамент, благодаря чему возникла первая возможность документирования, сохранения и повторного использования информации.
Эти рисунки на пергаменте были, так сказать, прототипами используемых до сих пор обычных строительных чертежей, которые большей частью, как и прежде, выводятся на бумагу и в этой форме используются на стройплощадке.
Изменились они с течением времени в первую очередь с двух точек зрения:
- Тип и форма чертежных инструментов, используемых при со-здании документации, а также используемый материал основы и носителя данных.
- Объем и содержание, отображенные в чертежах, а также используемый при этом уровень абстракции.
Первые программы и форматы для строительного проектирования
Развитие компьютеров и их общее распространение революционно изменило рабочий процесс в повседневной работе проектных бюро. Однако в отношении документирования зданий и информации, касающейся хода строительства, в форме планов и чертежей вначале оно почти исключительно повлияло лишь на способ их создания.
В машиностроении и автомобильной промышленности в начале 1980-х годов на рынке появились первые САПР. С ними само создание чертежей переместилось с чертежной доски на компьютер. Создавались виды в плане, разрезы, виды и деталировки, а также вытекающая из них документация, но так же, как раньше, в форме двумерных чертежей. В качестве чертежного инструмента использовали теперь не карандаш, а мышь, и собственно носителем информации и накопителем данных являлся более или менее программно-специфичный файл.
Уже на этой стадии происходили первые попытки перейти на объектно-ориентированное трехмерное моделирование здания, чтобы в полном объеме использовать возможности инструмента – компьютера и соответствующего программного обеспечения. Хотя они до сегодняшнего дня еще полностью не реализованы, но тем временем в основном стали стандартом для документации процесса строительства.
В то время, как чертежи, планы и прочие виды документации, необходимые для процесса строительства, позволяли производить обмен в бумажной форме без дополнительных преобразований, обмен цифровыми и этим самым преимущественно программно-специфическими файлами всегда представлял проблему, когда участники работали с разными программными продуктами. Данные зачастую могли тогда или вовсе не читаться, или читаться неправильно, так как каждая программа имеет в своем внутреннем форматировании и языке определенные правила и спецификации.
Если данные преобразуются в другой формат, отличный от формата оригинала, то этот процесс таит в себе всегда опасность изменений, так как перенос один к одному в связи с различием видов форматов данных, как правило, невозможен. При этом может происходить как потеря информации, так и ее искажение. Чтобы минимизировать этот риск, оптимизировать поток информации и получить большую ширину полосы для возможных прикладных программ, в середине 1990-х годов некоторые из ведущих производителей программного обеспечения для строительной отрасли сформировали альянс.
Целью являлась разработка на базе уже имеющихся стандартов нейтрального и открытого формата файлов, с помощью которого можно было бы описывать информацию, элементы и процессы в отраслях строительства и недвижимости и осуществлять обмен данными по возможности с малой потерей информации.
В качестве относительно нейтрального формата до тех пор существовал в первую очередь PDF, который по своему содержанию и структуре можно сравнить с цифровым выводом чертежа или печатью на бумаге. Он содержит оптически идентичное отображение лежащего в основе содержимого чертежа и может показать его на любом компьютере с помощью общедоступного продукта AdobeReaders®. Тем не менее, в отношении собственно поставлен-ной цели сложного и многослойного обмена информацией он имеет некоторые недостатки:
Во-первых, созданный PDF-файл, как правило, нельзя редактировать, изменять или расширять. Во-вторых, не каждая программа может импортировать PDF-файлы или правильно интерпретировать их содержимое. Существенно слабым местом является тот факт, что уже при создании за счет чисто графического и двумерного отображения теряется часть имеющейся информации. Это имеет место, собственно, тогда, когда вместо „простого“ используется тем временем также доступный 3D-PDF. Разумеется, PDF-файл в существенной мере сохраняет в цифровой форме содержание и выразительность чертежа на бумаге или объемной модели. Хотя этим самым он соответствует намерениям, для которых был разработан этот формат, но это не отвечает целям, сформулированным альянсом.
Наряду с этим использовался, в особенности для обмена данными САПР, в значительной мере базирующийся на AutoCAD формат DXF. Он поддерживает в первую очередь также 2D-обмен и не является нейтральным по отношению к программному обеспечению. Хотя кроме 2D-специфических элементов чертежа можно также передавать дополнительную информацию в форме атрибутов, а также 3D-геометрию в форме поверхностей и тел, но только посредством внутренней формы AutoCAD. Этим самым корректная передача и интерпретация возможна почти исключительно с помощью такого программного обеспечения САПР, которое также строится на этом стандарте.
Формат IFC
Формат IFC, разработанный IAI в связи с этими ограничениями, получает значительное преимущество. Это открытый и нейтральный по отношению к программному обеспечению стандарт, с помощью которого можно описывать элементы и процессы как в их полном (3D-) представлении, так и с их свойствами и взаимодействиями. Второй центр тяжести формата составляет направленность на строительную отрасль с ее частично очень специфическими требованиями и условиями. Поэтому среди объектов IFC в библиотеке имеются стены, стержни арматуры и группы помещений, но нет поршней или шарикоподшипников, которые используются, например, в автомобильной промышленности и в машиностроении. Это ограничивает, несмотря на постоянно расширяющееся число определяемых объектов и процессов, действительно нужный и используемый в строительной области объем. Правда, как раз с учетом этого с каждой новой версией IFC за счет определения новых типов объектов имеет место прогрессирующее расширение на пограничные области.
Первая версия формата IFC, которую можно было рассматривать как некоторый прототип, был опубликованный в конце 1990-х годов формат IFC 1.5.1, который был, однако, вскоре заменен гораздо более устойчивой версией 2.0. Обе эти первые версии по своей компоновке и лежащей в их основе структуре существенно отличаются от всех последующих версий и поэтому не совместимы с ними.
Это изменилось с первой X-редакцией: С тех пор каждая новая версия надстраивает предыдущую и только расширяет ее, так что этим самым обеспечивается совместимость с предыдущей версией.
Формат IFC и его дальнейшее развитие представляет собой хотя и существенный, но, конечно, только один из строительных блоков истории BIM. Относящиеся к BIM процессы и методы далеко выходят за пределы обмена и координации моделей для создания „цифрового двойника“ собственно строительного объекта. Но для этого предоставляется, как раз в процессах openBIM, средство выбора, так что и в будущем основное развитие IFC соответствует направлению относящегося к этому улучшения.
BIM в целом, разумеется, изменяет общее мышление и действия внутри процесса проектирования и строительства и распространяется в своей совокупности на весь жизненный цикл строительного объекта, от эскизного проекта до реконструкции и сноса. С учетом этого аспекта история BIM имела свое начало в проектировании вместе с использованием САПР, и отсюда успешно распространялась на строительство, а также на заключительные стадии — эксплуатации и хозяйственного использования. Необходимая форма данных, а также вид информационного потока, естественно, здесь другие, поэтому также используются другие форматы и методы. Они развивались и будут развиваться параллельно с IFC.
Центр тяжести при этом формируют манипуляции с непрерывно происходящим при этом расширении огромным ростом данных, а также их структурирование, вместе с прибыльным анализом и использованием этой информации. Это прежде всего организационная задача и вызов, но одновременно с этим открывается неожиданный потенциал для самых разнообразных целей и сценариев. Будущее покажет, что здесь еще возможно очень многое.
Из этого, правда, вытекает дальнейший вызов: проблема архивирования и удобочитаемости, в том числе еще в течение десятилетий, решение которой должно быть найдено как раз с учетом стремительного развития в области информационных технологий и преобразования данных в цифровую форму.
Ключевые вехи развития BIM-технологии
- Середина XX века — проводятся исследования по применению компьютерных технологий в крупных компаниях автомобилестроительной отрасли, самолётостроения и в учебных заведениях разных стран. Первоначальные работы связаны с изучением способов построения двухмерных и трехмерных геометрических элементов на компьютере. Эти исследования в дальнейшем дали импульс к внедрению аналогичных технологий в строительную сферу.
- 1963 г. разработка программы Sketchpad — инструмент для двухмерного черчения (прообраз современной линейки продуктов CAD)
- 1975 г. — разработка программы BDS — инструмент для сборки трехмерных моделей из готовых объектов по принципу конструктора (прообраз программ BIM-моделирования — Revit, Archicad и т.д.)
- 1980 г. — программа RUCAPS — первая программа, которая в комплексе с единой рабочей станцией использовалась для реального проектирования зданий.
- 1982 г. — Autocad — основной инструмент двухмерного моделирования зданий, занявший лидирующие позиции на многие годы.
- 1984 г. — Archicad — программа трехмерного BIM-моделирования зданий из отдельных элементов — стен, колонн, балок и т.д.
- 2000 г. — Revit — программа трехмерного BIM-моделирования, прямой конкурент Archicad, с рядом особенностей, которые на сегодняшний день вывели этот продукт в лидеры по направлению BIM проектирования. Это параметрические зависимости объектов друг от друга, а также возможность создавать элементы модели самими пользователями, с помощью инструментов самой программы. (В Archicad элементы создаются программированием).
- 2001 г. — Processing (язык программирования) для создания математических моделей, формирующих элементы здания.
- 2007 г. — Grasshopper — вычислительный инструмент, реализующий алгоритмы моделирования зданий. При развитии программ проектирования интегрировался в различных формах в качестве модулей в эти программы.