Помощь студентам в учебе
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГЕОПРОСТРАНСТВЕННЫХ ДАННЫХ В ИНЖЕНЕРНЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ НА ПРИМЕРЕ BIM-ТЕХНОЛОГИЙ
|
ВВЕДЕНИЕ 10
1 ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ И ИНФОРМАЦИОННОЕ
МОДЕЛИРОВАНИЕ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ 14
1.1 Концепция геоинформационных систем 14
1.1.1 Понятие информационной системы 14
1.1.2 История геоинформационных систем 16
1.1.3 Общая характеристика и определение ГИС 21
1.1.4 Принципы построения и функции ГИС 22
1.1.5 Состав, обобщенная структура и схема построения ГИС 24
1.1.6 Российские и зарубежные ГИС 30
1.1.6.1 Зарубежные ГИС 32
1.1.6.2 Российские ГИС 35
1.1.7 Основные тенденции развития ГИС платформ 41
1.1.7.1 Использование стандартов Open Geospatial Consortium 41
1.1.7.2 Работа с основными хранилищами пространственных данных 41
1.1.7.3 Решения Open Source Geospatial Foundation (OSGeo) 42
1.1.7.4 Поддержка платформ мобильных устройств 43
1.1.7.5 Высокопроизводительная работа с 3D моделями территорий 43
1.2 Основы информационного моделирования зданий 43
1.2.1 Информационные технологии в строительстве 43
1.2.2 История развития и применения информационных технологий в
строительной отрасли 45
1.2.3 Информационное моделирование зданий (BIM) 50
1.2.3.1 Понятие и особенности BIM 51
1.2.3.2 Практическое применение BIM 54
1.2.4 Российское и зарубежное программное обеспечение для BIM 55
1.2.4.1 Зарубежное программное обеспечение BIM 56
1.2.4.2 Отечественное программное обеспечение BIM 62
1.2.4.3 Программный комплекс от Autodesk для информационного
моделирования зданий 70
2 ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ И ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЗДАНИЙ. ТЕХНОЛОГИИ ОБМЕНА ИНФОРМАЦИЕЙ 75
2.1 Стандартизация в областях ГИС и BIM-технологий 75
2.1.1 Стандарты обмена пространственными данными 75
2.1.1.1 Международные стандарты ISO 75
2.1.1.2 Российские стандарты в области ГИС 76
2.2 Стандарты в области информационного моделирования зданий и сооружений 78
2.2.1 Зарубежные стандарты BIM 79
2.2.1.1 Стандарты США 79
2.2.1.2 Стандарты Великобритании 81
2.2.2 Российские BIM-стандарты 85
2.3 Обмен данными. Открытые технологии 88
2.3.1 Пространственные данные 89
2.3.1.1 Open Geospatial Consortium (OGC) 89
2.3.1.2 Библиотеки с открытым кодом и свободно распространяемые ГИС ... 95
2.3.2 Данные информационной модели 98
2.3.2.1 Форматы данных в BIM 98
2.3.2.2 Открытое взаимодействие и концепция OpenBIM 100
2.3.3 Модель данных IFC 103
2.3.3.1 Описание и сфера применения 103
2.3.3.2 Методы описания IFC-модели 107
2.3.3.3 Спецификации обмена моделями данных MDV 109
2.3.3.4 IFC как формат передачи 111
2.4 Четвертая промышленная революция 112
2.4.1 Четвертая промышленная революция против цифровой революции 113
2.4.2 Цифровые города 114
3 ИНТЕГРАЦИЯ ГИС И BIM 116
3.1 Методика объединения данных BIM и ГИС 118
3.1.1 Информационное моделирование территорий 118
3.1.2 Семантическая и геометрическая информация 119
3.1.3 Структура IFC 120
3.1.4 Структура CityGML 123
3.1.5 Классификация и интеграция cityGML и IFC 124
3.2 Объединение САПР и ГИС 126
3.2.1 Зарубежный опыт 126
3.2.2 Российские разработки в области создания цифровых моделей регионов 133
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 141
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 145
ПРИЛОЖЕНИЕ А 153
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 154
ПРИЛОЖЕНИЕ В 157
ПРИЛОЖЕНИЕ Г
1 ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ И ИНФОРМАЦИОННОЕ
МОДЕЛИРОВАНИЕ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ 14
1.1 Концепция геоинформационных систем 14
1.1.1 Понятие информационной системы 14
1.1.2 История геоинформационных систем 16
1.1.3 Общая характеристика и определение ГИС 21
1.1.4 Принципы построения и функции ГИС 22
1.1.5 Состав, обобщенная структура и схема построения ГИС 24
1.1.6 Российские и зарубежные ГИС 30
1.1.6.1 Зарубежные ГИС 32
1.1.6.2 Российские ГИС 35
1.1.7 Основные тенденции развития ГИС платформ 41
1.1.7.1 Использование стандартов Open Geospatial Consortium 41
1.1.7.2 Работа с основными хранилищами пространственных данных 41
1.1.7.3 Решения Open Source Geospatial Foundation (OSGeo) 42
1.1.7.4 Поддержка платформ мобильных устройств 43
1.1.7.5 Высокопроизводительная работа с 3D моделями территорий 43
1.2 Основы информационного моделирования зданий 43
1.2.1 Информационные технологии в строительстве 43
1.2.2 История развития и применения информационных технологий в
строительной отрасли 45
1.2.3 Информационное моделирование зданий (BIM) 50
1.2.3.1 Понятие и особенности BIM 51
1.2.3.2 Практическое применение BIM 54
1.2.4 Российское и зарубежное программное обеспечение для BIM 55
1.2.4.1 Зарубежное программное обеспечение BIM 56
1.2.4.2 Отечественное программное обеспечение BIM 62
1.2.4.3 Программный комплекс от Autodesk для информационного
моделирования зданий 70
2 ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ И ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЗДАНИЙ. ТЕХНОЛОГИИ ОБМЕНА ИНФОРМАЦИЕЙ 75
2.1 Стандартизация в областях ГИС и BIM-технологий 75
2.1.1 Стандарты обмена пространственными данными 75
2.1.1.1 Международные стандарты ISO 75
2.1.1.2 Российские стандарты в области ГИС 76
2.2 Стандарты в области информационного моделирования зданий и сооружений 78
2.2.1 Зарубежные стандарты BIM 79
2.2.1.1 Стандарты США 79
2.2.1.2 Стандарты Великобритании 81
2.2.2 Российские BIM-стандарты 85
2.3 Обмен данными. Открытые технологии 88
2.3.1 Пространственные данные 89
2.3.1.1 Open Geospatial Consortium (OGC) 89
2.3.1.2 Библиотеки с открытым кодом и свободно распространяемые ГИС ... 95
2.3.2 Данные информационной модели 98
2.3.2.1 Форматы данных в BIM 98
2.3.2.2 Открытое взаимодействие и концепция OpenBIM 100
2.3.3 Модель данных IFC 103
2.3.3.1 Описание и сфера применения 103
2.3.3.2 Методы описания IFC-модели 107
2.3.3.3 Спецификации обмена моделями данных MDV 109
2.3.3.4 IFC как формат передачи 111
2.4 Четвертая промышленная революция 112
2.4.1 Четвертая промышленная революция против цифровой революции 113
2.4.2 Цифровые города 114
3 ИНТЕГРАЦИЯ ГИС И BIM 116
3.1 Методика объединения данных BIM и ГИС 118
3.1.1 Информационное моделирование территорий 118
3.1.2 Семантическая и геометрическая информация 119
3.1.3 Структура IFC 120
3.1.4 Структура CityGML 123
3.1.5 Классификация и интеграция cityGML и IFC 124
3.2 Объединение САПР и ГИС 126
3.2.1 Зарубежный опыт 126
3.2.2 Российские разработки в области создания цифровых моделей регионов 133
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 141
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 145
ПРИЛОЖЕНИЕ А 153
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 154
ПРИЛОЖЕНИЕ В 157
ПРИЛОЖЕНИЕ Г
Информация является основным потенциалом научно-технического и социально-экономического развития в современном мире. Информация лежит в основе любой сферы деятельности, в том числе и строительной. Любое инженерное сооружение имеет свой жизненный цикл, который включает в себя множество этапов, стадий, фаз от проектирования до ликвидации. Информационная модель объекта формируется в процессе его жизненного цикла. Поэтому информатизация строительного комплекса становится одним из главных элементов научно-технологического развития отрасли.
Данные Росстата показывают, что за последние десять лет строительный сектор России демонстрирует рекордные темпы роста. Передовыми можно назвать направления по созданию инженерных сооружений и коммуникаций, жилых и не жилых зданий, автомобильных дорог, подготовка строительных участков и другие. В докладе Российской академии наук (РАН) «Структурно-инвестиционная политика в целях обеспечения экономического роста России» говорится о том, что строительная отрасль в ближайшие 17 лет будет активно развиваться и станет новым драйвером экономики в период с 2018 по 2035 год [11]. Направление к такому благоприятному для населения и строительной отрасли событию задал президент РФ Владимир Владимирович Путин в указе от 7 мая 2018 года «О национальных целях и стратегических задачах развития Российской Федерации на период до 2024 года».
Такие высокие темпы роста в строительной отрасли и современные требования к инженерным сооружениям возможно обеспечить благодаря внедрению на всех этапах жизненного цикла технологии информационного моделирования зданий (Building Information Modeling (BIM)). Под BIM следует понимать не просто трехмерную модель, BIM - по сути является цифровой моделью (двойником) объекта строительства, которая включает абсолютно всю информацию, накопленную в процессе жизненного цикла.
Экономическая эффективность при переходе к информационной модели подтверждена многими исследованиями. Расходы на внедрение BIM окупаются уже после первого, второго года и далее происходит резкое ежегодное увеличение прибыли. Информационное моделирование позволяет снизить себестоимость проектных работ, экспертизы документации. Упрощает и автоматизирует проектные, строительные и эксплуатационные мероприятия на протяжении всего жизненного цикла зданий и сооружений. По данным компании Autodesk, на этапе проектирования BIM позволяет более точно составить бюджет проекта и уменьшить погрешность в среднем на 5-7 %, повысить точность сметы на 3 % и ускорить ее подготовку на 80 %. Также сокращается почти на 40 % количество внебюджетных изменений, вносимых в проект [48].
В нашей стране в 2014 году приказом Минстроя России при поддержке государства было положено начало процесса масштабного внедрения BIM- технологий.
Промышленные, гражданские и коммерческие объекты становятся все сложнее и технологичнее. Необходимо не просто создавать цифровые модели зданий и сооружений, а создавать их с учетом взаимного воздействия с окружающей средой. Для достижения этой цели, требуется организовать взаимодействие BIM-технологий и Геоинформационных систем (ГИС). ГИС - система сбора, хранения, анализа и визуализации геопространственных данных и связанной с ними информации о необходимых объектах.
На сегодняшний день геоинформационные системы можно охарактеризовать как одни из самых быстро развивающихся информационных систем. Активно происходит их повсеместное внедрение и распространение. ГИС решают научные и прикладные задачи в различных сферах и отраслях деятельности, среди которых можно выделить области природопользования: лесное хозяйство, водное хозяйство, землепользование, градостроительной деятельностью, производственными территориями и комплексами, в бизнесе, муниципальных службах, службах экстренного реагирования, военных ведомствах и т. д.
В 2017 году по поручению президента РФ от 01.12.2016 п.2 Пр-2346 правительством была программа утверждена программа «Цифровая экономика РФ» до 2024 года. Достижение поставленных задач невозможно без наличия единой актуальной базы данных описания территории - цифровой модели региона. В свою очередь создание цифровых двойников невозможно без применения связки BIM- технологий и ГИС, где BIM применяется для управления всем жизненным циклом зданий и инженерных сооружений, а ГИС управляют информацией о внешней среде.
Актуальность задачи совместного использования BIM-технологий и ГИС очевидна, это позволит перейти на совершенно новый уровень при проектировании и эксплуатации зданий и сооружений. Создание цифровой модели с привязкой в геодезической (геопространственной) системе координат позволит прогнозировать состояние объекта капитального строительства с учетом ситуации и исключить ошибки, которые могут повлиять на его надежность на протяжении всего жизненного цикла. Также станет возможным создавать цифровые двойники регионов на пути к глобальной цели - цифровой трансформации, поставленной президентом РФ. Также необходимо отметить, что на сегодняшний день строительная отрасль с точки зрения технологий не соответствует уровню общей информатизации и внедрения цифровых технологий.
Существует ряд проблем, которые необходимо планомерно решать для того чтобы связать BIM и ГИС. Эти информационные системы начали свое существование в разной время и развивались независимо друг от друга. Необходимо найти механизмы и точки для взаимодействия этих систем. Также отсутствует нормативно-техническое обеспечение, которое позволит систематизировать и унифицировать взаимосвязи.
Целью данной работы является разработка методических рекомендаций по совместному использованию информационных систем различного генезиса - ГИС и BIM-технологий.
Объектом исследования выступают BIM-технологии, как отражение настоящего этапа развития цифровых технологий в строительстве. Предмет - анализ совместного применения BIM и ГИС.
Для достижения поставленной цели в рамках исследования необходимо решить следующие задачи.
- Рассмотреть основы современных ГИС и BIM-технологий.
- Провести анализ стандартов и механизмов взаимодействия систем.
- Выполнить обзор зарубежного и отечественного опыта, а также рассмотреть возможность реализации взаимодействия систем в окружающей действительности.
- Разработать методические рекомендации совместного использования BIM и ГИС.
Результат: разработка методических рекомендаций по совместному использованию систем информационного моделировании и геоинформационных систем на основе открытых данных.
Данные Росстата показывают, что за последние десять лет строительный сектор России демонстрирует рекордные темпы роста. Передовыми можно назвать направления по созданию инженерных сооружений и коммуникаций, жилых и не жилых зданий, автомобильных дорог, подготовка строительных участков и другие. В докладе Российской академии наук (РАН) «Структурно-инвестиционная политика в целях обеспечения экономического роста России» говорится о том, что строительная отрасль в ближайшие 17 лет будет активно развиваться и станет новым драйвером экономики в период с 2018 по 2035 год [11]. Направление к такому благоприятному для населения и строительной отрасли событию задал президент РФ Владимир Владимирович Путин в указе от 7 мая 2018 года «О национальных целях и стратегических задачах развития Российской Федерации на период до 2024 года».
Такие высокие темпы роста в строительной отрасли и современные требования к инженерным сооружениям возможно обеспечить благодаря внедрению на всех этапах жизненного цикла технологии информационного моделирования зданий (Building Information Modeling (BIM)). Под BIM следует понимать не просто трехмерную модель, BIM - по сути является цифровой моделью (двойником) объекта строительства, которая включает абсолютно всю информацию, накопленную в процессе жизненного цикла.
Экономическая эффективность при переходе к информационной модели подтверждена многими исследованиями. Расходы на внедрение BIM окупаются уже после первого, второго года и далее происходит резкое ежегодное увеличение прибыли. Информационное моделирование позволяет снизить себестоимость проектных работ, экспертизы документации. Упрощает и автоматизирует проектные, строительные и эксплуатационные мероприятия на протяжении всего жизненного цикла зданий и сооружений. По данным компании Autodesk, на этапе проектирования BIM позволяет более точно составить бюджет проекта и уменьшить погрешность в среднем на 5-7 %, повысить точность сметы на 3 % и ускорить ее подготовку на 80 %. Также сокращается почти на 40 % количество внебюджетных изменений, вносимых в проект [48].
В нашей стране в 2014 году приказом Минстроя России при поддержке государства было положено начало процесса масштабного внедрения BIM- технологий.
Промышленные, гражданские и коммерческие объекты становятся все сложнее и технологичнее. Необходимо не просто создавать цифровые модели зданий и сооружений, а создавать их с учетом взаимного воздействия с окружающей средой. Для достижения этой цели, требуется организовать взаимодействие BIM-технологий и Геоинформационных систем (ГИС). ГИС - система сбора, хранения, анализа и визуализации геопространственных данных и связанной с ними информации о необходимых объектах.
На сегодняшний день геоинформационные системы можно охарактеризовать как одни из самых быстро развивающихся информационных систем. Активно происходит их повсеместное внедрение и распространение. ГИС решают научные и прикладные задачи в различных сферах и отраслях деятельности, среди которых можно выделить области природопользования: лесное хозяйство, водное хозяйство, землепользование, градостроительной деятельностью, производственными территориями и комплексами, в бизнесе, муниципальных службах, службах экстренного реагирования, военных ведомствах и т. д.
В 2017 году по поручению президента РФ от 01.12.2016 п.2 Пр-2346 правительством была программа утверждена программа «Цифровая экономика РФ» до 2024 года. Достижение поставленных задач невозможно без наличия единой актуальной базы данных описания территории - цифровой модели региона. В свою очередь создание цифровых двойников невозможно без применения связки BIM- технологий и ГИС, где BIM применяется для управления всем жизненным циклом зданий и инженерных сооружений, а ГИС управляют информацией о внешней среде.
Актуальность задачи совместного использования BIM-технологий и ГИС очевидна, это позволит перейти на совершенно новый уровень при проектировании и эксплуатации зданий и сооружений. Создание цифровой модели с привязкой в геодезической (геопространственной) системе координат позволит прогнозировать состояние объекта капитального строительства с учетом ситуации и исключить ошибки, которые могут повлиять на его надежность на протяжении всего жизненного цикла. Также станет возможным создавать цифровые двойники регионов на пути к глобальной цели - цифровой трансформации, поставленной президентом РФ. Также необходимо отметить, что на сегодняшний день строительная отрасль с точки зрения технологий не соответствует уровню общей информатизации и внедрения цифровых технологий.
Существует ряд проблем, которые необходимо планомерно решать для того чтобы связать BIM и ГИС. Эти информационные системы начали свое существование в разной время и развивались независимо друг от друга. Необходимо найти механизмы и точки для взаимодействия этих систем. Также отсутствует нормативно-техническое обеспечение, которое позволит систематизировать и унифицировать взаимосвязи.
Целью данной работы является разработка методических рекомендаций по совместному использованию информационных систем различного генезиса - ГИС и BIM-технологий.
Объектом исследования выступают BIM-технологии, как отражение настоящего этапа развития цифровых технологий в строительстве. Предмет - анализ совместного применения BIM и ГИС.
Для достижения поставленной цели в рамках исследования необходимо решить следующие задачи.
- Рассмотреть основы современных ГИС и BIM-технологий.
- Провести анализ стандартов и механизмов взаимодействия систем.
- Выполнить обзор зарубежного и отечественного опыта, а также рассмотреть возможность реализации взаимодействия систем в окружающей действительности.
- Разработать методические рекомендации совместного использования BIM и ГИС.
Результат: разработка методических рекомендаций по совместному использованию систем информационного моделировании и геоинформационных систем на основе открытых данных.
Геоинформационные системы и информационное моделирование зданий и сооружений всегда были разобщены, и их объединение является революционным для строительства, проектирования и инфраструктурных проектов. Данные ГИС необходимы для проектирования и эксплуатации зданий, дорог, мостов, железных дорог, аэропортов, и другой инженерной инфраструктуры в контексте их окружения. BIM-данные является ключевыми для проектирования и строительства этих объектов.
Благодаря взаимной интеграции ГИС и BIM происходит слияние слоев геопространственного контекста с их информационной моделью. ГИС предоставляет точную информацию о внешней среде, например, областях подверженных наводнениям, информацию о структуре почвы и многое другое, для того, чтобы повлиять на местоположение, ориентацию и даже строительные материалы объекта строительства. Размещение цифровой модели в контексте реального мира, в пределах реальной географии, устраняет значительную часть рисков, связанных с проектированием и строительством. Объединение систем также позволяет управлять объектами строительства и инфраструктуры на протяжении всего их жизненного цикла. Например, эксплуатация дороги в реальном мире означает управление коммунальными службами, управление установкой ограждений, обслуживание разметки и наблюдение за обслуживающими бригадами. Все это в конечном итоге позволит проектировать и строить цифровые модели городов и регионов, а также создавать «умные города» для того чтобы сделать нашу жизнь более безопасной и комфортной.
Крупнейшие мировые разработчики программного обеспечения для строительной отрасли и ГИС, такие как Autodesk, Bentley, ESRI, в настоящее в время успешно применяют свои продукты, объединяя BIM и ГИС для реализации крупных проектов.
Для реализации процесса обмена данными без привязки к конкретным программным продуктам, в работе был предложен вариант интеграции данных, полученных из информационной модели объекта и геоинформационной системы, основанный на использовании стандартов и протоколов открытых данных. Вся внутренняя детальная информация об объекте извлекается из BIM-моделей IFC, а информация о внешней среде из ГИС-формата cityGML. Схожие по параметрам данные мы можем применять для создания единой информационной модели территории, причем полученная информация будет автоматически изменяться при изменении ее исходных BIM или ГИС данных.
Результаты работы были апробированы на межвузовской студенческой научно-практической конференции «Актуальные проблемы в науке: взгляд молодых» в 2019 году и опубликованы в сборниках трудов научно-практических семинаров [31,32].
В процессе разработки метода интеграции была выявлена основная проблема - один и тот же объект имеет различное семантическое представление в IFC и cityGML. К примеру, объект «дорога» в cityGML представлена как «trpt: Road», тогда как в IFC она определяется несколькими параметрами «IfcFooting», «IfcSite» и «IfcSlab(Floor)», т. е. нет специального определения дороги, что может привести к ошибке и потере информации во время передачи данных. В схеме IFC всего около 900 классов и большинство классов не могут быть сопоставлены с элементом cityGML. Поэтому очень важно унифицировать критерий классификации IFC и cityGML. Эту задачу можно решить с помощью OmniClass - комплексной системы классификации для строительной отрасли. Она может применяться в различных вариантах, но главное применение заключается в определении и предоставлении структуры классификации для электронных баз данных и программного обеспечения. Чтобы описать и классифицировать различные элементы, необходимо расширить OmniClass и внести дополнения и изменения в соответствии с правилами классификации.
В целом, развитие информационного моделирования в России достаточно сильно отстает от темпов зарубежных стран. Несовершенная нормативно-техническая база, отсутствие квалифицированных специалистов, отсутствие понимания у заказчика преимуществ информационного моделирования, которые дают максимальный экономический эффект не на этапе проектирования и строительства, а на этапе эксплуатации - все это сказывается на темпах развития новых технологий в строительстве в нашей стране. Однако главным драйвером роста может стать принятие правительством постановления, регламентирующего процедуру прохождения информационных моделей через органы государственной экспертизы с последующим получением разрешения на строительство. Наличие модели позволит принимать участие всем заинтересованным сторонам и ускорит процессы согласования.
Следующим шагом в развитии строительной отрасли и регионов, станет информационное моделирование территорий и городских пространств. Г осударственные структуры пока не могут в полной мере делать заказы на разработку информационных моделей подведомственных им территорий субъектов РФ из-за отсутствия необходимой нормативно-правовой базы для таких контрактов. Однако, ситуация постепенно меняется. В конце 2019 года в рамках реконструкции был заключен контракт на разработку информационной модели улиц с трамвайными линями в Екатеринбурге. В этой области нет необходимости изобретать что-то новое, можно смело опираться на зарубежный опыт создания цифровых двойников городов и регионов. Цифровые двойники есть у Сингапура, Бостона, Ньюкасла, Хельсинки, Роттердама, Стокгольма, Ренна, Антверпена. Они созданы с использованием разработок мировых лидеров как Autodesk, Dassault Systemes (платформа 3DExperience), Bentley Systems (сервис OpenCities Planner) и других.
Такие двойники позволяют эффективно моделировать развитие городской территории и управлять различными сферами жизни города.
Необходимо также создавать программно-аппаратные комплексы, состоящие из системы центров обработки и хранения данных, необходимых для решения поставленных задач: компонентов или элементов зданий и сооружений, норм и правил, адаптированных и типовых моделей, и т. п. С точки зрения архитектуры программного обеспечения, это BIM-сервер, ГИС-сервер, сервер для преобразования данных, средства репликации данных и обмена с другими центрами данных, средства защиты, коммуникационно-интерфейсные средства, и т. п.
Необходимо четко определить ответственные органы за создание и внедрение технологий информационного моделирования. По опыту других стран головным органом, как правило, является ведущее архитектурно-строительное учреждение страны. А России это может быть Научно-исследовательский центр «Строительство». Для стандартизации и унификации, за каждое направление также должен отвечать профильный орган. Например, за конструкции должен отвечать Центральный научно-исследовательский институт строительных конструкций, за бетоные и железобетонные конструкции - Научно-исследовательский, проектно¬конструкторский и технологический институт бетона и железобетона и т. д.
Также должна проводиться работа с крупными строительными компаниями и эксплуатирующими организациями, которые, собственно, и являются потребителями этих решений. Они могут и должны создавать корпоративные BIM/ГИС системы в координации и сотрудничестве с выделенными государственными структурами и организациями.
Благодаря взаимной интеграции ГИС и BIM происходит слияние слоев геопространственного контекста с их информационной моделью. ГИС предоставляет точную информацию о внешней среде, например, областях подверженных наводнениям, информацию о структуре почвы и многое другое, для того, чтобы повлиять на местоположение, ориентацию и даже строительные материалы объекта строительства. Размещение цифровой модели в контексте реального мира, в пределах реальной географии, устраняет значительную часть рисков, связанных с проектированием и строительством. Объединение систем также позволяет управлять объектами строительства и инфраструктуры на протяжении всего их жизненного цикла. Например, эксплуатация дороги в реальном мире означает управление коммунальными службами, управление установкой ограждений, обслуживание разметки и наблюдение за обслуживающими бригадами. Все это в конечном итоге позволит проектировать и строить цифровые модели городов и регионов, а также создавать «умные города» для того чтобы сделать нашу жизнь более безопасной и комфортной.
Крупнейшие мировые разработчики программного обеспечения для строительной отрасли и ГИС, такие как Autodesk, Bentley, ESRI, в настоящее в время успешно применяют свои продукты, объединяя BIM и ГИС для реализации крупных проектов.
Для реализации процесса обмена данными без привязки к конкретным программным продуктам, в работе был предложен вариант интеграции данных, полученных из информационной модели объекта и геоинформационной системы, основанный на использовании стандартов и протоколов открытых данных. Вся внутренняя детальная информация об объекте извлекается из BIM-моделей IFC, а информация о внешней среде из ГИС-формата cityGML. Схожие по параметрам данные мы можем применять для создания единой информационной модели территории, причем полученная информация будет автоматически изменяться при изменении ее исходных BIM или ГИС данных.
Результаты работы были апробированы на межвузовской студенческой научно-практической конференции «Актуальные проблемы в науке: взгляд молодых» в 2019 году и опубликованы в сборниках трудов научно-практических семинаров [31,32].
В процессе разработки метода интеграции была выявлена основная проблема - один и тот же объект имеет различное семантическое представление в IFC и cityGML. К примеру, объект «дорога» в cityGML представлена как «trpt: Road», тогда как в IFC она определяется несколькими параметрами «IfcFooting», «IfcSite» и «IfcSlab(Floor)», т. е. нет специального определения дороги, что может привести к ошибке и потере информации во время передачи данных. В схеме IFC всего около 900 классов и большинство классов не могут быть сопоставлены с элементом cityGML. Поэтому очень важно унифицировать критерий классификации IFC и cityGML. Эту задачу можно решить с помощью OmniClass - комплексной системы классификации для строительной отрасли. Она может применяться в различных вариантах, но главное применение заключается в определении и предоставлении структуры классификации для электронных баз данных и программного обеспечения. Чтобы описать и классифицировать различные элементы, необходимо расширить OmniClass и внести дополнения и изменения в соответствии с правилами классификации.
В целом, развитие информационного моделирования в России достаточно сильно отстает от темпов зарубежных стран. Несовершенная нормативно-техническая база, отсутствие квалифицированных специалистов, отсутствие понимания у заказчика преимуществ информационного моделирования, которые дают максимальный экономический эффект не на этапе проектирования и строительства, а на этапе эксплуатации - все это сказывается на темпах развития новых технологий в строительстве в нашей стране. Однако главным драйвером роста может стать принятие правительством постановления, регламентирующего процедуру прохождения информационных моделей через органы государственной экспертизы с последующим получением разрешения на строительство. Наличие модели позволит принимать участие всем заинтересованным сторонам и ускорит процессы согласования.
Следующим шагом в развитии строительной отрасли и регионов, станет информационное моделирование территорий и городских пространств. Г осударственные структуры пока не могут в полной мере делать заказы на разработку информационных моделей подведомственных им территорий субъектов РФ из-за отсутствия необходимой нормативно-правовой базы для таких контрактов. Однако, ситуация постепенно меняется. В конце 2019 года в рамках реконструкции был заключен контракт на разработку информационной модели улиц с трамвайными линями в Екатеринбурге. В этой области нет необходимости изобретать что-то новое, можно смело опираться на зарубежный опыт создания цифровых двойников городов и регионов. Цифровые двойники есть у Сингапура, Бостона, Ньюкасла, Хельсинки, Роттердама, Стокгольма, Ренна, Антверпена. Они созданы с использованием разработок мировых лидеров как Autodesk, Dassault Systemes (платформа 3DExperience), Bentley Systems (сервис OpenCities Planner) и других.
Такие двойники позволяют эффективно моделировать развитие городской территории и управлять различными сферами жизни города.
Необходимо также создавать программно-аппаратные комплексы, состоящие из системы центров обработки и хранения данных, необходимых для решения поставленных задач: компонентов или элементов зданий и сооружений, норм и правил, адаптированных и типовых моделей, и т. п. С точки зрения архитектуры программного обеспечения, это BIM-сервер, ГИС-сервер, сервер для преобразования данных, средства репликации данных и обмена с другими центрами данных, средства защиты, коммуникационно-интерфейсные средства, и т. п.
Необходимо четко определить ответственные органы за создание и внедрение технологий информационного моделирования. По опыту других стран головным органом, как правило, является ведущее архитектурно-строительное учреждение страны. А России это может быть Научно-исследовательский центр «Строительство». Для стандартизации и унификации, за каждое направление также должен отвечать профильный орган. Например, за конструкции должен отвечать Центральный научно-исследовательский институт строительных конструкций, за бетоные и железобетонные конструкции - Научно-исследовательский, проектно¬конструкторский и технологический институт бетона и железобетона и т. д.
Также должна проводиться работа с крупными строительными компаниями и эксплуатирующими организациями, которые, собственно, и являются потребителями этих решений. Они могут и должны создавать корпоративные BIM/ГИС системы в координации и сотрудничестве с выделенными государственными структурами и организациями.