Введение 4
Глава 1 Информационное моделирование зданий 8
1.1 Понятие информационной модели здания 8
1.2 Сбор исходных данных для информационной модели при
проектировании новых зданий 13
1.3 Создание информационной модели ранее построенных объектов 15
1.4 Нормативная основа информационного моделирования зданий в
Российской Федерации 18
1.5 Инструменты для сбора пространственных данных ИМЗ 20
1.6 Программное обеспечение для обработки исходных данных при
информационном моделировании объектов 28
1.7 Область применения технологии. Экономическая эффективность
внедрения ИМЗ. Информационное моделирование и концепция устойчивого развития 33
1.8 Примеры использования технологии ИМЗ 35
1.9 Примеры использования технологии ИМЗ в России. Степень внедрения 40
Глава 2 Программное обеспечение для создания ИМЗ 46
2.1 Программный комплекс Autodesk 46
2.2 Программное обеспечение Autodesk Revit 49
2.3 Программное обеспечение Bentley Systems 52
2.4 Программное обеспечение GRAPHISOFT. ArchiCAD 54
2.5 Программное обеспечение Renga Software 55
2.6 Сравнение основных характеристик программ для ИМЗ 57
Глава 3 Применение технологии информационного моделирования к зданию кафедры астрономии и космической геодезии Казанского университета 59
3.1 Объект моделирования. Основные этапы создания ИМЗ 59
3.2 Построение геодезического обоснования информационной модели
здания КАиКГ. Методы сбора информации об объекте и получение его геометрических характеристик 61
3.3 Построение модели фасада здания в программном обеспечении Autodesk
Revit 2017. Создания модели объекта объединением ИМЗ его отдельных частей 65
3.4 Создание информационной модели в других программах 72
3.5 Оценка достоверности модели и возможность ее дальнейшего
использования 76
Заключение 78
Список использованных источников 81
Список принятых сокращений 85
На рубеже тысячелетий в истории человеческой цивилизации произошел очень важный качественный переход от аналоговых технологий к цифровым, оказавший влияние практически на все сферы человеческой деятельности. В стороне не осталось строительство зданий и сооружений. Желание архитекторов и инженеров-проектировщиков применить новые компьютерные технологии в своем деле привело к появлению концепции информационного моделирования зданий и сооружений (ИМЗ).
В начале двадцать первого века новый подход в проектировании начал активно развиваться во всем мире. В настоящее время использование ИМЗ внедряется в проектно-строительную отрасль Российской Федерации. Разрабатываются соответствующие нормативные документы. Уже появились компании предлагающие услуги информационного моделирования при проектировании и строительстве. Известны примеры успешного использования ИМЗ в России (наиболее яркие из них будут рассмотрены в настоящей работе).
При проектировании, возведении зданий и сооружений геодезия играет одну из главных ролей. В первом случае в результате инженерно-геодезических изысканий проектировщики получают информацию о топографических особенностях местности, крайне важную при планировании территории будущей застройки. Во втором случае только геодезические методы способны обеспечить строгое соблюдение проектной геометрии возводимых объектов, то есть, соответствие реального здания или сооружения его проекту с допусками, установленными техническим заданием.
Таким образом, вследствие активного внедрения ИМЗ в строительную отрасль у геодезистов возникает необходимость изучения основ информационного моделирования и соответствующих технологий сбора пространственных данных для того, чтобы по-прежнему выполнять свою важную функцию в процессе строительства.
Целью данной работы является изучение технологии информационного моделирования зданий и сооружений, основных методов сбора пространственных данных для последующего моделирования и создание информационной модели в различных программных продуктах здания кафедры астрономии и космической геодезии Института физики Казанского федерального университета (в прошлом - Казанской городской астрономической обсерватории).
Это здание выбрано не случайно в качестве объекта моделирования. Во - первых, Городская астрономическая обсерватория - памятник архитектуры эпохи Классицизма и одновременно часть истории Казанской астрономической школы. Во-вторых, в настоящее время, объект активно эксплуатируется в составе учебных корпусов Казанского университета. На кафедре ежедневно занимается большое количество студентов, ведутся научные исследования по геодезии и астрономии. Следовательно, сделанный выбор, позволяет наиболее ярко показать преимущества технологии ИМЗ для уже построенных и активно эксплуатируемых зданий, которые в тоже время представляют культурно-историческую ценность.
Исходные пространственные данные, используемые в работе, были получены различными способами.
Исходные облака точек лазерного сканирования были предоставлены одним из сотрудников кафедры - доцентом, кандидатом физико¬математических наук, Ренатом Вагизовичем Загретдиновым. Сканирование здания кафедры было выполнено, благодаря участию фирмы производителя геодезического оборудования - компании Trimble, которая активно сотрудничает с учебными заведениями.
Плотное облако точек, созданное по результатам обработки фотограмметрической съемки, получено и предоставлено студентом кафедры Д.Х. Галимовым.
Обмерные чертежи выполнены коллективом студентов: М.В. Масловой, М.Р. Садыковым, С.Г. Шерером, И.И. Шарафеевым, Д.Х. Галимовым.
Координаты пунктов геодезического обоснования, создаваемой модели, и опорных точек для фотограмметрии были определены и предоставлены студентом Н.А. Порфирьевым.
В первой главе выпускной квалификационной работы подробно рассмотрена концепция информационного моделирования зданий. Рассмотрены примеры использования ИМЗ при строительстве новых и реконструкции существующих объектов, в том числе и в РФ. Приведен перечень нормативных документов по ИМЗ. Описаны сферы применения ИМЗ и степень внедрения данной технологии в России.
Поскольку технология информационного моделирования неразрывно связана с программным обеспечением, в котором строится модель, и выполняются расчеты, изучение ИМЗ можно свести к освоению соответствующей программы. Поэтому вторая глава работы посвящена обзору наиболее известных программных продуктов для создания ИМЗ. Особое внимание уделено продуктам компании Autodesk - мирового лидера по производству ПО для проектирования. Кроме того, названная компания предоставляет студентам и преподавателям высших учебных заведений бесплатные лицензии на свое программное обеспечение.
В третьей главе рассказано о создании информационной модели фасада здания кафедры астрономии и космической геодезии в ПО Revit Architecture 2017. Описан способ создания модели целого объекта из моделей отдельных его частей, построенных в отдельных проектах. Рассмотрена возможность информационного моделирования здания в программных продуктах других производителей.
В заключительном параграфе выполнена оценка достоверности созданной модели здания Казанской городской астрономической обсерватории. Отмечены возможные перспективы ее дальнейшего использования.
В результате выполнение выпускной квалификационной работы изучены теоретические основы информационного моделирования зданий и сооружений. Рассмотрены основные аспекты и примеры использования данной технологии. Выполнен обзор наиболее распространенного ПО для создания ИМЗ.
Исследованы основные методы сбора пространственных данных, необходимых для создания геометрической составляющей ИМЗ, такие как лазерное сканирование и фотограмметрическая съемка.
Лазерное сканирование - более надежный прямой, высокоточный и простой метод сбора пространственных данных об объекте моделирования. Требует меньших вычислительных ресурсов, чем фотограмметрия. Но высока стоимость используемого оборудования - сканирующих электронных тахеометров и лазерных сканеров (от, порядка, 1 млн. рублей).
Фотограмметрический метод - косвенный - облако точек создается по результатам обработки фотоснимков объекта. Точность и надежность существенно зависят от свойств поверхности объекта и освещенности. Наличие препятствий (деревья, фонарные столбы, иные посторонние объекты, обойти которые во время съемки нет возможности) - более существенно для данного способа, чем для лазерного сканирования. При этом стоимость комплекта оборудования гораздо дешевле. Метод требует более тонкой постобработки, занимающей больше времени и требующей значительных вычислительных мощностей.
Время на выполнение измерений и трудозатраты для обоих способов соизмеримы.
Освоено следующее программное обеспечение:
1. Autodesk Revit Architecture;
2. Bentley Systems;
3. ArchiCAD;
4. Renga Software.
Построена модель фасада здания кафедры астрономии и космической геодезии Института физики Казанского федерального университета в ПО Revit Architecture 2017.
Получена совместная модель всего здания Казанской городской астрономической обсерватории объединением проектов, выполненных коллективом студентов кафедры астрономии и космической геодезии, работавших над созданием ИМЗ здания кафедры в рамках своих выпускных квалификационных работ.
Сделаны модели одной и той же части здания КАиКГ в программах ArchiCAD и Renga Software с целью сравнения возможностей различного ПО при информационном моделировании.
Достоверность созданных моделей подтверждена путем сравнения размеров отдельных элементов, определенных в каждой модели с результатами натурных измерений этих же элементов. Предельные отклонения не превысили 1 см, что говорит, как о высоком качестве исходного пространственного материала (лазерное сканирование), так и о значительной степени достоверности моделирования.
В перспективе, после некоторой доработки - насыщения новой информацией - полученная информационная модель здания кафедры астрономии и космической геодезии может быть использована:
1. Для виртуальной консервации текущего архитектурного облика объекта культурно-исторического наследия - Казанской городской астрономической обсерватории, как памятника эпохи архитектуры Классицизма и развития астрономии и геодезии в Казанском университете и городе Казани. В результате , всегда можно будет восстановить внешний исторический вид и внутренний интерьер здания.
2. В случае капитального ремонта, реконструкции, реставрации, замены инженерных сетей внутри здания и на прилегающей к нему территории.
3. Как источник различных чертежей, планов, разрезов, иной документации необходимой эксплуатирующим организациям.
4. Для оптимизации обслуживания объекта и основных его функций.
5. Для более эффективного соблюдения правил организации рабочего места студентов, преподавателей и научных сотрудников с точки зрения охраны труда.
6. Повышения энергоэффективности, уменьшения теплопотерь, улучшения экологических характеристик здания.
7. Для других, предусмотренных концепцией ИМЗ целей.
Можно надеяться, что начатые исследования будут продолжены. Зародившаяся в работах студентов кафедры астрономии и космической геодезии Казанского университета информационная модель продолжит свое существования. Будет развиваться в качественном отношении, вбирая в себя новую информацию, и все больше соответствовать описанному в настоящей работе определению информационной модели. Будет существовать, и развиваться вместе со зданием кафедры и послужит хорошим инструментом для лучшей организации и управления жизненным циклом объекта.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
