Глава II . Методология применения информационных систем, технологий в моделировании и организации архитектурного проектирования

2.1 Место информационных систем и технологий в современном архитектурном проектирование

2.2 Системы графического ввода/вывода информации в архитектурном проектировании

2.2.1 Разработка чертежей объекта

2.2.2 Формообразование

2.2.3 Параметрическое проектирование

2.2.4 Генплан, инфраструктура, благоустройство территории

2.2.5 Конструкции

2.2.6 Инженерные сети, оборудование

2.2.7 Экономика архитектурного проектирования

2.2.8 Визуализация, рендеринг

2.2.9 Мультимедиа, анимация

2.2.10 Интерактивная модель

2.3 Системы анализа архитектурного проектирования

2.3.1 Устойчивое развитие города, территории здания, сооружения

2.3.2 Геофизика зданий

2.3.3 Управление зданием

2.3.4 Алгоритмы градостроительства

2.4 Системы организации информационного процесса архитектурного проектирования

2.4.1 Информационные системы обеспечения градостроительной деятельности (ИСОГД)

2.4.2 Информационные системы организации архитектурного проектирования

Выводы

 

Глава III. Применение информационных систем, технологий в моделировании и организации архитектурного проектирования

3.1 Геоинформационный паспорт здания (главный учебный корпус Тихоокеанского государственного университета)

3.2 Создание теоретической базы для дальнейшей апробации ГИП

Выводы

 

Заключение

 

Список русских источников

 

Список иностранных источников

 

Список русскоязычных электронных источников

 

Список иностранных электронных источников

 

Приложение

 

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования. «Компьютерное проектирование» ‑ нейтральный, универсальный и широко значимый термин. На практике же применяется масса понятий: машинная графика, компьютерная графика, САПР (в многочисленных вариациях), BIM, BLM, виртуальная реальность и т.п.

Обучение современного молодого проектировщика начинается знакомством с этими понятиями.

Человек – это его окружение. Так или иначе «окружение» влияет и формирует среду человека. Все чаще в наше время этим окружением являются машины, механизмы, техника, и различные системы. Их присутствие незаметно заставляет нас думать в определенном направлении.

Меняется время – ускоряется темп и частота «проектных потоков», меняются требования проектирования – с каждым годом в геометрической прогрессии растет объем информации, необходимой для реализации проекта, постоянно видоизменяется документооборот, связанный с проектированием, получением разрешений на строительство, а также эксплуатацией здания или сооружения.

Современные люди находятся в постоянной погоне за экономией времени.

Поиск «идеальной системы», группы систем проектирования, решающих большинство вопросов, объединяющих специалистов и все смежные области проектирования. Этим проблемам посвящено данное научное исследование.

Технология – основа удивительных экономических перемен[1]. Причина этого в том, что технологии развиваются и воссоздают все большее количество техники.

Посмотрим на инновационный процесс: технологическая инновация состоит из трех стадий, связанных вместе в самовозобновляющийся цикл. Во-первых, имеется созидательная, осуществимая идея. Во-вторых, ее практическое применение. В-третьих, ее распространение в обществе. Процесс завершен, круг замкнулся, когда распространение технологии, воплощающей новую идею, в свою очередь помогает генерировать новые.

Новые системы и технологии – это источники свежих созидательных идей. Так в ближайшие годы прошло переосмысления процесса эскизирования, рождения идеи будущего здания или сооружения, процесса проектирования, процесса строительства, процесса контроля, управления зданием и прочих процессов.

К тому же, важно осознавать, что технологические инновации – это не просто сочетание и перестановка машин и технологий. Новые технологии предполагают новые решения социальных, функциональных, даже личных проблем. Технологии изменяют все интеллектуальное окружение человека и его мировоззрение.

Компьютер вызвал бурю новых идей о человеке как взаимодействующей части более крупных систем, о его физиологии, о том, как он учится, запоминает, принимает решения. Практически каждая научная дисциплина, в том числе – архитектурное проектирование, была затронута волной образных гипотез, вызванной изобретением и распространением компьютера, и его влияние еще не исчерпано.

В процессе проектирования компьютер и «современный зодчий» стали органически связаны друг с другом на всех этапах процесса, на пути создания высокопрофессионального произведения. Автор убежден, что в дальнейшем эта связь лишь упрочится.

Теоретическая база исследования. Фундаментальные работы по истории, организации и методологии архитектурного проектирования, выполненные В. Л. Глазычевым[2], Б. Г. Бархиным[3], И. А. Казусь[4] – стали теоретической основой для исследований.Системные методы архитектурного проектирования автор рассмотрел на основе работ (JI. H. Авдотьина[5][6], К. Александера[7], Б. Г. Бархина, С. Врона[8], Э. П. Григорьева[9][10][11][12], Е. П. Костогаровой[13], B. C. Нагинской[14], Н. Негропонте[15][16], А. Шимски[17][18]).

Развитие информационных технологий положило началу использования и исследований в архитектурном проектировании. Эти проблемы исследуются в работах Л. Н. Авдотьина, А. Асановича, С. Вроны, Ч. Истмана[19][20], В. Мичеля[21][22], B. C. Нагинской.

Моделирование пространственных форм рассматривается в работах Д. Госсарда[23][24], Ж. Монедеро[25], И. Е. Шаттерланда[26],автоматизированное производство моделей – в работах Дж. Брина[27][28], В. Мичела[29], А. Симондети[30]. Исследуются возможности использования информационных систем и технологий в творческом процессе (Б. ван Беркель[31], Ф. О. Джери[32], Р. Гленвилл[33][34], М. Гросс[35], Е. Ду[36], А. Леушер[37], К. Терзидис[38]). Появляются работы, посвященные информационным системам и формообразованию (Ж. П. Дуарте[39], Р. Кравчук[40], В. Мичел, Ц. Соду[41][42][43], Г. Стини[44], Дж. Фрейзер[45]).

На рубеже ХХ и XXI веков появляется виртуальная реальность. На практике начинается применение в военных тренажерах (различного рода авиасимуляторы), спустя некоторое время в компьютерных играх, и наконец, в области архитектурного проектирования. Исследования технической стороны вопроса (К. Ларсон[46]), исследования пространства, как среды творчества (Р. Г. Альварадо[47][48], Б. Ляурель[49], Т. Мейвер, Н. Негропонте), исследования практических внедрений технологии виртуальной реальности (Д. Альяксеу[50], Д. Донат[51]). Малое количество исследований объясняется чрезвычайно высокой стоимостью содержания лабораторий.

Накопленный теоретический материал и современные работы по внедрению информационных систем и технологий в практику и организацию архитектурного проектирования могут служить базой для создания комплекса компьютерных приложений архитектурного проектирования.

Цель настоящего исследования заключается в выявлении структуры применения информационных систем, технологий для моделирования и организации процессов архитектурного проектирования. Автор диссертации ставит цель – разработать комплекс взаимосвязанных методологических, теоретических и практических компьютерных приложений по архитектурному проектированию, адекватных развитию современных компьютерных средств проектирования, на локальном уровне.

Объект исследования. Информационное моделирование и организация процессов архитектурного проектирования.

Предмет исследования. Структура применения информационных систем и технологий в процессах архитектурного проектирования.

Границы исследования. В течение последних 20 лет эволюция и изменения информационных систем и технологий коренным образом изменили архитектурное проектирование. Функции аналитических и количественных вычислений дополнились новыми средствами анализа, восприятия и формообразования, генерированием динамических изображений, созданием анимации, возможностью моделировать мир в виртуальной реальности и прочим.

Временные границы исследования. Организация архитектурного проектирования в России с XVI по XX вв. Современные тенденции XXI в. ведения, обеспечения и поддержки архитектурного проектирования информационными системами и технологиями в России.

Территориально-пространственные границы исследования. Исследования в рамках первой главы охватывают этапы формирования Российского государства, как следствие, исторические границы территории России. Во второй и третьей главах помимо реального мира и территорий стран, в которых осуществляется применения программного обеспечение, исследуется моделирование и организация АП в виртуальной среде.

Технические границы исследования. Технические границы исследования в диссертации включают классы информационных систем: CAD, CAE, AEC, BIM. Поразительный прогресс вычислительной техники и ее бурное развитие за последние десятилетия указывают на исключительную роль компьютеров, которые с одной стороны выступают как средство поддержки проектного процесса, а с другой – как посредник, резко повышающий эффективность интеллектуальной деятельности человека.

Сказанное выше определило место компьютерной технологии в настоящей работе. Проблемы развития компьютерной техники рассматриваются с точки зрения их влияния на организацию архитектурного проектирования.

Задачи исследования заключаются в следующем:

1. Изучить российский опыт организации архитектурного проектирования.

2. Изучить предпосылки и историю возникновения систем CAD, информационного моделирования зданий (BIM), управление жизненным циклом проекта (PLM), жизненным циклом здания (BLM) и прочие информационные системы.

3. Разработать теоретические и практические компьютерные приложения для ведения архитектурного проектирования на локальном уровне.

Научная гипотеза. Архитектурное проектирование – это система взаимодействия различных профессий. Целостность этой системы на современном уровне будет означать достижение высокой степени структурной организованности в соответствии с внутренним содержанием всего механизма взаимодействий.

Существующий тип организации архитектурного проектирования в России никем не определен как оптимальный. Он существует уже настолько долго, что специалисты, последовательно вступающие в организационное взаимодействие, воспринимают его как данность.

При этом, по существу, давно сложилась практика частных корректировок организации проектирования, основанных на так называемом обобщении опыта – собственного и подобных организаций – и попытках его заимствования из других видов деятельности.

Разрыв между формальной организацией архитектурного проектирования в системе институтов, мастерских, бригад и групп и богатством практики, приводящий к нарушению формальных норм, разрыв между номинальным распределением обязанностей и повседневной практикой (не говоря уже о новых, нетривиальных задачах) не является ни для кого секретом. Точно так же ни для кого не секрет, что наряду с формальной организацией архитектурно-проектного процесса существует скрытая, неформальная организованность, основанная в большей степени на нормах, возникающих в меж человеческих отношениях, нежели в формальных нормах.

Традиционные средства архитектурного проектирования, мало изменившиеся со времен Витрувия, все чаще оказываются недостаточными, но так как практические проектные задачи решаются при хроническом недостатке времени, эти старые средства продолжают использовать вместо новых, что резко тормозит развитие деятельности.

Гибкость современного компьютерного обеспечения, в частности второго десятилетия XXI века, применяемого в проектировании, способствует разработке новых методов и технологий, которые в свою очередь, отталкиваясь от традиционной архитектуры, способствуют проведению исследований в смежных дисциплинах. Геофизика зданий, вариантное проектирование, градостроительство, инженерные сети, конструкции зданий и сооружений, ландшафтное проектирование, виртуальная архитектура и прочие.

С развитием архитектурной среды, с увеличением числа объектов, с расширением типового состава объектов, с усложнением функций, в архитектурном проектирование появляется необходимость комплексного изучения подходов к компьютерному проектированию, моделирования и организации процессов проектирования, с точки зрения новых методологических и технических возможностей, имеющихся в распоряжении современных архитекторов.

Методология. Методологической основой работы является общенаучный диалектический метод познания и вытекающие из него подходы: исторический и логический, качественный и количественный, феноменологический и сущностный, единичный и обобщенный.

Основными методами при написании исследования являются ряд визуальных методов, таких как: графический анализ, моделирование, картографирование, визуализация, геофизические расчеты и прочие. Также для достижения результата применяются другие теоретические методы-операции: анализ и синтез, абстрагирование и сравнение, конкретизация и обобщение, формализация, идеализация, аналогия.

В диссертации осуществляется последовательный переход от общетеоретического анализа накопленного багажа знаний в области организации архитектурного проектирования, методологии систем автоматизированного проектирования и далее – к теоретико-практическому использованию полученной структуры системы для обеспечения архитектурного проектирования.

Автор проводит свои исследования новых компьютерных способов проектирования, изучив опыт работы, разработок, программного обеспечения и исследований различных фирм и корпораций (Autodesk, Bentley System, Graphisoft, Tekla Corporation, Nemetschek, Aveva, VICO Software, Cadsoft Corporation, Synchro Ltd и прочие).

Научная новизна обусловлена предметом и целью диссертационного исследования. Впервые проведен комплексный анализ использования информационных систем и технологий в организации и моделировании архитектурного проектирования на локальном уровне (на примере главного корпуса и студенческого городка ТОГУ), с точки зрения применения компьютерных технологий поддержки архитектурного проектирования. В результате исследования была предложена схема эволюции организации проектирования, обусловленная развитием компьютерной техники, выявлена современная тенденция к созданию геоинформационных паспортов для объектов и сооружений в архитектурном проектировании и разработана ее практическая реализация.

Практическое значение работы. Полученные материалы могут быть использованы в моделировании, организации и управлении объектами архитектуры и градостроительства.

Апробация работы. Ключевые положения исследования были представлены в 2-х публикациях и 2-х докладах: на международном форуме «Новые идеи нового века», 2012, ТОГУ, Хабаровск, а также на Межуниверситетском семинаре в Хабаровске «The 17th Inter-University Seminar on Asian Megacities 2012».

Материалы исследования использовались при разработке и создании геоинформационного паспорта главного корпуса и студенческого городка Тихоокеанского государственного университета в г. Хабаровске.

Структура работы. Содержание диссертации изложено во введении, трех главах и заключении. Текст содержит ссылки на иллюстрации, таблицы и диаграммы, приводимые в приложениях.

В первой главе рассмотрен опыт организации процессов архитектурного проектирования. Рассмотрено состояние вопроса в России. Факторы и уникальные условия, повлиявшие на уклад организации исследуемых процессов, в том числе, подробно ‑ послереволюционный и послевоенный периоды. Проведен анализ всех возможных вариантов систем, элементов и связей, наиболее часто используемых на практике.

Во второй главе рассмотрено развитие компьютерной технологии, определяется последовательность эволюции кибернетики, электроники и информатики, их инструментов и арсенала проектных средств в истории развития архитектурного проектирования.

Исследуются компьютерные программы формализации проектного процесса, которые должны помогать в рутинных работах (хранение и управление информацией, выполнение расчетов, генерирование стандартных решений, выполнение разного вида чертежей и графических изображений).

Исследуются компьютерные программы для моделирования и визуализации.

Проводится анализ программ семейства CAD и эволюция до уровня программ семейства BIM. Исследованы возможные варианты работы, элементов и связей со смежными программами наиболее часто используемых на практике.

В третьей главе на основе материала первых двух глав, в итоге всей проделанной работы, представлен авторский проект, разработка программного обеспечения. Этот проект синтезирует полученные в ходе исследования знания.

Объективность полученных теоретических выводов обеспечена такими критериями оценки как: предметность, полнота, непротиворечивость и достоверность, подкрепленная фактами.