История развития BIM
В последнее время информационное моделирование зданий (BIM) наделало много шума в строительной отрасли. Последние два года все восторгаются BIM на строительных выставках. Это было модным словом, и многим оно может показаться новым, но на самом деле идеи и технологии, лежащие в основе BIM, развивались более пятидесяти лет.
Концепция BIM не приписывается одному человеку, а представляет собой богатую историю инноваций из США, Центральной и Северной Европы и вплоть до Японии. Также интересно отметить, что часть истории BIM связана с холодной войной. Все эти увлекательные истории сводятся к гонке за создание идеального решения для совместной работы, которое изменит рабочий процесс 2D CAD.
Что такое BIM?
Программное обеспечение BIM способно представлять физические и внутренние свойства здания в виде объектно-ориентированной модели, привязанной к базе данных. Большинство современных BIM могут визуализировать механизмы, оптимизировать программную среду для конкретных функций для создания компонентов модели и стремиться сделать больше.
Современные модели BIM представляют собой 3D-модели с 2D-планами, на которых есть разрезы и фасады. По мере развития инфраструктурного проекта чертежи проекта и изменения соответствующим образом корректируются при каждом изменении модели. Информационная модель здания может быть разработана в программном обеспечении, которое может быть или не быть параметрическим. Параметрический – это процесс, основанный на алгоритме, который позволяет выражать правила, они вместе определяют, кодируют и уточняют взаимосвязь между проектным замыслом и дизайном.
Параметрическое что?
Параметрическое моделирование позволяет создавать ограничивающие функции, такие как высота горизонтального уровня, которые затем могут быть связаны с высотой определенного набора стен, параметрически скорректированных друг с другом. Это создает динамическую модель базы данных с привязкой к геометрии. Эта эволюция дала решение проблемы отсутствия вычислимой информации.
Параметрическое моделирование позволило отрасли изменять чертежи в различных масштабах и на фрагментированных чертежных листах – количество часов, необходимых для ручной перерисовки, со временем неуклонно сокращалось.
Использование компьютерных технологий автоматизировало объемные задачи во всех дисциплинах, тем самым значительно повысив производительность. В первые дни BIM был скорее фигурой речи, чем реальной технологией – компьютерные ограничения и странные пользовательские интерфейсы для платформ BIM привели к появлению программ 2D-чертежа, таких как AutoCAD и Bentley Microstation. Потребовалось довольно много времени, чтобы включить вычислительную мощность в моделирование дизайна.
Раннее начало BIM
Чтобы проследить историю BIM, мы должны вернуться к началу вычислений и изучить концептуальные основы. Автоматизированное проектирование и автоматизированное производство развивались как две отдельные технологии примерно в одно и то же время, начиная с 60-х годов. В то время никто не предвидел, что CAD в конечном итоге станет мощной силой в индустриальном мире.
В 1957 году доктор Патрик Дж. Ханратти разработал Pronto, первое коммерческое программное обеспечение для автоматизированного производства. Это была технология обработки с числовым программным управлением, которая позже превратилась в автоматизированное производство. Вскоре после этого он увлекся компьютерной графикой и в 1961 году разработал DAC (Design Automated by Computer), которая стала первой системой CAM/CAD, в которой использовалась интерактивная графика и которая была нужна для сложных пресс-форм General Motors. После нескольких неудач, которые в основном были вызваны не популярным языком программирования, Хэнрэтти сказал следующее:
Никогда не создавайте ничего, тесно связанного с конкретной архитектурой. И убедитесь, что вы держите все открытыми для связи с другими системами, даже с вашими конкурентами.
В 1962 году Дуглас С. Энглбарт написал статью под названием «Увеличение человеческого интеллекта». В нем он изложил идею будущего архитектора, предложил объектно-ориентированный дизайн, параметрические манипуляции и реляционную базу данных.
Затем архитектор начинает вводить ряд спецификаций и данных – шестидюймовый плиточный пол, двенадцатидюймовые бетонные стены высотой восемь футов внутри котлована. Когда он закончит, на экране появится исправленная сцена. Формируется структура. Он изучает его, корректирует… Эти списки вырастают во все более детализированную, взаимосвязанную структуру, которая представляет собой зрелую мысль, стоящую за фактическим дизайном.
В то время несколько исследователей дизайна работали над технологией, эквивалентной географическим информационным системам (ГИС). Среди этих исследователей работа Кристофера Александера была примечательна тем, что она повлияла на группу первых ученых-компьютерщиков, которые начали работать над объектно-ориентированным программированием. Однако без графического интерфейса концептуальные основы в то время не могли быть реализованы.
Мечта построить модель
В 1963 году Иван Сазерленд разработал в MIT Lincoln Labs первую систему автоматизированного проектирования (САПР) с графическим пользовательским интерфейсом «Sketchpad». В целом, он стал пионером в области взаимодействия человека с компьютером и крупным прорывом в развитии компьютерной графики.
С точки зрения технологии строительства Sketchpad уступил место программам твердотельного моделирования – вычислительное представление геометрии получило дальнейшее развитие, что позволило отображать и записывать информацию о форме. В 70-х и 80-х годах из этого родились два основных метода: конструктивная твердотельная геометрия (CSG) и граничное представление (brep). Весь процесс проектирования для этого требовал интуитивного подключения к среде проектирования и представлял собой задачу простого управления компьютером.
Сборка базы данных
В 1975 году Чарльз Истман опубликовал статью с описанием прототипа под названием «Система описания зданий» (BDS). На нем обсуждались идеи параметрического дизайна, высококачественных вычислимых 3D-представлений с «единой интегрированной базой данных для визуального и количественного анализа». Статья Истмана в основном описывает BIM в том виде, в каком мы его знаем сейчас.
Истман разработал программу, которая давала пользователю доступ к сортируемой базе данных – информация может быть извлечена категорически по атрибутам (включая материал и поставщика); он также использовал графический интерфейс пользователя, орфографический и перспективный виды. BDS был одним из первых проектов в истории BIM, который успешно создал эту базу данных здания; в нем описаны отдельные элементы библиотеки, которые можно извлечь и добавить в модель.
Истман пришел к выводу, что BDS повысит эффективность составления чертежей и анализа и снизит стоимость проектирования более чем на пятьдесят процентов. BDS был экспериментом, который выявил самые фундаментальные проблемы архитектурного проектирования на следующие пять десятилетий. В 1977 году Чарльз Истман создал GLIDE (графический язык для интерактивного дизайна) в лаборатории CMU, и он продемонстрировал большинство характеристик современной платформы BIM.
Наступили 80-е и повсеместно разрабатывалось несколько систем. Они приобрели популярность в отрасли, а некоторые даже применялись в строительных проектах. Это было в 1986 году, когда RUCAPS (действительно универсальная автоматизированная производственная система) использовалась для помощи в реконструкции терминала аэропорта. Это была первая программа САПР в истории BIM, которая использовалась в сборном строительстве (или временном этапе строительства, если вы хотите быть техническим). Он считается предшественником современного программного обеспечения BIM.
На пути к виртуальному проектированию и строительству
В то время как в Соединенных Штатах и Англии, стремительно развивались разработки, один гений вычислений и программирования незаконно перевозил компьютеры Apple через «железный занавес» для разработки программного обеспечения, которое впоследствии изменит ход истории как концепции BIM, так и рынка в том виде, в каком мы его знаем сегодня. В 1982 году Габор Бояр начал разработку ArchiCAD; ему пришлось заложить драгоценности жены, чтобы переправить компьютеры Apple. Используя ту же технологию, что и BDS, Бояр выпустил Radar CH от Graphisoft в 1984 году для ОС Apple Lisa.
Позже в 1987 году он был перезапущен как ArchiCAD, что сделало его первым программным обеспечением BIM, доступным на персональном компьютере. Когда в 1987 году ArchiCAD внедрялся в рамках концепции виртуального здания, примерно в 2000 км к северу, Tekla завершила работу над комбинированной графикой и реляционной базой данных для своей ранней системной версии BIM.
Вернемся к 1985 году. В США компания Diehl Graphisoft разрабатывала Vectorworks, одну из первых программ САПР, программ для трехмерного моделирования и первое кроссплатформенное приложение САПР. Vectorworks был одним из первых, кто представил возможности BIM. В то же время в 1985 г. была основана Parametric Technology Corporation (PTC), которая выпустила Pro / ENGINEER в 1988 г., он считается первым продаваемым программным обеспечением для параметрического моделирования в истории BIM. Выйдя из PTC, Ирвин Юнгрейс и Леонид Райз основали собственную компанию по разработке программного обеспечения Charles River Software.
Дуэт хотел разработать архитектурную версию Pro/ENGINEER, которая могла бы работать с более сложными проектами, чем ArchiCAD. К 2000 году у них была программа под названием Revit, выдуманное слово, которое должно было означать пересмотр и скорость. Revit произвел революцию в BIM, используя механизм параметрических изменений, ставший возможным благодаря объектно-ориентированному программированию, и создав платформу, позволяющую добавлять атрибуты времени.
В истории BIM следует отметить некоторые важные моменты, связанные с разработкой Building Design Advisor в Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли в 1993 году. Это было программное обеспечение, которое выполняло моделирование и предлагало решения на основе модели. В Австралии компания Mapsoft была основана в 1994 году и занималась разработкой недорогого программного обеспечения САПР для проведения геодезических работ. Это проложило путь к miniCAD, первому программному обеспечению САПР для геодезии, которое можно было запускать на портативном компьютере – HP100LX на базе DOS. Он до сих пор используется для Windows, Palm и других карманных ПК старой школы.
Эволюция терминов и определений BIM
Роберт Эйш впервые задокументировал использование термина «моделирование зданий» в опубликованной статье 1986 года. Через несколько лет после этого первое задокументированное использование термина «Информационная модель здания» появилось в статье Г.А. Ван Недервин и Ф. Толман в журнале «Автоматизация в строительстве», декабрь 1992 г.
Развитие культуры сотрудничества
Современная архитектура, инженерия и строительные практики движутся к тенденции сотрудничества. В последнее десятилетие архитектурные файлы интегрируются с файлами инженерных систем. Эта культура сотрудничества повлияла на более крупную отрасль – она постепенно отошла от тендерных контрактов к интегрированной системе реализации проектов, в которой все работают над взаимно доступным набором моделей BIM.
В 1995 году был разработан формат файлов International Foundation Class (IFC), чтобы данные могли передаваться между платформами, что, по сути, делало файл совместимым с различными программами BIM. В 1997 году ArchiCAD выпустила свое первое решение Teamwork на основе обмена файлами. Это произвело революцию в командном сотрудничестве и позволило большему количеству архитекторов одновременно работать над моделью здания.
Обновления в Teamwork, позже, разрешили удаленный доступ к тому же проекту через Интернет и позволили координировать проекты в более широком масштабе. В 1999 году в Японии Онума разрешил виртуальным командам работать над BIM через Интернет и создал систему планирования на основе базы данных, которая проложила путь к будущей беспрепятственной межплатформенной интеграции программного обеспечения и параметрических технологий.
В 2001 году NavisWorks разработала и выпустила на рынок JetStream, программное обеспечение для просмотра 3D-проектов, которое предлагало набор инструментов для навигации по 3D-САПР, совместной работы и координации. JetStream в основном координировал данные различных форматов файлов и позволял моделировать строительство и обнаруживать проблемы. Когда Revit выпустила обновление Revit 6 в 2004 году, это подготовило почву для совместной работы более крупных групп архитекторов и инженеров в одном интегрированном программном обеспечении для моделирования.
По мере того, как Autodesk стремилась быть на вершине игры BIM, она приобрела Revit в 2002 году, NavisWorks в 2007 году, среди других «меньших» систем BIM. В конце 2012 года Autodesk разработала форму. Formit – это приложение, которое позволяет создавать модели BIM на мобильном устройстве.
Текущая практика BIM
Здесь стоит упомянуть несколько игроков BIM. Несмотря на небольшую долю рынка, они оказали огромное влияние на мир дизайна. В 2003 году компания Bentley Systems разработала Generative Components (GC), платформу BIM, ориентированную на параметрическую гибкость и скульптурную геометрию, поддерживающую поверхности NURBS (неоднородные рациональные B-сплайны).
В 2006 году Gehry Technologies выпустила программу Digital Project, аналогичную GC. И Digital Project, и GC произвели революцию в архитектурном дизайне. Эти две платформы в некотором смысле являются революционными, поскольку они могут создавать особенно сложные и провокационные архитектурные формы, прокладывая путь параметризму. Патрик Шумахер ввел термин «параметризм» и движение строительства параметрических архитектурных конструкций в 2008 году. В «Манифесте параметризма» он указал на важность освоения современных платформ BIM (DP и GC) для конкуренции на современной архитектурной сцене.
Его слова:
Нынешний этап развития параметризма связан как с непрерывным совершенствованием сопутствующих технологий вычислительного проектирования, так и с реализацией дизайнером уникальных формальных и организационных возможностей, которые ему предоставляются. Параметризм может существовать только с помощью сложных методов. Наконец, все более широкое распространение получают передовые вычислительные методы проектирования, такие как создание сценариев (с помощью сценариев Mel или Rhino) и параметрическое моделирование (с помощью таких инструментов, как GC или DP). Сегодня невозможно конкурировать на современной авангардной сцене, не овладев этими техниками.
При всей параметристской точке зрения и ценностях «старых торговцев» существует дрейф поколений, который тонко создается технологической интеграцией. Например, дизайнер «начального уровня», знающий основные команды программного обеспечения, может выполнить больше работы, чем опытный архитектор, не знакомый с программным интерфейсом и концепциями.
Поскольку всем этим навыкам и методам можно научиться, архитектурные школы и даже компании-разработчики программного обеспечения проводят специальную подготовку по конкретному программному обеспечению. Быть «устаревшим» как работник – это миф, поскольку всем этим новым технологическим интеграциям можно научиться.
BIM в будущем
Поскольку BIM отмечает не менее 40 лет своей общей концепции и технологии, кажется, что он только что реализовал свой огромный потенциал в области архитектуры, проектирования и строительства. Мы постепенно наблюдаем интеграцию виртуального проектирования и строительства с «практиками устойчивого проектирования, взаимодействием человека и компьютера, дополненной реальностью, облачными вычислениями и генеративным дизайном». Эти тенденции постоянно и быстро влияют на эволюцию BIM. На самом деле это захватывающее время, чтобы жить и быть свидетелем подъема строительных технологий.
