Твердотельное моделирование

Автоматизация архитектурного проектирования

Концептуальное проектирование

Компьютеры кардинально изменили процесс проектирования — от сбора исходной информации до выпуска рабочих чертежей. И все-таки есть одна область, где разработчики компьютерных систем архитектурного проектирования пока не достигли значительных успехов, — эскизирование. Увы, программисты еще не придумали подходящей схемы, которая смогла бы заменить привычную — карандашом на бумаге — технику для самой начальной, поисковой стадии проекта.

Двадцать лет назад первые системы CAD специализировались на создании двухмерных чертежей. Реализация графических нормативов, стандартной символики, условных обозначений и произвольный масштаб чертежа — вот и все преимущества той компьютеризации. В 80-х годах, когда снижение себестоимости аппаратного обеспечения положило начало эпохе персональных компьютеров, CAD-программирование вступило в качественно новый этап развития. Современные мощные системы позволяют создавать сложные трехмерные модели, включая качественную визуализацию, без специальной технической подготовки.

Но независимо от того, насколько хорошо архитектор знаком с новыми технологиями, он по-прежнему начинает проектирование старым добрым «дедовским» способом, предпочитая удобному интерфейсу и тактике feedback клочок бумаги. А ведь пройдет немного времени — и вполне вероятно, что чертежи, выполненные вручную, можно будет встретить разве что среди «раритетов» Измайловского вернисажа.

Как правило, программы, эффективные в процессе проектирования, не обладают достаточным набором примитивов для поиска концептуальной идеи. И наоборот, тот же хорошо знакомый всем AutoCAD содержит все необходимые для эскизирования предпосылки, но перенос процесса с бумаги на монитор почти не сокращает времени, затраченного на разработку эскиза, по причине сложного интерфейса.

Независимо от программных ограничений компьютерное оборудование тоже не может не вызывать претензий со стороны пользователя, пытающегося разрабатывать на нем концепцию проекта. Мышь неудобна для рисования, а дигитайзер, кажущийся более привычным, нарушает координацию: рисуешь на столе, но смотришь на монитор. Гораздо удобнее было бы рисовать прямо на экране.

AutoCAD и Microstation, две наиболее популярные среди архитекторов программы, продвигая технологию freehand, позволяют разрабатывать концептуальный проект. Однако, эскизы, созданные в них, не предусматривают дальнейшей проработки во время последующего проектирования. Для этого значительно больше подходят растровые программы, такие как Adobe Illustrator и Macromedia Freehand, чем векторные CAD.

AllPlan, немецкий CAD, обходит эту проблему. Эскизирование в AllPlan можно считать действительно революционным: схематичный рисунок пользователя при помощи курсора легко преобразуется в четкие геометрические линии, прямоугольники, эллипсы и т.д. Пользователь делает черновой набросок, оставляя на долю компьютера «грязную» работу по точному размещению. К сожалению, удобство на поисковой стадии проекта — недостаточно убедительная причина для ухода из привычной среды проектирования.

Большинство производителей CAD продолжают игнорировать поисковый этап проектирования, но делают большие успехи в концептуальном моделировании. Универсальность форм, твердотельное моделирование — архитектор, несомненно, выигрывает благодаря трехмерному проектированию. Но недостаток специфичных архитектурных команд может препятствовать этому.

С другой стороны, программы, изначально предназначенные для архитектурного моделирования, такие как ConceptCAD (Virtus Corporation), позволяют устанавливать твердотельные объемы в любом из шести двухмерных видов или в трехмерном. Здесь можно создавать каждый из элементов в любой проекции. Это просто и удобно даже для новичка. Автоматический контроль за третьей координатой и пересечением различных объемов, легкая навигация по модели дают право считать ConceptCAD хорошим программным обеспечением, обреченным, однако, на узкий круг потребителей по причине нестандартного файлового формата.

В то время как Autodesk и Bentley пропагандируют единственное построение трехмерной модели, из которой автоматически генерируются двухмерные чертежи, они одновременно совершенствуют свои последние предложения для концептуального моделирования, едва касаясь плоского эскиза.

Архитектурное приложение TriForma (Bentley) включает инструментальные средства для создания и обработки абстрактных твердотельных форм, что особенно полезно при переходе из двухмерного концептуального поиска в объемную модель, а использование специфических примитивов (окна, двери, стены, колонны и др.) ускоряет процесс проектирования. Поняв бессмысленность назначения формальных характеристик (материал, стоимость и т.д.) на стадии концептуального дизайна, Bentley перенесла процесс назначения атрибутов в последующие стадии работы.

AutoCAD Architectural Desktop, нацеленный на ту же аудиторию и обеспечивающий небольшую поддержку для поискового рисунка, включает слишком много команд. Программа, как и TriForma, является надстройкой над базой и лишь привносит в систему специфические новые меню.

Несмотря на все старания постоянных участников рынка СAD-производителей, инструментальные средства для концептуального двухмерного проектирования нежизнеспособны. И пока производители не почувствуют необходимости эскизной стадии проекта, карандаш и бумага останутся предпочтительными инструментами.

Организация проекта

Строительная индустрия — одна из крупнейших мировых отраслей промышленности и в то же время одна из самых трудоемких. Любой, даже небольшой строительный объект создается целым рядом специалистов из различных областей: архитекторами, конструкторами, инженерами, строителями, подрядчиками, субподрядчиками и пр. Во время работы над проектом все эти люди находятся в «плавающей» зависимости друг от друга. Традиционная инженерная документация (чертежи, сметы и т.д.) здесь служит посредником в обмене информацией между участниками архитектурного проекта. Компьютер, несомненно, ускоряет процесс производства чертежей, но зачастую не обеспечивает организацию проектного процесса в целом.

Уже не за горами время, когда и российский архитектор сможет напрямую получать необходимую информацию от изготовителя, не отвлекаясь от рабочего процесса: выбирать и непосредственно заказывать необходимые материалы, оборудование, мебель и фурнитуру через Интернет. Это не только упростит процесс проектирования, но и предоставит разработчику больше времени для творчества.

Решение проблемы организации проекта стало одной из концептуальных основ при создании нового архитектурного информационно-программного обеспечения, разрабатываемого компанией BricsNet. BricsNet.com — это своего рода электронная среда, созданная командой архитекторов и инженеров для координации работы между смежниками посредством Интернета. Программные приложения BricsNet, инструментальные средства сотрудничества, промышленные новости и ресурсы, информационные форумы и дискуссии предназначены для удовлетворения нужд второй по величине отрасли мировой экономики — строительства, а также для соответствия требованиям конкретной проектной группы.

Новаторское предложение компании — архитектурное программное приложение BricsNet Architect работает в стандартном файловом формате DWG.

BricsNet Architect предоставляет возможность создания полного комплекта чертежей и позволяет эффективно руководить проектом благодаря встроенной системе управления. Пользователь выбирает нужный проект, создает или импортирует новый. Существует также понятие эталонного (Template) проекта, используемого как исходная база данных.

В базе данных проекта хранится вся сопутствующая информация: данные о руководителе проекта, заказчике, разработчиках, а также переменные и установочные параметры.

Другим важным моментом является унификация проектных решений. BricsNet Architect позволяет использовать уже разработанные в предыдущих проектах удачные объемные и расчетные решения.

Большие архитектурные модели, как правило, не создаются на одном компьютере — над ними работает целый коллектив разработчиков. BricsNet Architect содержит инструменты, позволяющие планировать и обеспечивать широкие возможности редактирования в нескольких моделях одновременно, например: назначать и менять уровень пола или материальные признаки форм. Все файлы проекта, даже простые чертежи, нуждаются в целом комплексе ресурсов и зависят от доступности баз данных. Поэтому вся информация помещается в отдельную директорию, образуя дерево проекта. Доступность переменных и установочных параметров через приложения Microsoft создает возможность редактировать проект из внешней базы данных.

Твердотельное моделирование

Трехмерное моделирование бывает поверхностным и твердотельным. BricsNet Architect использует твердотельное (solid) моделирование. Чтобы легче понять разницу между твердотельным и поверхностным моделированием, можно мысленно разрезать пополам мячик для пинг-понга и бильярдный шар. Образно говоря, первый, полый шарик будет представлять собой поверхностную модель, а второй, сплошной — твердотельную.

Первые твердотельные системы работали, используя сложение, вычитание и пересечение объемных геометрических примитивов: параллелепипедов, сфер, призм, цилиндров. С помощью этих булевых операций создается достаточно сложная геометрическая модель. Однако трудозатраты при этом крайне велики, а возможности редактирования объекта низки. Например, если вы создали в форме отверстие не того диаметра, то необходимо заполнить отверстие сплошным цилиндром, а затем вырезать в нем новое. Если с этим отверстием пересекались другие, то все эти пересечения пропадут и их необходимо будет строить заново.

Современные системы твердотельного моделирования основаны на конструктивных особенностях. Солид позволяет редактировать форму на любой стадии и в любом месте. Таким образом, если вернуться к примеру с неправильным отверстием, нужно просто выбрать это отверстие и изменить его параметры.

Существует несколько способов формирования твердотельной модели. Все примитивы, составляющие модель, связаны между собой геометрическими отношениями и булевыми связями. Сами примитивы получаются различными способами перемещений образующей линии или замкнутого контура по направляющей. Рассмотрим примеры: тела вращения могут быть получены вращением образующей линии вокруг оси, параллепипеды, призмы — перемещением контура вдоль направляющей. Один и тот же примитив может быть получен различными способами, в зависимости от того, что используется в качестве оси или направляющей. Сложные тела произвольной формы могут быть получены совокупностью перемещений нескольких образующих по нескольким направляющим.

В BricsNet Architect принята следующая схема продвижения проекта: плоский эскиз воплощается в трехмерной модели. В качестве примитивов используются стены, крыши, окна, двери, перекрытия и др. Специфические элементы строятся либо посредством выдавливания плоского эскиза, либо сразу в трехмерном виде. Установка связей между элементами автоматическая, причем при последующем перемещении одного из элементов связь сохраняется.