История оптимизации

Кому из практикующих архитекторов не приходилось сталкиваться с ошибками при реализации своего проекта? Попытка найти объяснения сводится к обвинению себя в том, что проектная документация была сделана недостаточно полно. В этот момент появляются «эксперты» BIM, заполонившие форумы: они заверяют, что после перехода в BIM-среду ошибок больше не будет и все пойдет как по маслу.

В этих призывах упущена важная часть процесса: после проектирования в сложнейшем ПО, в 3D или даже 4D, документация по-прежнему попадает подрядчику в виде традиционных чертежей. Из-за резкого скачка в развитии цифровых технологий, которые должны были сблизить проектирование и строительство, разрыв между ними сегодня кажется еще больше — проекты усложняются, а реализация остается на уровне двадцатилетней давности.

Процесс адаптации к использованию виртуальности сейчас только начинается: институты уделяют культуре обращения с софтом все больше внимания, а государственная экспертиза движется в сторону проверки проектов в виде модели, а не в виде альбома чертежей.

Статья Ричарда Гарбера, партнера GRO Architects и автора нескольких книг, посвящена влиянию цифровых технологий — в частности, BIM — на процессы проектирования. Текст написан в 2009 году, но по-прежнему актуален — автор предсказывает и рассматривает многие из моментов перехода из реальности в виртуальность и обратно, а также рассматривает влияние этого перехода на проектирование. В рассуждениях Гарбера виртуальность, которая часто выступает антонимом подлинности, внезапно оказывается слепком и лабораторией реального мира, в которой мы можем протестировать тысячи вариантов, а затем просто экспортировать их в реальность.

Софт Культура представляет фрагмент критической статьи Ричарда Гарбера Optimisation Stories: The Impact of Building Information Modelling on Contemporary Design Practice.

Повсеместное внедрение компьютерных программ в последние 25 лет привело к революционным изменениям в методе проектирования и подготовки архитектурной документации. Большинство программ используются либо для визуализации или рассуждений о форме в академическом контексте, либо для подготовки технической документации и управления проектом на практике. Такое разделение теории и практики усиливается отношениями, сложившимися между архитекторами и теми, кто реализует их проектные предложения. Этому разрыву между разработкой проекта и реализацией здания, которые в теории должны быть единым, последовательным и взаимосвязанным процессом, способствовал способ обмена документацией, который производился вручную и требовал интерпретации принимающей стороны. Сегодня этот разрыв между двумя концами спектра исчезает благодаря появлению новых возможностей, которые требуют от сторон согласованных действий — продвинутое ПО для анализа бесполезно без воображения проектировщика, и наоборот.  

Цифровые инструменты вышли за рамки формального изображения проектов и теперь включают в себя анализ, симуляцию и цифровое производство. Эти новые составляющие позволяют архитекторам точнее переводить свои идеи в реальность, а также использовать инновационные методы и менять традиционные способы возведения зданий. Синтез этих технологий и потребность в эффективной организации строительства привели к возникновению информационных моделей, которые радикальным образом изменили проектирование и сблизили его со строительством.

И хотя современные технологии находятся на недостаточном уровне развития для автоматизированного производства полномасштабных зданий (на основе работы с ЧПУ), они позволяют выстраивать комплексные информационные модели для более точного переноса виртуальной конструкции здания в реальность. Можем ли мы перейти к парадигме экономической эффективности, используя компьютерные технологии?

Перспективы развития BIM связаны с тем, что единая, программируемая виртуальная модель может быть использована на всех этапах проектирования, включая визуализацию, проверку на наличие пространственных коллизий, автоматизированное компьютерное производство (CAM), планирование этапов строительства, а также исследование и испытание материалов. Такую модель могут одновременно использовать и изменять все участники процесса строительства, от архитекторов и инженеров-консультантов до подрядчиков и субподрядчиков.

Это меняет устоявшиеся системы проектирования и преподавания: теперь работа ведется параллельно с непрерывным анализом полученных результатов и корректировкой предыдущих этапов работы1. Подобная смена парадигмы позволяет фокусироваться не только на теоретических возможностях проекта, но и на строительстве в виртуальной среде. Информационные модели действительно выводят автоматическую координацию проекта и совместную работу на такой уровень, который раньше был немыслим для строительной отрасли из-за особенностей среды и стремлений проектировщиков. Однако эти новшества едва ли сделают архитектора эпицентром всех процессов, через который проходят все решения, и вновь вернут ему роль «главного строителя». Возможно, куда интереснее, что такие технологии выступают связующим звеном, объединяющим творческое начало и инновации через рабочие процессы, оптимизацию расходов, а также через виртуальное моделирование свойств материалов и систем — эти свойства можно воспроизвести в цифровом формате в течение всего процесса проектирования, а не в ходе строительства, когда ошибка или несоответствие приводит к бо́льшим затратам времени и ресурсов.

<...>

Многие архитектурные бюро предпочитают работать с информационными моделями, потому что они дают возможность автоматизированного управления. Такие модели, представляющие собой цифровые базы данных, позволяют контролировать и отслеживать различные этапы строительства и конструктивные нюансы — это позволяет направить и усовершенствовать сам процесс строительства.

 <...>

Возможность архитектора, инженера и конструктора имитировать реальное здание в модели имеет множество преимуществ использования 4D2, или проектирования во времени, при помощи анимации, которая в 1990-е использовалась только для формальных манипуляций. Анимация, которая изначально рассматривалась Грегом Линном и другими как инструмент, позволяющий любым геометрическим формам реагировать на ряд программируемых, главным образом числовых, параметров в процессе проектирования, стала синонимом «момента остановки»3. Ранее этот термин использовался для обозначения временны́х экспериментов с геометрией, когда за определенное время генерировалось множество вариантов и невозможно было остановиться на одной из форм, поскольку непросто было выяснить, почему именно та или иная оказывалась предпочтительной. Видимая произвольность этого процесса позволила заклеймить некоторых архитекторов и проектировщиков за то, что они занимаются вещами, не имеющими подлинного отношения к проблемам проектирования и строительства. Однако эти модели достаточно точно имитировали реальные физические свойства — массу, объем, размеры, кривизну, — в виртуальном пространстве и представляли спектр возможностей и вариантов этих параметров. Сегодня понятие спектра в экспериментах с использованием BIM позволяет не только сделать осознанный выбор из совокупности виртуальных решений, оценивая геометрические и формально-эстетические решения (им уделялось внимание в ранних исследованиях генерации формы и анимации), но и учесть этапность и процесс возведения здания.

Другие возможности BIM-систем, такие как обнаружение коллизий, создание спецификаций и строительных планов в режиме реального времени, а также передача цифровых данных производителям и субподрядчикам, хороши тем, что они помогают оптимизировать рабочий процесс. Если строительство можно будет контролировать с помощью единой модели, вернее, базы данных, в которую собрана информация из различных источников, то оптимизировать процесс проектирования можно уже на ранних этапах. Возможность учитывать свойства материалов и геометрические факторы — такие как нагрузка, вес, жесткость, объем и площадь, а также временны́е факторы — например, последовательность действий, — позволила проектировщикам работать с виртуальными характеристиками, приближенными к реальности. Благодаря этому модели зданий можно оценивать по их эксплуатационным качествам, а не по внешнему виду.

<...>

Один из наиболее любопытных фактов двух последних десятилетий — появление в сфере строительства новых «специалистов». Их призвание — надзор за сложным и беспорядочным процессом строительства. Не очень понятно, как они влияют на стройку, и порой в этом есть ирония. Кажется, они нужны собственникам или подрядчиками для обеспечения экономической и производственной прозрачности, но часто становятся надзирателями, усложняют процесс управления строительством и отнимают значительную часть доходов у участников проектирования. Внедрение BIM кажется тем более значимым, что вместе с ним процессы проверок и подсчетов стоимости становятся более прозрачными.

<...>

В процессе внедрения BIM часто забывают об основных аспектах, сокращающих разрыв между проектированием и строительством — о возможности прогнозирования на подготовительной, эскизной стадии. Из наблюдений за внедрением BIM в профессиональную практику можно заключить, что возможности, которые играют важную роль в сокращении разрыва между проектированием и строительством, часто упускаются из виду. Архитектурные теоретики, включая Сэнфорда Квинтера и Мануэля де Ланду, указывают на смену парадигмы, вызванную появлением информационных моделей, при которой прежний метод реализации архитектурных проектов — назовем его «Из возможности в реальность» — замещается новым, более последовательным методом — «Из виртуальности в реальность». В первом случае формулировка первоначального замысла проекта была необходимой мысленной операцией. Архитектор создавал форму в своем воображении, а затем представлял ее в проекте с указанием информации о материалах, технологиях строительства и так далее. Для реализации здания такие проекты требовали интерпретации подрядчика, так как в основном информацию по ним архитектор передавал в виде двухмерных абстрактных изображений.

Пример этого традиционного подхода в цифровом проектировании — текстурирование, в котором при выборе подходящего варианта приоритет отдается репрезентации объекта, а его физические характеристики упускаются из виду. Трехмерные модели поначалу использовались для моделирования внешнего облика здания и задействовали библиотеки материалов — в основном, растровые изображения, — которые можно было относительно легко наложить на подготовленные формы. Такие формы главным образом складывались из абстрактных геометрических элементов (плоскостей, сфер, кубов), не имевших ничего общего с реальными свойствами материалов, которые они изображали. В результате успех модели оценивался в основном по тому, насколько точно изображения передавали масштаб и текстуру. Подходит ли, скажем, кирпич для определенной формы и конструкции, имело куда меньше значения.

Такая виртуальная реальность только увеличила разрыв между архитектором и материальностью здания. Без привязки к библиотеке растровая стена из кирпича (или травы, или гранита, или просто фиолетовая — неважно) не обладает свойствами и характеристиками, которые архитекторам пришлось бы учитывать при строительстве. У нее нет веса, ее характеристики не зависят от высоты или толщины, и она никак не отреагирует, если сверху поместить другой виртуальный объект. Как следствие, у нее нет признаков и качеств, которые помогли бы понять, может ли такая стена существовать в реальности.

Другой аспект внедрения компьютерных алгоритмов в процесс планирования или управления строительством, который часто игнорируют, — необходимость порвать с традиционной теорией и методикой преподавания архитектуры. Уже два десятилетия мы существуем в цифровой эпохе, и многие замечают еще один разрыв между новыми методами работы с BIM и традиционным архитектурным образованием. Сложно оценить, насколько проект реализуем, да и прихотливые формы дают сторонникам более традиционных методик обучения основания для критики. Однако важно отметить, что формальные поиски последнего десятилетия отчасти заложили основу для развития и внедрения BIM-систем в сферу архитектурного проектирования. Если посмотреть на эти поиски в разрезе производительности или оптимизации, им легко можно найти аналогии в BIM среди инструментов управления и моделирования работы конструкций.

В современной парадигме «Из виртуальности в реальность» интерпретация больше не требуется, потому что цифровые информационные модели уже реальны. Они создаются, тестируются, воспроизводятся и оптимизируются в виртуальной реальности и все, что остается сделать — перевести их в материальный мир, актуализировать.