4D-технологии (информационное моделирование) в ландшафтном проектировании и их применение в образовательном и производственном процессах

Подготовка инженеров садово-паркового и ландшафтного строительства в связи со стремительным развитием новых технологий претерпела ряд трансформаций и преобразований и на данный момент является сложным полинаучным инженерно-образовательным феноменом, включающим в виде основных теоретико-методологических компонентов биоэкологическое проектирование, архитектурное моделирование и инженерное конструирование. Формирование профессиональных компетентностей будущего специалиста сегодня невозможно и без виртуозного владения компьютерной графикой.

Возможности компьютерной графики, включающей в себя геоинформационные системы, системы интеллектуального моделирования, планировочного видеоконструирования и визуализации, находят все большее применение в области культивирования растительных форм и формирования зеленых зон. Однако на сегодняшний день уже никого не удивишь трехмерной визуализацией будущей постройки или еще не созданного парка. Важную функциональную роль начинают выполнять динамические поэтапные демонстрации биологических и архитектурно-строительных процессов с целью их своевременной коррекции или преобразования в связи с появлением новых условий формирования.

Следовательно, в список проектной документации по благоустройству парковой зоны или территории, окружающей жилые постройки, может быть включена и динамическая 4D-модель процесса формирования облагораживаемой территории, создаваемая средствами компьютерной графики и предполагающая расчет всех затрачиваемых ресурсов, сил и средств. Такое обеспечение глобального обзора проекта необходимо как для планирования, так и для управления качеством, издержками и рисками.

Что же понимается под 4D-моделированием и визуализацией? Какие программы и средства используются для разработки таких данных?

4D-моделирование, или информационное моделирование, – это процесс создания образа проектируемого объекта (модели), просчитанного не только в пространстве, но и во времени. В мире до сих пор отсутствует общепринятое название этому процессу, поэтому в разных источниках встречаются различные термины, но все они подразумевают одно – временнýю де- 112 - монстрацию развития двухмерной или трехмерной моделей с полным описанием всех влияющих на них факторов живой и неживой природы. В отличие от традиционных систем компьютерного проектирования, создающих геометрические образы, результатом информационного моделирования является цифровая модель не только самого объекта, но и процесса его строительства с последующей эксплуатацией.

Таким образом, на основе 4D-моделирования получил развитие новый метод проектирования, ставший естественным ответом человека на информационное перенасыщение окружающей человека среды и превосходящий все известные доселе методы облагораживания окружающего пространства. «В современных условиях стало невозможно эффективно обрабатывать прежними средствами хлынувший на проектировщиков огромный (и неуклонно возрастающий) поток “информации для размышления”, предваряющей и сопровождающей само проектирование. Причем поток этой информации не прекращается даже после того, как объект уже спроектирован и построен, поскольку он вступает в стадию эксплуатации, происходит его взаимодействие с другими объектами и окружающей средой, то есть начинается, говоря современным языком, активная фаза его ”жизненного цикла”» [1].

Такой подход к проектированию любых объектов, подразумевает не абсолютную автоматизацию работы со стороны компьютера, а систематическую и целенаправленную работу человека над подготовкой необходимых данных (архитектурно-конструкторской, технологической, экономической и иной информации об объекте, окружающих его элементах и их взаимосвязях), от качества которых будет зависеть успешность построения и информационного развития модели.

Варианты практического применения 4D-моделей весьма многообразны. В архитектурностроительной области применяются технологии BIM (Building Information Modeling). Об этом виде проектирования подробно рассказывает В. Талапов, автор цикла статей, посвященных информационному моделированию зданий. Информационная модель здания (BIM), по его мнению, – это: хорошо скоординированная, согласованная и взаимосвязанная, поддающаяся расчетам и анализу, имеющая геометрическую привязку, пригодная к компьютерному использованию, допускающая необходимые обновления числовая информация о проектируемом или уже существующем объекте, которая может использоваться для принятия конкретных проектных решений, создания высококачественной проектной документации, предсказания эксплуатационных качеств объекта, составления смет и строительных планов, заказа и изготовления материалов и оборудования, управления возведением здания, управления и эксплуатации самого здания и средств технического оснащения в течение всего жизненного цикла, управления зданием как объектом коммерческой деятельности, проектирования и управления реконструкцией или ремонтом здания, сноса и утилизации здания, иных связанных со зданием целей. Информационная модель существует в течение всего жизненного цикла здания, и даже дольше. Содержащаяся в ней информация может изменяться, дополняться, заменяться, отражая текущее состояние здания [2].

В качестве аналога BIM в машиностроении, например, применяется термин PLM (Product Lifecycle Management) – управление жизненным циклом изделия. Концепция PLM предполагает создание единой информационной базы, описывающей три основных компонента создания чего-либо нового по схеме: продукт – процессы – ресурсы, а также связи между этими компонентами. Наличие такой объединенной модели обеспечивает возможность быстро и эффективно увязывать и оптимизировать всю указанную цепочку.

В ландшафтном проектировании весьма удачно, на наш взгляд, использование термина LIM (Landscape Information Model) [3], подразумевающего создание информационной модели организации или восстановления определенного ландшафта от подготовки земли к высадке растений через его становление и использование до начала деградации или процессов сукцессии.

В качестве такой ландшафтной информационной модели может выступать видеоролик с временнóй шкалой на экране, демонстрирующий этапы формирования территории после окончания застройки и высадки растений. Это может быть программа, предоставляющая пользователю возможность выбора, например, погодных условий, и затем демонстрирующая варианты развития растительного сообщества или архитектурного сооружения со всем его окружением вплоть до красочных изображений растений в разные периоды их вегетации. Кроме того, информационная модель ландшафта дает возможность любому пользователю, имеющему к ней доступ, получить в краткие сроки любые интересующие его данные от планов участка, вертикальных планировок и разрезов до анимаций и фотореалистичных изображений.

Преимущества применения LIM в ландшафтном проектировании:

• -    управление всей проектной информацией через единую базу данных LIM;

• -    улучшение отношений с клиентом, благодаря возможности предоставления ему информации на любой стадии проекта;

• -    повышение производительности процесса работы над проектом за счет оперативной координации между его разработчиками;

• -    концентрация внимания ландшафтного строителя на создании и продумывании деталей ландшафта, а не на технических вопросах, в связи с наличием базы готовых решений (от моделей малых архитектурных форм до анимированных растений), – инженеру достаточно продумать и построить основной чертеж, а остальное (трехмерные модели, анимацию, этапы строительства) программа способна просчитать за него;

• -    быстрая коррекция модели на любой стадии при внесении дополнительных поправок;

• -    присутствие постоянного динамического взаимодействия всех элементов модели (например, при изменении конфигурации дорожно-тропиночной сети меняется конфигурация ландшафта, и программа в автоматическом режиме рассчитывает количество необходимой земли для внесения или изъятия);

• -    возможность добиться практически полного соответствия эксплуатационных характеристик проектируемого объекта требованиям заказчика.

Для успешной разработки информационной модели и использования всех ее преимуществ будущим инженерам ландшафтного строительства необходимо на самых ранних этапах обучения начинать взаимодействовать с программами компьютерной графики, нацеленными на создание LIM. Использование информационного моделирования ландшафта в учебном процессе позволит:

• -    строить абсолютно жизнеспособную виртуальную модель ландшафта;

• -    наглядно демонстрировать в образовательном процессе развитие растительных групп и сообществ, почв и ландшафтных комплексов во времени и в различных климатических условиях;

• -    актуализировать и комплексно применять на практике профессиональные знания, полученные в процессе обучения, диагностировать в них пробелы для последующего изучения необходимого материала;

• -    производить контроль качества выполнения курсового или дипломного проекта путем загрузки в программу собранных студентом данных и их обработки;

• -    формировать информационно-коммуникативную компетентность будущего специалиста, которая связана, прежде всего, с его умением работать в различных программах компьютерной графики.

В то же время с сожалением приходится констатировать тот факт, что при всей значимости информационных моделей в ландшафтном проектировании, темпы развития LIM-технологий значительно отстают от использования информационного проектирования в архитектурно-строительной отрасли. Тем не менее уже сейчас существует достаточное количество программ для реализации всех этапов создания информационной модели ландшафта.

Одной из самых мощнейших разработок в области LIM-технологий является продукт компании Autodesk – AutoCAD Civil. Его инструментарий позволяет работать с ландшафтом на высоком профессиональном уровне: упрощает работу с топосъемкой, с легкостью строит на ее основе 3D модели территории любой площади; виртуозно работает с земляными массами; позволяет в короткие сроки рассчитывать и строить элементы инфраструктуры любой сложности. Однако эта программа не позволяет осуществить детальное озеленение рабочей территории и проследить за вегетационной активностью растений.

Кроме AutoCAD Civil, существуют и другие программы и дополнительные модули, такие как LandCADD, SiteWorks, ArchiTerra, способные помочь инженеру садово-паркового и ландшафтного строительства в построении цифровой модели местности. Но эти модели не отличаются реалистичностью.

Реалистичность поможет придать программный продукт от уже упомянутой корпорации Autodesk – 3D Studio Max. Он предоставляет возможность визуализировать любую задумку в виде трехмерных анимационных роликов. Однако данная программа не поддерживает серьезное программирование и не выдает никаких расчетных данных.

Напрашивается важный вывод: для получения качественной информационной модели проектируемого ландшафта, выполненной на высоком эстетическом уровне и в полной мере описывающей все процессы и изменения, не достаточно использовать одну программу, важно уметь работать с комплексом графических модулей, умело маневрируя между ними. Таким образом, профессиональная деятельность будущего инженера садово-паркового и ландшафтного строительства невозможна без комплексного и виртуозного применения техники информационного моделирования (4D-технологий).

Ссылки:

• 1.    Талапов В. BIM: что под этим обычно понимают. URL: http://isicad.ru/ru/articles.php?article_num=14078 (дата обращения: 01.08.2012).

• 2.    Там же.

• 3.    Goldman M. Landscape Information Modelling. URL: http://www.di.net/articles/landscape_information_modeling/ (дата обращения: 21.07.2012).