Графо-геометрические дисциплины в подготовке BIM-специалистов строительной отрасли

В процессе информационного моделирования здания или сооружения создаётся комплексная цифровая модель, описывающая этот объект. В состав этой модели входят и процессы проектирования, строительства, эксплуатации и утилизации.

Данные, содержащиеся в этой модели, предоставляют информацию об объекте на любой стадии его жизненного цикла, что помогает согласовывать действия различных специалистов. Цифровая модель также позволяет осуществлять постоянный контроль над всеми производимыми процессами, осуществляемыми на рассматриваемом объекте [1–8].

Основу этой информационной модели составляет геометрическая 3D-модель объекта, содержащая все его геометрические особенности и характеристики, а также позволяющая получать реалистичную визуализацию [2–5, 9].

Именно поэтому для будущего специалиста строительной отрасли, особенно для BIM-специалиста, крайне важна графо-геометрическая подготовка, включающая такие дисциплины, как начертательная геометрия, инженерная графика, компьютерная графика, а также элементы геометрического 3D-моделирования [1–22].

Для работы с BIM-моделью компании-разработчики (Аскон, Autodesk, Graphisoft и другие) предоставляют широкие возможности в рамках своих программных продуктов. Квалифицированный специалист обязан ориентироваться среди этих программных комплексов и успешно их применять в соответствии со своей специализацией. Но без умений и навыков, полученных в процессе обучения начертательной геометрии, инженерной и компьютерной графике, геометрическому 3D-моделированию, это сделать намного сложнее.

Актуальность, цели и задачи проведённого исследования

Для полноценного и качественного освоения таких дисциплин, как начертательная геометрия, инженерная и компьютерная графика, геометрическое 3D-моделирование, требуется курс или несколько курсов, учитывающих как особенности обучающихся, так и требования, предъявляемые к будущим специалистам конкретной BIM-специализации.

Для разработки такого курса требуется изучение и анализ существующих методик и подходов на опыте различных технических учебных заведений. Этому вопросу и посвящено представленное исследование.

Методы исследования

В процессе исследования были изучены разные подходы и методы обучения графическим дисциплинам (начертательной геометрии, инженерной и компьютерной графике, 3D-моделиро-ванию), применяемые при обучении специалистов различных специальностей, в том числе и BIM-специалистов.

Проведённое исследование

Профессиональная подготовка BIM-специалистов строительной области – это крайне актуальная и сложная задача для высшего образования. Для её решения разные технические заведения разработали свои методики. Некоторые из них приведены ниже.

В Тюменском государственном архитектурно-строительном университете используется интегрированное графическое образование. В его состав входят начертательная геометрия, компьютерная графика, геометрическое моделирование, обучение современным графическим программным комплексам.

Изучение дисциплин «Начертательная геометрия» и «Инженерная графика» начинается на первом курсе всех технических направлений. Для отдельных специальностей разработаны задания по трассировке автомобильных дорог. Для выполнения этих заданий необходимы знания, приобретённые в процессе изучения темы «Проекции с числовыми отметками» дисциплины «Начертательная геометрия». Знания, навыки и умения, приобретённые в процессе изучения графогеометрических дисциплин, необходимы для построения перспективы различных объектов и участков местности. Особое внимание уделяется оформлению чертежей.

В Университете управления «ТИСБИ» курс «Инженерная и компьютерная графика» является частью подготовки специалистов почти всех направлений, также представляет собой основу и подготовку для изучения последующих дисциплин на старших курсах.

Раньше «Инженерная графика» и «Компьютерная графика» были отдельными дисциплинами, в состав которых также входили разделы начертательной геометрии, черчения, компьютерных технологий инженерной графики, проводились различные геометрические преобразования графических объектов. В состав курса «Инженерная графика» входили задания по выполнению как чертежей вручную, так и в программе AutoCAD. В рамках дисциплины «Компьютерная графика» студенты выполняли задания в программе Delphi.

В Сибирском государственном университете путей сообщения (г. Новосибирск) в состав курса «Инженерная графика» входят элементы как начертательной геометрии, так и технического черчения. При этом также производится обучение работе в графических программных продуктах, таких как Kompas-3D, AutoCAD и других. С помощью этих программ студенты получают знания и навыки и по 3D-моделированию.

В Астраханском инженерно-строительном институте, Московском авиационном институте, Томском политехе, Московском физико-техническом институте, Институте науки и технологий в Сколково, Астраханском государственном университете, Томском государственном университете систем управления и радиоэлектроники используется концепция «Придумывай – Разрабатывай – Внедряй – Управляй», в рамках которой студенты и старших, и младших курсов с равной вовлечённостью участвуют в научной и практической инженерной деятельности.

В Санкт-Петербургском государственном архитектурно-строительном университете (СПбГАСУ) дисциплины «Начертательная геометрия», «Инженерная графика», «Компьютерная графика» изучаются студентами всех направлений подготовки с учётом особенностей их специализации. В рамках курса «Компьютерная графика» производится обучение геометрическому моделированию, в том числе в программах Компас-3D, Autocad, Nanocad. Полученные навыки студенты успешно применяют в дальнейшем при изучении специализированных программных комплексов BIM (Archicad, Revit, Renga и других). Также обучающиеся успешно используют возможности визуального (параметрического) программирования при моделировании объектов сложной формы и дальнейшего встраивания в проект.

Результаты исследования

Традиционная графо-геометрическая подготовка

Традиционно курс графо-геометрической подготовки состоял в основном из двух дисциплин («Начертательной геометрии» и «Инженерной графики»), длительность которого составляла 2–3 семестра. Эти дисциплины развивают пространственное геометрическое и конструктивное мышление, формируют компетенции, необходимые для работы с чертежами и эскизами. В результате освоения курса студенты были готовы к изучению последующих дисциплин.

Позднее к дисциплинам «Начертательная геометрия» и «Инженерная графика» добавили курс «Компьютерная графика», в рамках которого проводилось обучение навыкам 2D-черчения в различных графических программах, в основном в программе Autodesk AutoCAD.

Графо-геометрическая подготовка в настоящее время

В настоящее время в состав графо-геометрической подготовки входят различные дисциплины в зависимости от направления подготовки и возможностей учебного заведения. Если возможности технического вуза позволяют (материальнотехническая база, наличие преподавателей-специалистов и т. д.), то в этих вузах проводится подготовка по 3D-моделированию.

Трёхмерная геометрическая модель является основой для многих объектов, используемых разными специалистами в своей работе. Именно на основании 3D-модели формируются 2D-чертежи.

В процессе освоения курса «Компьютерная графика» студенты также изучают действующие стандарты по созданию геометрической и информационной моделей объектов и оформлению электронных технических документов, так как будущим специалистам необходимо научиться работать не только с геометрической 3D-моделью, но и уметь грамотно оформлять конструкторскую документацию в системах автоматизированного проектирования (САПР). Многие учебные заведения используют следующие графические программные комплексы: КОМПАС, AutoCAD, Inventor, SolidWorks, T-FLEX, Pro/Engineer, CATIA и другие. Работа в этих программах начинается уже с первого курса.

Перспективы развития графо-геометрической подготовки

При обучении BIM-специалистов к графогеометрической подготовке предъявляется ряд дополнительных условий, в состав которых входят не только требования по обучению работе с геометрической 3D-моделью изделия, но и работе именно с информационной моделью объекта.

Многие учебные заведения сталкиваются со сложностями внедрения новых дисциплин в учебный процесс, реорганизации существующих учеб- ных курсов, с острым дефицитом квалифицированных преподавателей по различным направлениям BIM-подготовки, проблемами в обеспечении необходимой материально-технической базой новых разрабатываемых курсов.

Несмотря на перечисленные и другие трудности, во многих учебных заведениях в курс графогеометрической подготовки уже входит работа не только с геометрической 3D-моделью, но и с полноценной 3D BIM-моделью с дальнейшим оформлением документации в системах автоматизированного проектирования (САПР).

Выводы и заключение

По результатам проведённого исследования была выявлена крайняя необходимость наличия графо-геометрических дисциплин, таких как «Начертательная геометрия», «Инженерная и компьютерная графика», а также «3D-моделирование» (геометрическое 3D-моделирование и BIM 3D-моделирование) в системе подготовки кадров BIM для строительной сферы.

Разрабатываемые учебные программы обязаны учитывать междисциплинарный характер современного графического образования.

Знания, умения, навыки, приобретённые при изучении графо-геометрических дисциплин, крайне важны для дальнейшего изучения общеинженерных и специальных дисциплин, а также и в практической деятельности по специальности.

Модернизация графо-геометрической подготовки должна производиться очень аккуратно, без потерь наработок традиционного подхода и современных достижений преподавания.

В результате графо-геометрическая подготовка должна создать информационно-графическую основу для внедрения PLM-технологий (методов информационной поддержки жизненного цикла изделий), в том числе в курсовом и дипломном проектировании, а также обеспечить выполнение требований информационной поддержки жизненного цикла изделий (PLM-технологий).