Роль информационных технологий проектирования в реформировании инженерно-строительного образования

Необходимость реформирования учебного процесса вузов диктуется переходом экономики страны к высокотехнологичному и наукоемкому производству, базирующемуся на массовом внедрении информационных технологий. Решение об информатизации строительной отрасли рассматривается на государственном уровне. 4 марта 2014 г. состоялось заседание президиума Совета при Президенте Российской Федерации по модернизации экономики и инновационному развитию России об инновационном развитии в сфере строительства. В одном из разделов принятого решения говорится о необходимости разработки и утверждения плана поэтапного внедрения технологий информационного моделирования в области промышленного и гражданского строительства [7].

Вполне очевидно, что перспективы развития информатизации промышленности и производства будут обеспечиваться уровнем общей информатизации высшего инженерно-строительного образования. Вопрос подготовки кадров для осуществления глобальной технологической перестройки промышленности является одним из наиболее важных и насущных. В связи с этим деятельность вузов, и в том числе, МГУ им. Н. П. Огарева, являющегося основным поставщиком инженерных кадров для промышленности региона, должна быть тщательно проанализирована и скорректирована в соответствии с реалиями настоящего времени и международными стандартами.

Реформирование учебного процесса с целью обеспечения условий для формирования специалистов, способных успешно работать в современных условиях, осуществляется посредством введения в учебные планы новых дисциплин или разделов в существующие курсы, ориентированных на применение информационных технологий [1; 3–5].

В существующей системе инженерного образования до недавних пор основным технологическим компонентом оставалась ручная графика. И только в последние годы традиционные технологии были вытеснены графическими редакторами и системами, позволяющими автоматизировать процессы выполнения чертежей и других видов проектно-конструкторской документации (так называемые «электронные кульманы»). В настоящее время существует большое количество программных средств (CAD/CAM/CAE), обеспечивающих совершенствование деятельности инженера или конструктора. Отдельного внимания в этом вопросе заслуживают программные комплексы, поддерживающие новый подход к проектированию объектов, который получил название Информационное моделирование зданий или сокращенно BIM (от принятого в английском языке термина Building Information Modeling). В отличие от традиционных систем компьютерного проектирования, создающих геометрические образы, результатом информационного моделирования здания обычно является объектно-ориентированная цифровая модель как всего объекта, так и процесса его строительства. Построенная специалистами информационная модель проектируемого объекта становится основой и активно используется для создания рабочей документации всех видов, разработки и изготовления строительных конструкций и деталей, комплектации объекта, заказа и монтажа технологического оборудования, экономических расчетов, организации возведения самого здания, а также решения технических и организационно-хозяйственных вопросов последующей эксплуатации. Это позволяет значительно повысить производительность процесса проектирования, инвариантность разрабатываемых проектов и архитектурных решений зданий и сооружений, выбирать варианты для реализации на основе строгого математического анализа проекта с оценкой технических, технологических и экономических характеристик производства и эксплуатации проектируемого объекта, а также значительно повысить качество проектно-конструкторской документации и презентационных материалов [10].

Многообразие получаемой информации обуславливает то, что над виртуальной моделью объекта должны работать

^^^^^^^йИНТЕГРАЦИЯ специалисты разных направлений – ген-планисты, архитекторы, конструкторы, инженеры, сметчики и др. Информационное моделирование – это процесс коллективного создания и использования информации о сооружении, формирующий базу для всех решений на протяжении жизненного цикла объекта (от стадии предпроекта до проектирования, выпуска рабочей документации, строительства, эксплуатации и сноса). Работа происходит одновременно и согласовано – каждый специалист видит работу любого другого участника проекта. Постоянный анализ виртуальной модели всеми участниками проектирования позволяет выявить многие ошибки и нестыковки на самом начальном этапе их возникновения [8].

Технологии информационного моделирования объектов строительства при использовании их в учебном процессе вузов могут привести к полному реформированию структуры образовательного процесса. В современном учебном процессе отдельные стадии и разделы проектов рассматриваются в отдельных курсах учебных дисциплин (как в медицине – каждым органом человеческого организма занимается специалист узкого профиля). При этом студентам предлагаются в качестве учебного материала несвязанные между собой задания и примеры. Введение информационных технологий проектирования в учебный процесс может позволить выполнять если не все, то большинство курсовых проектов и работ на примере одного строительного объекта. Выданное на начальных курсах обучения задание будет актуальным при изучении последующих специальных дисциплин на старших курсах. В перспективе использование программного обеспечения, поддерживающего технологии информационного моделирования зданий, может способствовать созданию на строительных факультетах единой системы сквозного проектирования.

Суть концепции сквозного проектирования, на наш взгляд, сводится к тому, что каждый учебный курс, так или иначе связанный с разработкой проекта, должен быть ориентирован на конкретный модуль (Архитектура, Конструирование, Инженерные сети, Ландшафт, Смета и др.) используемого программного комплекса и отвечать специфике конкретной дисциплины. Так, например, созданная на начальном этапе обучения в курсе дисциплины «Архитектура» цифровая модель здания может быть доступна для разработки и более детальной проработки конструкторской, инженерной и других частей проекта на более поздних этапах обучения, например, в курсах дисциплин «Строительные конструкции», «Механика грунтов, основания и фундаменты», «Теплотехника», «Электротехника», «Сметное дело» и др. Студент может работать над одним проектом в течение всего времени обучения в вузе, получая при этом не абстрактную и обобщенную информацию по отдельным дисциплинам на разных примерах зданий и сооружений, а полное и детальное представление о проработке всех разделов конкретного проекта как единого целого. Очевидно, что разработки проекта одного объекта за все время обучения для высшего образования недостаточно. Поэтому параллельно могут разрабатываться два и большее число проектов с разной спецификой (жилой дом, административное или производственное здание) [9].

Чтобы понять и обучиться принципам коллективной (совместной) работы, возможно создание студенческих групп подобно организационной структуре проектных институтов или бюро (проектная группа, техническая группа, конструкторская группа, группа инженерных изысканий, группа специальных разделов), в которых каждый обучающийся будет отвечать за проработку отдельного раздела проекта – АР, АС, КЖ, КМ, ОВ и т. д. При работе с несколькими проектами один и тот же студент может выполнять роли специалистов разной направленности – архитектор, конструктор, инженер. Авторский надзор или роль ГАПа и ГИПа в подобных ситуациях может выполнять преподаватель.

Выбор формы внедрения информационных технологий проектирования в учебный процесс будет зависеть от уровня материально-технического обеспечения конкретного факультета, а также от уровня информационной компетентности и методической подготовки преподавательского состава. Очевидно, что переход на информационное проектирование потребует укрепления материально-технической базы вуза и отдельных факультетов; дополнительного оснащения вычислительной техникой, средствами доступа в Интернет и программным обеспечением; дополнительного сертифицированного обучения преподавателей.

В некоторых российских строительных вузах уже осуществляется переход на информационные технологии проектирования. Наиболее ярким примером такого перехода является опыт работы кафедры архитектурного проектирования зданий и сооружений Новосибирского государ- ственного архитектурно-строительного университета (Сибстрин), возглавляемой В. В. Талаповым, автором десятков публикаций по CAD и BIM. Под его руководством студенты выполняют курсовые и дипломные работы с использованием комплекса программных продуктов компании Autodesk [10]. На рисунке 1 представлен дипломный проект «Биатлонный комплекс в Новосибирске», выполненный Е. Ивановой по специальности «Проектирование зданий» в НГАСУ (Сибстрин) в 2013 г. [11]. На общей компоновке хорошо видна структура разделов проекта – трехмерная модель, фасады, планы, разрезы, узлы конструкций, различные спецификации, экспликации и др. Подобная организация проектного дела в рамках учебного процесса, бесспорно, заслуживает внимания и изучения.

Р и с. 1. Е. Иванова. Проект «Биатлонный комплекс в Новосибирске»

Выбор программного обеспечения для использования в учебном процессе является для вузов задачей непростой и ответственной.

В последние десятилетия большинство ведущих мировых проектных компаний начали успешно использовать BIM-технологию для выполнения проектов. Одним из первых программных комплексов, поддерживающих новый подход к проектированию, стал пакет ArchiCAD компании Graphisoft (ныне входит в холдинг Nemetschek AG), который теперь является всемирно известным и имеет массовое применение. Первоначально это была специализированная архитектурная CAD-программа. В 1987 г. разработчики придали ей новое качество, начав реализовывать концепцию Virtual Building (Виртуальное здание) [6]. На рисунке 2 представлен пример проекта, выполненного в ArchiCAD.

Р и с. 2. Проект Автопаркинга со станцией технического обслуживания

На сегодняшний день наиболее распространены в мире и уже в нашей стране продукты компании Autodesk (например, комплекс Autodesk Revit), в совокупности достаточно полно реализующие основные подходы технологии BIM. На рисунке 3 представлен пример проекта, выполненного с использованием продуктов компании Autodesk [2].

Еще одним из ведущих мировых разработчиков программ для архитектурно-строительного проектирования и инженерного анализа, активно использующих технологию BIM, является компания Nemetschek AG, которая берет свое начало от основанной в Германии в 1963 г. Г. Немечеком «Инженерной фирмы для строительной промышленности».

Р и с. 3. Проект Национального музея авиации и космонавтики

Компания Nemetschek AG начала одной из первых использовать свои компьютерные программы для проектирования зданий и сооружений, а также для конечно-элементного анализа строительных конструкций. Сейчас самым известным продуктом Nemetschek AG является комплекс Allplan. На рисунке 4 представлен пример проекта, выполненного в Allplan [12].

Р и с. 4. Проект «Аэропорт в Тюмени»

Отрадно отметить тот факт, что некоторые ведущие мировые компании, специализирующиеся на создании и выпуске программного обеспечения, сделали доступными свои продукты для учебных заведений, распространяя для студентов полнофункциональные версии своих программ и приложений бесплатно. Этот беспрецедентный шаг найдет нужные отклики в практике образования [13].

В заключении хотелось бы отметить, что внедрение информационных технологий проектирования в нашей стране пока находится на своей начальной стадии. Очевидно, что за информационным моделированием зданий и сооружений будущее. Поэтому актуальной задачей инженерно-строительного образования уже на сегодняшний день является формирование специалистов нового поколения, способных реализовать свои профессиональные умения и навыки в современном информационном мире.

СПИСОК

ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

• 1.    Асташов, А. М. К вопросу об актуальных проблемах графического компьютерного образования / А. М. Асташов [и др.] // Вестник Мордовского университета. Сер. «Архитектурно-строительные науки». – 2008. – № 4. – С. 199–208.

• 2.    Все о САПР и ГИС. Комплексная автоматизация проектно-конструкторских и технологических работ [электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.cad.ru/ru/software/detail.php?ID=26766 .

• 3.    Ошкина, Л. М. Из опыта применения информационных технологий проектирования на архитектурно-строительном факультете Мордовского госуниверситета / Л. М. Ошкина, А. М. Асташов // Архитектура и экология: материалы V Междунар. науч.-практ. конф. В 2-х ч. Ч. 2. – Казань : НАУ, 2013. – 200 с.

• 4.    Ошкина, Л. М. Информационно-технологические компоненты графической подготовки студентов архитектурно-строительных профилей / Л. М. Ошкина, А. М. Асташов // Актуальные вопросы архитектуры и строительства: материалы XII Междунар. науч.-техн. конф. – Саранск : Изд-во Мордов. ун-та, 2013. – С. 465–472.

• 5.    Ошкина, Л. М. Использование информационных технологий проектирования в процессе обучения студентов архитектурных профилей / Л. М. Ошкина, А. М. Асташов // Сборник научных трудов SWorld. Научные исследования и их практическое применение. Современное состояние и пути развития. – Вып. 3, Т. 6. Технические науки. – 2013. – С. 20–25.

• 6.    Программа Архикад – профессиональное программное обеспечение для проектирования домов, зданий, соружений различной степени сложности [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www. arhicad.ru/index.htm.

• 7.    Решения по итогам заседания президиума Совета при Президенте Российской Федерации по модернизации экономики и инновационному развитию России об инновационном развитии в сфере строительства [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://government.ru/orders/11022/ .

• 8.    Савицкий, В. Технология BIM или архитектурный конвейр [Электронный ресурс] / В. Савицкий. – Режим доступа: http://www.cadmaster.ru/assets/files/articles/cm_65_12.pdf .

• 9.    Сквозное проектирование в Autodesk Revit MEP 2013 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.spds.ru/news/sapr/news_20121106.html .

• 10.    Талапов, В. В. Основы BIM : введение в информационное моделирование зданий / В. В. Талапов – Москва : ДМК Пресс, 2011. – 392 с.

• 11.    Талапов, В. Технология BIM : подготовка новых кадров [Электронный ресурс] / В. Талапов. – Режим доступа: http://isicad.ru/ru/articles.php?article_num=16712 .

• 12.    Allbau Software : официальный сайт [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.allbau-software.de/ .

• 13.    Аutodesk – бесплатное программное обеспечение для учащихся, преподавателей и учебных заведений [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.autodesk.ru/education .

Поступила 13.10.14.

.

Об авторах :