Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ методов построения систем автоматизации архитектурно-строительного проектирования 15
1.1.. Системный подход к проектированию 15
1.2. Модульное проектирование 47
1.3. Основы современных систем автоматизации проектирования в области строительства и архитектуры 50
1.4. Перспективы развития систем автоматизации проектирования 53
1.5. Выводы по главе 1 56
ГЛАВА 2. Поэлементно-инвариантное проектирование 58
2.1. Понятие и концепция поэлементно-инвариантного проектирования 58
2.2; Открытая модель поэлементно-инвариантного проектирования 61
2.3. Объекты инвариантного проектирования и инвариантные множества 71
2.4. Выводы по главе 2 95
ГЛАВА 3. Многофункциональная автоматизация поэлементно-инвариантного проектирования зданий и сооружений 98
3.1. Многофункциональная автоматизация проектирования 98
3.2. Связанные объекты и процессы 99
3.3. Прикладные системы многофункциональной автоматизации. поэлементно-инвариантного проектирования 100
3.4. Геометрические языки описания и представления объектов для решения задач поэлементно-инвариантного проектирования 108?
3.5., Выводы по главе 3 114
ГЛАВА 4. Территориальные строительные каталоги и справочники 116
4.1.: Общие принципы построения 116
4.2. Территориальные строительные каталоги и справочники 117
4;3. Интегрированные каталоги. Виртуальные площадки 124'
4^4. Московский территориальный строительный каталог (МТСК) 125
4:5. Выводы по главе 4 131
ГЛАВА 5. Технология документирования процессов и результатов поэлементно-инвариантного проектирования 133
5.1. Постановка задачи и границы разработки 133
5.2. Технологические схемы процесса проектирования 136
5.3.. Послойная организация шаблона проекта 153
5.4. Формы представления документов 155
5.5. Выводы по главе 5 168
ГЛАВА 6. Программное обеспечение поэлементно-инвариантных САПР 170
6.1. Прикладные системы, реализующие концепцию поэлементно-инвариантного проектирования 170
6.2- Операционные платформы и системное программное обеспечение... 174
6.3; Комплекс технических средств 178
6.4; Используемые технологии 182
6.5: Выводы по главе 6 185
Основные выводы и предложения 187
Библиографический список
- Системный подход к проектированию
- Понятие и концепция поэлементно-инвариантного проектирования
- Прикладные системы многофункциональной автоматизации. поэлементно-инвариантного проектирования
- Территориальные строительные каталоги и справочники
Введение к работе
Несмотря' на существенный прогресс в; последниеl десятилетия, объективное состояние теории- и: практики» автоматизации проектирования зданий; и сооружений? оставляет сегодня обширное поле деятельности для внедрения^ различного рода: инноваций, носящих, в большинстве случаев, характер лишь технологических усовершенствований; Предлагаемый; в диссертации, взгляд на автоматизацию проектной практики носит характер ее качественного изменения на уровне методологии использования прикладного программного; обеспечения; подготовки и анализа данных w информационных интерфейсов..
Дело: в; том,, что большинство современных строительных систем автоматизации; проектирования:; (САПР) представляют собой,.. по сути, в; той или инойг степени "удачные" версии;(как правило, векторных) графических, редакторов, инструментарий; которых прямо ориентирован; (или-переориентирован) на строительную специфику.. Отдельные конструктивные элементы и; весь объект в целом, вычерчивается отдельными линиями; (и: иными графическими примитивами), приобретенные: свойства которых, отражают особенности; конкретного объекта лишь вкочень малой; степени;. Существующие возможности использования графических библиотек отдельных элементов во многих современных пакетах качественное не меняют описаннойї ситуации, поскольку методы, их создания аналогичны групповой; прорисовке составляющих примитивов в описанном выше смысле.
Значительно повысить эффективность процесса проектирования строящихся сегодня зданий и сооружений, как в? плане создания общей; архитектурной концепции объекта^ так и с точки зрения разработки отдельных. конструктивных, объемно-планировочных, технических,.
технологических, инженерных и иных решений, позволяет поэлементно-инвариантная методология построения чертежей и иной исполнительной (проектно-сметной и проч.) документации всех уровней.
Современное строительство, в общем случае, подразумевает широкое использование типовых решений тех или иных элементов на всех стадиях строительства и инженерного оснащения объекта; Частота, с которой такие решения применяются на практике, определяется, в первую: очередь, уникальностью проекта и может колебаться от незначительной до очень высокой: При этом до сих пор отсутствие теоретической базы и практических разработок: в части: представления существующих типовых решений их информационно полной "виртуальной электронной копией", пригодной для включения в проект стандартными средствами САПР, не позволяло практически реализовать очевидные преимущества описанного подхода.
Основная, идея: поэлементно-инвариантного подхода, к проектной. деятельности состоит в следующем: коль скоро мы используем стандартные решения на стройплощадке, наверняка эффективным будет выглядеть их использование уже на стадии проектирования. В этом случае, типовая "виртуальная копия" того или иного конструктивного элемента, будет содержать не только его графическое представление, но и весь спектр сопутствующей информации и данных, начиная от возможного материала исполнения и цвета и заканчивая актуальной стоимостью и местом возможного приобретения. Этим поэлементно-инвариантный подход, выгодно отличается от существующей и весьма распространенной практики создания библиотек графических элементов чертежа, упомянутой выше. Более того, механизм перекрестных инфологических гиперссылок, как часть поэлементно-инвариантной модели, может обеспечить новый уровень автоматизации не только проектных процедур, но и всей электронной модели объекта в целом. Речь идет о динамическом составлении, расчете и перерасчете материально-технической документации, в том числе -
-7-аналитических отчетов, прогнозов, смет и проч. по любой составляющей (части) проекта в режиме реального времени в процессе проектирования.
Важно и то, что описанный подход эффективен на всех стадиях работы с проектом. Успех подобной практики применительно, например, к инженерному оборудованию зданий и сооружений, зависит лишь от избранной степени детализации проекта, необходимой для решения конкретной задачи.
Еще одной, не менее актуальной и важной- проблемой современных САПР, является анализ и совершенствование технологий комплексного документирования процессов и результатов проектирования в контексте использования поэлементно-инвариантной модели.
Очевидно, что сегодня, независимо как от методов создания проектно-сметной документации, так и от класса и типа используемого программного обеспечения, при компьютерной разработке проекта должен быть принят и использоваться некоторый, в общем случае, универсальный формат (или связанный набор форматов) представления данных, отвечающий задачам и методам работы в использующих его организациях.
К сожалению, несмотря на многочисленные научные и практические работы в этом направлении, отдельные заинтересованные учреждения и организации коррелируют собственные решения в этой области далеко не во всех случаях. Определение форм и форматов представления проектной документации на электронных носителях в процессе проектирования, согласования, экспертизы, передачи документации заказчикам и подрядчикам на основе современных коммуникационных и информационных систем и технологий разработки проекта - задача, которая может и должна быть решена на качественно новом уровне многофункциональной автоматизации поэлементно-инвариантного проектирования.
Аналитическое обобщение теоретического и практического опыта создания и использования САПР в строительстве позволяет сделать
-8-обоснованный вывод о том, что научная проблема, решаемая в диссертации, является актуальной и значимой.
Научно-техническая гипотеза диссертации предполагает возможность качественного совершенствования процессов и- результатов автоматизации архитектурно-строительного проектирования зданий и сооружений на основе парадигмы многофункционального поэлементно-инвариантного опи сания и представления обоснованно выдел енных: наборов известных объектов в прикладных САПР.
Цель работы: разработка методологии многофункциональной автоматизации поэлементно-инвариантного проектирования зданий и сооружений.
Для достижения поставленной цели в диссертации сформулированы; и решены следующие основные задачи:
анализ методов и моделей построения систем автоматизации архитектурно-строительного проектирования;
определение концепции поэлементно-инвариантного проектирования;
разработка открытой модели поэлементно-инвариантного проектирования;
разработка подходов к построению прикладных систем многофункциональной автоматизации проектирования в соответствие с предложенной концепцией, выделение связанных объектов и процессов проектирования;
анализ существующих и перспективных моделей и геометрических языков описания и представления объектов для решения задач поэлементно-инвариантного проектирования;
формулировка основных принципов построения каталогов обоснованно выделенных наборов известных объектов как элементов инвариантного проектирования;
анализ теории и практики проектирования территориальных и интегрированных строительных каталогов и справочников, создания виртуальных площадок (в том- числе - анализ практики создания: и использования Московского территориального строительного каталога (МТСК));
разработка технологии комплексного документирования- процессов и результатов поэлементно-инвариантного проектирования, включая технологические схемы, структуру проектной документации; послойную организацию шаблона проекта, текстовые документы и формы;
исследование проблем создания и адаптации прикладного и системного программного обеспечения и, комплексов технических средств для решения задач многофункциональной автоматизации поэлементно-инвариантного проектирования зданий и сооружений;
определение перспективных направлений дальнейших исследований в рамках рассматриваемой предметной области.
Объект исследования: объекты, процессы и результаты автоматизации архитектурно-строительного проектирования.
Предмет исследования: многофункциональная автоматизация поэлементно-инвариантного проектирования зданий и сооружений.
В основу методологии исследования положены теория и
практика построения и использования систем автоматизации архитектурно-
строительного проектирования, системный анализ, системотехника
строительства, математическое и информационно-графическое
моделирование, предметно-ориентированные работы отечественных и
-10-зарубежных ученых и специалистов, теоретические и прикладные исследования в области создания информационно-аналитического обеспечения строительного проектирования, производства и управления.
Научная новизна диссертации:
предложена концепция многофункциональной1 автоматизации поэлементно-инвариантного проектирования зданий и сооружений;:
предложена открытая модель поэлементно-инвариантного проектирования зданий и сооружений;
; разработаны подходы к построению прикладных систем многофункциональной автоматизации проектирования в соответствие с предложенной концепцией;
! выполнен анализ существующих и перспективных моделей и геометрических языков описания и представления объектов для решения задач поэлементно-инвариантного проектирования;
«' сформулированы основные принципы построения каталогов обоснованно выделенных наборов известных объектов как элементов инвариантного проектирования;
предложена технология документирования процессов и результатов
поэлементно-инвариантного проектирования.
Практическая значимость диссертации заключается в применении полученных результатов (моделей, информационных, аналитических, технических, технологических и иных решений, алгоритмов и элементов программного обеспечения) при разработке:
Московского территориального строительного каталога (МТСК) в форме динамично развивающейся информационно-справочной системы, охватывающей деятельность строительного комплекса Москвы;
предложений по созданию проектной документации в электронном виде по застройке кварталов, микрорайонов и индивидуальных зданий в
соответствии с "Программой работ по созданию системы подготовки проектно-сметной документации на электронных; носителях", утвержденной Правительством Москвы.
Полученные результаты: использованы: в качестве основы проектирования реального-информационного и аналитического обеспечения; процессов архитектурно-строительного проектирования,- направленных на практическую реализацию; предлагаемой? концепции, разработки,- научно-методологического и инженерно-технического обоснования общих и частных рекомендации в области совершенствования; существующих схем организации информационного обеспечения САПЕ на всех уровнях.
Внедрение результатов. Результаты исследован и я (методология j модели, информационные, аналитические, технические, технологические: и иные решения, алгоритмы и элементы- программного обеспечения): использованы, в; Открытом акционерном обществе: (GAG) "МОСПРОЕКТ" при разработке Московского территориального строительного каталога, а также при; создании прикладного = программного обеспечения САПР;, прямо ориентированного на организацию процесса многофункциональной; автоматизации; поэлементно-инвариантного проектирования? зданий и сооружений.
Отдельные разделы диссертации используются в лекционных курсах "Системотехника1 строительства!', "Разработка- САПР" и "Конструкторские: подсистемы САПР",, читаемых на* кафедрах систем автоматизации проектирования: в, строительстве w. системного? анализа; в строительстве МГСУ, а также при дипломном проектировании студентов по специальности 220300 — Системы автоматизации проектирования..
В целом, теоретические и практические результаты; исследования ориентированы также на разработку и оптимизацию структур и состава широкого спектра; информационного и аналитического обеспечения процессов архитектурно-строительного проектирования и производства.
Лпробация работы. Основное содержание и результаты исследования многократно докладывались на всероссийских и международных конференциях, симпозиумах, форумах, коллоквиумах и семинарах, последние из которых следующие: VII Международная научно-практическая конференция молодых ученых, аспирантов и докторантов "Строительство- формирование среды жизнедеятельности7', МГСУ, Москва, 2004г.; XIII словацко-польско-российский семинар "Теоретические основы строительства", Университет г. Жилина, Словакия, 2004г. и др.), включены в утвержденные Научно-технические отчеты ОАО "МОСПРОЕКТ" (1976-2004гг.).
Результаты работы обсуждались на заседаниях и семинарах кафедры систем автоматизации проектирования в строительстве (1995-2005гг.), системного анализа в строительстве (2002-2005гг.), совете специального факультета систем автоматизации проектирования - СФ САПР (2002-2005гг.) МГСУ, секции "Строительство" Российской инженерной академии (2002-2004гг.), семинарах, конференциях и производственных совещаниях ОАО "МОСПРОЕКТ".
Публикации. Основное содержание и результаты исследования опубликованы в 47 научных работах (включая монографию) общим объемом 40,5 п.л., в том числе лично соискателем - 38,0 п.л. [А1-А47], включены в 42 утвержденных Научно-технических отчета ОАО "МОСПРОЕКТ" по НИР, в которых автор являлся руководителем и ответственным исполнителем (342,0 п.л., авторский вклад - 177,5 п.л.) [А8-А89], положены в основу электронных изданий двух редукций Московского территориального строительного каталога (МТСК) [А90—А91]. Семь научных работ опубликованы в ведущих научных журналах и изданиях, выпускаемых в РФ. в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени доктора наук (2,0 п.л., авторский вклад - 1,75 п.л.) [А5,А18, А37,А41,А43,А45,А46].
-13-Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, основных выводов и предложений, библиографического списка и приложений. Текст диссертации содержит 377 страниц. Библиографический список включает 317 наименований печатных работ, включая авторские публикации, а также 71 информационный ресурс Web.
На защиту выносятся положения, составляющие научную новизну диссертационного исследования:
Яі концепция многофункциональной автоматизации поэлементно-инвариантного проектирования зданий и сооружений;
открытая модель поэлементно-инвариантного проектирования
зданий и сооружений;
; подходы к построению прикладных систем многофункциональной автоматизации проектирования в соответствие с предложенной концепцией;
анализ существующих и перспективных моделей и геометрических
языков описания и представления объектов для решения задач поэлементно-
инвариантного проектирования;
основные принципы построения каталогов обоснованно выделенных наборов известных объектов как элементов инвариантного проектирования;
технология документирования процессов и результатов
поэлементно-инвариантного проектирования.
* * *
Автор выражает благодарность научному консультанту, доктору
технических паук Волкову Андрею Анатольевичу за помощь в выполнении,
апробации и представлении результатов диссертации.
Методологическая схема, отражающая основные составляющие исследования в их взаимосвязи, представлена на рис. В.1..
МЕТОДОЛОГИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ
Теория и практика построения и использования систем автоматизации архитектурно-строительного проектирования, системный анализ, системотехника строительства, математическое и ' ' информационно-графическое моделирование, нредмстио-ориентироваипые работы отечественных и зарубежные ученых и специалистов, теоретические и прикладные исследования в области создания информационно-аналитического обеспечения строительного проектирования, производства и управления.
ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
анализ САПР;
определение концепции позлемептно-нпварпантпого проектирования;
разработка открытой модели позлсмсптпо-иннариантного проектирования;
разработка подходов к построению прикладных систем; '
анализ моделей и геометрических языков описаний и
представления объектов;
* формулировка принципов построения каталогов;
анализ теории и практики проектирования территориальных и итерированных строительных каталогов и справочников;
разработка технологии комплексного документирования процессов и результатов поэлементно-инвариантного проектирования;
исследование проблем создания и адаптации прикладного и системное программного обеспечения и комплексов технически* средств;
определение перепекти ни их направлений дальнейших исследовании в рамках расемалрнвасмоіі предметной области.
Н>
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКАЯ ГИПОТЕЗА
Совершенствование процессов и результатов автоматизации просктнройания наоснове парадигмы многофункционального поэлементно-инвариантного описания и представления обоснованно выделенных наборон известных объектов в прикладных САПР.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Разработка методолога и многофункционально,! автоматизації и поэлементно-н 11 вариантного проектирования здании" и сооружений.
-Э
ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ Объекты, процессы н результаты автоматизации архитектурно-строительного проектирования.
ПРЕДМЕТ ИССЛЕДОВАНИЯ
Многофункциональная автоматизация позлементно-инвариантного проектирования зданий и сооружений.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА
Предложена концепция многофункциональной автоматизации поэлементно-инвариантного проектирования; предложена открытая модель позлементно-инвариаитного проектирования; разработаны подходы к построению прикладных систем многофупкцион&пыюй автоматизации просктирооапия; выполнен анализ моделей и геометрических языков описания и представления объектов; сформулированы ііршішіпи построения каталогов наборов объектов как элементов инвариантного проектирования; предложена технология документирования процессов и результатов проектирования.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ
Выполнен анализ методов и моделей построения САНІ* с точки зрения оценки перспектив; предложена концепция многофункциональной автоматизации поэлементно-инвариантного проектирования зданий и сооружений; предложена открытая модель поэлементно-инвариантного проектирования; выполнен анализ существующих и перспективных моделей и геометрических языков описання и представления объектов для решения задач поэлементно-инвариантного проектирования; сформулированы основные принципы построения каталогов обоснованно выделенных наборов известных объектов как элементов инвариантного проектирования; предложена технология документирования процессов и результатов поэлементно-инвариантного проектировании; рассмотрены основные направления практики проектирования комплекса программного обеспечения поэлементно-инвариантных САПР,
ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Основные результаты диссертационной работы внедрены в Открытом акционерном обществе (ОАО) "МОСІІРОЕЇКТ" при разработке Московского территориального строительного каталога {МТСК>. Отдельные части диссертации использованы в процессе подготовки и переподготовки специалистов на кафедрах САПІ' а строительств и САС МГСУ.
Є-
АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ
Содержание и результаты диссертации неоднократно докладывались на
всероссийских и международных конференциях, симпозиумах, форумах,
коллоквиумах и семинарах, обсуждались и одобрены на заседаниях и семинарах
кафедры САПР в строительстве (1995-2005гг.), системного анализа в
строительстве (САС) (2002-2005гг.), совете СФ САПР (2О02-2005гг.) МГСУ,
секции "Строительство" РИА (2002-2004гг.). '" '
Рис. В.]. Методологическая ехша исследования
Системный подход к проектированию
Современное, строительство, в том числе - и в нашей стране, характеризуется сегодня объективной; необходимостью выполнения огромного объема проектных работ. Требования, предъявляемые к качеству проектирования и срокам выпуска проектной продукции растут вместе со сложностью проекта и требованиями к тем функциям, на выполнение которых ориентировано то или иное здание, сооружение или комплекс.
Очевидным и единственно возможным направлением развития теории и практики архитектурно-строительного проектирования в подобных условиях становится широкое применение САПР на основе современной вычислительной техники и информационных технологий, т.к. простое увеличение числа проектировщиков ограничивается возможностями параллельного выполнения основных и вспомогательных проектных работ.
При проектировании САПР и комплексов прикладного программного обеспечения на основе САПР для решения конкретных инженерных задач необходимо использовать системный подход, основным принципом которого является анализ частей (элементов) системы с учетом их взаимодействия. Системный подход включает в себя построение и анализ структуры создаваемой системы, определение и описание связей и атрибутов, а также анализ систем, внешних по отношению к проектируемой, с которыми возможно взаимодействие на любых этапах и уровнях построения системы.
Парадигма системного подхода к решению задач диссертации основана на применении следующих компонентов (подходов) системотехники (по И;П. Норенкову [98]): ? структурный; ? блочно-иерархический; » объектно-ориентированный:
При структурном подходе варианты системы синтезируются из-отдельных компонентов - (бл оков), а их анализ ; и \. оценка осуществляются ,г на основе частичного перебора» с предварительным прогнозированием характеристик компонентов.
Блочно-иерархический подход к проектированию использует йдеш декомпозиции сложных объектов (моделей, объектов), на; обоснованно выделенные иерархические уровни проектирования; между известиыми параметрами которых устанавливаются информационно-логические связи; В \ этом:случае можно-говорить о т.н.,стиле проектирования - восходящем и\ нисходящем проектировании;
Применение объектно-ориентированного подхода при проектировании информационного И; программного обеспечения- САПР позволяет строить модели приложений на основе распределения данных и; процедур5 между различ ным и классам и объектов, что определяет структурную оптимизацию СИСТЄМІ Рассмотрим особенности: структурного подхода к разработке информационных систем; в целом ИЇ архитектурно-строительных САПР В; частности на основе [30];.
Собственно структурный подход к разработке САПР заключается в их декомпозиции (или разбиении) на отдельные автоматизируемые функции. В этом случае система разбивается на некоторый набор; функциональных подсистем, которые, в свою очередь, делятся на подфункции, подразделяемые на; задачи и: так далее.. В общем случае, процесс разбиения ; продолжается? до уровня конкретных процедур. При этом; процесс проектирования сохраняет целостное представление и последовательность операций, в которых все составляющие компоненты связаны между собой определенным образом. Очевидно, что при разработке подобных систем "снизу-вверх" от отдельных задач ко всей системе целостность теряется, а также возникают, в ряде случаев, весьма серьезные проблемы; при информационной стыковке отдельных компонентов на всех уровнях построения единой системы.
Следует отметить, что, в целом, методология структурного подхода к проектированию современных информационных систем базируются на ряде общих принципов [62], основные из которых следующие:
принцип "разделяй и властвуй - принцип решения сложных проблем путем их предметно-ориентированного разбиения на множество меньших независимых: задач, более легких для понимания и решения существующим и методам и;
принцип иерархического упорядочивания - принцип организации составных частей проблемы в предметно-ориентированные иерархические древовидные структуры с возможностью добавления новых деталей на каждом уровне;
принцип абстрагирования принцип выделения наиболее существенных, с точки зрения разработчика (постановщика задач, системного аналитика, эксперта или их группы, лица, принимающего решения и проч.), аспектов системы и отвлечения (условного абстрагирования) от несущественных;
принцип формализации - принцип, заключающейся в необходимости выбора и применения строгого методического (математического, логико-смыслового, формального в терминах того или иного языка и проч.) подхода к решению проблемы;
принцип непротиворечивости - принцип обоснованности и согласованности отдельных элементов, составляющих проектируемую
-(создаваемую) информационную систему на всех уровнях ее рассмотрения и детализации;
принцип структурирования данных - принцип, заключающейся в том, что множество данных, знаний m связей; составляющих информационную основу проектируемой (создаваемой) системы должны быть структурированы\ и иерархически организованы на: всех уровнях ее рассмотрения и детализации.
Понятие и концепция поэлементно-инвариантного проектирования
Основная идея поэлементно-инвариантного подхода к. проектной деятельности проста: коль скоро мы используем стандартные (типовые) решения на стройплощадке, наверняка эффективным будет выглядеть их использование уже на стадии проектирования.
В общем случае, концепция поэлементно-инвариантного (поэлементно-неделимого) проектирования представляет собой; многофункциональный подход к автоматизации проектирования, предполагающий математическое, информационное, графическое и иное проектирование объекта на основе использования независимых образов обосновано выделенных элементов объекта. В целом - это перспективное направление теории и практики создания архитектурно-строительных САПР всех классов, позволяющее качественно повысить уровень автоматизации процессов проектирования; создания проектно-сметной документации и информационного сопровождения проекта в целом.
Теоретическая основа предлагаемой поэлементно-инвариантной парадигмы автоматизации архитектурно-строительного проектирования зданий и сооружений состоит в построении информационной модели отдельных конструктивных элементов (например, оконных и дверных блоков, лестничных маршей и проч.) и ее дальнейшее использование в строительных САПР без изменений значений геометрических и технических параметров такой модели.
Выбор инвариантных конструктивных и иных элементов осуществляется в соответствии с анализом номенклатуры строительных конструкций, материалов и изделий, представленных на рынке во время реализации проекта.
Главное отличие предлагаемого подхода от традиционного, по сути -"блочного" (на основе библиотек графических элементов чертежа), используемого при работе со многими современными векторными САПР, а равно и от рассмотренного в первой = главе диссертации модульного проектирования заключается в реализации возможности сопровождения используемой модели неоднородной и, что особенно важно, — актуальной вспомогательной информацией;
Такой информацией могут быть данные, используемые, например, для составления - проектно-сметной документации, автоматизации, инженерно-конструкторских расчетов,, имитационного моделирования прочностных характеристик и проч. В этом случае, типовая "виртуальная копия" того или иного конструктивного элемента, будет содержать не только графическое представление (образ) того или иного узла, но и весь.спектр сопутствующей информации и данных, начиная от возможного материала исполнения и цвета и заканчивая актуальной стоимостью и местом возможного приобретения.
Кроме того, инженер получает возможность интерактивной достоверной оценки основных характеристик проекта (сроки поставок и монтажа, стоимость работ, потребность в машинах и механизмах и проч.) и, как следствие, - оптимизации тех или иных решений по наиболее критичным параметрам. Более того, механизм перекрестных мифологических гиперссылок, как часть поэлементно-инвариантной модели, может обеспечить совершенно новый уровень автоматизации не только проектных процедур, но и всей электронной модели объекта в целом. Речь идет о динамическом перерасчете материально-технической документации, в том числе - аналитических отчетов и прогнозов, по любой составляющей проекта в режиме реального времени непосредственно в процессе проектирования.
Важно и то, что описанный подход применим на всех стадиях проектирования. Успех подобной практики применительно, например, к инженерному оборудованию зданий и сооружений, зависит лишь от избранной степени детализации проекта.
Проблемы практики реализации предложенных решений лежат в области решения двух основных задач:
1) создание (адаптация) элементов прикладного программного обеспечения; позволяющего осуществлять функции поэлементно-инвариантного проектирования в интерактивно-графических средах современных строительных САПР (в том числе - разработка структур и протоколов обмена данными, конверторов основных форматов представления данных в оригинальный формат приложения и проч.).
2) автоматизация сбора, хранения, обработки и использования информации и данных о всей номенклатуре стандартных (в той или иной форме) строительных конструкций, материалов и изделий, представленных на том или ином региональном рынке.
Первая из обозначенных проблем решается на уровне построения оригинальных алгоритмов и практического программирования на основе как существующего, так и вновь создаваемого прикладного программного обеспечения.
Вторая проблема лежит в плоскости создания "электронных" версий территориальных строительных каталогов. Примером подобных разработок может быть одна из редакций "Московского территориального строительного каталога - МТСК", выпущенного Управлением экономической, научно-технической и промышленной политики Москвы при участии ОАО "Моспроект".
Прикладные системы многофункциональной автоматизации. поэлементно-инвариантного проектирования
Одной из самых распространенных САПР; пригодных для реализации концепции многофункциональной автоматизации поэлементно-инвариантного проектирования, является САПР ArchiCAD (Graphisoft R&D Software Development Rt). Рассмотрим ее особенности на основе [150].
Пакет ArchiCAD базируется на концепции "виртуального здания", впервые разработанной компанией Graphisoft еще в 1984 году. Из года в год, от версии к версии все мощнее и удобнее становится пакет, совершенствуются инструментальные средства и методы работы с ними, но его основополагающая идея остается неизменной.
В соответствии с концепцией "виртуального здания" архитектору предоставляется полный набор ориентированных на архитектурно-строительное проектирование специализированных инструментов, при помощи которых создается "виртуальное здание" - объемная модель, соответствующая реальному зданию, но существующая только в памяти компьютера. Из этой виртуальной модели извлекается разнообразная информация: в чертежи (поэтажные планы, разрезы и фасады, узлы и детали и т. п.); ? результаты расчета количественных показателей (ведомости, спецификации, экспликации и т. п.); ? презентационные материалы (фотореалистические изображения, анимационные фильмы, сцены виртуальной реальности); ? файлы различных форматов для обмена данными со смежниками, заказчиками, консультантами и другими участниками процесса проектирования, пользующимися - другими программами (AutoCAD2 , Microstation, 3D Studio и др.
"Виртуальное здание" позволяет работать не с отдельными никак не связанными между собой чертежами, а с моделью реального здания, где все элементы= тесно взаимодействуют друг с другом, благодаря чему все изменения, вносимые в проект, автоматически отображаются и в документации;
Такой подход позволяет уже на ранних этапах проектирования обнаружить и устранить большинство проблем, которые: обязательно проявились бы на более поздних этапах проектирования или, что еще хуже, на строительной площадке. Кроме того, концепция "Виртуального здания" гарантирует, что все чертежи точно соответствуют друг другу, поскольку представляют собой разные способы отображения одной и той же модели, а не отдельные не связанные друг с другом изображения.
Параметрические конструкции
Важнейшей особенностью пакета является то, что, работая с ним, пользователь имеет дело не с набором чертежных элементов, а с привычными строительными конструкциями: стенами, окнами, перекрытиями, крышами и т. д. Все создаваемые конструкции являются параметрическими (т.е. описываются набором характерных для них параметров) и, следовательно, в любой момент могут быть отредактированы изменением их параметров. При этом каждый конструктивный элемент несет в себе всю информацию для представления его на чертежах и в объемной модели; а также для; учета его свойств? в: сметах. Так,, например, стена в ArchiCAD - не просто две. параллельные линии со штриховкой между ними, а полностью параметрический объект, обладающий характерными только для? него качествами (например, для стен это способность бесшовно сопрягаться с. другими стенами, возможность вставки: окон и дверей); и: содержащий в себе все необходимые данные (геометрические размеры, типы линий и штриховки; для изображения на планах шразрезах, материалы.наружной, внутренней; и? торцевой поверхностей, сведения о площадях поверхностей; и- об объеме. стены для вычисления расхода строительных материалов и.т. д.).
Объектная технология ArchiCAD Вместе с ArchiCAD поставляется, обширная библиотека разнообразных объектов; применяемых в процессе, проектирования; В стандартную библиотеку входит более 1000 разнообразных элементов — окна и двери, строительные конструкции; мебель и светильники, элементы оформления чертежей И; визуализации. Еще несколько; тысяч элементов можно приобрести отдельно. Множество объектов можно загрузить из сети Интернет (в- том-. числе и; бесплатно). Однако; главной особенностью библиотек ArchiGAD является не многообразие библиотечных элементов, а используемая при работе с ними.технология:
В основе объектной технологии ArchiGAD лежит Язык геометрических определений (GDL); позволяющий создавать "умные" параметрические объекты; произвольной формы, свойства которых могут определяться как задаваемыми пользователем параметрами, так и различными; внешними условиями І (масштабом чертежа; этажом размещения объекта, положением; объекта в; пространстве, и; др.):
Территориальные строительные каталоги и справочники
Основой реализации; принципов поэлементно-инвариантного проектирования на практике- является: построение и: использование территориальных, строительных каталогов и і справочников,, содержащий; инварианты строительным материалов, конструкций и изделий в формате, пригодном, (специально предназначенном) для использования в рабочем проектировании:
Идеальной І ситуацией при: этом является возможность, например, "перетаскивать тот или ной; элемент с виртуальной торговой: площадки в: чертеж в режиме реального времени.
Основные принципы построения каталогов обоснованно выделенных наборов известных объектов как элементов инвариантного проектирования:: 1) принцип технологичности; 2) доступности; 3) достаточной полноты; 4) информационно открытой модели.
Принцип технологичности заключается в том, что выбор инвариантных множеств при поэлементно-инвариантном проектировании зданий и сооружений должен быть обоснован с точки зрения технологической целесообразности деления проекта на инварианты предложенным способом.
Отдельные инвариантны, должны предусматривать возможность сопряжения между собой в рамках одного проекта, как на уровне чертежа; так и на практике.
Принци п доступности f закл ючается в - том, что включенные в каталог и н вариантные элементы- (строител ьные материал ы, конструкции; изделия; и проч.) должны быть доступны не только проектировщику, но и подрядчику в количестве и качества; необходимого при реализации того г или иного конкретного проекта.
Принцип достаточной: полноты имеет следующий смысл:. Информационная модель инварианта,, включеннаяг в; каталог , должна содержать все необходимые данные, для использования того идш иного элемента в проектировании! и строительстве: при реализации конкретного проекта; Принцип; информационно открытой модели предполагает возможность теоретически неограниченного дополнения используемых каталогов силами и средствами как уполномоченных учреждений и организаций, так и, прежде всего, силами собственно производителей тех или иных строительных материалов, конструкций и изделий.
Создание электронных версий территориальных строительных каталогов — актуальная задача и неотъемлемая часть практической; реализации концепции многофункционального поэлементно-инвариантного проектирования.
Как уже было отмечено выше, основой; реализации принципов поэлементно-инвариантного г проектирования на практике является-построение и: использование территориальных строительных каталогов и слравочников, содержащий инварианты строительным материалов, конструкций и изделий в формате, пригодном (специально предназначенном) для использования в рабочем проектировании.
При построении подобных каталогов, кроме перечисленных выше принципов технологичности, доступности, достаточной полноты и информационно открытой модели, необходимо руководствоваться территориальным принципом включения элементов в каталог. Другими словами, проектировщику должны быть доступны каталоги, содержащие реальную информацию о строительных материалах, изделиях и конструкциях, производство (или реализация) которых налажены в том регионе, где предполагается осуществлять строительство. Действительно, гораздо выгоднее с. экономической точки зрения при проектировании оперировать элементами, использование которых в строительстве не будет в дальнейшем сопряжено с трудностями организации материально-технических7 поставок из других регионов при относительном равенстве цен. Практика показывает, что построение каталогов исходя из изложенных условий вполне возможно, поскольку ассортимент строительных материалов, конструкций и изделий, предлагаемых сегодня отечественной промышленностью и в рамках лицензионных производств сегодня достаточно велик.
Сказанное не исключает, впрочем, известных допущений в приведенных выше рассуждениях в контексте возможности использования современных логистических схем управления материально-техническими потоками при реализации крупных инвестиционно-строительных проектов, что осталось за рамками настоящей работы.
В настоящее время практическая возможность "перетаскивать" тот или ной элемент с виртуальной торговой площадки территориального строительного каталога в чертеж в режиме реального времени выглядит следующим образом (рис. 4.2.1-4.2.5 - общий вид представления инвариантов на электронной торговой площадке).
