ПАРАМЕТРИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В СВЯЗКЕ ТРЕХ АППАРАТНЫХ КОМПЛЕКСОВ ARCHICAD, RHINOCEROS, GRASSHOPPER

Аннотация. В данной статье описывается подход параметрического моделирования с использованием современного программного обеспечения. Это решение должно помочь изменить уже установленные правила для построения моделей BIM. Данный подход стал основой идеи использования параметрического моделирования для двух основных групп в современном моделировании строительных проектов: моделирования архитектурного облика здания и конструкций. Этот метод может значительно снизить трудозатраты, а также его можно использовать для реализации нестандартных решений в дизайне.

Abstract. This article describes the approach of parametric modeling using modern software. This decision should help to change the already established rules for building BIM models. This approach became the basis of the idea of using parametric modeling for two main groups in the modern modeling of construction projects: modeling of the architectural appearance of the building and structures. This method can significantly reduce labor costs, and it also can be used to implement non-standard solutions in the design.

Ключевые слова: BIM; моделирование; архитектура; строительство; дизайн.

Keywords: BIM; modeling; architecture; construction; design.

Введение. Сейчас всё больше старые подходы в строительстве меняются на новые, а использование BIM моделей в проектах любой сложности уже активно используется [1]. Множество компаний уже десятки лет эксплуатируют различные программные комплексы от компаний Autodesk и Graphisoft, программы для расчётов такие как Лира, Tekla, а также многие другие вариации BIM решений.[2-3] Хоть «новое» создание модели здания пришло в массы около десяти лет назад, многие подходы к моделированию уже можно назвать устаревшими, но развитие архитектурных решений никогда не стоит на месте, различные архитектурные стили преобразуются и добавляется всё больше нестандартных форм в фасадах, окнах, стены нестандартной геометрии, всё это – будущее современной архитектуры.[4-7] Из-за всех этих нововведений приходится изворачиваться в стандартных программах, но чтобы, например, создать крышу или фасад нестандартной формы с помощью стандартных инструментов того же ArchiCAD потребуется уйма времени, множество проб и ошибок, а также возможность того, что данная конструкция и вовсе не будет восприниматься другими программами из-за множества параметров. Именно тогда приходит на помощь параметрическое моделирование.

Методология. Идея данного метода заключается в том, чтобы попытаться описать сложные геометрические формы модели через примитивы, форма и связь которых задаётся с помощью различных параметров, такие как, координаты точек, разбиение линии на отдельные точки, длины отрезков, количество сплайнов, радиусы окружностей и многие другие. Так, при задании отдельных параметров устанавливаются отношения между ними, называемые ограничениями (constraints). Чтобы было понятнее, ограничения в стандартных методах построения это, для примера, две параллельные линии, то есть это те линии, которые не должны пересекаться, или же две окружности можно назвать одинаковыми, если их радиусы между собой равны. Когда множество примитивов и ограничений между ними заданы, по ним уже строится эскиз модели, то есть строится контур будущего объекта и как он будет устроен. Благодаря этому, инженеру не нужно задавать координаты для каждого объекта, нужно только указать геометрические взаимоотношения между объектами, а уже остальные вычисления результирующих координат каждого объекта выполнит решатель геометрических ограничений (geometric, constraint, solver). Именно эти основные особенности данного подхода отличают его от остальных.

Основная часть. Реализацию данного подхода продемонстрирована на примере взаимодействия трёх аппаратных комплексов: Rhinoceros 3D, модуля для данного комплекса Grasshopper и перенос готовой модели в ArchiCAD 22 с помощью модуля Grasshopper – ArchiCAD Live Connection.

Для начала дадим краткое описание с чем мы имеем дело. Rhinoceros 3D – это программное обеспечение для трехмерного моделирования, данное ПО используется преимущественно в архитектуре, в создании дизайнерский решений, как известно существуют самые различные способы привлечения внимания к зданиям и сооружениям, о подходах в архитектурно-дизайнерском решении центра энергетики повествует статья [8], от дизайна отдельных зданий можно перейти к проектированию автомобилей, кораблей и сложный механизмов, и даже в создании ювелирных изделий. Выбор пал на данную программу так как Graphisoft (создатели ArchiCAD) активно сотрудничают c разработчиками Rhinoceros Robert McNeel & Associates, о опыте использования данного аппаратного комплекса можно узнать из статьи [9]. Помимо этого, Rhino обладает очень высокой точностью в выставлении параметров и вычислениях, из-за чего полученные модели будут обладать высокой точностью и детализированностью. Именно благодаря данному сотрудничеству и появился такой модуль для Rhino как Grasshopper.

Grasshopper – это не отдельная программа, а плагин для написания скриптов внутри Rhinoceros. То есть, вы задаете параметры и отношения между ними, а уже по данным отношениям вычисляются координаты и строятся модели объектов, параметры которых задает создатель модели. Grasshopper является редактором на базе узла, это означает, что параметры передаются от одного объекта к другому через «соединительные» провода, таким образом создаются отношения между всеми объектами внутри скрипта, написанного разработчиком в Grasshopper, а уже на основании этого создается модель внутри Rhinoceros. Выглядит это следующим образом:

Рисунок 1. Скрипт в Grasshopper для создания фасадных плит в Rhinoceros 3D

В левой части рис.1. можно наблюдать скрипт для создания фасадных панелей и стен объекта. Данное нестандартное решение фасада здания было выбрано специально для последующего переноса его в ArchiCAD 22. Нестандартность данных панелей в том, что это не целиковый объект, а каждая панель состоит из множества объектов (в данном случае составляющие панели из дерева, т.к. дерево всё ещё является незаменимым материалом в строительстве и архитектуре, а в современном мире, где активно идёт борьба за экологию, использование натуральных материалов очень востребовано, особенно в современном дизайне, но стоит учесть, что материалов великое множество и не всегда в современном дизайне будут применимы именно натуральные структуры. Об особенностях применения различных материалах в примерах [10-15]).

Рисунок 2. Окончательное решение по созданию плит после рендеринга, данные модели плит готовы к экспорту в ArchiCAD 22

Рисунок 3. Модули в скрипте Grasshopper, отвечающие за связки модели Rhinoceros 3D и модели в ArchiCAD 22

Данные модули в скрипте осуществляют непосредственно интеграцию модели из Rhinoceros c Grasshopper в ArchiCAD 22.

Рисунок 4. Результат связки всех трёх аппаратных комплексов. Окончательная модель фасадных плит в ArchiCAD 22

Выводы. Таким образом, хотелось бы отметить ещё раз, что все действия происходят в реальном времени, а это означает, что разработчик может при виде ошибки или не состыковок сразу устранить их. Если брать в глобальном масштабе применения данного подхода нужно отметить то, что написанный скрипт может использоваться в любое время и на любом ПК. А также предположим необходимость разработать проект типового строительства, да, можно создать первый этаж в привычных BIM решениях как ArchiCAD и Revit раскопировать его на столько сколько нужно. Но предположим, что данное здание нужно сделать будет через некоторое время ещё раз, в таком случае опять придётся сделать первый этаж, но, если бы у имеется скрипт, то можно запустить его и через считанные секунды проект будет готов. Также данный метод можно применить и для создания похожий зданий, внося изменения в количестве этажей или же изменении в архитектуре, всё зависит от подхода к решению задачи.

Cписок литературы:

1. Жариков И.С., Давиденко П.В., Эффективное использование BIM-технологий при проведении строительно-технических экспертиз // Научно-теоретический журнал «Вестник БГТУ им. В.Н. Шухова. 2018.№1. С.42-48
2. Слесарева А.А., Анализ программного пакета ArchiCAD // Проблемы науки. 2017. С.21-22
3. Анахин Н.Ю., Грошев Н.Г., BIM-технологии, как основа современного объекта // Вопросы науки и образования. 2018. С.29-31
4. Чарлз Дженкс. Язык архитектуры постмодернизма. Москва: Изд-во Стройиздат, 1985
5. Генрих Вёльфлин. Ренессанс и барокко. Санкт-Петербург: Изд-во «Азбука-классика», 2004
6. Владимир Кринский, Иван Ламцов, Михаил Туркус. Элементы архитектурно-пространственной композиции. Москва: Изд-во главная редакция строительной литературы, 1938
7. Роберт Вентури. Сложность и противоречия в архитектуре. США: Изд-во Нью-Йорский музей современного искусства, 1966
8. Федорова М.Ю., Архитектурно-дизайнерские решения инновационного центра энергетики южно-уральского государственного университета // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Строительство и архитектура. 2013. С.90-91
9. Шакиров В.А., Артемьев А.Ю., Выбор площадки размещения ветроэлектростанции с использованием компьютерного моделирования рельефа местности и ветрового потока // Вестник Иркутского государственного университета. 2017. С.133-142
10. Михайлова А.С., Современные возможности древесины – параметрическое формирование из дерева // Вестник Казанского технологического университета. 2016. С.123-126
11. Барташевич А.А., Игнатович Л.В., Шетько С.В., Декорирование элементов мебели и столярно-строительных изделий методом тиснения текстуры древесины и имитацией резьбы // Труды БГТУ. Серия 1: Лестное хозяйство, природопользование и переработка возобновляемых ресурсов. 2018.№2. С.198-201
12. Юрченко В.В., Хлебородова В.А., Анализ модифицирующих добавок, применяемых в композиционных материалах с наполнителем из отходов древесины и термопластичных полимеров // Сборник научных трудом Донецкого института железнодорожного транспорта. 2018. С.40-44
13. Михайлова А.С., Использование композитного материала – пластик в современном дизайне // Вестник Казанского технологического университета. 2015. №17. С.159-161
14. Гневанов М.В., Инновационная технология в строительстве // Вестник науки и образования. 2015.
15. Чжен Н., Чжен Ц., Натуральные материалы в декоративно – прикладном искусстве // Территория новых возможностей. Вестник Владимирского государственного университета экономики и сервиса. 2015. №3. С.162-174