Технологии информационного моделирования в практике реставрационных работ памятников архитектурного наследия

Прокопенко Илья Владимирович магистр, кафедра проектирования зданий и экспертизы недвижимости, Инженерно-Строительный Институт, Сибирский Федеральный Университет 660041, Россия, Красноярский край, г. Красноярск, ул. Свободный, 82, каб. А-356 Prokopenko Il'ya Vladimirovich Graduate Student, Department of Building Design and Real Estate Expertise, Institute of Civil Engineering, Siberian Federal University 660041, Russia, Krasnoyarsk Territory, Krasnoyarsk, Svobodny str., 82, office A-356 hellya1208@gmail.com Тетерина Кристина Сергеевна магистр, кафедра Проектирования зданий и экспертизы недвижимости, Сибирский Федеральный Университет 660041, Россия, Красноярский край, г. Красноярск, ул. Свободный, 82, каб. А-356 Teterina Kristina Sergeevna Graduate Student, Department of Building Design and Real Estate Expertise, Siberian Federal University 660041, Russia, Krasnoyarsk Territory, Krasnoyarsk, Svobodny str., 82, office A-356 k.padanaeva@mail.ru

Саенко Ирина Александровна доктор экономических наук профессор, кафедра проектирования зданий и экспертизы недвижимости, Сибирский Федеральный Университет 660041, Россия, Красноярский край, г. Красноярск, ул. Свободный, 82, каб. А-356 Saenko Irina Aleksandrovna Doctor of Economics Professor, Department of Building Design and Real Estate Expertise, Siberian Federal University 660041, Russia, Krasnoyarsk Territory, Krasnoyarsk, Svobodny str., 82, office A-356 saenko-irina@yandex.ru

В последние годы технологии информационного моделирования (ТИМ) находят всё большее применение в практике строительной деятельности, в том числе и при реставрации памятников исторического и культурного наследия. Для этой практической области применение ТИМ является уникальной возможностью, позволяющей более эффективно не только выполнять реставрационные работы, но и дальше эксплуатировать объект с наибольшей результативностью использования. Цель проведенного исследования заключалась в выявлении таких возможностей на основе контент-анализа имеющихся информационных ресурсов, посвященных этой предметной области.

Применение технологий информационного моделирования при выполнении реставрационных работ требует от исполнителей высокого уровня компетентности как в практике проведения самих реставрационных работ, так и в области непосредственно информационного моделирования.

Архитектурные объекты культурного наследия являются по сути музейными экспонатами, но которые представлены не в галерее, а под открытым небом, в жилой среде, оказывающей достаточное влияние на его состояние. Это среда может быть охарактеризована набором факторов, которые следует непременно учитывать при проведении реставрационных работ, разрабатывать соответствующие мероприятия, способные снизить их агрессивное воздействие на состояние памятников архитектуры.

Информационная модель представляет собой специальным образом организованный кластер информации по определенному объекту, включает в себя его характеристики, которые могут быть представлены в виде графических моделей, числовых выражений и пр., но обязательным условием является применимость информации для дальнейшей обработки и взаимодействия с ней.

Создание информационной модели здания или сооружения исторического наследия представляет собой сложный процесс, в результате которого появляется проект выполнения реставрационных работ, а также работ по дальнейшему обслуживанию, текущему ремонту, реконструкции и реставрации в далекой перспективе. Если говорить другими словами, то информационная модель памятника архитектуры должна быть полной и достоверной цифровой копией настоящего здания или сооружения, подвергшегося реконструкции или реставрации, с которой должно быть удобно работать в будущем на стадии эксплуатации.

Главной особенностью применения ТИМ при реставрации объектов культурного наследия является то, что моделирование будет тесно связано с изучением истории, так как ранее могла быть реконструкция объекта и в этом случае изначальный внешний вид, внутренняя планировка могли быть утеряны, поэтому моделируемый объект подвергается детальному изучению, поднимаются все архивы, изучается вся его история как архитектурного объекта культурного наследия. Информационная модель стремится к тому, чтобы максимально соответствовать изначальному виду здания или сооружения, то есть к его первозданному виду, без последующих наслоений от отделки, реставрационных работ и новодела.

Подходы к созданию цифровых моделей памятников архитектуры

Различают два подхода к созданию цифровых моделей в этой сфере деятельности: дискретная и традиционная.

По применению дискретная методика, в основном, используется для реставрации и реконструкции памятников из дерева. Функционал, который сегодня предлагается технологиями информационного моделирования очень широк, а базовые инструменты, позволяют воссоздать точную цифровую копию здания или сооружения. Так, каждое бревно, брусок, доска и другие элементы имеют свои индивидуальные параметры, с которыми можно работать. Однако недостатком такого подхода является ресурсоемкость и время, затраченное на отрисовку элемента «поштучно». Последовательность моделирования определяется из реальной картины элементов сборки памятника. В таком случае важна лишь точность обмеров, архитектурных и планировочных решений, размер каждой отдельной детали, необходимо учесть все отклонения по горизонтальным и вертикальным осям, а также границ каждого нового включения. Процесс моделирования каждого отдельного элемента идет в той же очередности, в которой будет проходить и строительство здания, то есть из процесса реального возведения памятника архитектуры. Итогом моделирования должен выступать полностью соответствующий реальности цифровой двойник памятника архитектуры.

Аргументом в защиту развития данного способа моделирования является то, что на протяжении многих веков на территории России деревянное зодчество являлось доминирующим способом застройки, что приводит к необходимости создания универсального инструмента в оцифровке – «интеллектуальное бревно». Так как в основе своей все деревянные памятники архитектуры имеют длинные продолговатые предметы: доски, бревна.

Традиционная методика, в свою очередь, предполагает работу с зданиями и сооружениями, выполненными из камня и кирпича. Характеризуется традиционная методика преобладанием базисных инструментов моделирования, на основе которых создается несущая структура памятника архитектуры. Применима традиционная методика, в основном, к однородным структурам зданий и сооружений, имеющим немногочисленные или незначительные разрушения. Базовыми объектами информационной модели при применении традиционной методики являются такие элементы как, фундамент, окна, двери, перекрытия, колонны, балки, крыша и так далее.

Одним из самых важных инструментов в создании модели обоими способами является лазерное сканирование, которое стало неотъемлемой частью при воссоздании «цифрового двойника».

Главной особенностью в работе с памятниками архитектурного наследия является то, что все конструкции таких зданий отличаются от современных. Таким образом каждый из элементов здания или сооружения требует индивидуального подхода. Так, например, в современных архитектурных решениях, практически отсутствует понятие составной стены или купольной крыши. Немало важным моментом в работе с памятником исторического наследия является то, что необходимо не только воссоздать аутентичный внешний вид, конструктив и несущую конструкцию, а необходимо также воссоздать искривления, неровности, наклоны конструкций и другие параметры, выявленные в ходе проведения инженерных изысканий, обследований, обмеров и проведения исторического исследования.

Применение ТИМ при реставрации памятника архитектуры

Одним из самых ярких примеров реставрационных работ памятника культурного наследия с применением технологии информационного моделирования можно выделить Спасскую церковь из Зашиверска, находящуюся в историко-архитектурном музее под открытым небом Института археологии и этнографии Сибирского отделения РАН в г. Новосибирск (рис. 1).

а) реальный вид б) цифровая модель

Рис. 1 - Спасская церковь из Зашиверска

Поэтапность проведения реставрационных работ на этом реальном объекте определила поэтапность моделирования и создания цифровой модели церкви.

Для моделирования церкви использовалось несколько программных комплексов, в которых были учтены все особенности объекта реставрации, исходя из доступного функционала каждого из программных комплексов.

Из основного программного обеспечения, которое применялось в процессе моделирования можно выделить:

1. Autodesk Robot Structural Analysis. Данный программный комплекс несет на себе основной функционал о нагрузке объектов, расчетов прочности. Программа является одной из составляющих экосистемы Revit Structure;

2. Комплекс программ Autodesk Revit (Revit Architecture, Revit Structure) – основной пакет программ для создания полной информационной модели здания и сооружения. Программы являются составляющиими экосистемы Revit Structure;

3. Autodesk AutoCAD Architecture – программный комплекс для создания некоторых сложных по форме элементов.

Одну из ключевых ролей информационная модель церкви сыграла в тот момент, когда начался этап возведения купольной конструкции из бревен. Конструкция была задумана и спроектирована как самонесущая, однако все размеры и сочленения брались из данных, предоставленных информационной моделью.

Создание информационной модели каждого отдельного памятника архитектуры требует детальной индивидуальной проработки. Последовательность выполнения работ по моделированию идет иерархически вниз: от общего к частному для исключения программных коллизий и нестыковок отдельных элементов. В общем случае можно выделить следующие этапы моделирования объектов культурного наследия:

1. Обозначение уровней;

2. Моделирование базисными инструментами несущей структуры;

3. Создание топографической поверхности;

4. Создание окон, дверей, перекрытий, откосов;

5. Моделирование крыши;

6. Проектирование кровельных материалов;

7. Детализация и финальная обрисовка отдельных элементов.

Основной задачей, предъявляемой к информационному моделированию объектов культурного наследия, является сам факт наличия такого объекта, как бы абсурдно это и не звучало. Необходимость сохранить индивидуальность и неповторимость объекта и накладывает столь высокие требования к информационной модели. Проработка цифровой модели предполагает соблюдение технологий строительства и их использование при последующих ремонтных или реставрационных работах.

Вывод

Таким образом, технологии информационного моделирования стали неким мостом между культурами и эпохами. Любой памятник архитектуры можно отнести фактически к музейному экспонату, но подверженному агрессивности окружающей среды, что сокращает его жизненный цикл, также не исключено активное использование такого памятника, как например, большинство храмов и соборов Санкт-Петербурга.

ТИМ не является единственным инструментом в работе с памятниками архитектуры, но оказывает большое влияние, на производимые работы при условии применения.

С приходом ТИМ в область культуры и культурного архитектурного наследия, общие принципы построения «цифровых двойников» не изменились, но поддались небольшой корректировке. Таким образом, ТИМ стала средой, в которой хранится информация и сведения для каждой конкретной цирковой модели, соответствующей реальному объекту.

Применение цифровой модели достаточно обширное, она может быть использована как по прямому назначению, то есть при проведении ремонтных, реставрационных или иных работ, а также в прикладных областях, то есть в исследовательской работе, а также в учебной или коммуникационной деятельности.

Наряду с вводом ТИМ в строительный сектор, в дальнейшем данная технология найдет обязательное применение и в области реставрационных работ памятников архитектуры.