2.1. Информатизация архитектурного проектирования

Архитектурно-строительное проектирование состоит из следующих основных этапов:

- разработка концепции здания (эскизный проект, несколько альтернативных вариантов);

- проектная отработка выбранной концепции (планы, фасады, разрезы в полном объеме выбранного варианта проекта);

- строительный проект (фундамент, перекрытия, кровля, укрепление, узлы, детали, включая расчеты и все спецификации).

Концепция – это фактически идея, на этапе разработки которой заказчик получает все необходимые материалы, позволяющие оценить проект и сформировать точные требования к дальнейшему проектированию. Концепция, как правило, не дает привязок и размеров, но позволяет полноценно оценить потенциальные возможности объекта, а также выбрать направление и ход дальнейшей работы.

Работа над архитектурным проектом и его концепцией начинается, как правило, с плана дома. При этом необходимо учитывать такие факторы, как общая планировка участка под застройку, подвод коммуникаций, планируемые конструктивные схемы и многие другие.

Разработка предварительной концепции здания - единственный способ заранее оценить и получить представление о проектируемом объекте. Этот этап особенно важен для крупных объектов, поскольку позволяет избежать многих сложностей в ходе дальнейшего проектирования. Разработка концепции является расширенным предпроектным решением.

В состав концепции обычно входят следующие материалы:

- Поэтажные функциональные планы;

- Эскизы фасадов.

Разработка архитектурной концепции здания позволяет решить следующие задачи:

- полноценная постановка задачи для рабочего архитектурно-строительного проекта путем выбора решений на стадии концепции; возможен вариативный подход не только к облику, но и направленности будущего объекта;

- повышение инвестиционной привлекательности земельного участка (например, при выборе концепции развития территории, подготовки демонстрационных материалов для оценки инвестором привлекательности вложений в средние и крупные объекты и т.д.);

- предварительная оценка возможностей объекта (технико-экономического обоснование - ТЭО); Для сложных и крупных объектов на данной стадии возможно определение основных эксплуатационных и инвестиционных затрат при выполнении инженерных изысканий по энергоэффективности, инженерной насыщенности, сложности возведения проектируемого объекта и т.д.

На этапе разработки концепции требуется, в первую очередь, автоматизация формальных чертежных процедур, включая возможности "рисовальных" пакетов. Задача данного этапа информатизации – предоставление возможности архитектору гибко модифицировать планировочные и визуальные решения, не привязываясь к спецификациям материалов, оборудования. При формировании концепции в автоматизированном режиме используют либо специализированные дизайнерские пакеты (программные комплексы с обширными библиотеками графических примитивов в виде элементов интерьера, с возможностями установки различных источников света и т.п.), либо стандартные чертежные программы типа "электронный кульман", позволяющие легко вычертить произвольную компоновку на листе.

На основе разработанной концепции здания и сформированного технического задания производится отработка планов, фасадов, разрезов и т.д. в полном объеме выбранного варианта проекта.

Разработка архитектурного проекта состоит из следующих составляющих:

- планировочное решение (обычно разрабатывается несколько планировочных схем будущего объекта, что позволяет более точно провести анализ и найти рациональное планировочное решение);

- стилевое и стилистическое решение (сформированная компоновки здания не определяет однозначно внешний вид объекта; на данном этапе решается стилевое оформление фасада).

При формировании архитектурного облика здания необходим анализ сочетания предлагаемых контуров с окружающей средой. В ряде организаций используются программы, обеспечивающие взгляд на объект из любой точки, имитирующие трехмерность пространства на экране дисплея.

В результате проектирования формируется комплект документов архитектурного проекта:

- планы этажей;

- фасады;

- архитектурные разрезы;

- ситуационный план и генеральный план;

- пояснительная записка.

Этап строгих расчетов – разработка архитектурно-строительного проекта, переработка неформальных изображений предыдущих этапов в конкретные расчеты и чертежи.

Архитектурно-строительных проект – комплексный документ, содержащий технико-экономические обоснования, расчеты, чертежи, макеты, сметы, пояснительные записки и другие материалы, необходимые для строительства или реконструкции зданий и сооружений или их комплексов. Качество будущего объекта, эффективность его строительства и эксплуатации определяются в процессе проектирования.

Разработка проектов для большинства объектов строительства ведется в две стадии: технический проект и рабочие чертежи (рабочий проект) – рис. 2.1.1. В некоторых случаях, например, при использовании типовых проектов, эти стадии объединяются в одну – техно-рабочий проект. Состав документов, формируемых на разных стадиях проектирования представлен на рис. 2.1.2.

Стадию технического проекта можно условно разделить на следующие этапы.

ТЕХНИЧЕСКИЙ ПРОЕКТ

ДЕТАЛЬНАЯ РАЗРАБОТКА

ЭСКИЗИРОВАНИЕ

ИССЛЕДОВАНИЕ

ПРИНЦИПИАЛЬНОЕ

РЕШЕНИЕ

СМЕТНО- ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ

Задание на проектирование

Готовый проект

РАБОЧИЕ ЧЕРТЕЖИ

Основная структура объекта

Варианты для выбора

Вариант для разработки

Чертежи

Рис. 2.1.1. Этапы архитектурно-строительного проектирования

1. Предварительное исследование. Разрабатывается задание на проектирование. Его состав определяется типом объекта строительства. Результатом должна явиться программа проектирования, которая определит структуру объекта строительства, его основные параметры, условия функционирования.

2. Эскизирование. Программа проектирования – основа для эскизирования. В процессе эскизирования ведется поиск основной композиции объекта, решаются вопросы пространственного размещения отдельных элементов, производится взаимная увязка различных требований к объекту проектирования. Результатом этого этапа является ряд предварительных вариантов.

3. Разработка принципиального решения. Полученные на предыдущем этапе варианты оцениваются, в результате чего выбирается один для дальнейшей разработки. При детальной разработке выбранного варианта определяются основные конструктивные схемы зданий, разрабатываются планировки, указываются параметры технологического оборудования и инженерных коммуникаций, определяются методы производства строительных и монтажных работ, технико-экономические показатели проекта.

По утвержденному техническому проекту разрабатываются рабочие чертежи. Эту стадию можно подразделить на этапы:

1. Детальная разработка проектных решений. На этом этапе, на основании технического проекта подробно разрабатываются все общие архитектурные и конструкторские чертежи, узлы и их элементы, производятся расчеты, оформляются чертежи. Результатом является готовая документация для строительства.

2. Сметно-экономические расчеты. Это заключительный этап, на котором составляются сметы на строительство, уточняются технико-экономические показатели по объекту проектирования.

Анализ процесса проектирования с точки зрения информатизации позволяет выделить следующие особенности архитектурно-строительного проектирования:

- важной чертой процесса архитектурно-строительного проектирования является увеличение детализации отдельных частей проекта по мере его разработки. Одновременно уменьшается поле для выбора решений;

1-СТАДИЙНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

2-СТАДИЙНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ

ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ

РАБОЧИЙ ПРОЕКТ

ПРОЕКТ

технологическая часть

строительная часть

рабочие чертежи

сводная смета

технологическая часть

строительная часть

сводная

смета

ЭКСПЕРТИЗА И УТВЕРЖДЕНИЕ

ЭКСПЕРТИЗА И УТВЕРЖДЕНИЕ

СТРОИТЕЛЬСТВО

РАБОЧАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ

технологическая часть

строительная часть и смета

СТРОИТЕЛЬСТВО

Рис. 2.1.2. Состав документов на различных стадиях проектирования.

- результатом деятельности проектирования является модель объекта - графическая (чертежи) и текстовая (пояснительная записка);

- сложные задачи в проектировании решаются путем расчленения их на части и отдельного рассмотрения каждой из них (архитектурно-строительная часть, технологическая часть и т.д.). Результаты решений всех частей согласовываются.

Используемые графические модели должны обеспечивать архитектора (проектировщика) общим представлением об объекте, возможностью сравнения проектных вариантов, возможностью гибкого изменения отдельных частей проектного решения, их различной компоновки и т.д.

К недостаткам существующей системы проектной документации можно отнести излишнюю подробность, большой объем, отсутствие единых требований к содержанию и оформлению. Большой объем проектной документации осложняет оперативное внесение изменений в ходе проектирования, затрудняет хранение и поиск информации.

Важной особенностью процесса проектирования является то, что в период создания принципиального решения, т.е. на самом важном этапе с точки зрения будущей эффективности объекта, работает только один человек (архитектор). Только после принятия им принципиального решения к работе могут подключаться другие специалисты. При этом нет уверенности, что решение, подлежащее дальнейшей проработке, объективно является наилучшим. Количество требований к проекту, как правило, настолько велико и многообразно, что один, даже высококвалифицированный специалист, обладающий значительными знаниями и опытом, не в состоянии найти оптимальное решение по всему комплексу проблем.

Характерной чертой архитектурно-строительного проекта является его многовариантность, т.е. принципиальная возможность создания огромного числа допустимых вариантов. Чем меньше рассматривается вариантов, тем ниже вероятность выбора оптимального решения. При ручном способе проектирования реально оценить 2-3 варианта. При этом число сочетаний различных элементов при выборе решений слишком велико, чтобы выбрать наилучший вариант можно было опираясь только на опыт и квалификацию. Работа в среде САПР позволяет значительно увеличить выборку для анализа, применять алгоритмы оптимизации для формирования комплексного показателя эффективности проектного решения.

Задачей проектирования, которую практически невозможно решать вне автоматизированных систем, является прогнозирование будущего состояния, возникающего при строительстве и функционировании объекта. Учет динамики развития объекта и окружающей среды (совершенствование и модернизация технологических процессов, изменение демографической, экологической, экономической ситуации) позволяет значительно повысить качество и обоснованность принимаемых проектных решений.

В процессе проектирования на разных стадиях участвует множество специалистов. Каждый участник имеет свое представление об объекте, каждый специалист решает свою конкретную подзадачу и выдвигает определенные требования и ограничения к проектированию, возведению, эксплуатации объекта. В результате этого проектное решение представляет собой синтез разнородных требований, которые часто бывают противоречивыми. Отсюда возникает потребность решения многокритериальных задач. Варианты математических моделей принятия решений при наличии противоречивых критериев оценки рассмотрены в предыдущей главе.

Обобщенная схема информационной системы архитектурного проектирования представлена на рис. 2.1.3.

Важной задачей информатизации архитектурно-строительного проектирования является разработка объективных методов нахождения наилучшего сочетания всех разнородных требований, объединение в единой информационной среде усилий многих специалистов.

В настоящее время общепризнанные критерии оптимальности для объектов архитектурно-строительного проектирования отсутствуют. Формула о максимуме функциональности и эстетики при минимуме затрат труда и материалов носит излишне общий характер и мало пригодна для автоматизированных систем. Содержание других критериев в значительной степени зависит от условий конкретной задачи.

Субъективное установление степени относительной важности эстетических, экономических и технических критериев приводила в разные периоды развития архитектуры к таким противоположным явлениям, как "украшательство и излишество" (преобладание эстетических критериев) и унылость и единообразие (преобладание экономических и технических критериев).

Для условий автоматизированного проектирования важным требованием является количественное выражение критерия, что обуславливает объективную оценку проектных решений. В архитектурно-строительных САПР обычно используются следующие критерии оптимальности:

1. Экономические критерии:

- общая стоимость объекта или его частей;

Архитектурная

концепция

Проектная отработка концепции

Варианты

эскизных

проектов

Планы

Фасады

Разрезы

Автоматизация

формальных чертежных процедур

Чертежные пакеты

Дизайнерские пакеты

Программные средства трехмерной

визуализации

Задачи оптимизации:

- стоимости объекта или его частей;

- стоимости транспортных коммуникаций;

- стоимости земельных участков;

- эффективности эксплуатации объекта;

- затрат труда;

- затрат времени;

- затрат материалов;

- площадей или объемов зданий, сооружений;

- площадей или объемов отдельных конструкций;

- длины транспортных и инженерных коммуникаций;

- протяженности людских потоков;

- условий зонирования.

Задачи выбора конструктивно-планировочных ячеек.

Задачи выбора габаритных схем планировочных элементов.

Задачи компоновки планировочных элементов.

Архитектурно-

строительный проект

Технический проект

Рабочие чертежи

Чертежные пакеты

Программы методов исследования операций (линейное программирование)

Рис. 2.1.3. Обобщенная схема информационной системы архитектурного проектирования.

- стоимость транспортных коммуникаций;

- стоимость земельных участков;

- эффективность эксплуатации объекта.

2. Критерии, отражающие затраты труда, времени, материалов.

3. Критерии, отражающие функциональные и структурные принципы формирования объектов:

- площадь или объем зданий, сооружений;

- площадь или объем отдельных конструкций;

- длина транспортных и инженерных коммуникаций;

- протяженность людских потоков;

- условия взаимного расположения элементов (зонирование).

При автоматизированном проектировании промышленных зданий (оптимизация компоновочных решений промышленных зданий) применяют следующие критерии:

1. Критерий функционально-технологических связей.

Функционально-технологическая структура промышленного объекта слагается из различных производственных, культурно-бытовых и вспомогательных помещений, объединенных технологическими коммуникациями и функциональными связями. Условия экономичности, удобства эксплуатации и обслуживания требуют минимизации длины этих связей с учетом их значимости. Габариты компонентов зависят от мощности предприятия, расположения оборудования, рабочих мест, транспортных и людских потоков, компоновки цеха и корпуса в целом.

2. Критерий зонирования.

Четкое деление всех промышленных объектов на функциональные зоны является характерной тенденцией в промышленности. Основная задача зонирования – размещение цехов и участков таким образом, чтобы упорядочить производственные площади, обеспечить наилучшую организацию производственного процесса и создать наилучшие условия для работающего персонала.

3. Критерий компактности.

Под компактностью понимают простоту и лаконичность плана или объема здания и связанную с ними экономичность решения. Для массового промышленного строительства наиболее предпочтительными, с точки зрения индустриализации, являются здания с прямоугольной в плане конфигурацией. Содержание критерия состоит в том, что общая площадь промышленного здания должна стремиться к сумме площадей составляющих его компонентов.

4. Критерий гибкости.

Под гибкостью здания понимается обеспечение объемно-планировочными средствами возможности беспрепятственного переоборудования или модернизации технологии в здании в связи с изменениями программы выпуска изделий или другими причинами. В первую очередь, это достигается увеличением сетки колонн и уменьшением длины капитальных перегородок.

5. Критерий людских потоков.

Этот критерий связан с проблемой создания комфортных условий труда для персонала предприятия. Одним из аспектов комфортности является сокращение длины пути, который проходит рабочий от бытовых помещений до своего рабочего места. Цехи, где работает большее число людей, должны располагаться по возможности ближе к бытовым помещениям. В рамках критерия минимизируют общую длину всех путей движения людей с учетом их напряженности. В результате минимизируются площади, занимаемые людскими потоками, уменьшается вероятность пересечения их с производственными потоками, сокращается необходимость организации специальных мероприятий по технике безопасности труда.

При автоматизированном проектировании общественных зданий применяют следующие критерии:

1. Критерий людских потоков.

Помещения, между которыми существует наибольшее число передвижений, должны располагаться как можно ближе друг к другу.

2. Критерий функциональных связей.

Длина путей связей по условиям экономичности, удобства обслуживания и эксплуатации должна быть минимальной.

3. Критерий совместимости.

В этом критерии отражаются производственные требования к условиям труда и требования техники безопасности. Все помещения делятся по категориям в соответствии с уровнем образуемых и допускаемых помех. Размещение помещений производится в соответствии с условием их совместимости.

Разработки по автоматизации жилых домов предусматривают оптимизацию набора структурных элементов на различных уровнях проектирования: изделия и детали, конструктивно-планировочные ячейки, квартиры, секции, дом в целом.

Размеры изделий и деталей устанавливаются с учетом модульной координации. Поскольку набор таких элементов может быть достаточно большим, возникает задача ограничения их числа, т.е. вопрос унификации изделий и деталей.

Следующей задачей является выбор конструктивно-планировочных ячеек. Конструктивно-планировочные ячейки представляют собой планировочные элементы, разработанные в установленных конструктивных размерах (конструктивных ячейках). Планировочные элементы – общие комнаты, спальни, кухни и т.д. являются структурными элементами на этапе формирования квартиры.

Выбор номенклатуры габаритных схем планировочных элементов производится с учетом необходимых ограничений, которые могут быть представлены геометрически. Параметры ограничений для различных планировочных элементов определяются нормативными документами конкретным заданием на проектирование. Для отдельно взятого планировочного элемента можно поставить задачу оптимизации параметров по какому-либо критерию, например, стоимостному.

Из различного сочетания планировочных элементов проектируются квартиры. Компоновка планировочных элементов производится в соответствии с их функциональной взаимосвязью и с учетом нормативных и регламентирующих материалов.

На этапе формирования секции исходные структурные элементы – квартиры. На этом этапе определяющим фактором является требуемый набор квартир. Задачу решают с использованием нескольких правил: соответствие заданному процентному соотношению квартир, наибольший выход жилой площади по максимально допустимым площадям квартир различных типов, минимизация суммарной стоимости.

Оптимизационные задачи размещения, возникающие в процессе архитектурно-строительного проектирования, решают методами линейного программирования.