Введение
Использование технологий информационного моделирования зданий (BIM) в управлении историческими объектами становится все более актуальным в современном мире. Это обусловлено тем, что исторические здания представляют не только культурную и архитектурную ценность, но и требуют особого подхода в вопросах их сохранения и управления. Традиционные методы реставрации и эксплуатации исторических объектов часто оказываются недостаточными, что приводит к необходимости внедрения инновационных технологий, таких как BIM. Одной из ключевых задач является интеграция технологий BIM в управление историческими зданиями для обеспечения их долгосрочной сохранности, эффективности эксплуатации и планирования реставрационных работ [1]. На основе данных, предоставляемых BIM, специалисты могут лучше оценивать текущее состояние зданий, выявлять и прогнозировать возможные повреждения и разрабатывать оптимальные стратегии реставрации и модернизации [2]. В результате появляется новое явление — управление историческими объектами, известная как HBIM — историческое информационное моделирование зданий. Этот подход позволяет глубже исследовать историю зданий и их конструктивные особенности, а также обеспечивает повышение эффективности при планировании эксплуатации и выполнении реставрационных работ [3].
Текущее состояние HBIM-FM
На сегодняшний день, историческое информационное моделирование зданий (HBIM) продолжает развиваться, интегрируя современные подходы к управлению объектами культурного наследия. Основной целью HBIM является не только документирование и сохранение исторических данных, но и оптимизация процессов управления и эксплуатации этих объектов. Использование HBIM способствует созданию цифровых двойников зданий, что позволяет значительно улучшить мониторинг их состояния, планирование работ по реставрации и плановому техническому обслуживанию [3].
Одним из ключевых преимуществ HBIM является его способность объединять различные данные, включая архитектурные чертежи, исторические исследования и результаты современных диагностических обследований, в единую цифровую модель. Это позволяет реставраторам и управляющим объектами культурного наследия более точно оценивать текущее состояние зданий, выявлять уязвимые элементы конструкции и планировать реставрационные работы с минимальными вмешательствами в структуру здания [2].
Однако несмотря на очевидные преимущества, внедрение HBIM сталкивается с рядом задач. Во-первых, сложность моделирования исторических объектов заключается в том, что многие здания подверглись значительным изменениям в течение времени, что требует интеграции разнообразных данных в модель. Во-вторых, создание универсальных стандартов для моделирования и управления историческими зданиями пока не завершено и существующие стандарты, такие как IFC, требуют доработки для полной совместимости с HBIM [1]. Тем не менее, развитие методов обработки данных и рост числа проектов, реализованных с использованием HBIM, свидетельствуют о значительном прогрессе в данной области [4].
Сегодня HBIM активно используется в странах Европы для управления объектами культурного наследия. Например, в Италии и Словении HBIM помогает обеспечивать высокое качество реставрационных работ, оптимизируя процессы и снижая затраты на восстановление и обслуживание зданий. Благодаря возможностям цифровой документации, HBIM позволяет сохранять информацию о зданиях для будущих поколений и минимизировать риск повреждения исторической ценности в процессе последующих работ [5].
Необходимость интеграции HBIM в управление объектами (FM)
Интеграция исторического информационного моделирования зданий (HBIM) в системы управления объектами (FM) представляет собой необходимый шаг для эффективного управления и сохранения исторических зданий. Традиционные методы управления историческими объектами часто опираются на фрагментированные данные, которые могут быть устаревшими или недостаточно полными. Внедрение HBIM позволяет создавать комплексные цифровые модели зданий, объединяющие информацию из различных источников, таких как исторические документы, чертежи и результаты обследований, что значительно повышает эффективность эксплуатации и управления историческими объектами [4].
Одним из главных преимуществ интеграции HBIM в FM является возможность прогнозируемого технического обслуживания. На основе данных, собранных в цифровой модели, управляющие объектами могут заранее выявлять потенциальные проблемы и планировать необходимые работы по техническому обслуживанию, что снижает риск дорогостоящих ремонтов и сохраняет историческую целостность и значимость здания [3]. Вдобавок к этому, HBIM позволяет аккумулировать данные о проведенных реставрационных работах, что упрощает процесс принятия решений для будущих поколений, отвечающих за сохранение здания [5].
Существует также острая потребность в интеграции HBIM в FM для повышения энергоэффективности исторических зданий. Многие исторические объекты не соответствуют современным стандартам энергоэффективности, что создает значительные трудности в их эксплуатации. С помощью HBIM можно моделировать и оценивать энергоэффективность здания, предлагая решения для улучшения условий эксплуатации без ущерба для исторической целостности объекта [2]. Например, в ряде европейских проектов было доказано, что использование HBIM позволяет сократить энергопотребление зданий, сохраняя при этом их архитектурную и культурную ценность [5].
Интеграция HBIM в системы управления объектами является ключом к долговременному и эффективному управлению историческими зданиями, позволяя сохранять культурное наследие и обеспечивать их эксплуатационную эффективность в современном мире.
Теоретические требования к HBIM-FM
Для успешного внедрения исторического информационного моделирования зданий (HBIM) в управление объектами (FM) необходимо выполнение ряда теоретических требований, которые обеспечат точность моделей, функциональность системы и совместимость с различными форматами данных. Эти требования касаются как создания цифровых моделей исторических объектов, так и интеграции данных в системы управления объектами на протяжении всего существования здания.
Одним из ключевых требований является стандартизация процессов моделирования. Текущие международные стандарты, такие как IFC (Industry Foundation Classes), хотя и широко применяются в строительной отрасли, требуют доработки для полной совместимости с HBIM. Исторические здания часто имеют уникальные конструктивные и архитектурные особенности, которые сложно моделировать в рамках существующих стандартов. Поэтому требуется развитие новых методологических подходов и инструментов, которые позволят учитывать все особенности исторических объектов [4].
Еще одно важное требование — это сохранение точности и достоверности данных. HBIM опирается на разнообразные источники информации, такие как архивные документы, чертежи, данные лазерного сканирования и фотограмметрии. Теоретически, создание высокоточной модели требует полной и комплексной интеграции этих данных. Это также предполагает использование технологий автоматической проверки данных для выявления расхождений между историческими записями и современными обследованиями зданий [6].
Третье требование касается масштабируемости HBIM. Исторические объекты могут быть разного размера и сложности, начиная от небольших памятников до крупных архитектурных ансамблей. Система HBIM должна быть гибкой, чтобы масштабироваться для работы с объектами любой сложности. Это требует разработки программного обеспечения и алгоритмов, способных обрабатывать большие объемы данных без потери производительности [5].
Наконец, важнейшим требованием является обеспечение совместимости между различными заинтересованными сторонами. HBIM используется не только архитекторами и инженерами, но и реставраторами, историками и специалистами, управляющими объектами. Это требует создания систем, способных поддерживать междисциплинарное сотрудничество, где каждый участник может вносить свои данные в модель, при этом сохраняя целостность информации [1].
Выполнение этих теоретических требований играет ключевую роль в успешной интеграции HBIM в управление объектами культурного наследия. Правильная реализация этих требований позволит обеспечить точность, эффективность и надежность управления историческими зданиями на всем протяжении их существования.
Интеграция других технологий.
Интеграция технологий в HBIM-FM играет ключевую роль в повышении точности, эффективности и надежности управления историческими зданиями. Современные технологические решения позволяют расширить функциональные возможности HBIM, улучшая мониторинг состояния объектов культурного наследия.
Одной из важнейших технологий, интегрируемых в HBIM, является использование лазерного сканирования и фотограмметрии. Эти методы позволяют получать высокоточные 3D-модели исторических объектов, что особенно важно при работе с архитектурными деталями и сложными конструкциями. Лазерное сканирование обеспечивает миллиметровую точность при создании модели, что дает возможность реставраторам учитывать мельчайшие изменения в состоянии конструкций [6]. Фотограмметрия, в свою очередь, дополняет этот процесс, позволяя создавать визуальные и текстурированные модели объектов, которые могут быть использованы для реставрации, мониторинга и виртуальных туров [2].
Другая технология, которая активно внедряется в HBIM-FM, — это Интернет вещей (IoT). Устройства IoT могут использоваться для мониторинга ключевых параметров, таких как температура, влажность, вибрации, и другие физические характеристики, которые важны для сохранения исторических объектов. С помощью сенсоров, подключенных к HBIM, можно в режиме реального времени отслеживать состояние здания и оперативно реагировать на возникающие проблемы, что особенно важно для предотвращения разрушительных процессов [4]. Например, датчики влажности могут предупреждать о повышенном уровне влажности в стенах, что может привести к повреждениям несущих конструкций, отделочного слоя или появлению и росту плесени [5].
Важную роль в интеграции технологий играет и искусственный интеллект (ИИ). Системы машинного обучения могут анализировать данные, собранные в HBIM, прогнозируя возможные риски и предлагая оптимальные решения для технического обслуживания зданий. Алгоритмы ИИ могут использоваться для автоматической диагностики повреждений, а также для планирования реставрационных работ с минимальными затратами [5].
Интеграция других технологий, таких как лазерное сканирование, IoT и искусственный интеллект, делает HBIM более мощным инструментом для управления историческими зданиями, расширяя его возможности и повышая эффективность процессов FM. Это позволяет реставраторам и управляющим объектами культурного наследия не только сохранять здания в их первоначальном состоянии, но и обеспечивать их эксплуатационную пригодность в условиях современного мира.
Новый подход к HBIM-FM
Современные задачи, связанные с управлением историческими объектами, требуют новых подходов к интеграции HBIM в управление объектами (FM). Традиционные методы, хотя и оказались полезными, часто сталкиваются с трудностями в точности данных, недостаточной гибкостью систем и отсутствием универсальных стандартов для исторических зданий. Новый подход к HBIM-FM заключается в более глубокой интеграции технологий, стандартизации процессов, а также в адаптации системы к потребностям конкретных объектов культурного наследия.
Одним из важнейших компонентов нового подхода является использование цифровых двойников (digital twins) для создания динамических моделей зданий, которые обновляются в режиме реального времени и позволяют следить за состоянием объекта на всех этапах его жизненного цикла. Цифровые двойники позволяют сочетать исторические данные с актуальной информацией, полученной с помощью сенсоров IoT, и обеспечивают высокий уровень детализации, который необходим для точного планирования реставрационных и ремонтных работ [4, 6]. Это значительно улучшает точность и эффективность управления историческими объектами, снижая риски внезапных повреждений.
Другим важным аспектом нового подхода является использование искусственного интеллекта (ИИ) и машинного обучения. Системы ИИ могут анализировать огромные объемы данных, собранных в HBIM, и делать предсказания относительно возможных проблем в эксплуатации объектов. Например, анализ данных о вибрациях и структурных отклонениях позволяет ИИ предлагать прогнозы относительно возможных разрушений конструкций, а также предложить варианты действий для их предотвращения [5]. Этот подход становится незаменимым при управлении объектами, которым сотни и даже тысячи лет, так как они подвержены естественным процессам старения и требуют особо внимательного мониторинга [3] и разработке мероприятий по их сохранению.
Еще одним важным элементом нового подхода является разработка универсальных методик, стандартов и протоколов для работы с историческими объектами. Стандартизация в области HBIM остается одной из ключевых задач. Использование таких стандартов, как IFC и COBie, помогает улучшить совместимость между различными системами и командами специалистов, работающих с историческими зданиями. Это создает условия для эффективного обмена данными и сокращает время на их обработку [6]. Развитие этих стандартов и их адаптация под специфику исторических объектов становится важным шагом на пути к более эффективному управлению культурным наследием в национальных интересах.
Новый подход к HBIM-FM заключается в переходе от статических моделей к динамическим системам, использующим новейшие технологии, такие как цифровые двойники, ИИ и стандартизированные протоколы. Этот подход позволит создать более эффективные, адаптируемые и устойчивые методы управления историческими зданиями, что будет способствовать их сохранению для будущих поколений.
Вебинар Autodesk за февраль 2024 года подробно рассматривает применение цифровых двойников в управлении историческими зданиями. В частности, обсуждаются способы улучшения эксплуатации объектов культурного наследия за счет интеграции BIM и цифровых технологий, что позволяет оптимизировать эксплуатацию зданий, снижать расходы на их обслуживание и повышать энергетическую эффективность. Эксперты из Бирмингемского университета делятся опытом по внедрению этих решений в образовательных и культурных учреждениях [7].
Заключение
Использование информационного моделирования исторических зданий (HBIM) в управлении объектами (FM) является ключевым направлением в сохранении и эксплуатации культурного наследия. Введение новых подходов и технологий в HBIM, таких как цифровые двойники, искусственный интеллект и IoT, значительно повышает точность управления историческими объектами, обеспечивая их сохранность и функциональность в настоящее время и в будущем.
Внедрение цифровых моделей позволяет интегрировать разрозненные данные об исторических зданиях, делая их доступными для реставраторов, управляющих и исследователей. Это способствует не только сохранению архитектурных и культурных ценностей, но и повышению энергоэффективности объектов, что особенно важно в контексте устойчивого развития.
Тем не менее, для полной интеграции HBIM в FM необходима разработка стандартов, обеспечивающих совместимость между различными системами и заинтересованными сторонами. Стандартизация требований по сбору данных и алгоритмов является важным шагом на пути к созданию универсальной системы управления историческими зданиями. Кроме того, использование аналитики на основе ИИ и автоматизированных систем мониторинга помогает предотвращать проблемы, улучшая процессы реставрации и технического обслуживания.
Будущее HBIM-FM зависит от того, насколько быстро и эффективно эти новые технологии будут интегрированы в управление объектами культурного наследия. Их использование позволит сохранить уникальные здания и архитектурные ансамбли, при этом повышая их эксплуатационные характеристики и значительно сокращая затраты на техническое обслуживание.
Литература:
- Digitalization of culturally significant buildings: ensuring high-quality data exchanges in the heritage domain using OpenBIM. Laurens Jozef Nicolaas Oostwegel, Štefan Jaud, Sergej Muhič & Katja Malovrh Rebec. 15.01.2022. https://heritagesciencejournal.springeropen.com/articles/10.1186/s40494–021–00640-y
- HBIM: how digitization brings historic buildings to new life. Isabella Maiocchi. 13.04.2021. https://business.bimobject.com/blog/hbim-using-digitisation-to-bring-historic-buildings-to-new-life/
- An Integrated HBIM Framework for the Management of Heritage Buildings. Muhammad Shoaib Khan, Muhammad Khan, Mushk Bughio, Bushra Danish Talpur, In Sup Kim and Jongwon Seo. 07.07.2022. https://www.mdpi.com/2075–5309/12/7/964
- Heritage building information modeling (HBIM) for heritage conservation: Framework of challenges, gaps, and existing limitations of HBIM Tshering Penjor, Saeed Banihashemi, Aso Hajirasouli, Hamed Golzad. 12. 2024. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2212054824000511
- Implementing BIM on conservation heritage projects: Lessons from renovation case studies https://wlv.openrepository.com/bitstream/handle/2436/622902/Accepted %20- %20Critical %20issues %20in %20the %20implementation %20of %20refurbishment %20BIM %20in %20the %20heritage %20context.pdf
- A Review of Heritage Building Information Modeling (H-BIM). Facundo José López, Pedro M. Lerones, José Llamas, Jaime Gómez-García-Bermejo, and Eduardo Zalam. 05.05.2018. https://www.mdpi.com/2414–4088/2/2/21
- Autodesk Revolutionizing Facility Management for a Historic Educational Institution with Digital Twins. Available online. 02.2024. https://intandem.autodesk.com/resource/february-2024-webinar/
