Информационные технологии в архитектурном проектировании

Содержание теоретической части дисциплины:
Введение в компьютерные технологии проектирования.
Техническое и программное обеспечения ИТ .
Математическое обеспечение ИТ.
Информационное обеспечение ИТ.
Структуры и модели данных.
Базы знаний. Геоинформационные системы.
BIM-технологии.
Проблемы защиты информации.

Расчет рейтинга

Основная литература
Иевлева О.Т. Презентации по лекционному материалу.
Резникова М.В. Информационное моделирование объектов средствами ArchiCAD. Учебное пособие [Текст]: Ростов-на-Дону: ИАрхИ ЮФУ.- 2011. – 292 с.
Коновалова Н.В., Капралов Е.Г. Введение в ГИС. Учебное пособие.–М.: Библион, 1997. – 160 с.
www.graphisoft.com
www.graphisoft.ru
www.myarchicad.com
http://www.archicadvideo.ru/
http://archicad-autocad.com/

Лекция 1.
Введение в компьютерные технологии проектирования. Виды обеспечения САПР
История возникновения компьютерных технологий.
Определения: кибернетика (теоретическая и прикладная), информатика, компьютерные (информационные технологии).
Основные понятия кибернетики: системы (классификация), объект управления, управляющее устройство, алгоритм управления. Базовые понятия системного анализа.
Краткая история развития компьютерных технологий архитектурного проектирования.
САПР и их основные понятия.
Виды обеспечения САПР.

ВВЕДЕНИЕ
Музей современного искусства Гуггенхайма в Бильбао, архитектор Ф.Гери (1997г.)

Концертный зал Уолта Диснея Ф. Гери в Лос-Анджелесе (1999-2003гг.)

Средиземноморский музей культуры нураге и современного искусства (Сардиния, Италия.), З.Хадид (2007г.)

З. Хадид. Лилиум Тауэр, Варшава, Польша, 2007

1.1. История возникновения компьютерных технологий
Одним из родоначальников кибернетики считается профессор Массачусетского технологического института (США) Норберт Винер
Н. Винер родился в 1894 г., в 11 лет закончил колледж, в 18 лет стал доктором наук в Гарвардском университете.
В 1948 г. Н.Винер написал книгу «Кибернетика, или управление и связь в животном и машине», где изложил основные положения новой науки – кибернетики.
Кибернетика – это наука об управлении, получении, передаче и преобразовании информации в кибернетических системах. Кибернетика имеет 2 направления: теоретическое и прикладное.

Теоретическая кибернетика занимается разработкой аппарата и методов исследований систем, не зависимо от их природы.
Прикладная кибернетика включает в себя :
теоретические основы вычислительной техники (теория ВМ, их математического обеспечения, разработка методов автоматизации сбора и обработки информации);
техническую кибернетику – занимается проблемами автоматизации технологических процессов, управления сложными техническими комплексами;
экономическую кибернетику – направление, занимающееся приложением идей и методов кибернетики к экономическим системам, причем основным методом исследования является моделирование отдельных объектов и экономических процессов.

Информатика – наука, изучающая информационные процессы и системы в социальной среде. Она рассматривает информационный процесс как изменение знаний человека, расширение его представления, а данные – как новые знания.
Изучаемые информатикой системы делятся на управленческие, административные, исследовательские, учебные, проектирующие, медицинские, военные и другие вспомогательные. Если эти системы основаны на ВМ и реализуют компьютерные, информационные технологии, то они называются системами автоматизированного проектирования (САПР или CAD – англ. Computer Aided Design).
Если системы используют информационный подход в проектировании, а именно: трехмерное моделирование; автоматическое получение чертежей; интеллектуальную параметризацию объектов; соответствующие объектам базы данных; распределение процесса строительства по временным этапам и т.д., то они называются BIM-системами (Building Information Model) - системами информационного моделирования зданий

Согласно ГОСТ 23501.101-87, САПР – это организационно-техническая система, входящая в структуру организации, осуществляющей проектирование с помощью комплекса средств автоматизированного проектирования.
САПР является основной средой, в рамках которой осуществляется информационная технология проектирования.
Информационная технология (ИТ) – системно организованная для решения определенных задач совокупность методов и средств реализации операций сбора, регистрации, передачи, накопления, поиска, обработки и защиты информации на базе применения развитого программного обеспечения, используемых средств вычислительной техники и связи, а также способов, с помощью которых информация предлагается пользователям.

1.2. Основные понятия кибернетики
Системой является совокупность связанных между собой и с внешней средой элементов, функционирование которых направлено на реализацию конкретной цели или получение полезного результата.
Системы классифицируются: по сложности и по характеру действия.
По сложности системы классифицируются на: простые, сложные и очень сложные.
По характеру действия системы подразделяются на: детерминированные и вероятностные.

Основы кибернетического моделирования
Для кибернетического моделирования рассматриваемую систему выделяют из множества других систем и называют «объектом исследования», а остальные системы, взаимодействующие с объектом исследования называются «средой».
Алгоритм управления - точно определенное содержание и последовательность действий (правило) для достижения поставленной цели.
Обобщенная кибернетическая модель
Управляющее устройство
Объект
Алгоритм управления
Цель
Б
В
А
Д
Г
Среда
А - канал сбора информации о состоянии среды ;
Б - канал сбора информации о состоянии объекта;
В – канал воздействия на объект;
Г – цель управления объектом;
Д – алгоритм управления.

1.3. Базовые понятия системного анализа
Теоретической базой для анализа сложных систем является так называемая теория систем.
Общая теория систем – научное направление, связанное с разработкой совокупности философских, методологических, конкретно-научных и прикладных проблем анализа и синтеза сложных систем произвольной природы.
Методологической базой системного подхода является системно-структурный анализ, основной принцип которого - рассмотрение объекта, как иерархической системы, состоящей из частей, взаимосвязанных друг с другом.

В целях упрощения исследований, управления и организации работы системы она, обычно, подразделяется на более мелкие структурные части:
подсистема – часть системы, выделенная по принципу общности, входящих в нее элементов и имеющая собственные цели и критерии;
фрагмент системы – часть подсистемы, охватывающая самостоятельную часть объекта или процесса;
элемент системы – часть фрагмента, неделимая с точки зрения принятого аспекта исследования.
Декомпозиция системы «Город»
Город
Селитьба
Промышленность
Транспорт
Коммун. хозяйство

1.4. Краткая история развития систем автоматизированного архитектурного проектирования
экспериментально-поисковый и агитационный этап (начало – середина 60-х гг.);
первые попытки использования ВМ для реальных архитектурных задач оптимизационного характера (конец 60-х – середина 70-х гг.);
разработка и внедрение систем автоматизированного проектирования (70-е – 80-е гг.);
начало использования графических САПР для автоматизированного проектирования (80-е – начало 90-х гг.);
повсеместное использование информационных технологий для поддержки принятия и визуализации решений (конец 90-х -2010 гг. );
Внедрение BIM-технологий (2010 г. - настоящее время)

На первом этапе компьютеры не обладали необходимыми для архитектурного проектирования возможностями графи-ческого ввода и визуализации информации, поэтому на этом этапе решались расчетные задачи (теплотехники, светотех-ники, расчет пропускной способности и др. вспомогательные задачи).
На втором этапе в США, Великобритании, Франции, Бельгии, Чехословакии, СССР и др. странах были созданы программы для автоматизированной компоновки генераль-ных планов, одно- и многоэтажных промышленных и гражданских зданий (больниц, школ и т. п.), микрорайонов, программы автоматизированной трассировки наземных транспортных и инженерных коммуникаций, инженерной подготовки территории. Результаты проектирования выдавались на АЦПУ (алфавитно-цифровые печатные устройства), а позже – на графопостроитель (плоттер).

На третьем этапе разрабатывались САПР, включающие оптимизационные задачи. В СССР работы координировались ЦНИПИАСС (Москва). В РГСУ разработана САПР промыш-ленных объектов (выбор количества отдельно стоящих зда-ний на территории генплана, выбор этажности зданий, ком-поновка одноэтажных и многоэтажных промзданий, компо-новка генплана, трассировка коммуникаций, вертикальная планировка территории); результаты выводились на рулон-ные и планшетные графопостроители ДЕГИГРАФ и Calcomp.
Первой графической архитектурно-графической САПР считают AutoCAD-10 (под MS DOS) фирмы AutoDesk (1990).
В конце 1990-х гг. появилась архитектурная графическая САПР ArchiCAD фирмы Graphisoft.
В 2002 г. фирмой AutoDesk выпущена графическая САПР Architectural Desktop
В 2006 г. на рынки поступила BIM система Revit Architecture
В 2013 г. – комплексная BIM платформа Revit

Классификация и виды обеспечения САПР
Согласно ГОСТ САПР – это комплекс средств автоматизации проектирования, взаимосвязанный с коллективом специалистов (пользователей системы), выполняющих автоматизированное проектирование.
САПР является основной средой, в рамках которой осуществляется информационная технология проектирования.
Структурными частями САПР являются подсистемы – выделенные по некоторым признакам части САПР, обеспечивающие получение законченных проектных решений.
Например, подсистемы эскизного проектирования (предпроектных исследований), подсистема проектирования конструкций, подсистема инженерного обеспечения и пр.

Существует следующая классификация САПР:
1) по уровню формализации решаемых задач - системы, построенные на полностью формализуемых методах решения проектных задач; системы, позволяющие выполнять проектные работы, не поддающиеся полной формализации; системы, организующие поиск решения неформализуемых задач;
2) по функциональному назначению – проектирующие; обслуживающие.
К проектирующим относятся подсистемы, выполняющие проектные процедуры или операции (системы расчетно-оптимизационные - компоновка зданий на генеральном плане; компоновка помещений в здании; моделирование проектного рельефа территории и др. ; автоматизированного проектирования конструкций).
К обслуживающим относят подсистемы, предназначенные для поддержания работоспособности проектирующих подсистем (графические; графоаналитические; подготовки технической документации; обработки результатов экспериментальных исследований; информационные);

3) по специализации - системы специализированные (объектно-ориентированные) и инвариантные;
К специализированным относят подсистемы, выполняющие одну или несколько проектных процедур или операций, непосредственно зависящих от объекта проектирования.
К инвариантным относят подсистемы, выполняющие унифицированные проектные процедуры или операции (например, случайный поиск номера объекта или вопроса в билете обучающей системы; расчет конструкций, который может с одинаковым успехом применяться для объектов машиностроения, строительства).
4) по технической организации - системы с центральным процессорным управлением; комплектуемые автоматизированными рабочими местами пользователя (АРМ) с собственными вычислительными ресурсами.
Системы с центральным процессорным управлением - системы, в которых вся основная информация, связанная с проектированием, обрабатывается мощной ВМ, а корректировка и ввод графической информации на местах осуществляются с помощью мини- или микро ВМ, соединенных интерфейсом с сервером.

Другую группу классификации по технической организации образуют САПР, в которых весь процесс проектирования осуществляется на автоматизированных рабочих местах (АРМах) за счет собственных вычислительных и графических средств, а более мощный компьютер служит только передаточным звеном с общей базой знаний.
Автоматизированное проектирование – проектирование, при котором преобразование описаний объекта, выполнение отдельных операций и процедур выполняется во взаимодействии человека и компьютера.
Автоматическое проектирование – представляет собой проектирование, при котором все проектные операции и процедуры, связанные с преобразованием описания объекта проектирования выполняются без участия человека.