Archicad: ОТКРЫВАЯ ЗАНОВО. Экспресс-метод построения параметрической модели городской застройки в среде Archicad

1 ноября 2019 | версия для печати

Петровская Елена Игоревна, доцент кафедры Градостроительства МАРХИ.

Стаж работы проектным преподавателем — более 20 лет. Профессиональный интерес — городская среда, ее комплексный анализ и методы работы с ней.

Статья продолжает цикл статей «Archicad: открывая заново», который призван помочь пользователям в полной мере раскрыть весь потенциал Archicad®. Мы попросили архитекторов поделиться личным опытом использования программы с применением нестандартных подходов, малоизученных функций и новых возможностей, о которых многие пользователи могут и не подозревать. Мы как производитель приложения Archicad уверены, что только глубокое знание продукта поможет раскрыть всю его ценность и решающим образом повлиять на результаты, скорость и качество работы проектировщика.

Вы тоже предпочитаете «непротоптанные дорожки»? Имеете опыт применения нестандартных подходов в работе с Archicad, регулярно задействуете не самые известные возможности приложения? Будем рады, если вы поделитесь подробностями или просто оставите свой отзыв.

От поэтапного проектирования к параметрическому моделированию

В учебном процессе в МАРХИ принято говорить о поиске проектных решений как о последовательности этапов. Вначале — градостроительный анализ территории и структурный анализ ландшафта. Затем — отрисовка вариантов застройки в плане и очень трудоёмкая работа по их проверке в макете. Следующим этапом — выполнение проекций, разверток, разрезов, подбор типологии застройки, проверка инсоляции. И, наконец, — проведение расчётов ТЭП.

Предложенный мной студентам экспресс-метод построения параметрической модели городской застройки (один из серии методов, включенных в комплексный подход работы с территорией) дает возможность провести все эти работы не поэтапно, а единовременно, и существенно сэкономить время для других важных задач, таких, например, как проверка габаритов, высоты, силуэта и композиции в 3D (в том числе с уровня восприятия пешеходом). Используя этот метод, можно в сравнительно короткий срок выполнить проектную концепцию для больших городских территорий и работать с фрагментами и узлами. Этот метод — важнейший этап работы, выполняемый после анализа территории.

Базой для разработки метода послужили личный многолетний опыт преподавания, опыт коллег «старой школы», с которыми мне довелось работать, а также реалии сегодняшнего дня, когда в максимально короткие сроки необходимо «выдавать» множество вариантов решения планировок для территории со всеми необходимыми проекциями, визуализациями и технико-экономическими показателями.

Метод прошёл испытания на курсовом и дипломном проектировании в период с 2013 по 2018 гг. Постепенно отрабатывались последовательность действий, порядок слоев для создания взрыв-схем, типы сложных профилей, которыми формируется объем застройки и улично-дорожная сеть (УДС).

Комплекс экспресс-методов работы над градостроительным проектом

Графический экспресс-анализ территории по четырём каркасам с выявлением точек роста и резервов территории (ГА метод).
Графический анализ структуры рельефа — формирование базовой структурной сетки.
Комплексное BIM-моделирование объема застройки методом профилей.
Применение матрицы пересечений для формирования пешеходной структуры и комфортной городской среды.
Анализ пешеходной (психологической) комфортности — масштабность и ориентиры, ритм и метр ОП решения через «низкие точки» и «модули застройки».
Таблицы элементов благоустройства для уровня стандартных решений на территории для формирования эмоционального сценарного дизайн-кода для территории.

Создание базовой структурной сетки и её интерпретация

Базовая структурная сетка представляет собой эскиз планировочного решения в УДС и пешеходной структуре. Выполняется автором-проектировщиком на основе графического экспресс-анализа территории по четырём каркасам с выявлением точек роста и резервов территории (ГА метод). Корректируется в соответствии с концепцией планировки и «правилом прямого угла».

Матрица пересечений как опора для формирования пешеходной структуры

Далее на основе сформированных эскиза-сетки УДС и линий пешеходной структуры выделяются «точки притяжения» или центричные городские пространства на территории с использованием матрицы пресечений.

Матрица пересечений — способ формирования пешеходной структуры и ее узлов-площадей по базовой структурной сетке. Матрица учитывает многообразие «архетипов» площадей исторически сформированного городского пространства, позволяет сформировать комфортную пешеходно-пространственную городскую среду.

Матрица пересечений проверяет и структурирует сетку-эскиз, что даёт возможность сформировать пешеходно-объёмно-пространственную и, следовательно, психологически комфортную городскую среду. Эта среда создаётся не элементами благоустройства и количеством озеленения поверхностей, а пропорциями и ритмом застройки, наличием в ней сомасштабных человеку мест для общения и отдыха. Она даёт жителям чувство защищенности и безопасности в пространстве пребывания, обеспечивает их местами для общения и самореализации, удовлетворяет потребность в эстетике и композиционной целостности как одной площади, так и городского округа в целом.

Матрица пересечений — это не константа, а способ системного сбора информации о существующем городском образовании (параметров пространственной идентичности города) и способе применения их при самовоспроизведении городской среды на прилежащих (высвобождаемых) территориях с целью сохранить или улучшить ощущения жителей от нового городского пространства.

Иллюстрации выше демонстрируют матрицу пересечений, созданную на базе переосмысления классификации, предложенной КБ «Стрелка» для московских регламентов УДС, и только из тех типов улиц, которые являются психологических комфортным для пешехода. В данной матрице зафиксирован опыт традиционно сформировавшихся городов Европы, в частности опыт по местоположению общественных городских пространств (площадей, видовых площадок, аванплощадей, скверов и садов) относительно типов пересекающихся улиц. Подход основан на изучении автором пешеходных зон городов Европы (Италия, Бельгия, Голландия, Испания, Австрия, Хорватия и т.д.), исследовании архитектурных традиций формирования ансамблей и изучении современной литературы о городском пространстве и его психологии.

Распределение узлов и зон по эскизу (выполняется до построения модели в АRCHICAD):

Фрагмент курсового проекта магистра Агейкина А. (2017−2018). Пример ГА анализа территории и выявления параметров сложившейся застройки «сталинки» рядом с 22-ым районом Черемушки. Исследованы ориентация и функция по отношению к прилегающим улицам, % разрывов, обеспеченность свободным пространством, пропорции и высотность.

BIM-моделирование методом профилей в среде Archicad

Метод профилей позволяет максимально быстро и одновременно во всех проекциях (разрезах, планах, 3D-модели) менять конфигурацию застройки кварталов, привязку корпусов к красным линиям, наполнение самих корпусов и их фасады, а также проверять на соответствие нормам инсоляции, ТЗ заказчика и технико-экономическим показателям.

Основные шаги BIM-моделирования методом профилей в среде Archicad:

После формирования эскиза-сетки УДС и основы пешеходной структуры, выделения «точек притяжения» на данной территории на основе графо-аналитического метода и метода матрицы пресечений сформировать структуру кварталов в красных линиях и территории общего пользования, в том числе площадей, пьяцет, скверов, садиков, парклетов и т.д.
«Перекрытиями», имитирующими изолинии (это упрощает проставление отметок и аналогично традиционному макетированию), сформировать рельеф, крупные фрагменты озелененных территорий, крупные городские площади заданной в эскизе формы и функциональные зоны на территории (по красным линиям).
Профилем (сложной стеной) создать застройку кварталов и структуру улиц и проездов. В профиле застройки с заранее заданным сечением возможно учесть этажность, поэтажную функцию (типом штриховки сечения и «покрытием» для данного блока), покрытие фасадов, скаты кровель, технические этажи и т.д. Всё это может быть изменено в процессе поискового проектирования, но начинать нужно с типовых профилей застройки, названных по типу секции и этажности.
Изменение профилей (для АRCHIСAD 16−19 создаются подтипы) и их элементов (для АRCHIСAD 22) с учетом норм проектирования и задач инвестора.

При работе в версии до АRCHIСAD 18 необходимо следить за ID каждого вновь созданного профиля, чтобы была возможность через сметы просчитать площадь застройки, длину корпусов каждого типа и площади поверхности фасадов. Только после этого можно усложнять профиля здания (все выполняется через копирование элементов в окне «Сечения профиля»): к примеру, придомовое мощение, газоны, проезды и тротуары с размерами по нормативам и их редактирование в процессе поиска красивого с точки зрения композиции решения.

Впоследствии возможно назначить вновь ID и сформировать компоненты с заданным приоритетом штриховок для наиболее удачного сопряжения профилей (например, в углах кварталов учесть наличие ризалитов, скосов, ярусов) и возможности создания 3D-видов с замерами как полной версии, так и, к примеру, через модельные виды очередей строительства, поэтажного зонирования в цвете зон, придомового благоустройства.

При работе в АRCHIСAD 22 необходимо отслеживать не только ID профиля, но и обдуманно формировать элементы сечения профиля, задавая пределы изменений.

После создания модели возможно сформировать все необходимые проекции и виды, провести базовые расчёты ТЭП, выполнить проверку инсоляции и проветривания.

Пример: «От эскиза застройки к плану района и 3D-эскизу застройки р-на Кузнечики г. Подольск» (автор — Петровская Е.И.). Затраты времени при настроенном файле АRCHIСAD — около 3 часов на каждый вариант.


Промежуточная стадия	Завершающая стадия — после внесения изменений в профиль

Пример интерфейса: в развернутой вкладке сложного профиля застройки в окне с сечением профиля отражены основные параметры корпуса — количество этажей, поэтажная функция, ширина и высота корпуса, уклоны кровель. В дополнительном окне при коррекции профиля возможно задать материал поверхности (фасада, кровли, придомовой территории). Через вносимые в профиль изменения возможно менять все вышеперечисленные параметры и, следовательно, менять конфигурацию уже отрисованной застройки. Метод профилей позволяет максимально быстро менять конфигурацию застройки кварталов, привязку корпусов к красным линиям, наполнение самих корпусов и их фасадов одновременно во всех проекциях (разрезах, планах, 3D-модели) и проверять их на инсоляцию, соответствие ТЗ заказчика и ТЭПы через сметы.

Примеры проекций, иллюстрирующие этапы метода профилей

Приведу примеры отдельных проекций, иллюстрирующие вышеперечисленные этапы работы из проектов, выполненных с применением метода профилей. Большая часть из них разработана в Archicad 14−19.

1. 3D-модели проектов

3D комплекс застройки и объемно-пространственное решение-«птичка» (студенческие работы):

Эскизный проект застройки коттеджного поселка (автор — Е.И. Петровская):

2. Взрыв-схемы

Соотнесение слоев таких, как УДС, природный каркас и озеленение, объем застройки, характер рельефа, функциональное зонирование территории в красных линиях, пешеходный каркас (структура общественных пространств и интенсивность их использования) и видовые оси как опора для композиционного решения:

3. Средовые фрагменты

Композиционная отработка узлов в застройке для сопоставления их с реальными прототипами:

4. Низкие точки

Видовые точки с уровня взгляда пешехода для проверки масштабности и пропорций, силуэта и «ритма» предлагаемого пространства:

Автор — магистр Арутугян В. (2017)

Автор — Петровская Е.И.

5. Функциональные разрезы (1000 м)

Для пояснения или проверки параметров высотности, инсоляции, размещения функциональных зон (жилых, общественных, подсобных и гаражных помещений в структуре квартала):

6. Генпланы и планировки отдельных участков территории (2000 м), общественного городского пространства (1000 м), квартала (500 м):

Среда АRCHIСAD 22 — новые возможности работы над градостроительным проектом

При переходе на версию Archicad 22, лозунг которой «BIM внутри и снаружи», разработчики существенно улучшили средства объемного создания модели (усовершенствованы инструменты навесной стены и сложных профилей, взаимодействия с Rhino через Grasshopper) и расширили возможности насыщения модели информацией (формулы в пользовательских свойствах).

Поделюсь впечатлениями о новых возможностях программы и о том, как их можно использовать для решения задач эскизно-вариативного проектирования архитектора-градостроителя.

Со сменой парадигмы и структуры программы в версии 19 появились некоторые сложности. Например, в начале проекта теперь необходимо: задавать большее число параметров, проводить большее количество операций подтверждения, знакомиться с приоритетом слоев и штриховок. Всё это удлиняет этап работы над проектом. Но есть важные преимущества, среди которых:

Обновленный Менеджер Профилей. Профиль сложной стены стал изменяем по геометрии и материалу поверхности. Теперь можно задавать лимиты изменений элементов профиля и в пределах одного типа секции (например, эркера, навеса, ската, покрытия фасада отдельного этажа или части торца) вносить правки в самом профиле с сохранением его ID.
Сметы для элементов профиля. Новая возможность позволяет в автоматическом режиме производить подсчёт всех ТЭП без предварительного создания смет, отдельно высчитывать площади разных типов помещений (офисы, торговля, жилье, коммунальные и другие функции, заданные как «элемент» при создании профиля или при его редактировании), а также площади и протяженность проездов вдоль корпуса, подходов к подъездам, газонов, заданных внутри профиля через его элементы и их лимитирование по нормативной базе.
Возможность проведения более сложных расчётов, например, количества квартир, секций и, как следствие, рентабельность застройки района или квартала. При изменении нормы площади на единицу возможно моментально пересчитывать варианты, не изменяя внешний вид застройки. Наличие в сметах возможности подсчета площади поверхностей поэлементно даёт возможность укрупнено просчитать варианты стоимости фасадов, кровель, придомового мощения и озеленения и т.д.

Примеры студенческих работ, выполненных с ипользованием экспресс-метода работы с территорией с применением метода профилей

Приведу примеры работ студентов на тему «Выявление потенциала и градостроительное развитие территории с формированием пешеходной зоны в историческом городе», в которых использованы вышеперечисленные методы работы со средой.

Машковский В. и Крюкова Ю. «Анализ территории ГА методом и ОП решение для исторической части г. Бежецк» (2017)

Чурилов Р. и Белолипецкая А. «3Д-застройки тур-центра в г. Бежецк»

Кобозева Е. «Туристический кластер в г. Ярославль»

Нестеренко Н. «Реконструкция центральной части г. Рыбинск с выявлением точек роста» (2013−2014)

Чистякова В. «Градостроительное развитие г. Обнинск» (2012−2013)

Киселева Ю. «Формирование общественного центра в г. Дмитровград» (2015−2016)

Козлова А. «Реабилитация Заволжского района г. Ульяновск» (2015−2016)

Хандукян А. Диплом в составе комплексного проекта «Узлы перспективного развития п-ва Крым» (2015−2016)

Арутюнян В. «Новая комплексная застройка г. Калининград в районе спортивных объектов Чемпионата мира по футболу»

Козловская В. «Реконструкция территории в районе Велозаводской улицы» (2016)

Ещенко Е. «Анализ территории ГА-методом и ОП-решение для района Соколиная гора» (2016)

Веревкина Д. «Анализ территории ГА-методом и ОП-решение для района ст. метро Волгоградский проспект» (2016)

Кузнецова М. «Анализ территории ГА методом и ОП решение для района и ансамбля площади» (2016)

Тимофеева А. «Анализ территории ГА методом и ОП решение для района Соколиная гора» (2016)

Проектный эксперимент по алгоритмическому программированию в Grasshopper

В продолжение изучения метода работы с матрицей пересечений был проведен проектный эксперимент по алгоритмическому программированию.

Целью эксперимента было написание программного модуля для построения объемно-пространственной модели фрагмента городской ткани с формированием сомасштабной человеку комфортной городской среды по заранее созданной сетке-каркасу.
Для написания алгоритма использовался визуальный редактор программирования Grasshopper, интегрированный в программное обеспечение для трёхмерного моделирования Rhinoceros 3D.

Результатом разработки первой версии алгоритмического построения застройки по сетке стал программный код, позволяющий за счет вводимых данных осей улиц и их пересечений смоделировать объемно-пространственное решение с учетом многих параметров, таких как форма и высота застройки, наличие общественной функции, изменение силуэта по внутренней логике алгоритма, привязки определенного типа общественного городского пространства согласно с его местом в иерархии т.д. Был выстроен алгоритм, с помощью которого можно из простой геометрии в виде осей улиц создавать застройку, которая отвечает требованиям комфортной городской среды.

Следующим этапом разработки алгоритма стало внедрение возможности анализа цифровых данных, в первую очередь параметров площади и плотности жилой застройки.

Далее последовала оценка каждого квартала по параметру плотности, а именно коэффициента FAR (Floor Area Ratio), который является отношением общей поэтажной площади рассматриваемой территории к площади участка.

Главной чертой разработанного алгоритма является способность к постоянному совершенствованию: он может неоднократно усложняться, в него можно добавлять новые функции, а также внедрять дополнительные условия, которые будут учитываться при формировании застройки.

После того, как с помощью алгоритма сформирована структура и основная масса застройки, ее можно выгрузить в среду АRCHIСAD и использовать как базовый файл-задание для дальнейшей творческой интерпретацией проектировщиком, только благодаря видению которого возможно создание ансамбля застройки со строго выдержанными градостроительными требованиями и ТЭПами.

Заключение: зачем учиться новым технологиям и переходить на новые версии Archicad?

Данная статья — «ода» тому, как новые технологии версии АRCHIСAD 19 — 22 с применением нестандартного метода использования стандартных инструментов («профиль» и «сметы») экономят время проектировщика, оставляя резерв на отработку вариантов проекта, шлифование художественного замысла. Они также помогают за счет своей внутренней логики сопряжений сложных стен профилей и возможности работать в 3D-проекции избежать проектных и нормативных ошибок при создании BIM-модели. Сама логика программы направляет проектировщика последовательно задавать параметры через инструменты, которые уточняют и правильным образом структурируют объемное изображение и проект во всех проекциях разом.

Список использованной литературы

Петровская Е.И. Градостроительный регламент, средовые коды и критерии качества городского пространства. АМИТ 2(39) 2017, с. 268−283. URL: http://www.marhi.ru/AMIT/2017/2kvart17/21_petrovskaya/index.php.
Петровская Е.И. Идентичность городской среды и критерии восприятия пространства при ее самовоспроизведении. М.: МАРХИ, 2018. 597−600с.
Петровская Е.И. Критерии качества общественного городского пространства и их применение при формировании мультимедиапространств. М.: МАРХИ, 2017. — 448 с., С. 288.
Петровская Е.И. Критерии формирования общественного городского пространства и психоэмоциональные аспекты его качества. М.: МАРХИ, 2017. — 448 с., С. 77.
Петровская Е.И. Пространственный анализ и выявление территорий перспективного развития (на примере дипломного проектирования в МАРХИ). М.: АиСР № 4 (220), 2016, с. 24−35.
Петровская Е.И., Подобулкин А.Г., Печенкин И.А., Мавлёнкин А.И. О методе кодирования «пешеходно-комфортной» городской среды и сочетании центричных и линейных городских пространств. АМИТ 3(44) 2018. URL: http://marhi.ru/AMIT/2018/3kvart18/24_petrovskaya/index.php
Петровская Е.И., Погуца Я.Е., Новиков Н.А. Принципы кодирования городской среды на примере исторической части г. Выборг.// Архитектура и строительство России. 2018, № 2 (226). — С. 100−111.