Как с помощью BIM-модели восстанавливают Нотр-дам (Notre Dame)?

Нотр-дам-де-пари (Собор Парижской Богоматери: Notre-Dame de Paris) — это культовое сооружение, построенное в 1163 году. Оно было значимой достопримечательностью Франции и всего мира в целом. Но 12 апреля 2019 году в католическом соборе произошло возгорание, длившееся около 9 часов. За это время шпиль, крыша и часы были полностью сожжены. Власти до сих пор не сообщили точную причину, повлекшую возгорание. Как с помощью BIM-модели восстанавливают Нотр-дам (Notre Dame)?

Символ Парижа сильно пострадал, поэтому уже через несколько дней после инцидента президент Франции Эммануэль Макрон пообещал направить все ресурсы Франции на восстановление собора. Сроки возведения “обновленного” Нотр-дама были обозначены 5-ю годами.

Команда специалистов из всех областей была собрана сразу, но работники столкнулись с несколькими трудностями:

1. Крышу сооружения в XII веке создали из дуба. Найти его в те годы было сложным занятием, а сейчас — почти нереально. Тоже самое касается и других сгоревших элементов, созданных из “парижского камня”. К сожалению, рудники уже давно исчерпали себя и найти материал будет непросто.
2. Еще один неприятный момент, с которым столкнулись реконструкторы, заключается в том, что им нужно добиться “достоверности” при восстановлении здания. К счастью, в 2010 году искусствовед из Бельгии смог сделать лазерный снимок собора. Сейчас это единственная достоверная и точная модель сооружения.

Собор Нотр-дам-де-Пари строили почти 200 лет. Именно два века ушло на то, чтобы создать такую красоту. Для сравнения разработчикам игры Assassin’s Creed Unity в 100 раз меньше времени, чтобы сделать цифровую копию здания в виртуальном пространстве.

Как помогло BIM-моделирование

В современном мире восстанавливать здания можно с помощью технологических решений. Информационное моделирование зданий BIM дает возможность воссоздать первоначальный вид сооружения. К другим технологическим решениям также относят 3D-моделирование данных и техническую экспертизу. С помощью BIM сегодня можно создать историческую базу данных в цифровом виде. В случае необходимости ее можно использовать в будущем.

Рекомендуем пройти наш новый курс по C#: Программирование на C# под Autodesk Revit
Размещаем информацию по курсам в телеграмм чате https://t.me/+B3kHPJ3U5Mw2OGEy

Вскоре после ужасающих новостей компании, занимающиеся разработкой программного обеспечения САПР, вовсю предлагали свои AEC-инструменты для проекта бесплатно. Некоторые даже пожертвовали деньги на восстановление. Также была борьба за то, чтобы попытаться найти результаты лазерного сканирования собора, которые проводились в прошлом, чтобы они могли быстро смоделировать то, что было построено в их решениях BIM и CAD. К счастью, это безумие длилось недолго. Только весной 2021 года, через два года после пожара, Autodesk упомянула о своем участии в восстановлении Нотр-Дама, в котором используют Revit.

В начале 2022 года общественная организация, занимающаяся восстановлением Нотр-дам-де-пари, официально объявила о сотрудничестве с Autodesk. Организация Autodesk решила помочь с восстановлением католического собора.

Компания сделала модель BIM здания, используя снимки искусствоведа из Бельгии. Весь процесс был обговорен с правительством страны, а затем подписано соглашение между сторонами. Огромное внимание в разработке модели было уделено элементам конструкции и каменной кладке.

Через пять дней после пожара Макрон объявил, что хочет, чтобы собор был восстановлен «более красивым, чем раньше» всего за пять лет. Для этого команде проектировщиков, специалистам-реставраторам и строительным фирмам предстоит преодолеть ряд существенных препятствий. Основные проблемы включают в себя поиск оригинальных аналогичных материалов и кропотливую работу, необходимую для сохранения оригинальных элементов и ремонта поврежденной огнем каменной кладки.

Крыша собора была сделана из дубовых балок, вырубленных из вековых деревьев, которые даже в 13 веке было трудно достать. В Европе не так много достаточно высоких деревьев. Многие эксперты считают, что проект, скорее всего, займет десятилетия.

Эммануэль Ди Джакомо, менеджер по развитию экосистемы BIM в регионе ЕБВА в Autodesk, Франция, объяснил: «Мы были потрясены, весь мир был потрясен, особенно в Autodesk. Наш генеральный директор Эндрю Анагност был потрясен и очень опечален этим.

«Мы сразу же решили помочь в реконструкции Нотр-Дама и сделали денежное пожертвование в фонд реконструкции. Мы подумали, что будет важно помочь с BIM, и мы начали работать с компанией, чтобы создать BIM-модель собора до пожара на основе лазерного сканирования, созданного историком искусства и архитектуры Эндрю Таллоном».

Уроженец Бельгии Таллон провел лазерное сканирование Нотр-Дама в 2010 году. При поддержке документального фильма о европейском искусстве он решил запечатлеть собор сверху донизу с помощью лазерного сканера Leica Geosystems, начиная с западного входа.

В то время Таллон хотел провести лазерное сканирование здания, чтобы понять природу готической структуры и выявить любые структурные аномалии. До этого момента все стандартные измерения, используемые для создания чертежей, убирали ошибки выравнивания, несколько превышая точность и возможности строителей 13 века. Лазерное сканирование Таллона было единственным действительно точным измерением состояния собора. К сожалению, Таллон умер за несколько лет до пожара в Нотр-Дам и не мог понять, как много его работа будет значить для восстановления этого фантастического готического шедевра.

Пока Autodesk занималась этим, на уровне правительства Франции не было организации, отвечающей за реконструкцию. Он находился под эгидой Министерства культуры, но в нем участвовала конкретная дочерняя компания под названием DRAC (региональное управление культурных дел). Чтобы ускорить процесс, 28 ноября 2019 года Макрон создал новую общественную организацию под названием EPA (établissement public à caractèreadministration), что в переводе означает «государственное управление». Он назначил бывшего генерала армии Жана-Луи Джорджлена возглавить его и создать условия для реконструкции и открытия в течение пяти лет, а строительство шпиля будет завершено к 2026 году.

Autodesk связалась с EPA и провела ряд переговоров об использовании BIM, с дополнительным бонусом в том, что компания уже создавала модель BIM до пожара на основе наиболее точного исследования.

EPA и Autodesk совместно разработали модель Revit BIM, уделив особое внимание конструктивным элементам здания, каменной кладке. Они смоделировали склеп, ризницу, шпиль, сам Нотр-Дам и сады за собором. Столярной модели нет, потому что не было подробных чертежей конструкции крыши и не было лазерного сканирования пустот. Агентство по охране окружающей среды имело ряд конкретных применений модели BIM, включая планирование логистики на площадке, расположение кранов, доставку материалов и организацию безопасности на площадке. Из-за обширного загрязнения свинцом доступ к объекту необходимо было контролировать, а те, кто работал на объекте, должны были принять обширные меры безопасности.

Интерактивная 3D модель (WebGL) Notre-Dame

Autodesk предоставила несколько лицензий на свои комплекты AEC с доступом к AutoCAD, Recap (лазерное сканирование) и Revit, а также предоставила Агентству по охране окружающей среды доступ к онлайн-платформе Autodesk для совместной работы Autodesk BIM 360 для совместного использования моделей и совещаний по проектам. К сожалению, Covid-19 нарушил сроки, и проект уже потерял год, если он действительно будет завершен к 2024 году. Демонтаж первоначальных строительных лесов, возведенных во время пожара, также оказался кропотливый.

Команда провела множество обследований с помощью дронов после пожара, чтобы определить, где упали камни, чтобы их можно было повторно использовать, отремонтировать и вернуть на место. Модель BIM после пожара была построена в Revit на основе исследования, проведенного с использованием 12 лазерных сканеров, которые собрали 46 000 сканирований.

Новые камни изготавливаются вручную. Идея состоит в том, что даже столярные изделия будут переделаны вручную. Еще одна проблема заключается в том, что в собор было закачано так много воды, что ключевые структурные элементы могли сдвинуться или что вода могла повлиять на фундамент.

На объекте работает около 250 мастеров различных профессий, и хотя сохранение материалов и новые изделия из камня и дерева будут основываться на традиционных ремеслах, эти навыки будут сочетаться с цифровыми навыками с использованием лазерного сканирования, дронов, BIM и т. д.

Autodesk в настоящее время обсуждает с Агентством по охране окружающей среды возможность использования модели BIM на этапе эксплуатации и обслуживания, связанной с датчиками IoT, чтобы избежать пожара в будущем.

Autodesk надеется, что EPA будет использовать BIM 360 и BIM, чтобы ускорить процесс и избежать каких-либо проблем на месте. Ди Джакомо видит большое преимущество в использовании BIM для проверки кабелей противопожарных систем внутри здания. Само собой разумеется, что EPA хочет убедиться, что будущая система предотвращения пожаров будет идеальной. Поскольку они строят обратно точно так же, используя много дерева (собранного в лесах Ле-Мана), предотвращение пожара является одной из наиболее важных частей восстановления.

Многие субподрядчики, работающие над Нотр-Дамом, находятся во французских регионах, а не в столице. Доступ к координации BIM 360 менее проблематичен, чем на месте, поскольку для работы в среде с токсичным свинцом требуется очень строгая безопасность и обширная защита. Потребовалось два года, чтобы очистить это место, так что теперь они могут вернуться и собрать оставшиеся части сгоревшей конструкции крыши. По мере продвижения проекта Navisworks и другие решения Autodesk можно использовать для планирования графиков 4D и 5D.

В настоящее время Autodesk обсуждает с Агентством по охране окружающей среды возможность использования модели BIM на этапе эксплуатации и обслуживания, связанной с датчиками (IoT), чтобы избежать возгорания в будущем. Это будет связано с недавно запущенной Autodesk Tandem Digital Twin Platform.

С моделью BIM до пожара, так и с моделью BIM после пожара из цифровых двойников можно извлечь множество преимуществ.

Судя по всему, большая часть цифровых преимуществ для Нотр-Дама будет получена по мере того, как материал будет доставлен на место, и координация станет необходимой для ускорения реконструкции. Эксперты уверены, что это также будет важной средой для проектирования новой конструкции крыши собора вместе с последовательностью сборки.

Строительные и проектные технологии в сочетании с BIM помогут вернуть былую красоту достопримечательности.

Таким образом, с помощью инновационных подходов собор будет восстановлен в течение нескольких лет. Именно общественная организация, которую поставили ответственной за восстановление достопримечательности, помогла создать условия для всех привлеченных работников. С помощью современных инструментов все специалисты, привлеченные к восстановлению, будут контролировать процесс “в облаке”. Иными словами, будет создана единая система хранения информации. Партнеры в любое время смогут получить доступ к к актуальным планам.

Все жители Франции, а также туристы со всего мира желают поскорее увидеть обновленный собор Парижской Богоматери. Меценаты разных стран уже предложили финансовую помощь. Они готовы выделить более 700 миллионов евро на восстановление и реставрацию. Кроме того, ЮНЕСКО выделило сотрудников в качестве дополнительной помощи. К счастью, капитальные конструкции сооружения не были повреждены. Это означает, что собор подлежит восстановлению.

Не стоит забывать, что BIM модели предназначены для современных построек. Создавать проект старинного собора было сложно. Однако специалисты справились, при этом исследовали часть сооружения уже после пожара. Упавшие камни проверялись на возможность повторного использования. В результате БИМ модель получилась в количестве более 12 000 объектов, но сложнее всего было своды крыши.

Компания Autodesk надеется, что созданные модели пригодятся в будущем. Возможно, собор оснастят датчиками, предотвращающими пожар. По первоначальным планам собор должен открыться в 2024 году, но из-за распространения коронавирусной инфекции работы были отложены. Восстановить былую красоту в считанные месяцы возможно, но для этого придется создавать детали на 3D принтере. Правительство желает, чтобы постройка была сделана из схожих материалов и не отличалась от предыдущей “версии”. Строители и реставраторы будут воссоздавать достопримечательность по старым методам, но с использованием BIM.

Краткая история любимого собора Парижа

Нотр-Дам играет ключевую роль в истории Франции на протяжении 850 лет и является официальной «нулевой точкой», от которой отсчитываются все расстояния до Парижа, Франция.

Строительство началось во время правления короля Людовика VII (1163 г. н.э.), на строительство ушло 183 года. Это было первое готическое каменное здание во Франции. В 1431 году английский король Генрих VI был коронован королем Франции, а в 1804 году Наполеон Бонапарт провел коронацию в этом месте. Собор пережил Французскую революцию, две мировые войны и нацистскую оккупацию.

Размеры церкви 130 м на 48 м, высота крыши 35 м. Он был построен в основном из известняка (из того же карьера, который использовался для строительства Версаля), дерева из дубовых лесов в Нормандии, железа и свинца. В конструкции широко использовались тогдашние «новые» опоры для внешней нагрузки аркбутана для каменной кладки — идея, пришедшая из крестовых походов. Утверждается, что между 1160 и 1170 годами для его крыши было срублено 1300 дубов, и многим из них в то время могло быть от 300 до 400 лет.

96-метровый шпиль, сгоревший в 2019 году, был заменой 18-го века, а в 19-м веке был добавлен дополнительный шпиль. Франция в настоящее время вырубает 1000 дубов, необходимых для замены крыши и конструкции шпиля.

---

Пожар Нотр-Дам

Ранним вечером 15 апреля 2019 года под крышей собора Парижской Богоматери вспыхнул пожар. Будучи объектом Всемирного наследия ЮНЕСКО, зданию 12 века был предложен максимально возможный статус защиты.

Французская пожарная команда регулярно проводила на месте учения по действиям в чрезвычайных ситуациях, так как все знали, что деревянная крыша представляет собой потенциальную опасность возгорания. Пожарные регулярно проверяли под крышей три раза в день. Для этого требовалось каждый раз подниматься по 387 ступеням, чтобы добраться до пустот крыши. Собор был оборудован дымовой и пожарной сигнализацией.

Построенное из камня и дерева, здание много лет страдало от эрозии и износа от непогоды и загрязнения. Деревянная крыша была покрыта свинцовой пленкой, но если оставить ее слишком долго, образуются трещины, и внутрь может попасть вода. Это привело к сильному гниению шпиля и балок крыши. Они были пористыми и с возрастом стали порошкообразными. Министерство культуры Франции и епархии Парижа за предыдущие десять лет собрали 100 миллионов евро на масштабную реставрацию собора. На момент возгорания здание было ограждено и велись ремонтные работы. В 6:20 вечера сработала пожарная сигнализация, и охрана эвакуировала всех людей из собора. Первая проверка не обнаружила никакого возгорания, и это было только во время второго посещения, когда увидели дым.

К сожалению, пожарная сигнализация не была автоматически направлена ​​в пожарную команду, и они были вызваны только через полчаса после обнаружения возгорания. К моменту прибытия пожарных огонь на крыше горел не менее часа. Белый дым, поднимавшийся с крыши, стал черным, и из шпиля стало видно пламя.

Пожарные в основном работали изнутри конструкции, не боясь падающих обломков и еще более серьезной проблемы — 400 тонн расплавленного свинца. Интенсивность огня была такой силы, что трескались камни и расплавлялись свинцовые швы в витражах. В течение часа после прибытия пожарных шпиль собора рухнул, обрушив огненный шар на остальную часть чердака. Ничего нельзя было поделать со спасением деревянной крыши, поэтому пожарные сосредоточились на спасении колокольни, что удалось после 15 часов борьбы с пламенем.

После этого уцелела только треть крыши собора; остальная часть крыши упала внутрь церкви, обрушив некоторые сводчатые каменные потолки. Однако многие из реберных сводов выдержали.

Хотя большая часть истории посвящена физическому повреждению культового здания, сочетание огня со свинцом создало опасность для здоровья как на месте, так и в окрестностях Парижа. Уровни свинца на парижских улицах в пять раз превышали установленный законом предел.

Причина пожара остается загадкой, расследование после пожара выявило единственных возможных виновников: неисправность электропроводки или окурки, выброшенные реставраторами. Стоимость ремонта здания оценивается от 1,13 до 2 миллиардов долларов.

---

Модель Revit в цифрах

Гусельников Вячеслав Сергеевич: «Концепция использования современного инструмента моделирования BIM для создания цифрового двойника 800-летней каменной церкви, безусловно, восхищает. BIM отлично подходит для современных зданий, потому что они в основном идеально прямолинейны. Однако, зданиям 13-го века свойственны износ, деформации и оседания, и точное моделирование может быть затруднено».

Модель Revit BIM содержит 12 450 объектов, большинство из которых представляют собой адаптивные компоненты, представляющие собой сочетание традиционных семейств Revit. 

Из модели выяснилось, что Нотр-Дам имеет 30 028 м каменных стен и 3 925 м2 свинцовой крыши. Модель включает 186 хранилищ, и каждое хранилище было разным, что оказалось наиболее трудоемким для моделирования с помощью лазерного сканирования.

Актуальные фотографии Нотр-дам сделанные в августе 2022 года

Актуальные видео Нотр-дам сделанные в августе 2022 года

Подписывайтесь на наш telegram:

Автор статьи: