Современная реставрация объектов культурного наследия всё чаще использует цифровые технологии для фиксации, проектирования и управления большим объёмом информации. Одним из таких инструментов является BIM — информационное моделирование зданий.
Однако при работе с исторической архитектурой всё чаще применяется более точное понятие — HBIM (Historic или Heritage Building Information Modeling), то есть информационное моделирование исторических зданий и объектов наследия.
В отличие от нового строительства, где модель в основном описывает проектируемое здание, при реставрации необходимо работать с уже существующим уникальным объектом. Его стены могут иметь деформации, одинаковые на первый взгляд окна — разные размеры, конструкции — следы неоднократных перестроек, а сведения о материалах и истории здания могут находиться в десятках архивных документов.
HBIM позволяет объединить эти данные в одной цифровой среде и использовать их при исследованиях, разработке проектных решений, реставрации и дальнейшей эксплуатации памятника.
Что такое BIM и HBIM
BIM расшифровывается как Building Information Modeling — информационное моделирование зданий.
Главное отличие BIM-модели от обычной трёхмерной визуализации заключается в том, что её элементы могут содержать дополнительные сведения.
Например, стена в модели может иметь информацию о:
- геометрии;
- материале;
- толщине;
- конструктивном составе;
- состоянии;
- проектных мероприятиях;
- связанных чертежах и документах.
Для исторического здания стандартного подхода BIM зачастую недостаточно.
Поэтому возникло направление HBIM, адаптирующее принципы информационного моделирования под архитектурное наследие.
В HBIM кроме геометрических характеристик могут систематизироваться:
- исторические сведения;
- архивные чертежи;
- результаты натурных исследований;
- информация о строительных материалах;
- периоды перестроек;
- сведения о повреждениях;
- данные предыдущих реставраций;
- фотографии;
- информация о конструкциях;
- проектные решения;
- результаты последующего мониторинга.
Таким образом, HBIM правильнее воспринимать не как красивую 3D-модель памятника, а как структурированную цифровую систему информации об историческом объекте.
Чем HBIM исторического здания отличается от BIM новостройки
При проектировании нового здания архитектор сначала создаёт геометрию, по которой объект затем строится.
При работе с памятником всё происходит наоборот.
Здание уже существует, и специалисту сначала необходимо достоверно определить его фактическую геометрию.
Причём исторические здания редко состоят из абсолютно стандартных элементов.
Например:
- две колонны могут немного отличаться друг от друга;
- оконные проёмы одного фасада могут иметь разные размеры;
- стены могут отклоняться от вертикали;
- перекрытия могут иметь прогибы;
- одинаковый визуально декор может различаться по геометрии;
- разные части здания могут относиться к разным строительным периодам.
Поэтому попытка просто собрать исторический объект из стандартных BIM-элементов способна привести к чрезмерному упрощению его реальной геометрии.
Для HBIM особенно важно найти баланс между точностью модели, объёмом данных и практическими задачами проекта.
Как создаётся HBIM-модель объекта культурного наследия
Информационное моделирование исторического здания начинается не с работы в программе, а со сбора исходных данных.
Процесс может включать несколько последовательных этапов.
1. Изучение существующей документации
Специалисты анализируют имеющиеся:
- поэтажные планы;
- старые обмерные чертежи;
- архивные материалы;
- исторические фотографии;
- результаты предыдущих обследований;
- проектную документацию прошлых периодов.
Уже на этом этапе часто обнаруживается, что существующие чертежи не полностью соответствуют фактическому состоянию объекта.
2. Натурное обследование
Специалисты непосредственно исследуют здание, фиксируют его особенности и сопоставляют реальное состояние с имеющейся документацией.
3. Лазерное сканирование и фотограмметрия
Для получения точной геометрии могут применяться современные методы цифровой фиксации.
Лазерное сканирование формирует облако точек, описывающее пространственное положение поверхностей здания.
Фотограмметрия позволяет получать пространственные данные на основе большого количества перекрывающихся фотографий.
При сложной архитектуре методы могут использоваться совместно.
4. Построение цифровой геометрии
На основе результатов обмеров и облаков точек создаётся модель существующего состояния.
Этот процесс часто называют Scan-to-BIM, а применительно к объектам наследия — Scan-to-HBIM.
При этом облако точек и HBIM-модель — не одно и то же.
Облако точек представляет собой массив пространственных измерений. Информационная модель создаётся специалистами на его основе и имеет собственную структуру.
5. Наполнение модели информацией
После создания геометрической основы в модель могут добавляться сведения о конструкциях, материалах, состоянии элементов, истории изменений и проектных мероприятиях.
Именно этот этап превращает обычную трёхмерную геометрию в полноценную информационную модель.
Лазерное сканирование и HBIM: как они связаны
Лазерное сканирование часто воспринимают как составную часть BIM, но правильнее считать его одним из способов получения исходных данных.
Сканер позволяет точно зафиксировать существующую геометрию:
- стен;
- фасадов;
- сводов;
- лестниц;
- колонн;
- проёмов;
- перекрытий;
- архитектурного декора.
После обработки облако точек может использоваться как пространственная основа для построения элементов информационной модели.
Например, проектировщик может видеть, что историческая стена фактически имеет отклонение от вертикали, а два одинаковых на старом чертеже проёма отличаются по размеру.
Это особенно важно при разработке проектно-сметной документации для объекта культурного наследия.
Какая информация может храниться в HBIM-модели
Потенциально информационная модель может содержать значительно больше данных, чем обычный комплект чертежей.
Для отдельного элемента можно хранить сведения о:
- геометрии;
- материале;
- предполагаемом периоде создания;
- техническом состоянии;
- обнаруженных повреждениях;
- результатах исследований;
- предлагаемом реставрационном мероприятии;
- фотографиях;
- исторических источниках;
- выполненных работах;
- дате последнего обследования.
Но наполнять каждый элемент всей возможной информацией далеко не всегда рационально.
Содержание модели должно определяться реальной задачей.
Если HBIM разрабатывается для проектирования реставрации, требуется один состав данных. Если модель планируется использовать ещё и при дальнейшей эксплуатации здания — другой.
HBIM как единая среда для разных специалистов
Реставрацией объекта культурного наследия занимается не один человек.
В проект могут быть вовлечены:
- архитекторы-реставраторы;
- конструкторы;
- инженеры;
- исследователи;
- специалисты по архитектурному декору;
- технологи-реставраторы;
- сметчики;
- специалисты по инженерным сетям;
- представители заказчика.
Каждая группа работает со своей частью информации.
Информационная модель помогает связать эти данные пространственно.
Например, вместо текстового описания «трещина в северной части помещения второго этажа» повреждение можно привязать непосредственно к конкретному элементу модели.
То же относится к проектным мероприятиям, материалам, фотографиям и результатам исследований.
Как BIM помогает при разработке реставрационного проекта
Одна из главных практических задач BIM — координация проектных решений.
Историческое здание приходится одновременно приспосабливать к современным требованиям и сохранять его ценные элементы.
Например, требуется разместить:
- электрические сети;
- отопление;
- вентиляцию;
- системы пожарной безопасности;
- слаботочные сети;
- другое инженерное оборудование.
Но свободно прокладывать коммуникации через исторические конструкции нельзя.
Трёхмерная модель позволяет заранее оценить взаимное расположение инженерных систем, конструкций и архитектурных элементов.
Это особенно важно при приспособлении объекта культурного наследия для современного использования.
Помогает ли BIM автоматически выявлять ошибки проекта
Частично.
В BIM-среде можно выполнять различные проверки, включая поиск пространственных пересечений.
Например, система способна показать, что:
- вентиляционный канал пересекает конструктивный элемент;
- труба проходит через архитектурный декор;
- новый элемент конфликтует с существующей конструкцией;
- оборудование невозможно разместить в запроектированном пространстве.
Это позволяет обнаруживать часть проблем ещё до начала работ.
Но BIM не способен автоматически определить, является ли конкретное решение допустимым с точки зрения сохранения историко-культурной ценности.
Для этого необходим профессиональный анализ.
Может ли HBIM провести диагностику состояния памятника
Нет, если понимать слово «диагностика» буквально.
Информационная модель сама по себе не исследует конструкцию.
Она может содержать результаты:
- визуального обследования;
- лазерного сканирования;
- мониторинга;
- инструментальных измерений;
- лабораторных исследований;
- других методов.
Например, специалист выявил повреждение кирпичной кладки, определил его характер и отметил соответствующую область в модели.
HBIM в таком случае помогает хранить, структурировать и визуализировать информацию, но профессиональный вывод делает специалист.
Как в HBIM можно фиксировать повреждения
Для проекта может быть разработана система классификации дефектов.
В модели можно отмечать:
- трещины;
- утраты материала;
- коррозию;
- зоны увлажнения;
- деформации;
- разрушение отделочного слоя;
- биологическое поражение;
- аварийные участки.
К записи могут прикрепляться фотографии, результаты измерений и комментарии.
В результате проектировщик получает не просто перечень дефектов, а пространственную карту их расположения.
HBIM и исторические периоды здания
Одна из интересных особенностей исторической архитектуры заключается в многослойности.
Здание могло быть построено в XVIII веке, перестроено в XIX, реконструировано в начале XX века, а затем неоднократно ремонтироваться.
При этом элементы разных периодов могут сосуществовать в одном объекте.
В информационной модели потенциально можно связывать элементы с определёнными этапами развития здания.
Например:
- первоначальная конструкция;
- поздняя пристройка;
- перестройка определённого периода;
- современное вмешательство.
Такой подход позволяет использовать модель не только как инженерный инструмент, но и как средство систематизации исторической информации.
Можно ли восстановить утраченный элемент по BIM-модели
Информационное моделирование может серьёзно помочь в подготовке данных для воссоздания, но оно не создаёт достоверный исторический облик самостоятельно.
Если часть элемента сохранилась либо имеется аналог, его можно:
- отсканировать;
- обмерить;
- создать цифровую геометрию;
- сопоставить с архивными материалами;
- использовать при разработке реставрационного решения.
Если элемент полностью утрачен, одного BIM недостаточно.
Для научно обоснованного воссоздания могут потребоваться исторические фотографии, чертежи, описания, сохранившиеся фрагменты и достоверные аналоги.
Поэтому HBIM помогает систематизировать доказательную базу, но не заменяет историко-архивное и натурное исследование.
Как BIM используется непосредственно во время реставрации
После завершения проектирования информационная модель может продолжать использоваться на производственном этапе.
Например, с её помощью удобно:
- уточнять расположение реставрируемых элементов;
- сопоставлять фактическое состояние с проектным;
- фиксировать выявленные в ходе работ скрытые конструкции;
- привязывать фотографии к определённым участкам;
- обновлять сведения после согласованных изменений;
- документировать выполненные мероприятия.
Но работа на памятнике практически всегда содержит элемент неопределённости.
После снятия поздней отделки может обнаружиться неизвестная ранее кладка. После вскрытия конструкции — скрытый исторический элемент. Реальное состояние деревянной балки может отличаться от предполагавшегося.
Поэтому модель должна не мешать работе с новой информацией, а позволять её систематизировать.
HBIM и авторский надзор
Информационная модель также может использоваться как дополнительный инструмент при контроле реализации проекта.
В ходе авторского надзора и научного руководства на объекте культурного наследия специалистам необходимо контролировать соответствие выполняемых работ согласованным проектным решениям и фиксировать возникающие изменения.
Цифровая модель помогает быстрее понять пространственный контекст и связать замечание с конкретным участком объекта.
Однако сама BIM-модель не выполняет функцию авторского надзора — решение и ответственность остаются за специалистами.
HBIM после окончания реставрации
Одна из наиболее перспективных особенностей информационной модели заключается в возможности использовать её не только во время проектирования.
После завершения работ в неё могут быть внесены данные о:
- выполненных реставрационных мероприятиях;
- заменённых элементах;
- сохранённых исторических конструкциях;
- использованных материалах;
- скрытых участках, зафиксированных во время работ;
- состоянии объекта после реставрации.
Так создаётся цифровая база для дальнейшей эксплуатации.
Через несколько лет при новом обследовании специалист получает возможность увидеть не только текущее состояние, но и историю предыдущих вмешательств.
HBIM для мониторинга состояния памятника
Если модель поддерживается в актуальном состоянии, она может быть связана с результатами периодических обследований.
Например, для определённой стены можно хранить:
- результат обследования 2026 года;
- фотографию после реставрации;
- данные повторного осмотра;
- информацию о возникших повреждениях;
- рекомендованный срок следующего контроля.
При наличии инструментального мониторинга модель также может использоваться для пространственной привязки результатов измерений.
Таким образом HBIM постепенно превращается из проектной модели в систему управления знаниями об объекте.
Нужно ли моделировать каждую трещину и каждый декоративный элемент
Нет.
Одна из важных задач при разработке HBIM — определить необходимую степень детализации.
Чрезмерно подробная модель может:
- требовать огромного объёма ручной работы;
- создавать слишком тяжёлые файлы;
- усложнять обмен данными;
- не приносить практической пользы для проекта.
Например, если для принятия реставрационного решения достаточно зафиксировать форму карниза с определённой точностью, нет смысла моделировать каждую мельчайшую шероховатость его поверхности.
Но для отдельного уникального скульптурного элемента может потребоваться значительно более подробная фиксация.
Поэтому уровень детализации определяется не стремлением создать «максимально красивую модель», а целью проекта.
Почему стандартные BIM-библиотеки плохо подходят для памятников
Современные BIM-программы изначально ориентированы преимущественно на типовые строительные элементы.
В библиотеке легко найти стандартную:
- стену;
- дверь;
- балку;
- колонну;
- трубу;
- вентиляционный канал.
Но историческая колонна сложного профиля или окно XIX века может не иметь подходящего стандартного аналога.
Из-за этого при HBIM приходится создавать специальные элементы, адаптировать существующие семейства или сочетать параметрическое моделирование со сложной геометрией, полученной из результатов сканирования.
Именно эта особенность делает моделирование наследия значительно более трудоёмким, чем создание BIM обычного современного здания.
HBIM не равен цифровому двойнику
Эти понятия часто используют как синонимы, хотя между ними есть разница.
HBIM представляет собой информационную модель исторического объекта.
Полноценный цифровой двойник предполагает более динамическую систему, которая может регулярно обновляться на основе данных о реальном объекте — например, результатов мониторинга или эксплуатации.
Поэтому корректнее говорить, что HBIM может стать основой для развития цифрового двойника, если модель поддерживается и пополняется актуальными данными.
Какие преимущества BIM действительно даёт при реставрации
При грамотном применении технология позволяет:
- собрать значительный объём информации об объекте в одной цифровой среде;
- работать с реальной пространственной геометрией здания;
- координировать архитектурные, конструктивные и инженерные решения;
- раньше обнаруживать часть пространственных конфликтов;
- связать повреждения и исследования с конкретными элементами;
- систематизировать исторические данные;
- фиксировать изменения проекта;
- формировать цифровую историю работ;
- сохранять информацию для последующей эксплуатации.
При этом корректнее говорить о снижении определённых рисков, а не о полном исключении ошибок.
Какие ограничения есть у BIM и HBIM
Технология не решает автоматически все проблемы реставрации.
Качество модели зависит от исходных данных
Если сканирование, обмеры или исходные сведения выполнены неправильно, сама информационная модель не исправит эту ошибку.
Модель всегда является интерпретацией
Облако точек фиксирует геометрию поверхности, а HBIM-модель создаётся специалистом.
Проектировщик принимает решение, каким элементом представить определённую историческую конструкцию и какую информацию с ней связать.
Не вся информация известна до начала работ
В историческом здании часть конструкций скрыта отделкой или поздними переделками. Реальные сведения могут появиться только после начала реставрации.
HBIM не определяет историко-культурную ценность
Цифровая модель может хранить информацию о предмете охраны и исследованиях, но сама не решает, какой элемент необходимо сохранять.
Высокая детализация требует ресурсов
Чем сложнее объект и больше информации необходимо внести в модель, тем выше трудоёмкость её создания и сопровождения.
Заменяет ли BIM проектную документацию на ОКН
Нет.
HBIM следует рассматривать как инструмент подготовки, координации и управления информацией.
Для проведения работ по сохранению объекта культурного наследия требуется документация, состав и порядок подготовки которой определяются требованиями к конкретному объекту и виду работ.
Информационная модель может существенно помочь проектировщику, но сама по себе не отменяет:
- необходимость исследований;
- разработку установленного состава документации;
- согласования;
- экспертные процедуры в предусмотренных случаях;
- получение необходимых разрешений;
- научное руководство и авторский надзор.
Как выглядит процесс реставрации с применением HBIM
Упрощённо последовательность может выглядеть следующим образом:
- Изучение объекта. Собираются архивные, проектные и натурные данные.
- Цифровая фиксация. Выполняются необходимые обмеры, лазерное сканирование и фотограмметрия.
- Создание модели существующего состояния. Формируется геометрическая основа.
- Информационное наполнение. Добавляются сведения об элементах, конструкциях и результатах исследований.
- Разработка проектных решений. Модель используется совместно с другими материалами проекта.
- Координация разделов. Проверяются взаимные пересечения и расположение решений.
- Выполнение работ. При необходимости модель используется как дополнительный источник проектной информации.
- Актуализация данных. Фиксируются существенные изменения и сведения, обнаруженные во время реставрации.
- Дальнейшая эксплуатация. Модель может использоваться как цифровой архив и база для мониторинга.
Когда HBIM особенно полезен
Информационное моделирование наиболее оправданно для:
- крупных исторических зданий;
- архитектурных ансамблей;
- объектов со сложной геометрией;
- зданий с большим количеством инженерных систем;
- памятников, которые планируется активно эксплуатировать после реставрации;
- объектов с несколькими этапами работ;
- проектов, где требуется координация большого количества специалистов;
- объектов, для которых планируется длительный цифровой мониторинг.
Для небольшого локального ремонта создание чрезвычайно подробной HBIM-модели может оказаться неоправданным.
Поэтому технология должна соответствовать масштабу и задачам проекта.
HBIM и традиционная реставрация: конкуренты или дополнение
Противопоставлять цифровые технологии классическим методам реставрации неправильно.
HBIM не определит историческую ценность находки. Лазерный сканер не установит состав штукатурного раствора. Компьютерная модель не заменит архивное исследование или профессиональную работу реставратора.
Но цифровая среда способна объединить результаты всех этих исследований.
В этом заключается её основное преимущество.
Современные технологии повышают информированность специалистов, а решения по сохранению памятника по-прежнему должны основываться на профессиональных исследованиях и принципах реставрации.
Перспективы HBIM в сохранении культурного наследия
Дальнейшее развитие технологии связано прежде всего с интеграцией различных источников данных.
HBIM постепенно объединяется с:
- лазерным сканированием;
- фотограмметрией;
- ГИС;
- результатами мониторинга;
- базами исторической информации;
- виртуальной и дополненной реальностью;
- алгоритмами автоматической обработки облаков точек;
- системами управления эксплуатацией.
В результате информационная модель постепенно превращается из трёхмерного проекта в цифровую инфраструктуру знаний об историческом объекте.
Итог
BIM-технологии открывают значительные возможности для работы с объектами культурного наследия, однако применительно к исторической архитектуре правильнее говорить о специализированном направлении HBIM.
Главная ценность HBIM заключается не в красивой трёхмерной визуализации, а в возможности связать геометрию памятника с результатами исследований, историческими сведениями, данными о материалах, повреждениях, проектных решениях и выполненных работах.
Лазерное сканирование и фотограмметрия помогают создать точную основу модели. Архивные и натурные исследования наполняют её историческим смыслом. Проектировщики используют цифровые данные при разработке решений, а после завершения реставрации модель может стать основой для последующего мониторинга и эксплуатации объекта.
При этом HBIM не заменяет архитектора-реставратора, инженера, исследователя, проектную документацию или профессиональное обследование.
Наиболее эффективен комплексный подход, в котором цифровые инструменты дополняют традиционные методы сохранения наследия.
Подробнее о выполнении полного комплекса реставрационных работ на объектах культурного наследия можно узнать в соответствующем разделе сайта.
Исследования, проектирование, реставрация, консервация, приспособление и сопровождение работ представлены в разделе объекты культурного наследия.