Платформа по цифровизации строительных планов жилых, производственных зданий и сооружений с возможностью трехмерного моделирования объектов с помощью технологий виртуальной и дополненной реальности

Волна массового жилищного строительства в крупных городах России, последовавшая за восстановлением экономики в начале 2000-х, актуализировала вопрос развитие урбанистики нового поколения за счет внедрения цифровых технологий и мобильности. Первоочередной задачей при развитии городов является обеспечение комфортного качества жизни современного человека. Инновационные технологии строительства с акцентом на энергоэффективность и использование новых архитектурных решений позволяют достичь максимального результата при минимальных затратах, а именно обновить городскую систему жизнедеятельности и создать социальные, общественные и спортивные пространства для удовлетворения новых потребностей жителей городов.

Однако при развитии городского строительства необходимо учитывать и возникающие сложности по архитектурному позиционированию новых домов с существующей застройкой, особенно если осуществляется точечное строительство 1 – 3 зданий в существующем квартале, а также увеличение количества «проблемных» зданий, эксплуатация которых может привести к потерям, в том числе и человеческим.

Одной из причин появления «проблемных» зданий является наличие ошибок в их проектировании. Эти ошибки условно можно разделить на:

- ошибки в расчетах, которые привели к серьезным последствиям и были выявлены только после ввода объекта в эксплуатацию и возникновения аварийного случая;

- ошибки в расчетах, которые привели к проблемам с вводом объекта в эксплуатацию.

Кроме того, при проектировании не всегда учитывается точка, в которой должны подходить коммуникации, возможность их технической реализации. Проект согласовывается, а в процессе строительства выясняется, что данный способ подвода коммуникаций к объекту технически невозможен. Иногда это приводит к многократному увеличению стоимости проекта, иногда делает проект невозможным к реализации, а в ряде случаев используются решения, которые потом приводят к взрывам газа, трещинам, перебоям с поставкой электроэнергии и т.д.

Реализация Федерального проекта «Городская среда», который направлен на благоустройство, как общих придомовых территорий, так и мест массового отдыха также создает необходимость учета дополнительных аспектов размещения зданий при их проектировании и строительстве.

На сегодняшний день, самыми популярными программами при разработке проектов строительства зданий и сооружений, которые используют архитекторы и проектировщики, это продукты с применением BIM–технологий (создания 3д моделей), которые повсеместно внедряются. Таким образом, архитекторы и проектировщики имеют возможность построить 3д-модель проекта. Основным программным продуктом является ARCHICAD. Данный программный продукт позволяет выполнять эскизное проектирование, рабочую документацию, сметную документацию, трехмерную визуализацию, анимацию, верстку планшета, имеет функции построения 3д-модели, 3D-cечения и 3D-документа. Важным преимуществом создания BIM-проекта является возможность внесения изменений. При использовании отдельных 2D-чертежей изменения вносятся на всех листах: переделываются планы, разрезы, фасады, проекции, сметные ведомости. Это колоссальный объем работ. В ARCHICAD создается единая модель, на основе которой строятся все проекции. Следовательно, при изменении модели коррективы будут отображаться на всех созданных чертежах.

Проектирование в 3D позволяет оптимизировать расход материалов, предотвратить ряд ошибок при проектировании, однако не позволяет их предотвратить в полном объеме, что возможно сделать в VR-визуализации.

3D-визуализация не позволяет реализовывать ряд функций по сравнению с VR - технологией:

• отсутствие возможности визуального воспроизведения объекта в масштабе 1 к 1.
• отсутствие возможности обеспечить эффект присутствия в планируемом к строительству объекте недвижимости еще до начала его строительства;
• 3D модели объектов на сегодняшний день возможно просматривать лишь при условии наличия специализированного программного обеспечения, что создает неудобство для большого количества пользователей. В дополнение к этому возможности 3D моделирования не обеспечивают полноценного просмотра объекта со всех сторон и с любого ракурса, в связи с чем, технология 3D моделирования более применима в среде инженеров, чем конечных потребителей;
• отсутствие возможности делать ряд правок прямо в режиме презентации объекта, учитывать пожелания клиента относительно планировки объекта и т.п. в режиме «реального времени».

Основным фактором, сдерживающим внедрение VR-технологий является ограниченность функциональных возможностей существующих цифровых платформ для создания проектов с использованием VR-технологий. В России внедрение платформ на основе VR-технологий незначительное, т.к. все существующие платформы являются зарубежными, а, следовательно, не адаптированы под требования российских регламентирующих документов в области проектирования.

Разработанное ООО "Оксиджн" при поддержке Фонда содействия инновациям (договор 22ГРСОПР-С7-I5/63642 от 23.11.2020 г.) программное обеспечение с VR-визуализацией Vortexo - универсальное программное обеспечение по цифровизации строительных планов жилых, производственных зданий и сооружений с возможностью трехмерного моделирования объектов с помощью технологий виртуальной и дополненной реальности, позволит реализовать все функции VR-технологий с учетом российский регламентом в области проектирования и строительства.

Программное обеспечение Vortexo с помощью подгруженной трехмерной модели объекта и технологий виртуальной и дополненной реальности позволит увидеть объект на планируемом месте строительства в реальной величине. Это позволит учесть все природные, климатические особенности участка, корректно рассчитать возможные способы подведения коммуникаций к объекту строительства, учесть частично незаконные объекты в случае их наличия на планируемом земельном участке и другие особенности. А также решить проблему разрушаемости зданий и сооружений путем внедрения инструмента проектного решения «строение в перспективе» на 10, 30, 50, 100 лет с учетом климатических условий.

Платформа Vortexo (далее – Vortexo, Платформа, ПО) представляет собой удобный набор инструментов с возможностью создания будущих зданий, и возможность просмотра помещения в соотношении 1:1 прямо на месте застройки с использованием VR - Очков и интеграцией зданий, сооружений в аналогичных ландшафтах с Яндекс.картами. Программное обеспечение рассчитано в первую очередь на решение проблемы отсутствия удобной системы по воплощению 3D чертежей из общедоступных программ (SketchUp, Revit, 3D Max и SolidWorks) в виртуальный архитектурный объект рассчитанный для крупного и среднего бизнеса.

Vortexo предоставляет пользователю осуществлять:

- VR-визуализацию объекта в масштабе 1 к одному;

- тестирование качества организации подъездов к объекту;

- расчет надежности и безопасности объекта.

Основные функциональные возможности Vortexo:

- Создание собственных VR-объектов, подгружая в приложение готовые чертежи из программы SketchUp, Revit, 3D Max и SolidWorks, которые будут гибко настраиваться, учитывая формат здания (жилой, производственный, этажность, фасадную структуру материалов и т.д.);

- Функция секущей плоскости в онлайн-режиме.

- Функция правок в документации в режиме online и в режиме чертежей и смет автоматически обновляется;

- Возможность внесения в чертежи пометки и комментарии в процессе обсуждения проекта (чертежей) с коллегами;

- Создание виртуальных интерьерных туров от первого лица;

- Система VR-просмотра с возможностью встраивать чертеж в такие программы как SketchUp, Revit, 3D Max и SolidWorks, т.е. можно загружать свои объекты прямо из наработанных библиотек (с предполагаемыми текстурами);

- Интеллектуальная система, отслеживающая инженерные планы, размеры сооружений, планировок, и структуру материала со всех отсканированных данных будет создавать 3d объекты с возможностью выгрузки данных изображений в доступные форматы jpg;

- Система быстрого и интеллектуального создания объектов, которая будет взаимодействовать с ландшафтными решениями Яндекс.Карты для более детальной настройки местоположения жилого комплекса или предприятия;

- Наличие технологии по сканированию инженерных чертежей, с помощью которой клиенты смогут прямо на планшете через Web-версию просматривать 3D-модели загруженных зданий и все встроенные чертежи. Помимо обзора общего вида предусмотрен режим прогулки по интерьеру с телефона благодаря подгрузки Photo 360.

- Функция online - комментариев пересчета нагрузки при изменении размеров несущих конструкций во время тестирования в рамках программы с помощью VR-очков;

- Функция библиотеки краш-тестирования отраженная на текстурах фасадов зданий и сооружений;

- Библиотека информационной базы исторических ошибок (соответствия нормам законодательства, математических, логических ошибок) и система подсказок.

Программное обеспечение Vortexo имеет следующие характеристики:

• содержит движок VR Concept с использованием С++;
• обменивается данными между базой и GUI посредством AJAX запросов;
• имеет импорт данных из систем: SketchUp, Revit, 3D Max и SolidWorks;
• делает рендеринг визуальной платформы HTML-кода посредством JavaScript на стороне клиента;
• имеет редактор 3d визуализаций, Интеграция с Cloudinary, Настройка CDN, Защита видео DRM (Digital Rights Management);
• отображает ландшафтные картографические данные на карте – файлы в формате KML, GPX, YMapsML или JSON.

Алгоритм функционирования Платформы Vortexo представлен на рисунке 1.

Рис. 1 Алгоритм функционирования Платформы Vortexo.

 

Платформа состоит из двух модулей:

1. Серверная часть - Структура программного обеспечения личного кабинета администратора;
2. Клиентская часть - Структура web платформы.

Серверная часть Платформы реализовывает элементы визуального интерфейса к настройкам и функциям плагинов VR Concept на языке С++ с использованием кроссплатформенного IDE фреймворка Qt. Система реализована в виде плагина и базируется на менеджере плагинов (vrcPluginManager), способном загружать и создавать из динамических библиотек объекты плагинов, реализующие как базовый интерфейс плагина, так и произвольные интерфейсы, определяемые логикой работы и взаимодействия плагинов. Интерфейсы предоставляют доступ к функциям загрузки BIM данных, формированию и управлению сценой, а также запуск созданной сцены в VR на клиентах.

Клиентская часть – web-платформа делится на левую (Front-end) и правую (Backend) части.

Front-end – включает в себя все элементы, которые браузер способен воспринять, отобразить и/или запустить, т.е. HTML, CSS и WebGL.

• HTML (Hypertext Markup Language) — язык разметки гипертекста, позволяет  браузеру отобразить информацию в наиболее «правильном» формате, например заголовок, абзац, работа с геометрией, материалом, светом, анимацией, камерами, шейдерами, текстом и 3D. и т.д.
• CSS (Cascading Style Sheets) — каскадные таблицы стилей отвечают за то, как выглядят элементы: «отступ после первого абзаца равен 20 пикселям», «весь текст в body должен быть темно-серым».
• WebGL это прогрессивный JavaScript-фреймворк, кроссплатформенный API для 3D-графики в браузере. Исполняется как элемент HTML5 и поэтому является полноценной частью объектной модели документа (DOM API) браузера. Может использоваться с языками программирования, поддерживающими DOM API: JavaScript, PHP, Rust, Java, Kotlin, С++ и др.

Также Front-end обрабатывает всю полученную информацию от back-end и преобразовывает в удобный и понятный пользователю интерфейс.

Backend - это программно-аппаратная часть сервиса, представляющая собой набор средств, с помощью которых происходит реализация логики веб-сайта. Например, как только пользователь, нажмет на кнопку «Авторизоваться», front-end закончится и начнется back-end — запрос отправится на сервер. Полученный сервером запрос обработается через взаимодействие с базой данных (Postgresql) и вернет результат обратно на front-end.

Все запросы передаются средствами AJAX-протокола, для этого на странице создается объект XMLHttpReqest, который является своеобразным посредником между Браузером пользователя и сервером. С помощью XMLHttpReqest можно отправить запрос на сервер, а так же получить ответ в виде различного рода данных. Для запаса информации с сервера можно использовать обычный GET - запрос с передачей нескольких и небольших по размеру параметров, а для обновления информации, или добавления новой информации потребуется использовать уже POST - зарос, так как он позволяет 10 передавать большие объемы данных. Все запросы передаются средствами HTTPS-протокола. Данные в протоколе HTTPS передаются поверх криптографических протоколов TLS, т.е. все пользовательские данные полностью защищены от злоумышленников и расшифровать их не получится.

В личном кабинете пользователя системы реализована возможность создания объекта VR- реальности (чертеж, который был залит на сайт), просмотр ранее созданных объектов. В системе предусмотрен функционал позволяющий создавать собственные VR-объекты, подгружая в приложение готовые чертежи из программы SketchUp, Revit, Navisworks и Rhino, которые будут гибко настраиваться, учитывая формат здания (жилой, производственный, этажность, фасадную структуру материалов и т.д.). В качестве сводной информации на сайте отражеется история наработок по всем модулям, которые можно интегрировать в систему, а также возможность просмотра объектов, информация о которых собирается автоматически при подгрузке через систему. Доступна также выгрузка чертежей после изменений в формате зарубежных строительных стандартов.

Удобное и продуманное юзабилити платформы позволяет создать новый объект недвижимости в VR формате. Полная автоматизация процесса создание виджетов, формат приема заявок через него, удобство заполнения нового объекта представляет современный диджитал инструмент для застройщиков, а также для всей ниши жилых и коммерческих новостроек включая широкий спектр агентских услуг.

Продукт Vortexo обладает рядом конкурентных преимуществ за счет своего инновационного функционала:

- загрузка в программу проектов, выполненных в любых других программах, построение на основе загруженных данных VR-визуализации позволит прямо из офиса архитектора, проектировщика просмотреть свой объект, походить по нему, оценить функциональность, удобство и другие критерии (совместимость с любыми VR-очками, шлемами и т.д., что исключит возможность монополизации рынка). Для воспроизведения используется Unreal С++, напоминающий JavaScript. На этом движке создается приложения для Oculus Rift.

- быстрая, простая проверка корректности расчетов (соответствие всем нормам и СНиПам, наличия математических ошибок) (при сдаче проекта на государственную экспертизу и получение разрешения на строительство данный функционал сможет предотвратить возможность наличия скрытых ошибок, не очевидных недостатков и сократить сроки проведения проверки).

- выдача подсказок, в случае обнаружения ошибок с использованием технологи чат бота.

- возможность корректировки проекта в режиме реального времени в VR-визуализации (в режиме визуализации передвинуть стену, перенести дверь), при этом программ внесет необходимы исправления в расчеты, чертежи, а в случае невозможности такого решения выдаст сообщение об ошибке (особенно актуален данный функционал при разработке проекта и тестирования его удобности, функциональности для конечных потребителей, а также проверки его осуществимости). Данное решение также основано языке программирования Unreal С++ с использованием очков Oculus Rift.

- наличие интегрированного в платформу режима тестирования проектного решения в перспективе на 10, 30, 50, 100 лет с учетом климатических условий, возможных чрезвычайных ситуаций (землетрясений и т.д.) и других факторов (данный функционал особенно актуален при внесении в проект на первый взгляд незначительных правок и позволит избежать тресканья стен, обрушения конструкций и т.д.) с применением кроссплатформенного API для подгрузки 3D-графики в браузере.

- возможность построения трехмерной модели объекта с помощью технологий виртуальной и дополненной реальности непосредственно на планируемом месте строительства в масштабе 1 к одному (это позволит учесть все природные, климатические особенности участка, корректно рассчитать возможные способы подведения коммуникаций к объекту строительства, учесть частично незаконные объекты в случае их наличия на планируемом земельном участке и другие особенности). Данное решение основано языке программирования Unreal engine с использованием очков Oculus Rift, одновременно передаваемое Api Яндекс.карты помогает пользователю увидеть виртуальный объект в реальном месте строительства.

- Интеграция разных типов файлов для добавления в платформу: Rhino (.3dm), WaveFront (.obj), 3D Studio (.3ds), ElectricImage (.fact), VRML (.vrl), Lightscape (.lp).

- Интеграция как с 3d форматами файлов, так и с очками VR – реальности.

Платформа Vortexo для создания проектов с использованием VR-технологий не только адаптирована под требования российского законодательства в области проектирования, но и превосходит зарубежные аналоги по функциональным возможностям.