С 24 по 28 октября на французском острове Корсика проходило очень важное, если не сказать знаковое, мероприятие для проектировщиков инженерных систем зданий - научная школа GENSIM.
Название расшифровывается как new GEneration of building SIMulation tools - программы симуляции зданий нового поколения. Я обещал написать отчет о ее посещении, но событие оказалось настолько масштабным для меня, что потребовался месяц только на то, чтобы информация хоть как-то утряслась в голове. Так что, я решил на этот раз написать серию небольших (насколько это возможно) сообщений о каждом аспекте отдельно.
Это была именно научно-практическая школа, ориентированная на исследователей в университетах, аспирантов и продвинутых инженеров, извечные вопросы типа "как рассчитывать теплопотери зданий" там не обсуждались. Знаковым это событие можно считать потому, что оно было призвано подвести итог международному проекту Annex 60, о котором я уже упоминал в своем обзоре конференции BauSIM. Напомню, задачей проекта было положить начало стандартизации расчетных инструментов в области инженерных систем зданий (поселений, городов, стран, не важно) за счет применения единого языка описания таких систем - Modelica - и единого формата взаимодействия между различными рассчетными программами - FMI. Работа в этом направлении велась и раньше, т.к. и язык Modelica, и интерфейс FMI очень хорошо известны инженерам за пределами строительной сферы, в основном, в приборостроении, автомобилестроении и схожих областях. Однако, разработки разных групп были предсказуемо малосовместимы между собой и решали локальные задачи.
Вместе с тем, совершенно понятно, что инженерные системы зданий как таковые ничем не отличаются от любых других систем. И глядя на прогресс в области машиностроения и электроники, сложно удержаться от того, чтобы с криком "Да сколько можно!" выкинуть "Справочник проектировщика" в мусор и начать нормально работать.
Однако, проблема в том, что "нормально работать" можно только в некоторой среде - личных усилий тут недостаточно. Это хорошо известно всем, кто хоть раз пробовал хоть что-то поменять в своей работе. А изолированность (как это ни странно) строительной отрасли от всего остального мира не способствует проникновению новых технологий и методик извне. Вот и остается надеятся на то, что соберется некая критическая масса энтузиастов из числа "своих" и, навалившись, "перевернут Землю".
Проект Annex 60 как раз и был призван объединить таких энтузиастов, которые понимают, что современный мир предъявляет принципиально иные требования к качеству и функционалу зданий и их систем. Хорошо то, что эти требования коррелируют с требованиями к другим техническим системам, а значит, для их удовлетворения не надо изобретать велосипед - можно воспользоваться наработками коллег.
Другой вопрос, насколько это практично. Разработкой гидравлической системы автомобиля могут заниматься десятки специалистов несколько лет. Проектирование системы отопления выполняется единицами специалистов за пару-тройку месяцев. Это - "реальность, данная нам в ощущениях" и никто этого не отрицает. Поэтому предсказать заранее, какие именно наработки машиностроения будут применимы к зданиям и каким образом, довольно трудно.
Основное требование к современным системам - это интегрируемость с другими системами. Даже не коммуникация, этот этап уже пройден, а именно взаимодействие на функциональном уровне. Например, электромобили требуют не изолированной инфраструктуры заправок, а систему электроснабжения, которая, очевидно, должна быть частью общей системы электроснабжения городов (зданий, стран). Или пример энергоэффективности. Один из наиболее результативных путей оптимизиации энергопотребления - это перераспределение между различными элементами системы, т.е. если мы говорим о теплоснабжении зданий, то система должна включать в себя взаимодействие не только "ТЭЦ - здание", но и зданий между собой. Такого "горизонтального" взаимодействия или, что еще сложней, взаимодействия между разнородными системами в практике строительной инженерии всегда старались избегать. А теперь это - определяющий критерий качества. Как перевести целую индустрию на новые рельсы, с чего начать и где остановиться - это и есть предмет проектов Annex 60 и Project 1.
Annex 60 стартовал в 2012 году. В 2013 году было выпущено описание проекта с конкретизацией целей и направлений работы. С самого начала стратегическим направлением стали расчеты. Это не удивительно, т.к. экспериментов в строительстве быть не может (ну или как минимум не должно быть), в отличие от того же машиностроения, где прототипирование до сих пор играет значительную роль. Не можем рассчитать - не можем построить. В чем основная сложность расчетов интегрируемых систем? В том, что взаимодействие всегда двунаправленное - получается, что все влияет на все, и понять, где голова, а где хвост, практически невозможно. Описанные ранее проекты с BauSIM - отличное тому подтверждение. (И это не говоря уже об излюбленном "выдайте нам все исходные данные/задание, иначе мы ничего не будем делать, потому что не можем"). В результате, для математического описания таких систем необходим новый язык, изначально учитывающий сложности динамики и возможного отсутствия четкого разделения на исходные данные - неизвестные. Второе обстоятельство - самое сложное для реализации на практике, т.к. подспудно мы все же имеем в виду не ручные расчеты, а производимые на компьютере, а тут уже необходимо четко разделять, где вход, а где выход.
Попытки реализовать такой язык предпринимались еще в 70-е годы, но тогда и компьютеры были другие и знаний в целом еще не хватало. Другое дело - наши дни. Машиностроение, набив массу шишек, создало такой язык и называется он Modelica. Отказ от разработки собственной реализаций новой рассчетной концепции (а такие разработки велись и как минимум одна из них вылилась в коммерческий и успешный продукт - внимание! - IDA ICE) обоснован в описании проекта очень просто - инвестиции в Modelica на порядки выше, чем может себе позволить инженерное сообщество в строительной индустрии. Оставаясь open-source проектом, он получает основную поддержку со стороны именно коммерческих компаний и их ассоциаций. Его пользовательская и ресурсная базы такие, что не снились никакому BIM даже с господдержкой.
Не менее важным обстоятельством является то, что это именно язык, а не конкретное программное обеспечение. Т.е. мы все еще вольны создавать свои программы (в том числе и коммерческие), специализирующиеся на конкретных задачах. Т.е. мы не собираемся создавать Единую Модель, описывающую все и вся. Различные системы будут описываться разными моделями, их может быть довольно много, и каждая из них будет разрабатываться соответствующими специалистами. Вопрос в том, чтобы эти системы не были закрытыми - они должны иметь в своем составе "коннекторы", позволяющие обмениваться данными с внешним миром. Например, мы можем создать отдельную модель системы отопления, состоящую из элементов гидравлической части этой системы, предусмотрев, что она управляется внешней системой BMS, которую разрабатывают другие люди, а данные о нагрузках она получает из BEM-модели здания, так же существующей отдельно. В этом случае расчет будет заключаться в одновременной и взаимосвязанной симуляции всех моделей. Задача сама по себе сложная и щекотливая - вопрос интеллектуальной собственности на модели никто не отменял. В машиностроении, опять же, этот этап пройден весьма успешно - создан специальный стандарт обмена моделями для т.н. ко-симуляции Functional Mock-up Interface, FMI.
Преимущества те же, что и у Modelica: при тех же задачах и необходимом функционале, FMI - это открытый проект, получающий огромную поддержку со стороны пользователей и компаний. Очень важно отметить: FMI позволяет обмениваться ЛЮБЫМИ моделями, не только написанными на языке Modelica. Речь идет о преобразовании модели из родного формата в подпрограмму на языке C и краткое описание входных и выходных переменных в формате XML. Ко-симуляция при этом может даже не требовать исходную программу, но это зависит от того, как выполнен экспорт в формат FMU - собственно, формат для обмена моделями.
Независимость стандарта FMI от исходного софта делает его незаменимым именно для строительной индустрии, где разброс программ очень велик. Все, что требуется от рассчетного софта - умение выполнять экспорт в формат FMI. Фактически, это не так уж и сложно, т.к. не затрагивает существующий функционал программ.
Вторым важным моментом является "закрытость" исходного кода моделей в формате FMU. Вы не видите код С, он уже скомпилирован. Максимум, что может прочитать человек (и машина) - это набор переменных, используемых для общения с внешними моделями. Таким образом решается вопрос интеллектуальной собственности.
Вот на этих китах (обошлись всего двумя) и предлагается строить новый лучший мир расчетов инженерных систем зданий (городов, стран). Проект Annex 60 рассчитан на 5 лет - летом 2017 года будет составлен итоговый отчет о проделанной работе, и эстафета перейдет к проекту с неоригинальным и антипоисковым названием Project 1. Предварительные итоги Annex 60 и были представлены на суд публике на Корсике. Ими стали:
- библиотеки элементов инженерных систем зданий и систем их энергоснабжения (6 штук, но все совместимы между собой)
- реализованные проекты применения моделей для оптимизации инженерных систем на стадии эксплуатации зданий
- первые версии трансляторов BIM(GIS)-Modelica для связи с существующими проектными данными
- анонсы ближайших планов по модернизации существующего рассчетного ПО
И все это были не только презентации, но и практические занятия для того, чтобы понять, насколько удобными на практике являются разработанные (и все еще разрабатываемые) библиотеки, да и вся концепция целиком. Неделя действительно была очень насыщенной, информация подавалась так, как я люблю - как оружие массового поражения. Понять все сразу и на месте можно было даже не пытаться, за прошедший месяц я уже раза 3 пересматривал презентации (к сожалению они без текстов) и только сейчас у меня более-менее прояснилась общая картина, которую я и хочу зафиксировать.
Впечатление осталось исключительно положительное. Самое главное: люди, руководящие этим проектом, четко понимают, что и зачем они делают. Определенный перевес в сторону теории присутствует, и мы подискутировали на эту тему, но я уверен, все получится. Конференция собрала ни много ни мало 70 человек. Подавляющее большинство были аспиранты, инженеров, если не ошибаюсь, было 4, включая меня. Но с другой стороны, так и было задумано, проекту все еще банально не хватает людей, готовых заниматься такой полуисследовательской работой.
Из продемонстрированных возможностей уже сейчас можно составить хорошее портфолио, особенно в части использования на этапе эксплуатации (это была блестящая презентация, я расскажу о ней отдельно). Применений на этапе проектирования пока не так много, все-таки моделирование - процесс небыстрый да и не везде оправданный. Не обошлось и без ограничений и недоработок по части интуитивности, но без критических ошибок. Самое главное - все презентации и материалы доступны для скачивания на портале проекта на GitHub. Не знаю, почему GitHub, не самый, мягко говоря, удобный способ обмена файлами, но вот так.
Программа конференции была построена довольно логично: один день - одна тема. Соответственно, в следующих сообщениях я расскажу о каждом дне отдельно.
Комментариев нет:
Отправить комментарий