По следам BauSIM 2016. Ч.2

Как и обещал, во второй части я расскажу о софте - основном инструменте современного (посмотрим, как оно будет в будущем) инженера - и о крупных проектах по развитию и совершенствованию энергоэффективных технологий.

1. Interoperability.

Это слово звучало раз 100 точно только в первый день пленарных заседаний. Употреблялось оно чаще всего в контексте оторванности современного BIM-ориентированного софта от нужд рассчетчиков и их программ. Хотя лично для себя я уже давно решил: кто действительно хочет сотрудничать, ищет пути и сотрудничает. Кто не хочет - сидит и жалуется, что все вокруг делается без него. А во-вторых, рассчеты - это действительно непросто и очень ответственно, консерватизм тут понятен. С другой стороны, чистая математика должна идеально вписываться в CAD-BIM системы, т.к. она на 100% состоит из данных, там практически нет человеческого фактора. Но, как мы знаем, не тут-то было - в дело вступает уже отмеченный в предыдущей части фактор разродробления. Стена для архитектора, конструктора и инженера - это 3 абсолютно разных объекта. Слово "абсолютно" тут приобретает практически философский смысл - каждый из них идеализирует стену в том направлении, в котором ему удобней всего с ней работать. То, что в итоге получаются 3 идеальных, но совершенно разных стены никого не волнует, т.к. на стройке человек все равно сделает одну и так, как ему удобно. Вот и получается, что программы, которые используют специалисты, вторят им в этом раздроблении, а люди потом жалются, что нет interoperability. Разруха не в клозетах, как известно.
Но вернемся к теме ПО хотя бы для инженерных расчетов. Несмотря на мою более-менее хорошую осведомленность об их ассортименте, я был приятно удивлен тем, как много я не знаю о европейских программах. В отличие от американских, как-то не на слуху они... И совершенно зря, т.к. по заявленному функционалу они на голову превосходят свои заокеанские аналоги. Но что еще интереснее, они используют другие расчетные методики - более приближенные к европейским реалиям. А реалии очень простые - более 20% зданий в европейских городах построены до 1945 года. Как они умудрились не застроиться "хрущевками" в результате роста населения - не понятно. Да и война была везде война...
А в результате у европейских инженеров совсем другие потребности - они довольно часто имеют дело с очень старыми конструкциями, предназначенными для других режимов эксплуатации: толстая кирпичная кладка, тяжелая лепнина и штукатурка. Масса проблем с влажностью, ростом плесени и других опаных для конструкций факторов, необходимость учета деградации конструкций (которая еще и не всегда видна). Всем этим вопросам в американских методиках расчета практически не уделяется внимания, но чтобы об этом узнать, необходимо либо сверяться с первоисточниками (которые даже я не знаю, где искать), либо посещать вот такие конференции, где из авторитетных устузнаешь о вот таких важных ограничениях и путях их обхода.

Разработка специалистов из Institut fur Bauklimatik, Technische Univesitaaet Dresden. Это - расчетный движок, без интерфейса (и пока даже без толкового описания на английском), основная задача которого - аккуратное моделирование процессов тепло-массопереноса в конструкциях зданий, предсказание параметров микроклимата в помещениях и нагрузок на инженерные системы. Возможности моделирования самих инженерных систем минимальны - для детального моделирования предлагается использовать ко-симуляцию с обменом моделями по интерфейсу FMI. Нативная поддержка этого интерфейса - главное достоинство этого движка, он изначально открыт для расширения возможностей расчетов посредством интеграции с другими программами, а не написанием модулей только под самого себя. 
Среди других достоинств: новизна - программа написана совсем недавно и не страдает болезнями переноса алгоритмов с Fortran на C, скорость и оптимизация для массивных рассчетов и модульность, т.е. в будущем разработчики все же будут добавлять функционал, который рядовые пользователи могут использовать (а могут и нет). 
К сожалению, более подробной информации нет даже на официальной странице. Я сделал запрос, надеюсь, мне предоставят в ближайшее время как саму программу, так и документацию, обязательно отпишусь.


Помимо рассчетного движка, команда разработчиков имеет в арсенале целую плеяду довольно интересных инструментов. Так, для расчета температурно-влажностного режима конструкций предлагается использовать программу COND. Ее основное назначение - учет конденсации-испарения влаги в конструкциях, а не просто перенос на основе однофазной модели. При этом особо подчеркивается, что программа не может симулировать поведение конструкции в реальных условиях: реальных погодных данных, режиме эксплуатации и ориентации. Рассчет проиходит для неких идеализированных условий. Т.е. инженер сначала проверяет, нет ли конденсации (и уж тем более промерзания) в конструкци в данной программе, а потом, убедившись, что перенос однофазный, моделирует эту конструкцию в составе рассчета энергобаланса всего здания (все программы таких рассчетов используют однофазную модель).
Если же необходимо убедиться, что именно в реальных условиях и с учетом многих факторов конструкция ведет себя как требуется - предлагается использовать комплекс DELPHIN. Это - тяжеловесная программа расчета режима конструкций как в одномерном, так и в двумерном приближениях (упоминания о 3D не нашел), с учетом неоднородностей (мостиков холода и т.п.), внутренних и внешних параметров и т.д. В общем - раздолье для теплотехника. Обе программы при этом не бесплатные (исключение - студенты), первая стоит 490 евро, вторая в 10 раз больше.
Если же у вас другие задачи, например, рассчитать тепло-влажностый режим помещения в целом, то есть совершенно бесплатная программка THERAKLES. Она позволяет производить расчеты для одного помещения в разных комбинациях учета факторов: от погоды до тепло-влагопоступления от оборудования с точностью до часа в течение всего года. Программка действительно симпатичная, простая, но в определенных ситуациях эффективная, т.к. позволяет быстро оценить масштаб бедствия совершенно бесплатно.
Стоит отметить, что форматы этих 3 программ не совместимы между собой :)
И последняя программа от этой команды - MASTERSIM - предназначена для управления ко-симуляцией нескольких моделей в формате FMU. Пока довольно сложно оценить, насколько она полезна, т.к. обычно требуется импортировать модели FMU в некоторую "родную" полнофункциональную программу, например, среду  Modellica. Но тем не менее, приятно знать, что если потребуется рассчитать несколько моделей, то это можно сделать, опять же, совершенно бесплатно в этой утилите. 
В общем, работа в Техническом университете Дрездена кипит. Очень надеюсь, что они смогут выйти за рамки узких специалистов и найдут партнеров, чтобы воплотить их наработки в массовых продуктах.


Помните, я писал о продукте ODS-Studio, объединяющем в себе энергомоделирование в EnergyPlus , рендеринг в Radiance с CFD в OpenFOAM? Т.е. полный пакет необходимых вычислений за чисто символическую плату, если вам нужны про-функции. Основная проблема этого пакета в том, что он застыл в своем развитии и больше не поддерживается. Тогда же я начал искать похожие программы и наткнулся на упоминание некоей BIM HVACTool на одном из форумов по OpenFOAM. Особо подробной информации мне тогда найти не удалось, но вот сразу после конференции участникам были предложены семинары по программному обеспечению, среди которого был и этот продукт. Я разорился на 50 евро и в целом не пожалел: хотя это и не была полноценная практика по работе с программой, но впечатление о ней остались очень положительные. Судите сами, среди функционала:
  • импорт моделей в формате IFC с BIM Server
  • теплотехнические расчеты по нормам (европейским, американским, сингапурским)
  • работа с EnergyPlus и Nandrad для полномасштабного энергомоделирования
  • рендеринг и светотехника в Radiance
  • детальное численное моделирование воздушных потоков (как обтекание, так и внутренние течения в помещениях) в OpenFOAM
Все это сопровождается относительно толковым интерфейсом, несколько перегруженным из-за многочисленных функций, но в целом удобным. Программа модульная - если вам не нужно CFD или BIM Server, можете не покупать эти модули. Вообще после семинара даже казалось, что она интуитивно понятная, но прийдя домой и поставив пробную версию, конечно, убедился, что нет, не все так просто, а мануал только на немецком. Сами специалисты из Tian используют ее в своей ежедневной работе, можете ознакомится с их проектами на сайте - впечатляет.

IFC-SimModel-Modelica

Плавно начнем переходить к проектам и направлениям, в которых все это будет двигаться. Тема взаимодействия софта будет доминирующей еще много лет - люди не склонны разрушать фундаменты, надеясь, что как-то удастся все перестроить. Поэтому и говорить о том, что идея интеграции захватит умы и перевернет строительный мир с головы на ноги не приходится. Зато уже сейчас четко вырисовывается перспектива "платформ", которые будут основными составляющими информационного поля. Так, уже давно существует платформа энергомоделирования, задействованная в основном на этапе проектирования зданий. Сейчас идет развитие платформы информационного обеспечения строительного процесса как такового, с акцентом на визуализацию и хранением данных об объекте внутри самого объекта - BIM. В недалеком будещем оформится в качестве платформы для эксплуатации Интернет Вещей - IoT. Эти платформы не будут иметь четких границ - они должны быть взаимосвязаны на уровне плавного перехода из одной в другую. 
Каждая платформа будет отвечать за хранение, генерацию и обработку своей части данных. Ни одна из них не будет (да и не должна) хранить абсолютно всю информацию, которая возникает в ходе жизненного цикла зданий и сооружений. Если говорить о хранении данных, каждая платформа будет использовать свой формат и свою модель данных. Для BIM такой моделью является IFC с одноименным форматом (STEP или XML версии). Грубо говоря, эта платформа будет отвечать на вопрос "Что это?". Платформа моделирования должна отвечать на вопрос "Как это работает?". Как таковой такой платформы еще нет, как и единой схемы данных. Тем не менее уже есть формат, нейтральный к схеме - FMU, позволяющий реализовать универсальную форму при уникальном содержании. Отсутствие единой схемы данных для платформы симуляции - это основная проблема на пути ее интеграции с BIM. Там все четко определено, классифицировано и учтено. Другое дело, что вопроса конвертации BIM в энергомоделирование не стоит - для симуляции необходима конкретная и очень небольшая часть данных из BIM модели. 
Одной из попыток извлечь необходимую часть данных из BIM в формате, пригодном для дальнейшего использования в симуляции, является формат SimModel. Это - схема данных, частично построенная на IFC, дополняющая его необходимыми для симулящии объектами и их характеристиками. Это не "окончательный" формат для симуляции, хотя уже его данных может быть достаточно для первых расчетов. Далее этот формат конвертируется в любой другой, используемый для симуляции с дополнением необходимыми данными. Например, если требуется выполнить сложное моделирование с применением Modelica  в качестве языка описания модели, можно конвертировать данные из SimModel и дополнить их уникальными данными, необходимыми для моделирования. Ключевым словом тут является "уникальными". Т.е. нет дупликации и необходимости пересоздавать информацию, чем сейчас страдают все программы моделирования.
Такую сложную связку от IFC, из которого забирается геометрия и теплотехнические характеристики материалов и конструкций, через SimModel, где добавляются данные о режиме эксплуатации, типовые инженерные системы и алгоритмы контроля, к Modelica, где уровень детализации расчетной модели ничем не ограничен, строят сейчас специалисты из Karsruher Institut fur Technologie.

Их проект уже подходит к концу, официально он заканчивается в ноябре этого года, один из его участников пообещал, что первая версия транслятора появится в начале следующего года в свободном доступе. Но это что касается второго этапа - перевода SimModel в Modellica. Первый же давно реализован и хорошо известен как программа Simergy Pro. Ждем с нетерпением.

eeEmbedded Virtual Design Laboratory

Вторым проектом, уже гораздо более крупным и так же практически готовым (первые презентации конечных продуктов уже прошли в течение этого года) является eeEmbedded Virtual Design Laboratory.


Как видно из диаграммы проекта, цели здесь гораздо более амбициозные: "Объединить всех со всеми, чтобы всем было дружно". Этакий Святой Грааль, позволяющий даже оценить те или иные внедрения с точки зрения их экономической целесообразности в жизненном цикле зданий. Несмотря на грандиозность замысла, он практически воплощен в жизнь - посмотрите их презентации, они демонстрируют конкретный программный продукт HOLISTEEC, который для меня, как BIM-менеджера выглядит просто космически - один модуль построения процесса передачи информации между участниками чего стоит! Ничего подобного я у американцев не видел, хотя крику о LCA от одного Autodesk много... Обратите внимание на количество вовлеченных разработчиков - от университетов до крупнейшего в Финляндии управляющего недвижимости Senatti. 
В одной из своих презентаций  они честно называют это BIM Level 4 (сейчас и на Level 2 кое-как переходим), т.к. речь идет об интеграции как о генеральной идее. Т.е. по-прежнему будут существовать различные специализированные продукты и люди, но работать они будут с подсознательной оглядкой на остальных и с единой целью в голове. Пока такой подсознательности не будет, так и будем бодаться, кто кому чего не выдал. 
В проект вовлечено 9 разработчиков специализированного ПО, представляющие все означенные области рассчетов, даже про конструкторов не забыли, за них отвечает вполне солидная Sofistic. Я постараюсь узнать о нем как можно больше и отписаться отдельно.


По сравнению с предыдущим проектом данный выглядит несколько бледно, зато гораздо более практично. Речь идет о создании библиотек типовых элементов, участвующих в энергомоделировании зданий, на языке Modelica. Практическую важность этой работы трудно переоценить - никому не охота писать собственный EnergyPlus каждый раз, когда потребуется моделировать что-то нестандартное. Эти библиотеки (да, их тем не менее, будет 5) будут служить если не готовым решением, то хорошей отправной точкой. Об одной из них я уже писал, это библиотека от LBNL  4 другие - европейские (проект европейский). Первые результаты этого проекта будут презентованы на научной школе GENSIM, которую я собираюсь посетить и так же отпишусь о результатах.



Комментариев нет:

Отправить комментарий