Теория архитектуры

Цифровые методы при архитектурно-экологической реновации зданий под общественную функцию

УДК: 725: 004.02
Шифр научной специальности: 2.1.12
DOI: https://doi.org/10.47055/19904126_2024_1(85)_2

Аннотация

Введение

На пересечении технологических инноваций и архитектурной эволюции происходят глубокие метаморфозы в сфере реновации промышленных зданий, предназначенных для общественного использования. От цифровой точности планирования до захватывающих впечатлений, соединяющих историю и современность, исследование раскрывает нюансы технологической синергии в архитектурно-экологической реновации индустриальных сооружений.

Изучение того, как передовые технологии, такие как дополненная и виртуальная реальность, а также интеллектуальные строительные системы и технология цифрового двойника интегрируются в процесс реновации, может дать представление о создании инновационных и технологически усовершенствованных общественных пространств в перепрофилированных промышленных структурах.

Объект исследования – цифровые методы архитектурно-экологической реновации, а именно метод цифрового картографирования и моделирования, интеграции дополненной и виртуальной реальности, интеллектуальных строительных систем и технология цифрового двойника.

Предмет исследования – инструменты и механизмы применения цифровых методов архитектурно-экологической реновации архитектурных объектов под общественные функции.

Научная новизна заключается в бесшовной интеграции передовых технологий, обеспечивающих преобразующую силу в обновлении зданий. От иммерсивного опыта до прогнозной аналитики эти методологии открывают новую эру эффективности, устойчивости и дизайна, ориентированного на человека.

Данное исследование охватывает то, как эти технологии способствуют улучшению реновации, экологической устойчивости и общей функциональности этих обновленных пространств. Эта конвергенция означает смену парадигмы в обновлении промышленных структур, включающей цифровые инструменты и захватывающий опыт, которые соединяют историческое прошлое с современными инновациями на благо общества. Рассмотрим основные технологические методы архитектурно-экологической реновации промышленных зданий.

Метод цифрового картографирования и моделирования

В сложном процессе перепрофилирования промышленных зданий для общественного использования цифровое картографирование и моделирование выделяются как преобразующие методологии, которые используют передовые технологии для изменения архитектурных ландшафтов и окружающей среды [1]. С помощью данного метода можно решать различные задачи, например:

Рис. 1. Главные компоненты метода цифрового картографировании и моделирования
при архитектурно-экологической реновации промышленных зданий. Схема Н.С. Здора

• Точный пространственный анализ: с помощью цифрового картографирования можно создать подробные трехмерные изображения промышленных сооружений. Такая точность позволяет архитекторам и проектировщикам проводить тщательный пространственный анализ, выявляя потенциальные ограничения и возможности в рамках существующей планировки.

Опираясь на картографические данные, цифровые модели предоставляют архитекторам динамическую платформу для визуализации пространственных взаимосвязей, проверки гипотез проектирования и повторения концепций до начала физического ремонта. Такая точность сводит к минимуму непредвиденные проблемы и повышает эффективность всего процесса ремонта [2].

• На данный момент существует два вида технологий по пространственному моделированию, а именно виртуальная реальность (VR) и дополненная реальность (AR). Интеграция цифровых карт в приложения виртуальной и дополненной реальности обеспечивает заинтересованным сторонам захватывающий опыт. Виртуальные пошаговые инструкции и дополненные наложения позволяют лицам, принимающим решения, виртуально исследовать промышленное пространство, способствуя принятию более обоснованных решений.

Архитектурные модели, созданные в виртуальной или дополненной реальности, предлагают заинтересованным сторонам и общественности интерактивный просмотр обновленного пространства. Этот метод улучшает коммуникацию между проектными командами и вовлекает общественность, получая ценную обратную связь и обеспечивая более инклюзивный процесс реконструкции.

• Оценка воздействия на окружающую среду: цифровые карты помогают оценить влияние реконструкции на окружающую среду, включая такие факторы, как воздействие солнечного света, характер ветра и экологические соображения.

Виртуальное моделирование окружающей среды позволяет архитекторам протестировать влияние выбора дизайна на потребление энергии, дневное освещение и тепловой комфорт. Этот осознанный подход способствует созданию экологически устойчивых и ресурсосберегающих обновленных пространств.

• Историческая и культурная интеграция: отображение исторических и культурных данных на цифровых платформах обеспечивает всестороннее понимание наследия промышленного здания. Эти данные включают исторические фотографии, документы и рассказы сообщества.

Интеграция исторических и культурных элементов в цифровые модели гарантирует, что обновленное пространство сохранит свой индустриальный характер при одновременном органичном включении новых функциональных возможностей. Этот метод обеспечивает гармоничный баланс между прошлым и настоящим [3].

• Совместное проектирование и принятие решений: платформы совместного цифрового картографирования обеспечивают сотрудничество в режиме реального времени между архитекторами, градостроителями и заинтересованными сторонами. Этот метод облегчает коллективное принятие решений, предоставляя общую платформу для ввода и обратной связи.

Инструменты совместного цифрового моделирования позволяют различным командам работать вместе над одной и той же моделью, оптимизируя процесс проектирования и способствуя междисциплинарному сотрудничеству. Такой совместный подход гарантирует, что обновленное промышленное пространство будет отвечать разнообразным потребностям общества.

• Адаптивное повторное использование и гибкость: отображение существующих структурных элементов и условий помогает определить возможности для устойчивой реновации. Это включает в себя повторное использование оригинальных элементов, таких как оборудование или архитектурные детали.

Цифровые модели облегчают изучение различных сценариев адаптивного повторного использования, позволяя архитекторам тестировать и совершенствовать идеи. Этот метод гарантирует, что отремонтированное пространство будет не только функциональным, но и сохранит очарование и аутентичность своего промышленного наследия.

Специфика заключается в решении уникальных задач реновации промышленных сооружений: подробные трехмерные изображения помогают провести тщательный пространственный анализ, выявляя ограничения и возможности в рамках существующей планировки,

В заключение следует отметить, что цифровое картографирование и моделирование становятся незаменимыми инструментами при архитектурно-экологической реновации промышленных зданий под общественные функции. Эти методологии благодаря своей точности, захватывающему опыту и возможностям совместной работы, открывают новую эру, когда технологии органично интегрируются с архитектурными инновациями, гарантируя, что перепрофилированные промышленные сооружения не только отвечают современным потребностям, но и сохраняют свою историческую, культурную и экологическую сущность. Метод обеспечивает точный пространственный анализ, сводя к минимуму непредвиденные проблемы и повышая эффективность. Оценка воздействия на окружающую среду проводится с использованием цифровых карт, что способствует проведению энергоэффективных и ресурсосберегающих ремонтных работ. Интеграция исторических и культурных данных обеспечивает сохранение промышленного наследия, достигая гармоничного баланса между прошлым и настоящим. Этот метод способствует адаптивному повторному использованию за счет выявления возможностей для устойчивого обновления, сокращения строительных отходов и сохранения аутентичности промышленного наследия.

Метод интеграции дополненной и виртуальной реальности

В динамичной сфере архитектурно-экологической реновации промышленных зданий для общественных функций интеграция дополненной реальности (AR) и виртуальной реальности (VR) выделяется как революционный подход. Это инновационное сочетание цифровых технологий меняет то, как мы представляем, проектируем и используем перепрофилированные промышленные помещения. Вот более подробный взгляд на эффективную интеграцию дополненной реальности и виртуальной реальности в процессе реновации:

• Иммерсивная визуализация дизайна: AR накладывает цифровую информацию на физическую среду, позволяя архитекторам и заинтересованным сторонам визуализировать предлагаемые элементы дизайна в реальном промышленном пространстве. Это расширение в режиме реального времени позволяет точно размещать новые функции с учетом существующего контекста.

Виртуальная реальность (VR) создает полностью захватывающую цифровую среду. Архитекторы могут перенести себя и заинтересованных лиц в виртуальные представления о реконструированном промышленном пространстве, предлагая непревзойденное ощущение масштаба, пропорций и атмосферы. Этот захватывающий опыт помогает усовершенствовать концепции дизайна и обеспечить соответствие предполагаемой общественной функции [4].

• Взаимодействие с общественностью и обратная связь: приложения AR на смартфонах или других мобильных устройствах (планшеты, очки, шлемы), позволяют людям взаимодействовать с дополненными историческими или культурными элементами в физической среде. Это взаимодействие создает мост между индустриальным прошлым и настоящим, способствуя более глубокой связи с обновленным пространством. Данный подход позволяет совместно принимать решения, поскольку отдельные лица могут обмениваться мнениями и обсуждать элементы дизайна непосредственно в физическом пространстве.

Мероприятия по привлечению общественности могут проводиться в виртуальной реальности (VR), что позволяет членам сообщества виртуально исследовать предлагаемые проекты и оставлять отзывы о них, а также гарантировать, что обновленное пространство будет соответствовать желаниям и ожиданиям горожан. Этот уровень виртуального взаимодействия обеспечивает учет различных точек зрения, способствуя более инклюзивному совместному процессу проектирования.

Рис. 2. Главные компоненты метода интеграции дополненной и виртуальной реальности
при архитектурно-экологической реновации промышленных зданий. Схема Н.С. Здора

• Исторические и культурные нарративы: AR используется для наложения исторических фотографий, документов или виртуальных экспонатов на физические структуры, рассказывая об историческом и культурном значении промышленного здания. Этот метод создает дополненное историческое путешествие для посетителей.

Опыт виртуальной реальности (VR) может перенести пользователей в разные исторические периоды, позволяя им виртуально наблюдать эволюцию промышленного пространства. Это захватывающее повествование способствует более глубокому пониманию наследия здания [5].

• Интерактивные образовательные инсталляции: образовательные экспонаты, дополненные технологией AR, предоставляют посетителям интерактивный опыт обучения. Это может включать наложение образовательного контента на оборудование или архитектурные элементы, превращая промышленное пространство в образовательный центр.

Образовательные инсталляции в виртуальной реальности (VR) предлагают углубленное изучение промышленных процессов или исторических событий. Пользователи могут виртуально управлять оборудованием, изучать историю здания или участвовать в интерактивных образовательных модулях, расширяя представление общественности о промышленном пространстве.

• Моделирование воздействия на окружающую среду: приложения AR могут имитировать воздействие выбора дизайна на окружающую среду в режиме реального времени, предоставляя архитекторам и заинтересованным сторонам визуальную обратную связь о таких факторах, как солнечный свет, ветер или энергоэффективность.

Моделирование окружающей среды в виртуальной реальности (VR) позволяет архитекторам виртуально ощутить обновленное пространство в различных условиях. Это гарантирует, что проектные решения соответствуют экологическим целям и способствуют устойчивой практике [6].

В заключение стоит отметить, что плавная интеграция технологий дополненной и виртуальной реальности при архитектурно-экологической реновации промышленных зданий выходит за рамки традиционных границ, предлагая архитекторам, заинтересованным сторонам и общественности захватывающий опыт, который по-новому определяет взаимодействие с физическими пространствами. Эти технологии не только улучшают визуализацию дизайна и совместную работу, но и позволяют сообществам активно участвовать в устойчивой эволюции промышленных структур в динамичную, обогащенную цифровыми технологиями общественную среду. Метод позволяет смоделировать воздействие проектируемого объекта на окружающую среду, предоставляя архитекторам обратную связь в режиме реального времени о таких факторах, как воздействие солнечного света и энергоэффективность. Дополнительная реальность помогает контекстуализировать дизайн в режиме реального времени, сводя к минимуму воздействие на окружающую среду за счет оптимизации пространственных планировок без необходимости значительных физических изменений, а также помогает архитекторам принимать обоснованные решения, уделяющие приоритетное внимание энергоэффективности и ресурсосбережению.

Метод интеллектуальных строительных систем

В области архитектурно-экологической реновации промышленных зданий для общественных целей интеграция интеллектуальных строительных систем становится ключевой и преобразующей стратегией. Эти передовые системы, включающие устройства интернета вещей, датчики и интеллектуальные технологии, способствуют созданию пространств, которые не только эстетически приятны, но и устойчивы, эффективны и реагируют на потребности общественности [7]. Есть несколько ключевых аспектов:

Рис. 3. Главные компоненты метода интеллектуальных строительных систем
при архитектурно-экологической реновации промышленных зданий. Схема Н.С. Здора

• Энергоэффективность и устойчивое развитие: оптимизация энергопотребления посредством мониторинга и управления в режиме реального времени.

• Комфортная среда: отслеживание с помощью датчиков температуры, влажности и качества воздуха для обеспечения комфорта посетителям.

• Профилактическое техническое обслуживание и управление: прогнозирование технического обслуживания за счет постоянного мониторинга состояния компонентов здания.

• Гибкое использование пространства: динамический контроль конфигурации пространства с помощью подвижных перегородок, адаптивного освещения и модульной мебели [8].

• Мониторинг окружающей среды в режиме реального времени: датчики оценивают параметры окружающей среды, такие как качество воздуха и воды, позволяя немедленно реагировать на любые отклонения от оптимальных условий.

• Интеллектуальное управление отходами: мониторинг уровня отходов и оптимизации графиков сбора.

• Интегрированные системы охраны: системы безопасности на базе интернета вещей, включая камеры наблюдения, контроль доступа и механизмы реагирования на чрезвычайные ситуации.

• Принятие решений на основе данных: анализ структуры занятости, энергопотребления и экологических показателей позволяет заинтересованным сторонам постоянно совершенствовать и оптимизировать новые пространства после реновации [9].

• Освещение и автоматизация: интеллектуальные системы освещения разработаны таким образом, чтобы имитировать естественное освещение, положительно влияя на самочувствие людей.

• Доступность и инклюзивность: улучшение функций доступности. Сюда входят интеллектуальные вывески, адаптивное освещение и устройства интернета вещей, которые удовлетворяют широкому спектру требований людей.

Итак, интеграция интеллектуальных строительных систем представляет собой смену парадигмы в архитектурно-экологической реновации промышленных зданий для общественных функций. Мониторинг в режиме реального времени оптимизирует потребление энергии в соответствии с целями устойчивого развития. Датчики температуры, влажности и качества воздуха обеспечивают оптимальный комфорт, улучшая общее качество окружающей среды. Непрерывный мониторинг позволяет проводить профилактическое техническое обслуживание, сокращая количество непредвиденных поломок и продлевая срок службы материалов. Датчики позволяют немедленно реагировать на отклонения от оптимальных условий, повышая экологическую устойчивость. Эти системы выходят за рамки простой автоматизации, активно способствуя устойчивому развитию, благополучию людей и плавной адаптации бывших промышленных пространств к разнообразному общественному использованию. По мере дальнейшего развития технологий интеллектуальные строительные системы готовы сыграть центральную роль в формировании будущего обновленных индустриальных зданий, обеспечивая многогранные преимущества как для населения, так и для окружающей среды.

Метод технологии цифрового двойника

Метод цифрового двойника – технология, которая меняет ландшафт архитектурно-экологической реновации промышленных зданий для общественных функций. Создавая динамичную цифровую копию физической структуры, этот метод предлагает архитекторам, проектировщикам и заинтересованным сторонам мощный инструмент для улучшения дизайна, мониторинга производительности и оптимизации реконструируемого пространства. Есть несколько ключевых особенностей этого метода:

Рис. 4. Главные компоненты метода технологии цифрового двойника
при архитектурно-экологической реновации промышленных зданий. Схема Н.С. Здора

• Мониторинг и моделирование в режиме реального времени: создание цифрового двойника начинается с создания виртуальной модели, которая отражает физическое промышленное здание, включая его геометрию, структуру и системы. Это всеобъемлющее цифровое представление служит динамическим аналогом физического пространства.

• Интеграция данных в режиме реального времени: датчики и устройства интернета вещей, встроенные в физическое здание, непрерывно собирают данные об энергопотреблении, условиях окружающей среды, структуре занятости и структурной целостности. Эти данные в режиме реального времени интегрируются в цифровой двойник, позволяя заинтересованным сторонам контролировать отремонтированное помещение с непревзойденной точностью [10].

• Прогнозируемый анализ – использование алгоритмов машинного обучения для анализа исторических данных и данных в режиме реального времени, прогнозируя потенциальные проблемы до их возникновения. Это позволяет проводить техническое обслуживание, сокращать время простоя и обеспечивать постоянную функциональность зданий.

• Стратегии оптимизации: моделируя различные сценарии в цифровом двойнике, архитекторы и менеджеры объектов могут протестировать различные стратегии, например корректировку энергопотребления, конфигурации помещений и экологического контроля для повышения общей производительности и устойчивости сооружения. • Энергоэффективность и экологичность: архитекторы могут оценить различные устойчивые решения, гарантируя, что обновленное пространство соответствует целям экологического развития и минимизирует его воздействие на окружающую среду.

• Динамическое моделирование пространства – тестирование планировок, расстановки сидячих мест и пространственного разделения для максимальной гибкости и адаптивности в зависимости от меняющихся требований.

• Интеграция интеллектуальных систем: цифровые близнецы интегрируются с интеллектуальными системами здания, такими как ОВКВ, освещение и охрана.

• Совместная работа: модель цифрового двойника служит платформой для совместной работы, позволяя архитекторам, инженерам, руководителям объектов и другим заинтересованным сторонам получать доступ к общей цифровой среде и вносить свой вклад в нее. Это способствует прозрачной коммуникации, упрощенному принятию решений и единому видению обновленного промышленного пространства.

• Интеграция культурного наследия: цифровые двойники могут объединять исторические и культурологические данные, создавая платформу для адаптивной культурной и исторической интерпретации в обновленном пространстве. В цифровом двойнике можно моделировать опыт дополненной реальности и виртуальные экспонаты, обогащая культурное повествование для посетителей [11].

Таким образом, метод цифрового двойника служит преобразующей силой в архитектурном и экологическом обновлении промышленных зданий для общественных функций. Благодаря плавной интеграции виртуальной и физической сфер цифровые близнецы предоставляют архитекторам беспрецедентные возможности понимания, контроля и адаптации. Виртуальная модель отражает физическое здание, предоставляя архитекторам динамическое представление для непрерывного мониторинга в режиме реального времени. Интеграция датчиков интернета вещей обеспечивает непрерывный сбор данных о потреблении энергии, условиях окружающей среды и структурной целостности, обеспечивая точность в цифровом двойнике. Сценарное моделирование позволяет архитекторам и руководителям объектов тестировать различные стратегии, оптимизируя потребление энергии и экологический контроль для повышения устойчивости. Этот инновационный подход не только оптимизирует производительность и экологичность отремонтированных промышленных помещений, но и обогащает опыт пользователей, гарантируя, что эти помещения динамично развиваются, удовлетворяя разнообразные потребности населения с течением времени [12].

Заключение

Поскольку связь между технологией и архитектурой становится все более неотъемлемой, в статье были рассмотрены инновационные методы и решения, в которых передовые технологии способствуют тщательной реновации промышленных сооружений для общественных функций. Четыре основных метода, каждый из которых воплощает преобразующий потенциал технологической синергии:

• Метод цифрового картографирования и моделирования позволяет архитекторам анализировать пространственную динамику, выявлять потенциальные проблемы и оптимизировать дизайнерские решения до начала процесса физической реконструкции.

• Метод интеграции дополненной и виртуальной реальности позволяет визуализировать предлагаемые проекты и взаимодействовать с ними, способствуя совместному принятию решений и повышению вовлеченности общественности.

• Метод интеллектуальных строительных систем – включение устройств интернета вещей и датчиков для оптимизации энергоэффективности, комфорта и общей функциональности зданий. Метод исследует, как эти системы адаптируются к уникальным задачам и возможностям, которые представляют перепрофилированные промышленные здания.

• Метод технологии цифрового двойника – создание динамичной виртуальной копии физического здания. Метод облегчает прогнозируемое техническое обслуживание, повышает эффективность эксплуатации и обеспечивает долгосрочную устойчивость отремонтированных сооружений.

Конвергенция технологий и архитектурных инноваций становится преобразующей силой в ландшафте промышленной архитектурно-экологической реновации. От использования цифровых инструментов для точного планирования до интеграции захватывающих впечатлений, которые соединяют прошлое и настоящее, эти методы означают смену парадигмы в том, как промышленные сооружения обновляются для общественного использования.

Библиография

1. Павлова, А.И. Применение методов цифрового моделирования рельефа для картографирования эрозионных земель / А.И. Павлова // Siberian Journal of Life Sciences and Agriculture. В мире научных открытий. – 2016. – № 2 (74). – С. 159–169.

2. Wilson, J.P. Terrain Analysis: Princeples and Applications / J.P. Wilson. – New York: Wiley, 2000.

3. Колесников, А.А. Применение виртуальных панорам в цифровом тематическом картографировании / А.А. Колесников, Я.Г. Пошивайло, Е.С. Утробина, С.А. Миронова // Вестн. Сиб. гос. ун-та геосистем и технологий). – 2022. – Т. 27. – № 4. – С. 74-86.

4. Трубецкой, П.П. Концепция интерактивного выставочного пространства, базирующегося на системе мультимедийных проекторов / П.П. Трубецкой // Architecture and Modern Information Technologies. – 2018. – № 2 (7).

5. Иванова, А.С. Феномен виртуальной реальности в архитектурной среде / А.С. Иванова // Архитектура и дизайн. – 2018.– № 1. – С. 1–6.

6. Иванова, А.С. Приемы формирования "виртуальной реальности" в работах М.К. Эшера для дизайна архитектурного пространства / А.С. Иванова // Урбанистика. – 2018. – № 4. – С. 63–76.

7. Terenchuk, S. Modeling an intelligent system for the estimation of technical state of construction structures / S. Terenchuk, A. Pashko, B. Yeremenko, S. Kartavykh, N. Ershovа // Eastern European Journal of Advanced Technologies. – 2018. – № 3/2 (93). – Р. – 47–53.

8. Лю, Сюелин. Интеллектуальная система управления строительными проектами / С. Лю // KANT. – 2016. – № 4(21). – С. 142–146.

9. Коротков, Д.Ю., Чулков, В.О. Жизненный цикл строительного объекта / Д.Ю. Коротков, В.О. Чулков // Мир науки. Педагогика и психология. – 2013. – №1. – С. 1–6.

10. Никишечкин, П.А. Разработка типовых архитектур цифровых двойников производственно-логистических систем машиностроительных предприятий на разных стадиях их жизненного цикла / П.А. Никишечкин, В.А. Долгов, С.Н. Григорьев // Изв. высших учебных заведений. Машиностроение. – 2023. – № 5. – С. 37–48.

11. Ахтамзян А.И. Возможности, перспективы и специфика использования сверхстабильной оптической памяти для хранения музейных баз данных и цифровых двойников музейных предметов / А.И. Ахтамзян // Фотография. Изображение. Документ. – 2020. – № 9. – С. 84–89.

12. Прокопенко, И.В. Технологии информационного моделирования в практике реставрационных работ памятников архитектурного наследия / И.В. Прокопенко, К.С. Тетерина, И.А. Саенко // Урбанистика. – 2023. – № 2. – С. 76–83.

Ссылка для цитирования статьи

Здор, Н.С. Цифровые методы при архитектурно-экологической реновации зданий под общественную функцию / Н.С. Здор //Архитектон: известия вузов. – 2024. – №1(85). – URL: http://archvuz.ru/2024_1/2/  – doi: 10.47055/19904126_2024_1(85)_2

Лицензия Creative Commons
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons "Attrubution-ShareALike" ("Атрибуция - на тех же условиях"). 4.0 Всемирная