Theory of architecture

Digital methods in architectural and environmental renovation of buildings for a public function

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

Abstract

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.

References

1. Pavlova, A.I. (2016). Using terrain digital modelling methods for mapping erosive lands. Siberian Journal of Life Sciences and Agriculture, No. 2(74), pp.159-169. (in Russian)

2. Wilson, J.P. (2000). Terrain Analysis: Principles and Applications. New York: Wiley.

3. Kolesnikov, A.A., Poshivailo, Ya.G., Utrobina, E.S., Mironova, S.A. (2022). The use of virtual panoramas in digital thematic mapping. Vestnik SGUGiT, Vol. 27, No.4, pp.74-86. (in Russian)

4. Trubetskoi, P.P. (2009). A concept of interactive exhibition space based on a system of multimedia projectors. Architecture and Modern Information Technologies, No.2(7). (in Russian)

5. Ivanova, A.S. (2018). The phenomenon of virtual reality in architectural environment. Architecture and Design, No.1, p.1-6. (in Russian)

6. Ivanova A.S. (2018) Virtual reality techniques in the works of M.C.Escher for architectural space design. Urbanistika, No.4, p.63-76. (in Russian)

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

8. Liu Xueling. (2016). Intelligent management construction system projects. KANT, No.4(21), p.142-146. (in Russian)

9. Korotkov, D.Yu., Chulkov, V.O. (2013). Life cycle of a construction object. Mir Nauki. Pedagogika i psihologija, No.1, p.1-6. (in Russian)

10. Nikishechkin, P.A., Dolgov, V.A., Grigoryev, S.N. (2023). Development of standard architectures of digital twins for industrial logistics systems of machine engineering companies at various stages of their life cycle. Izvestija vysshih uchebnyh zavedenij. Mashinostroenie, No.5, p.37-48. (in Russian)

11. Akhtamzyan, A.I. (2020). Potentialities, prospects for and specifics of using super-stable optical memory for storing museum databases and digital twins of museum artifacts. Fotografija. Izobrazhenie. Dokument, No.9, p. 84-89. (in Russian)

12. Prokopenko, I.V., Teterina, K.S., Saenko, I.A. (2023). Technologies of information modeling in the practice of architectural heritage restoration. Urbanistika, No.2, p.76-83. (in Russian)

Citation link

Zdor, N.S. Digital methods in architectural and environmental renovation of buildings for a public function //Architecton: Proceedings of Higher Education. – 2024. – №1(85). – URL: http://archvuz.ru/en/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