3D в рабочих чертежах

А. Б. Шмидт, к.т.н., зав. кафедрой технологий проектирования зданий и сооружений, СПбГАСУ

По наблюдениям санкт-петербургской компании CSoft - Бюро ESG, на сегодняшний день в проектных организациях России возможности AutoCAD используются проектировщиками примерно на 15 %. Другими словами, почти девять проектировщиков из десяти остановились на средствах создания чертежа, которые были разработаны Autodesk 12-15 лет назад. Для них нововведения в современных версиях знаменитого графического редактора оказались в большинстве случаев просто ненужными. В среде проектировщиков до сих пор идут споры, нужно ли использовать "пространство Листа", что оно дает, убого используется слоевое хозяйство, практически никто не применяет "Подшивки", DWG-ссылки и уж совсем редко применяют 3D в рабочей документации. Получается, что колоссально возросшие возможности AutoCAD необходимы нашим проектировщикам примерно так же, как "рыбе боковой карман", а мировой лидер Autodesk последние 10 лет занимается "неизвестно чем"?! Как говорится, было бы смешно, если бы не было так грустно.

Даже в вузе многие преподаватели не считают нужным уделять внимание проектированию в AutoCAD, считая, что на ранних курсах достаточно научить рисовать в нем "линии и кружочки", и потом уже на старших курсах ребята запросто создадут любой проект. Почтенные профессора искренне полагают, что чертеж проекта это просто большой набор линий и кружочков. Они, как и два десятка лет назад, считают, что графический редактор - это просто электронный кульман, где мышка и кнопочки на экране - аналог карандаша, а "перекрестие с прицелом" - рейсшинка на лесках. Отсюда в учебных планах на старших курсах для компьютерного графического проектирования времени вообще не предусмотрено, а на младших - самый минимум, чтобы научить чертить те самые "линии и кружочки". И это логично, так как "что такое проект" студенты 2-ого курса еще не знают и поймут только через 2 года.

Людям невдомек, что современный программный инструментарий не просто помогает "мозгам" чертить линии, а перестраивает эти мозги работать совершенно по-другому, открывает пользователю такие возможности, которые никакой самый крутой кульман не сможет дать. Эффект перехода на другой уровень проектирования можно сравнить с телепортацией в другое пространство обитания. Человеку, не знающему этот современный инструментарий (или знакомому с ним только по рекламе), никогда этого не понять.

Видя, как работают наши студенты в курсовых проектах на старших курсах, просматривая чертежи некоторых проектных организаций и регулярно посещая форумы различных сайтов, убеждаешься, что в стране очень мало проектировщиков, кто грамотно использует богатые средства AutoCAD - основного на сегодняшний день инструмента инженера-проектировщика.

Опять о 2D и 3D в "рабочке"

Теперь о 3D в рабочей документации. По данным разных источников, трехмерные объекты в документации на стадии рабочего проектирования применяют не более 5-10 % проектировщиков.

Причем, как правило, речь идет не обо всем объекте, а лишь об отдельных или нестандартных элементах конструкций. Эти цифры подтверждают сказанное автором выше и свидетельствуют, что 95 из 100 российских проектировщиков до сих пор работают в 2D-среде и не очень стремятся перейти в 3D.

Однако в данном случае упрекать их в нежелании постигать "премудрости" AutoCAD не стоит. Само по себе построение и редактирование 3D-объектов - дело несложное. В большинстве случаев создать трехмерную модель гораздо 3D в рабочих чертежах проще и значительно быстрее, нежели три ее плоские проекции и разрезы в 2D. Это знают многие современные проектировщики. Здесь важнее разобраться, почему же они отказываются от 3D в пользу 2D. Ведь одно дело создать 3D-объект, а другое - выполнить лист рабочего чертежа со всеми условными обозначениями по ГОСТ. На взгляд автора, здесь присутствуют как объективные, так и субъективные причины.

Церковь Святой Троицы в Антарктиде: после освящения, рабочий чертеж, 3D-модель

Субъективные причины заключаются в инерции мышления и скепсисе, связанным с опытом работы исключительно в 2D, недостатками обучения, отсутствием контроля от экспертизы, безразличием к данной проблеме заказчика и подобными факторами.

К объективным причинам можно отнести следующее:

• наличие большого числа готовых типовых узлов и элементов, разработанных в "советские времена" в институтах типового проектирования и переведенных теперь в 2D в формате DWG или просто отсканированных в одном из растровых форматов. Перевод их в 3D относительно трудоемок;
• невозможность и нерациональность замены некоторых условных обозначений трехмерным представлением. Например, 3D-изображение кладочной сетки(50х50х4) в кирпичной кладке будет, в зависимости от величины и масштаба объекта, либо практически невидно, либо будет "заливать" весь объект;
• неприспособленность отечественных стандартов к электронному представлению документации ввиду того, что ввод некоторых условных обозначений достаточно трудоемок или просто нерационален в 3D-среде AutoCAD (к примеру, представьте себе, как вы на плане покажете трехмерную одно- или двухпольную дверь с качающимся полотном, если в ГОСТ для этого установлены схематичные изображения из линий, часть из которых штриховые. Или, например, каналы вытяжки, венткамеры и прочее. Даже если их построить в 3D, и потом сделать Section (сечение) в отдельном слое, все равно придется вставлять условное обозначение, "замораживать" ненужные слои и выводить в отдельный видовой экран этот участок.
• Получается не очень быстро и не очень просто); наличие достаточно большого числа типовых сечений (например полов, кровель, покрытий и перекрытий), представленных в типовых сериях схематически с произвольными пропорциями. Параметризация и перевод их в 3D целесообразен только в особых случаях;
• появление множества новых западных технологий в строительстве, привнесших с собой неисчислимые варианты конструкций и узлов. В рекламных проспектах и в сопроводительной документации они на 80-90 % имеют двухмерные схемы и изображения.
• Церковь Святой Троицы в Антарктиде: после освящения, рабочий чертеж, 3D-модель Параметризация и перевод их в 3D также нецелесообразны;
• отсутствие возможности избирательного отображения невидимых ребер трехмерного объекта. Например, с помощью команды Obscure невидимые ребра можно отображать различным типом линий (штриховым, пунктирным или другим), но отобрать, "какие показывать и какие не показывать" мы не можем. А ведь это очень важно, особенно для сложного пространственного объекта. Порой этих невидимых ребер так много, что глаз неспособен остановиться на том, на что хочет обратить внимание проектировщик (скажем, в стене с примыкающими перегородками надо показать разветвления вентканалов и дымоходов. А если эта стена выполнена еще и колодцевой кладкой?);
• опыт показывает, что в некоторых случаях наличие простой схемы 2D-узла вместо также простого, но 3D-узла дает немалую экономию времени без ущерба для понимания чертежа.

Однако не хотелось бы излишне оправдывать противников 3D в "рабочке". Гораздо конструктивнее обратить внимание на то, что требуется для эффективного проектирования в трехмерке. С этой целью проектировщику необходимо овладеть неким набором средств, учесть ряд рекомендаций и сделать кое-какие предварительные заготовки. А именно:

• строить пространственные модели из ряда стандартных объемных примитивов (параллелепипеда, цилиндра, конуса и т.д.);
• активно применять пользовательские системы координат USC и инструментарий их быстрого переориентирования;
• свободно владеть средствами редактирования и модифицирования 3D-моделей;
• свободно владеть средствами создания и редактирования в пространстве Листа нескольких видовых экранов различной формы, строить список масштабов изображений для масштабирования в видовом экране в соответствии с СПДС;
• принципиально настроиться на то, что:
  • все объекты следует строить в единых размерных единицах (например в мм) только в пространстве
  • Модели без простановки каких-либо размеров, обозначений (кроме штриховок) и поясняющих текстов;
  • все остальные элементы чертежа (основная надпись, размеры, поясняющие тексты, спецификации, прочие таблицы, условные обозначения и др.) следует размещать только в пространстве Листа;
• создать один текстовый стиль и один размерный стиль, которые будут использоваться в пространстве Листа;
• создать две группы слоев:
  • слои первой группы - для размещения в них 3D-объектов. Этим слоям желательно присвоить имена таких групп объектов, которые впоследствии обладали бы некоторой автономностью, например: Оси, Металл, Бетон, Фундамент,
  • Стены наружные, Перегородки и пр. Можно придать слоям соответствующие цвета, установить типы и толщины линий (lineweight) и пр.
  • Слой Оси надо будет впоследствии блокировать от случайного редактирования. Эта группа слоев предназначена только для объектов в пространстве Модели;
  • слои второй группы - для размещения элементов оформления чертежа (например размеров, текста, выносок, условных обозначений по СПДС и др.). Обычно достаточно создать 3-5 слоев, не более. Эта группа слоев ориентирована на элементы, которые будут располагаться в пространстве Листа, например: Л-Размер, Л-Текст, Л-Рис и др. Рекомендуется создать специальный слой под именем, к примеру, "Невидим", в котором будут размещаться только рамки видовых экранов. Этому слою надо придать свойство "не печатать" и еле заметный цвет, чтобы границы этих экранов были видны, но не мешали другим объектам и не выводились при печати;
• для случая простановки всех размеров и пояснений в пространстве Листа очень эффективно создать вкладку на палитре с обозначениями осей, уклонов, отметок, узлов и проч. в соответствии ГОСТ-СПДС. Там же можно разместить блоки наиболее употребляемых пояснений (например по сварке, защите конструкций) или стандартные фразы и сокращения;
• использовать очень эффективное окно LayerWalk для быстрого управления слоями в видовых экранах;
• настроить свое рабочее окружение (среду с самыми необходимыми инструментами), создать шаблоны
• Листа, наработать динамические блоки и отредактировать под себя файл псевдоимен - pgp-файл.

Следует помнить, что самое ценное на экране монитора - это рабочее поле чертежа, а наиболее популярной операцией является масштабирование изображения (с помощью колеса мышки). Поэтому надо стремиться к тому, чтобы панели с инструментами занимали как можно меньше места в пользу увеличения чертежного пространства. Для этого все команды, к которым привык пользователь, можно условно разделить на три группы:

1. включает самые употребимые команды (отрисовка примитивов, редактирование, образмеривание и другое). Эти команды должны иметь "псевдоимена" и быстро вызываться с клавиатуры;
2. блоки и команды, которые следует разместить в палитре (вызываемой по Ctrl+3);
3. команды на кнопках инструментов, число которых надо свести к минимуму, используя плавающие панельки при настройке пользовательского интерфейса и создавая свои кнопки.

Остальные команды, которые используются редко, можно всегда выбрать из главного меню. Такая организация вызова команд значительно сокращает время работы.

Когда же целесообразно использовать 3D в рабочем проектировании? На мой взгляд, в тех случаях, когда нет базы двухмерных типовых элементов и узлов или она недостаточна, а также в случае работы с конструкциями, имеющими не плоскую пространственную форму.

Трехмерка рациональна, когда плоские виды элемента не дают ясного представления о конструкции, когда для показа узла требуется большое число 2D-видов и сечений, а также для показа сборочного узла или показа последовательности его сборки.

3D-модель опалубки

Хочется особо отметить, что делать категоричный вывод типа "только 3D" или "только 2D" некорректно и в общем-то бессмысленно. Совершенно очевидно, что разумное сочетание 2D- и 3D-изображений в пропорциях, необходимых для каждого конкретного случая, приведет к оптимальному результату.

Пример работы с 2D и 3D

Интересным примером такого комбинирования работы с 2D и 3D может служить проектирование и строительство церкви Святой Троицы в Антарктиде.

Архитектурная часть проекта была выполнена алтайскими архитекторами П. И. Анисифоровым и С. Г. Рыбак в плоских 2D-видах с последующим изготовлением картонного макета. Вся инженерная и расчетно-графическая часть, включая проектирование фундаментов, венцов сруба, покрытия и противоветровых металлических тяг, была выполнена автором статьи в трехмерном изображении с выпуском рабочих чертежей.

В окончательном проектном варианте остов церкви представлял собой деревянный сруб из бревен диаметром 260 мм. Размеры сооружения - в плане 10,2х5,5 м, высота - 12 м по верху креста. Главными особенностями антарктических воздействий на храм в месте строительства явились:

• сверхвысокая ветровая нагрузка с порывами ветра до 60 м/сек;
• высокая постоянная влажность (около 90 %) с преобладанием осадков в виде мокрого снега, ледяного дождя, мороси и тумана;
• высококонцентрированная солевая атмосфера, вызванная ветровыми наносами с близко расположенных морских акваторий.

Для строительства стен было принято решение применить хвойные породы древесины, такие как лиственница и кедр. Оказалось, что на станции Беллинсгаузен, где планировалось возведение церкви, древесина прекрасно сохраняется, в отличие от стальных и железобетонных конструкций, которые быстро корродируют. Оказалось также, что среднегодовая температура воздуха в этом месте составляет около 0 °С, а средняя температура зимой - минус 5-8 °С. Летом же температура может доходить до плюс 6-8 °С.

Таким образом, основной инженерной задачей при возведении храма было обеспечение устойчивости сооружения при ветрах в 60 м/сек. Расчеты показали, что при такой силе ветра отрывающие здание от земли усилия составляют около 12 тонн.

Конструктивное решение задачи напоминает ситуацию с Останкинской телебашней в Москве. Неглубокий, относительно тяжелый фундамент, как якорь, удерживает весь остов сооружения посредством стальных тяг, проходящих до верха пирамидального купола. Стальные остовые тяги, выполненные из цепей, проходят по внутренним углам храма, так что в интерьере они практически не видны и не мешают проведению религиозных мероприятий. Именно эти стяжки и проектировались в 3D. Кроме того, трехмерка использовалась для проектирования опалубки и сруба.
Каждый инженер, когда работает над чертежом, должен в первую очередь думать о мастере или прорабе, который будет читать этот чертеж и по нему строить.

Если позволишь в чертеже небрежность или не достаточную ясность замысла, будь готов к тому, что в твой адрес полетит совсем не ласковое слово. А возможно, придется что-то переделывать. Таких проблем как раз и помогает избежать 3D-изображение, которое становится неотъемлемой частью культуры проектирования.

"Хочется отметить, что Александр Борисович Шмидт имеет уникальный опыт создания сложных узловых элементов строительных конструкций в классическом AutoCAD. Этот опыт особенно ценен тем, что все трехмерные элементы пространства модели использовались при создании рабочих чертежей церкви в Антарктиде".

Ирина Чиковская, начальник отдела САПР в промышленном и гражданском строительстве компании CSoft - Бюро ESG