Это статья о городе и архитектуре. Хотя про красивые домики тут ничего не будет. О них было немного в предыдущей статье и, увы, это отвлекло внимание от собственно информационной составляющей и направило дискуссию в русло обсуждения 3D-моделей городов — и геоинформационных систем (ГИС), которые в том или ином виде эту модель предоставляют или дают возможность поучаствовать в моделировании. Итак, двух- и трёхмерным ГИС разного рода несть числа. Почему же тогда геоинформационные системы до сих пор не привели к революции в градостроительстве?
Сначала поговорим о том, почему к архитектуре и строительству стоит подходить более ответственно, чем это сейчас принято. Дело в том, что, кроме проектирования зданий, работой архитектора является планирование жизни людей. Вами каждый день исподволь управляет город: вы ездите и ходите по трассированным кем-то улицам, живёте в размещённых с каким-то таинственным расчётом домах, и даже скамейку в парке кто-то именно в этом месте поставил неспроста. Архитектура всё время незаметно заставляет вас делать что-то в рамках привычной жизни, но можно закодировать и что-то новое, и вы примете это, даже не заметив. Например, проектирование домов с ванной в каждой квартире изменило образ жизни десятков миллионов человек. Вы бы удивились, увидев инновационный проект жилого дома “улучшенной планировки” 30-х годов, когда предполагалось, что для мытья раз-другой в неделю достаточно общественного банно-прачечного комбината, туалет же в каждой квартире на тот момент был техническим и культурным прорывом.
Типовая секция Моссовета, фрагмент плана, 1925 г.
Современная жизнь меняется стремительно, и проектирование идёт с ней в ногу. Конечно, вы уже не найдёте кульмана, рулонов кальки и светокопировального стола. На смену им пришли многочисленные САПР (системы автоматизированного проектирования). Вместо баночек туши, гуаши и акварели — программы для 3D-моделирования и фотореалистичного рендеринга. Расчёты ведутся не на логарифмической линейке, а в специальных программных комплексах, извлекающих данные из трёхмерных моделей. Алгоритмы стали сложнее, точность и надёжность — выше.
Но это всё — количественные, а не качественные изменения. Да, они преобразили процесс ежедневной работы, а вот механизм принятия решений остался прежним. Иногда никакого анализа не проводится вовсе, а аргументы могут быть уровня “а давайте-ка так” и “будет красиво потом смотреться на карте”. Экономическое обоснование притягивается за уши: “Мы десять лет назад строили бассейн почти такого размера в городе N-ске, и он окупился на Х процентов за Y лет, так что просто индексируем цены”. Добывать актуальную информацию — добровольно обрушивать лавину непонятных расчётов на свою голову. И большинство заинтересованных лиц эта ситуация устраивает, хотя бывают и просто эпически провальные проекты.
Итак, генеральные планы городов разрабатывают архитекторы с позиций красоты линий, своего понимания об удобстве жизни и интуиции. Оценивают и утверждают эти проекты управленцы и экономисты, которым важны цифры баланса территорий, ожидаемых расходов и выгод. А потребители среды, жители, никак на эту ситуацию обычно не влияют, и им даже не приходит в голову, что могли бы влиять.
Как-то так выглядит перспективный генплан. Разные цвета — это где что уже построено или что планируется строить: например, жильё, парк или офисы. Потом разрабатывается детальный проект с пояснительной запиской, занимающей целый шкаф — в бумажном виде, разумеется.
В сравнении очевидно выигрывает постоянно обновляемая геоинформационная модель. Не просто 3D-карта, а действительно информационная система. Где можно выделить мышкой группу домов и узнать, сколько там живёт народу. Где на карте отмечены все учреждения и заведения с их пропускной способностью и целевой аудиторией. Где можно узнать усреднённый трафик автомобилей по любой улице в любой час. Где измеренный уровень шума или загрязнения воздуха в какой-то точке превращается в общедоступную цифру на плане города, а не в забытую в тот же день бумажку в пыльной папке. Увы, деньги и труд надо вложить прямо здесь и сейчас, а отдача ожидается “где-то там”, поэтому ГИС в проектирование приходят крайне медленно и неравномерно.
Моделировать в 3D тысячи ничем не примечательных зданий — тоже не очень интересное задание, но его можно доверить автоматике только весьма условно. В основном этим занимаются или любители, тогда результат доступен всем, но качество не слишком высоко, или частные компании-застройщики, подходящие к делу профессионально — но они делиться плодами трудов не спешат.
Вот так выглядит частная коммерческая 3D-модель Сан-Франциско от компании, которая может за медийный проект выставить счёт в полмиллиона американских денег, а частный застройщик — не задумываясь, этот счёт оплатить.
Так или иначе, постепенно создаётся полноценная виртуальная модель существующего материального (но, увы, не социального) пространства. Пока она достаточно фрагментарна, но непрерывно лавинообразно пополняется. Очень часто хорошо проработаны только центр города или отдельные знаковые объекты, а остальные созданы автоматически или вовсе отсутствуют, но есть и примеры “коврового” покрытия, например, Берлин с его 550 000 смоделированных зданий. Но это именно “трёхмерная карта”, а не инфосистема. С остальными же, не столь заметными и привлекательными для любителей потоками информации пока хуже.
Модель Берлина, которую можно скачивать по кусочкам для локальной работы. Мне бы такое богатство да в студенческие годы!
Менее масштабные по размерам, зато более технологичные и разносторонние проекты запущены в Хельсинки и Монреале на базе систем “Bentley MicroStation” и “Bentley Map”. Модель города охватывает подземную и наземную инфраструктуру и разрабатывается с использованием технологии лазерного сканирования. Для измерения объектов наземной инфраструктуры применяется воздушная лидарная съёмка, для туннелей — наземная лидарная съёмка. С полученной моделью синхронизируется вся возможная муниципальная документация и переписка по недвижимости. На ней же осуществляется выделение участков под строительство. Свою эффективность эта ГИС доказала в инженерных проектах, связанных со сложной высокоплотной инфраструктурой городского центра. Увы, инструменты проектирования от “Bentley Systems” и стоят как Бентли, так что мне не приходилось видеть их даже одним глазком. Немного подробнее можно почитать в статье.
City of Helsinki, Finland, City Survey Division — 3D Municipal Information System. Достаточно многопрофильная ГИС, насколько можно судить по открытым источникам.
На постсоветском пространстве вся застройка подчиняется государственному регулированию, а значит, и ГИС должна быть освящена Бюрократическими Процедурами. Всё, что требует государственной поддержки и организации, обычно работает очень медленно, но постепенно единичные проекты появляются и в России. Например, создание единой (двухмерной) геоинформационной системы Тюменской области, которая признана лучшим региональным IT-проектом 2015 года на конкурсе «Global CIO». К тому же, она дает возможность внешним разработчикам создавать собственные коммерческие ГИС-сервисы на основе концепции открытых данных. Ещё пример: недавно была завершена электронная карта подземных инженерных сетей Хабаровска, которая создавалась несколькими организациями целых 10 лет (прописью: десять лет). Вероятно, так долго продолжался «перевод в цифру» потому, что актуализировать информацию советского периода, когда реальность может отличаться от имеющегося плана на десятки метров — адская работа. Иллюстрация из личной практики: один раз мне встретился недокументированнный советский кабель (предположительно, связи) диаметром сантиметров 15, проходящий навылет через подвал здания и уходящий сквозь противоположную стену в сторону белого пятна на топографической съёмке со скромной надписью «спецсооружение».
Бумажная топографическая съёмка, маленький кусочек, просто чтобы вы представляли масштаб трагедии. Все эти линии обозначают что-то очень важное и в основном невидимое.
Проблема даже немногих существующих в России и СНГ интегрированных ГИС в том, что они используются формально, просто как замена бумажным картам, макетам и папкам с отчётами, а не для моделирования и анализа вариантных веток и оптимизации результата. В реальности обычно предлагается и принимается единственный вариант плана, качество которого зависит от таланта, опыта, компетентности и убедительности разработчиков. К тому же, все бесчисленные отступления “только в виде исключения” обычно предпринимаются на местах без согласования с авторами, никак в проекте не отражаются, и он всё меньше коррелирует с реальностью. ГИС, даже двухмерная, эту проблему потенциально решает.
Но что же это за “ветки”, и зачем они нужны, если и без них всё работает? Ещё в 60-е годы поляк Болеслав Малиш придумал метод порогового анализа. Вкратце: когда развитие города по старому пути становится явно нерациональным, слишком дорогим или упирается в преграду вроде реки или железной дороги, надо менять не тактику, а стратегию. Чтобы “перейти порог”, нужны единовременно большие ресурсы, а отдача ожидается не сразу, поэтому ошибиться на этом этапе нельзя. Выбирается несколько возможных принципиально отличающихся новых путей развития, для них строится прогноз по затратам и прибыли на десяток-другой лет вперёд, и выбирается самый выгодный на данный момент путь, по которому и идёт развитие до следующего момента стагнации. ГИС — идеальный вариант для воплощения этого метода. Но это должна быть гораздо более математизированная система, чем те, которые есть сейчас, и инструменты анализа должны быть другими. В идеале, у виртуального города должен быть свой ИИ (или назовите это активной экспертной системой), который умеет и предлагать, и оценивать внешне несравнимые варианты.
Мне удалось найти сведения о применении математического моделирования территориального развития в России XXI века только для Тольятти (2001) и Якутска (2003) при помощи системы “LandUse” ЦНИИП градостроительства, которая постепенно разрабатывается с середины 70-х годов.
Результат выглядит как гридовая карта существующего и планируемого использования территории на основе рассчитанной из многих параметров ценности каждого квадратика земли. Математическая модель требует на вход гридовые карты статыщмильёнов разых типов данных, причём количество и типы параметров и шаг необходимой сетки расчитывается каждый раз индивидуально. С обычными ГИС программный комплекс, понятное дело, не совместим.
Итак, проблемы градостроительного использования современных ГИС в том, что существуют отдельно двухмерные широкопрофильные модели, отдельно трёхмерные слабо информационные, все они создаются в большом количестве конкурирующих между собой и не всегда совместимых программ и форматов, при этом большинство из них не являются “официальным документом” и не могут быть открыто использованы проектировщиками. Эти системы не поддерживают временную составляющую, а значит, не позволяют делать ретроспективный анализ территории, моделировать вероятные будущие состояния и сравнивать их. Количество “информационных срезов” виртуального города пока ещё недостаточно для того, чтобы количественные изменения перешли в качественные. Но прогресс не стоит на месте, и рано или поздно виртуальный город станет полноправным инструментом процесса градостроительного проектирования, а может, и одним из активных собственных создателей.
Сначала поговорим о том, почему к архитектуре и строительству стоит подходить более ответственно, чем это сейчас принято. Дело в том, что, кроме проектирования зданий, работой архитектора является планирование жизни людей. Вами каждый день исподволь управляет город: вы ездите и ходите по трассированным кем-то улицам, живёте в размещённых с каким-то таинственным расчётом домах, и даже скамейку в парке кто-то именно в этом месте поставил неспроста. Архитектура всё время незаметно заставляет вас делать что-то в рамках привычной жизни, но можно закодировать и что-то новое, и вы примете это, даже не заметив. Например, проектирование домов с ванной в каждой квартире изменило образ жизни десятков миллионов человек. Вы бы удивились, увидев инновационный проект жилого дома “улучшенной планировки” 30-х годов, когда предполагалось, что для мытья раз-другой в неделю достаточно общественного банно-прачечного комбината, туалет же в каждой квартире на тот момент был техническим и культурным прорывом.
Типовая секция Моссовета, фрагмент плана, 1925 г.
Современная жизнь меняется стремительно, и проектирование идёт с ней в ногу. Конечно, вы уже не найдёте кульмана, рулонов кальки и светокопировального стола. На смену им пришли многочисленные САПР (системы автоматизированного проектирования). Вместо баночек туши, гуаши и акварели — программы для 3D-моделирования и фотореалистичного рендеринга. Расчёты ведутся не на логарифмической линейке, а в специальных программных комплексах, извлекающих данные из трёхмерных моделей. Алгоритмы стали сложнее, точность и надёжность — выше.
Но это всё — количественные, а не качественные изменения. Да, они преобразили процесс ежедневной работы, а вот механизм принятия решений остался прежним. Иногда никакого анализа не проводится вовсе, а аргументы могут быть уровня “а давайте-ка так” и “будет красиво потом смотреться на карте”. Экономическое обоснование притягивается за уши: “Мы десять лет назад строили бассейн почти такого размера в городе N-ске, и он окупился на Х процентов за Y лет, так что просто индексируем цены”. Добывать актуальную информацию — добровольно обрушивать лавину непонятных расчётов на свою голову. И большинство заинтересованных лиц эта ситуация устраивает, хотя бывают и просто эпически провальные проекты.
Итак, генеральные планы городов разрабатывают архитекторы с позиций красоты линий, своего понимания об удобстве жизни и интуиции. Оценивают и утверждают эти проекты управленцы и экономисты, которым важны цифры баланса территорий, ожидаемых расходов и выгод. А потребители среды, жители, никак на эту ситуацию обычно не влияют, и им даже не приходит в голову, что могли бы влиять.
Как-то так выглядит перспективный генплан. Разные цвета — это где что уже построено или что планируется строить: например, жильё, парк или офисы. Потом разрабатывается детальный проект с пояснительной запиской, занимающей целый шкаф — в бумажном виде, разумеется.
В сравнении очевидно выигрывает постоянно обновляемая геоинформационная модель. Не просто 3D-карта, а действительно информационная система. Где можно выделить мышкой группу домов и узнать, сколько там живёт народу. Где на карте отмечены все учреждения и заведения с их пропускной способностью и целевой аудиторией. Где можно узнать усреднённый трафик автомобилей по любой улице в любой час. Где измеренный уровень шума или загрязнения воздуха в какой-то точке превращается в общедоступную цифру на плане города, а не в забытую в тот же день бумажку в пыльной папке. Увы, деньги и труд надо вложить прямо здесь и сейчас, а отдача ожидается “где-то там”, поэтому ГИС в проектирование приходят крайне медленно и неравномерно.
Моделировать в 3D тысячи ничем не примечательных зданий — тоже не очень интересное задание, но его можно доверить автоматике только весьма условно. В основном этим занимаются или любители, тогда результат доступен всем, но качество не слишком высоко, или частные компании-застройщики, подходящие к делу профессионально — но они делиться плодами трудов не спешат.
Вот так выглядит частная коммерческая 3D-модель Сан-Франциско от компании, которая может за медийный проект выставить счёт в полмиллиона американских денег, а частный застройщик — не задумываясь, этот счёт оплатить.
Так или иначе, постепенно создаётся полноценная виртуальная модель существующего материального (но, увы, не социального) пространства. Пока она достаточно фрагментарна, но непрерывно лавинообразно пополняется. Очень часто хорошо проработаны только центр города или отдельные знаковые объекты, а остальные созданы автоматически или вовсе отсутствуют, но есть и примеры “коврового” покрытия, например, Берлин с его 550 000 смоделированных зданий. Но это именно “трёхмерная карта”, а не инфосистема. С остальными же, не столь заметными и привлекательными для любителей потоками информации пока хуже.
Модель Берлина, которую можно скачивать по кусочкам для локальной работы. Мне бы такое богатство да в студенческие годы!
Менее масштабные по размерам, зато более технологичные и разносторонние проекты запущены в Хельсинки и Монреале на базе систем “Bentley MicroStation” и “Bentley Map”. Модель города охватывает подземную и наземную инфраструктуру и разрабатывается с использованием технологии лазерного сканирования. Для измерения объектов наземной инфраструктуры применяется воздушная лидарная съёмка, для туннелей — наземная лидарная съёмка. С полученной моделью синхронизируется вся возможная муниципальная документация и переписка по недвижимости. На ней же осуществляется выделение участков под строительство. Свою эффективность эта ГИС доказала в инженерных проектах, связанных со сложной высокоплотной инфраструктурой городского центра. Увы, инструменты проектирования от “Bentley Systems” и стоят как Бентли, так что мне не приходилось видеть их даже одним глазком. Немного подробнее можно почитать в статье.
City of Helsinki, Finland, City Survey Division — 3D Municipal Information System. Достаточно многопрофильная ГИС, насколько можно судить по открытым источникам.
На постсоветском пространстве вся застройка подчиняется государственному регулированию, а значит, и ГИС должна быть освящена Бюрократическими Процедурами. Всё, что требует государственной поддержки и организации, обычно работает очень медленно, но постепенно единичные проекты появляются и в России. Например, создание единой (двухмерной) геоинформационной системы Тюменской области, которая признана лучшим региональным IT-проектом 2015 года на конкурсе «Global CIO». К тому же, она дает возможность внешним разработчикам создавать собственные коммерческие ГИС-сервисы на основе концепции открытых данных. Ещё пример: недавно была завершена электронная карта подземных инженерных сетей Хабаровска, которая создавалась несколькими организациями целых 10 лет (прописью: десять лет). Вероятно, так долго продолжался «перевод в цифру» потому, что актуализировать информацию советского периода, когда реальность может отличаться от имеющегося плана на десятки метров — адская работа. Иллюстрация из личной практики: один раз мне встретился недокументированнный советский кабель (предположительно, связи) диаметром сантиметров 15, проходящий навылет через подвал здания и уходящий сквозь противоположную стену в сторону белого пятна на топографической съёмке со скромной надписью «спецсооружение».
Бумажная топографическая съёмка, маленький кусочек, просто чтобы вы представляли масштаб трагедии. Все эти линии обозначают что-то очень важное и в основном невидимое.
Проблема даже немногих существующих в России и СНГ интегрированных ГИС в том, что они используются формально, просто как замена бумажным картам, макетам и папкам с отчётами, а не для моделирования и анализа вариантных веток и оптимизации результата. В реальности обычно предлагается и принимается единственный вариант плана, качество которого зависит от таланта, опыта, компетентности и убедительности разработчиков. К тому же, все бесчисленные отступления “только в виде исключения” обычно предпринимаются на местах без согласования с авторами, никак в проекте не отражаются, и он всё меньше коррелирует с реальностью. ГИС, даже двухмерная, эту проблему потенциально решает.
Но что же это за “ветки”, и зачем они нужны, если и без них всё работает? Ещё в 60-е годы поляк Болеслав Малиш придумал метод порогового анализа. Вкратце: когда развитие города по старому пути становится явно нерациональным, слишком дорогим или упирается в преграду вроде реки или железной дороги, надо менять не тактику, а стратегию. Чтобы “перейти порог”, нужны единовременно большие ресурсы, а отдача ожидается не сразу, поэтому ошибиться на этом этапе нельзя. Выбирается несколько возможных принципиально отличающихся новых путей развития, для них строится прогноз по затратам и прибыли на десяток-другой лет вперёд, и выбирается самый выгодный на данный момент путь, по которому и идёт развитие до следующего момента стагнации. ГИС — идеальный вариант для воплощения этого метода. Но это должна быть гораздо более математизированная система, чем те, которые есть сейчас, и инструменты анализа должны быть другими. В идеале, у виртуального города должен быть свой ИИ (или назовите это активной экспертной системой), который умеет и предлагать, и оценивать внешне несравнимые варианты.
Мне удалось найти сведения о применении математического моделирования территориального развития в России XXI века только для Тольятти (2001) и Якутска (2003) при помощи системы “LandUse” ЦНИИП градостроительства, которая постепенно разрабатывается с середины 70-х годов.
Результат выглядит как гридовая карта существующего и планируемого использования территории на основе рассчитанной из многих параметров ценности каждого квадратика земли. Математическая модель требует на вход гридовые карты статыщмильёнов разых типов данных, причём количество и типы параметров и шаг необходимой сетки расчитывается каждый раз индивидуально. С обычными ГИС программный комплекс, понятное дело, не совместим.
Итак, проблемы градостроительного использования современных ГИС в том, что существуют отдельно двухмерные широкопрофильные модели, отдельно трёхмерные слабо информационные, все они создаются в большом количестве конкурирующих между собой и не всегда совместимых программ и форматов, при этом большинство из них не являются “официальным документом” и не могут быть открыто использованы проектировщиками. Эти системы не поддерживают временную составляющую, а значит, не позволяют делать ретроспективный анализ территории, моделировать вероятные будущие состояния и сравнивать их. Количество “информационных срезов” виртуального города пока ещё недостаточно для того, чтобы количественные изменения перешли в качественные. Но прогресс не стоит на месте, и рано или поздно виртуальный город станет полноправным инструментом процесса градостроительного проектирования, а может, и одним из активных собственных создателей.