автореферат диссертации по инженерной геометрии и компьютерной графике, 05.01.01, диссертация на тему:Методика моделирования проектной поверхности на основе компьютерной технологии

Р Г б од

- 3 ИЮЛ Шо

НИЖЕГОРОДСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ

МЕТОДИКА МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЕКТНОЙ ПОВЕРХНОСТИ НА ОСНОВЕ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТЕХНОЛОГИИ

05.01.01 - Прикладная геометрия, инженерная и компьютерная графика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

На правах рукописи

СЕМЕНОВА Елена Юрьевна

кандидата технических наук

Нижний Новгород - 1995

Работа выполнена на кафедре "Информационной технологии архитектурного проектирования" Ростовского Государственного архитектурного института (РАИ).

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент

О. Т. ИЕВЛЕВА

Научный консультант ■ кандидат архитектуры, профессор

И. И. РАФАЛОВИЧ (Андовер, США)

Официальные оппоненты - дгктор технических наук,

профессор, академик Международно* академии информатизации К Н. МАСТАЧЕНКО

кандидат технических наук, доцент Л. В. ШИРОКОВА

Редущая организация - АО "Институт Ростовский Цромстрой-

НИИпроект"

Защита состоится " " 1995г. в " часов

на заседании Специализированного Совета К 064.. 09. 02 при Нижегородской государственной Архитектурно-строительной Академии по адресу: 603600, Нижний Новгород, уг. Ильинская, 65.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан "/7" 1АК>Н& 199Бг.

УченО секретарь Специализированного Совета, кандидат технических наук, д .цент 1

М. Л. ЛАПШИН

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИК

РАБОТЫ

Актуальность темы. Автоматизация проектирования в настоящее время является интенсивно развивающимся направлением современной науки и техники. В условиях сегодняшнего уровня развития вычислительной техники специалисту в любой области предоставляйся широкие возможности но использованию в проектной деятельности принципиально новых методов работы, -позволяющих эффективно решать многие традиционно сложные и трудоемкие задачи. Усиливающаяся конкуренция заставляет искать воэ ол~ ности голучения проектных решений наиболее экономимым путем, но при этим не в ущерб качеству. Таким путем является использование систем автоматизированного проектирования.

Архитектурно-строительное проектирование не является в ьтом смысле исключением. Исследования самих систем и методов автоматизации проектирования объектов строительства и архитектуры их применение отражены в работах таких исследователей из стран СНГ, как Д Н. Авдотым, А. А. Гусаков И. Д. Зайцев, О. Т. Иевлева, Е. П. Костогарова, Г. И. Конусова, М. И. Коробочкин, R Е Мастаченко, В. С. Нагинская, Л. И. Павлова, И. И. Рафагович, И. А. Ренжиглова, Ю. Г. Стоян, В. С. Тимощук, Г. Я. Эпельцвейг ч др. Иа заруби ,шых исследователей можно назвать: А. Биджл (ÂlBijl), Б. Уайтхед (B.Wight-had), П. Синг (P.Thing), МДевис (M. Devi s) - Великобритания'; А. Вир (A. Bear), С. Е. Истмен (С Е. Eastman), Д. Л. Росс (D. L. Ros---) - США; Т. Коул (Т. Cole), Б Форвуд (В. Forvood)__ - Австралия; Г.Томас (H.Thomas), Е. Кеппель (E.Keppel) - Германия; Ж. -К. Латомб (.¡.-С. Lîtombe) - Франция; М. Пелтекова, Р.Димитрова - Болгария; И. Хартли - Венгрия; Я. Гладки, В. Доле хал - Чехо-Словакия и др.

Ряд исследователей рассматривает в своих работах вопроси автоматизации решения вертикальной планировки территорий: А. П. Коновалова, В. А. Букринский, Л. И. Кранц, ЕВ. Котов, И.Е.Рабинович, У. К Юлдашев, С. М. Танатар, В. И Бодкин и др. jj основном вертикальная планировка рассматривается при этом как определение сбш<?го высотного решения территории без учета конкретной планировочной ситуации. Реализация многих удачно решенных задач была осуществлена на больших ЭВМ типа ЕС, имевших специфику в использоъаник (в основном пакетный режим работы,трудности в организации диалога, достаточно сложный ввод данных и т, д. ). Широко распространенные сегодня персональные компьютеры позволяют^ создавать системы,. максимально приближенные к традиционном формам проектирован«.! о использованием графики и возможностями оперативного Ем^атель-

ства в процесс .проектирования, но добавляющие высокую точность и скорость получения решения.

В традиционном проектировании получение рационального решения вертикальной планировки достигается методом вариантного проектирования с последовательным приближением к лучшему варианту. Если проектирование ведется в условиях существующей, городской застройки, то при вертикальной планировке необходим учет как существующих, так и проектируемых зданий, сооружений и наземных транспортных коммуникаций, -то есть планировочной ситуации. Использование средств автоматизации позволяет на основе математических методов получить оптимальный вариант решения, а также ускорить и уточнить расчетные и графические проектные операции.

Актуальность данной работы заключается в необходимости создания методики автоматизированного моделирования проектной поверхности т-эрритории, ориентированной не только на возможно более полный охват всех решаемух при этом задач, но и на современный уровень компьютерной техники, позволяющей работать в диага-гово-графическом режиме, не вызывающем больших трудностей при -адаптации к нему пользователя любого уровня подготовки.

Цель и задачи исследования. Целью данного диссертационного исследования является создание системы автоматизированного моделирования поверхности территории-на различных стадиях проектирования, ориентированной на персональный компьютер с использованием графики, и позволяющей получить и визуализировать оптимальную модель проектной поверхности с учетом размещаемых на ней объектов.

Основными задачами, исследования являются: выявление задач, решаемых при моделировании проектной поверхности на различных стадиях проектирования;

построение функциональной модели процесса моделирования проектной поверхности;

повышение эффективности автоматизированного моделирования поверхности территории;

разработка методики автоматизированного моделирования проектного рельефа;

разработка методики анализа совокупности ограничений на проектную модель территории.

Методы исследования: типологический, системный, морфологический и технико-экономический анализ, матема-' тическое моделирование, экспериментальное проектирование с ис-польаованием 1Г)Ш (персонального компьютера).

- 5 -

Научная н о в и t н а работы остоит: в выборе методов решения задач на всех этапах проектирования; в разработке нового подхода к автоматизированному моделированию проектной поверхности территории; »

в создании методики автоматизированного моделирования проектной поверхности территории на различных стадиях проектирования;

в создании методики анализа и корректировки ограничений на модель.проьктниго рельефе.

Практический выход. Создана методика автоматизированного моделирования проектной поверхности территооии на различных этапах проектирований/ на основании которой разработана система VERTER, ориентированная на персональные компьютеры типа IBM РС/АТ, позволяющая в диалогог м графическом режиме подготовитf' исходные данные и получить законченную проектную документацию на базе оптимальной модели проектного рельефа.

Разработана методика анализа и корректировки ограничений на моделирование проектного. рельефа( для случаев, когда получение' решения невозможно из-за несогласованности ограничений, использующая специальную программу.

Внедрение результатов работы. Методика автоматизированного моделирования проектной поверхности территории на различных стадиях проектирования применялась для объектов газовой промышленности, гражданского строительства (жилая застройка) и некоторых промышленных предприятий в проектных институтах ЮжНШгипоогаз (Украина, г. Донецк), проектный отдел Новотрубного завода (г.Первоуральск), ПромстройНИИпроект (г.Роете j-на-Дону), а также в учебном процессе в архитектурных институтах г.Екатеринбурга (УралАрХИ) и г.Ростова-на-Дону.

Апробация работы. Промежуточные результаты исследований докладывались и одобрены на 2-й и 3-й региональных школах-семинарах по вопросам автоматизации проектирования объектов строительства, Ростов-на-Дону, 1987, 1~89гг.; областной научно-практической конференции молодых ученых "Проблемы интенсификации и повышения культуры производства", Ростоь-на-,"")ну, 1987г.; Всесоюзной школе-семинаре "Программное обеспечение ЭВМ: индустриальная технология, интеллектуализация разработки и применения", Ростов-на-Дону, 1988г.; на 2-й и 3-й научно-технических конференциях Ростовского архитектурного института в 1990, 1991гг. ; 3-й Республиканской научно-технической конференции "Учебно-исследовательские системы автоматизированного проектирования объектов архитектуры и строительства". Ростов-и л-Дону,.

1990; Всесоюзной конференции "Активные методы обучения архитектурному проектированию в высшей архитектурной школе", Алма-Ата, ААСИ, 1991г.; Российской чаучной конференции "Информационная технология в архитектуре (исследования, проектирование, обучение)", Ростов-на-Дону, 1993г.; Региональной конференции "Архитектура России: Региональное своеобразие", Ростов-на-Дону,1994г.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 17 работ.

Структура .и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературных источников и приложения.

Во введении приводится краткое обоснование актуальности исследований и определяется место рассматриваемых проблем в вопросах автоматизации архитектурно-строительного проектирования.

В первой главе приводится анализ структуры и состава задач, решаемы^ при проектировании вертикальной планировки территории на различных этапах традиционными методами, рассматриваются методы, используемые при традиционном проектировании вертикальной планировки территории, методы расчета плана земляных масс, выявляются цели проектной задачи и требования, предъявляемые к проектному решению.

Во второй главе проводится анализ существующих методик автоматизированного проектирования вертикальной планировки территорий: по используемым-критериям, составу ограничений, способам моделирования рельефа. Анализируются автоматизированные системы конструкторской графики с учетом используемых интерфейсов в качестве возможной среды функционирования системы автоматизированного моделирования проектной поверхности территории. Рассматриваются способы автоматизированного описания, существующего рельефа и анализируются типы цифровых моделей рельефа с целью использования их при автоматизации проектирования.

В третьей главе предлагается новый подход к автоматизированному моделированию поверхности территории, описывается выбор среды функционирования, интерфейса, структуры и принципа построения системы автоматизированного моделирования рельефа, приводится содержательная постановка задачи и алгоритм ее реализации, обоснование выбора основных критериев оценки решения, и ограничений задачи, описание математических методов решения поставленных задач на разных этапах проектирования.

В четвертой главе исследуется зависимость результатов моделирования от совокупности ограничений, приводится ана-

- ? -

лиз возможных причин несоглас^ занности ограг тений и предлагается методика их корректировки, анализ эффективности применения предлагаемой методики автоматизированного моделирования рельефа для генеральных планов объектов различного назначения (промышленных и гражданских), проводится сравнительный анализ различных подходов к автоматизированному моделированию поверхности.

В выводах по работе с%.лер»атся основные вьиоды и рекомендации по практическому применению результатов работы, а также по возможным направлениям дальнейших исследований в вопросах автоматизации моделирования проектного рельефа территории.

В приложении содержится методика автоматизированного моделирования проектной поверхности территории на различных этапах проектирования, позволяющая г диалоговом графическом режиме подготовить исходные данные и получить законченную проектную документацию на базе оптимальной модели проектного рельефа, методика анализа совокупности ограничений на модель г"х>~ ектного рельефа.

На защиту выносится:

- формализованная структура задач, решаемых при моделировании проектной поверхности территории на различных этапах с использованием информационных технологий;

- методологический подход к автоматизированному моделированию рельефа территории;

- методика автоматизированного моделирования проектной поверхности территории на различных стадиях проектирования с учетом существующей и предполагаемой застройте и прокладки инжекер-№ г и транспортных коммуникаций;

- методика анализа совокупности ограничений на модель проектного рельефа территории.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Вертикальная планировка территории является обязательным разделом в проектировании генерального плана любого об"?кта строительства и архитектуры как в гражданском, так и в промышленном строительстве, и предполагает изменение .существующего рельефа с определенной целью. При этом она составляет до 15X общей сметной стоимости строительства и до 20% трудоемкости от общего объема работ. Проектирование любого сооружения осуществля-. етея в несколько этапов, обусловленных нормативами.

Для выявления структуры и состава задач, решаемых при вьшол-

нении вертикальной планировки территории на различных этапах проектирования, был проведен анализ определений процесса вертикальной планировки (ВП). счуктуры и состава п| -¿ктных операций, а также исследование методов и способов их традиционного решения. В результате анализа выявлено, что существует две различные стадии вертикальной планировки: ВП на стадии инженерной подготовки территории и окончательная вертикальная планировка. Стадии различаются степенью проработки проектного рельефа, но состоят из одинаковых по содержанию проектных операций: подготовка то-посъемки и предпроектные операции; задание планировочной ситуации; определение проектных отмоток основных элементов генплана; построение проектных горизонталей (микропланировка); расчет и вычерчивание плана земляных масс. При определении проектных отметок элементов генерального плана необходимо достижение одной или нескольких целей (максимальное сохранение рельефа, минимум земляных работ, баланс земляных работ и др.), а также соблюдение, ограничений на высотное решение проектных отметок.

Первая операция содержит действия по подготовке исходных данных для проектирования, анализу существующей ситуации и опре-делению_возможных путей решения задачи. Вторая операция включает в себя действия по компоновке элементов генерального плана, схема которого является исходной и от ее решения во многом зависят результаты последующих этапов работы. Третья операция является наиболее важной в процессе получения проектного рельефа, поскольку именно здесь определяется качество проектирования. Четвертая операция является следствием трех предыдущих и не влияет на основное решение проектного рельефа, но позволяет уточнить его детали. Пятая операция позволяет дать количественную оценку принятого решения. На базе этой схемы получена обобщенная функциональная модель процесса вертикальной планировки.

Каждая проектная операция ВП может выполняться несколькими способами. В традиционном проектировании принято пользоваться: для изображения проектного рельефа способом проектных горизонталей совместно со способом отметок; для вычисления проектных отметок - графо-аналитическим и аналитическим способами; для подсчета объемов земляных работ - методом квадратов(треугольников).

Построенная обобщенная функциональная модель процесса вертикальной планировки, а также выбор наиболее распространенных и привычных для проектировщиков методов и способов решения отдельных проектных операций, положены в основу автоматизированного моделирования лраектной поверхности.

С целью выявления наиболее перспективных направлений в моделировании проектной поверхности территории проведен анализ подходов к автоматизированному проектированию вертикальной планировки. Согласно этому анализу в настоящее время наиболее распространены в проектной практике персональные компьютеры типа IBM. Их графический и диалоговый интерфейс, сочетающий предоставляемые технические средства, удобство раб гы, возможности контроля за ходом решения, графический ввод информации, оперативную корректировку данных и принципы организации диалога, соответствует требованиям реального проектирования. Для выбора наиболее по, ходящего интерфейса рассмотрен ряд существующих графических CAD-с ж г ем. Их анализ показал, что требованиям, предъявляемым к интерфейсу для решения архитектурно-строителышх задач этого типа, в настоящее время наиболее полно отвечает AutoCAD-10.

Анализ методик автоматизированного проектирования вертикальной планировки территории показал, что г~я моделирования рельефа используются как методики,решающие отдельные задачи проектирования (расчет объемоь земляных работ, оптимизация проектного рельефа, графическое моделирование поверхности территории), так и включающие весь компле. с задач. При этом в различных методиках:

существующая поверхность представляе '■ся координатам!. ( X, Y, Z) узлов сетки картограммы земляных работ, точек поверхности либо и теми и другими вместе. Некоторые методики используют ЦМР;

проектная поверхност- представляется в виде сочлененных прямоугольных либо многоугольных участков, профилей, а также описывается точками поверхности;

подсчет объемов земляных работ осуществляется по треугольным или прямоугольным,призмам, с ломотою двойного интеграл; по квадрату или |?-фун,""чи;

в качеств t;итерия оптимальности при моделировании проектного рельефа используется максимальное сохранение существующего рельефа, баланс земляных масс, минимальный объем и минимальная стоимость земляных работ при соблюдении некоторых ограничений.

Самыми распространенными и отвечающими требованиям реального проектирования являются: представление существующего рельефа по характерным точкам с использованием ЦМР; подсчет объемов эьмля-ных работ по треугольным или прямоугольным призмам; оптимизация проектного рельефа по квадратичной целевой функции.,

.Поскольку одной из проектных операций при выполнении вертикальной планировки является учет тоногр-чфичестй пчв^рхнооти, для комплексной автоматизации процесса необходимым этапом явля-

ется занесение ее в память ЗБМ. С этой целью проведен анализ автоматизированных моделей существующего рельефа, который показал, что наиболее отвечают требованиям реального проектирования регулярные модели ЦМР о прямоугольными ячейками сетки.

Результаты исследования существующих подходов к автоматизированному решению задач вертикальной планировки положены в основу выбора среды функционирования и методов автоматизированного решения отдельных задач БП при составлении методики автоматизированного моделирования поверхности территории.

Проведенные исследования позеолили перейти к созданию методики автоматизированного моделирования проектного рельефа.

На основании обобщенной функциональной модели всего процесса вертикальной планировки в целом построена укрупненная блок-схема автоматизированного процесса моделирования проектной поверхности, состоящая из четырех основных блоков: сбор исходных данных для проектирования; анализ требований к модели проектного рельефа; моделирование проектной поверхности на ПЭВМ; получение твердых копий проектных материалов.

Первый и второй блок представляют собой сбор данных для- осуществления проектного процесса (изучение существующего рельефа, внешних и внутренних ограничений, накладываемых на проектные отметки). Третий блок - основной, он содержит определение проектных отметок элементов генерального плана, расчет красных горизонталей и объемов земляных работ. Последний блок предполагает Получение результатов проектирования в виде трех чертежей: плана организации рельефа ь проектных отметках, в красных.горизонталях .. плана земляных масс.

Для системы автоматизированного моделирования проектной по верхности выбран диалогово-графический режим работы с использованием специальных меню, в том числе и пиктографических. Такой режим работы сокращает количество возможных ошибо,. при подготовке исходных данных и проектировании, позволяя организовать весь процесс на доступном уровне при практически любой степени подготовленности пользователи, а также визуально оценивать результаты проектирования и оперативно вносить в них корректировку.

Для описания существующего рельефа использована регулярная модель ЦМР с прямоугольными ячейками сетки. Такая ЦМР рассчитывается по существующим отметкам хаотически расположенных характерных те чек рельефа. На основе сформированной ЦМР строятся горизонтали существующего рельефа с использованием онлайновой алп-

роксимации, а информация об их изображении заносится в специальный файл в формате DXF, который поддерживается системой AutoCAD.

Содержательная постановка задачи определения оптимального проектного рельефа для целей застройки формулируется следующим образом: на существующем рельефе площадки с заданной компоновочной схемой с учетом внешних ограничений и принятой системы водоотвода требуется определить оптимальные отметки элементов генерального плана так, чтобы максимально сохранить существующий рельеф при соблюдении всех необходимых ограничений... Моделирование оптимальной проектной поверхности выполняется по характерным точкам. Микропланировка участка выполняется в красных горизонталях на базе полученного предварительно оптимального варианта проектной поверхности. Количественная оценка решения определяется расчетом картограммы аемляных масс на основе принятого варианта микропланировки территории.

Учитывая исследования ряда авторов (М.И. Коробоч..ин, О. Т, Иевлева), в качестве критерия оптимальности для определения прое'кт-них отметок характерных точек выбран минимум суммы отклонений проектных отметок всех точек территории от их существующего значения, то есть -.вадратичная целевая функция, реализация которой осуществлена на основании использования модификации прямого опорного метода квадратичного программирования (Е М. Ракецкий).

Вид минимизируемой целевой функции:

п 2 п 2

F(z)- Z AZj - Z (Zj - Zj*) i=i i=l

где F(z) - выпуклая квадратичная функция, элементами которой являются квадраты разностей между проектной (Zj) и существующей (2j->) отметками характерных точек.

Бое ограничения на проектный рельеф территории можно свести к следующим линейным уравнениям:

Zi=Zi* ; Zi-Zk=const ;

tg aZ <•* (Zj-ZK)/Ljk <= tg al

где Zj, Zk - проектные отметки характерных точек j,k; Zi* -существующая отметка i-й точки; Ljk - расстояние между точками j и k; tg al- - максимальный уклон отрезка; tg а2 - минимальный уклон отрезка.

С целью облегчения ввода исходной информации и приближения ее к привычным р-я проектировщика данным разработан диалоговое рафичес кий сервис, позволяющий осуществлять автоматизированный ввод ситуации генерального плана, подгрузку и считывание

файла существующего рельефа территории, считывание построенной схемы гене]- тльного плана с проставлением номеров характерных точек и автоматизированным занесением схемы водоотвода и ограничений на проектные отметки. Результаты оптимизации выводятся в виде чертежа вертикальной планировки.в проектных отметках, для чего разработан специальный программный модуль.

Микропланировка моделируемой поверхности выполняется на основании полученных оптимальных отметок характерных точек способом построения линий уровня (проектных или "красных" горл-зонталей). Задача формулируется следующим образом: построить непрерывную поверхность над ограниченной несколькими замкнутыми ломаными с известными высотными отметками углов многосвязной областью таким образом, чтобы в местах перелома эта поверхность имела известны" значения высот. Такую поверхность можно построить бесконечным числом способов, поэтому задача в принципе не имеет однозначного (оптимального) решения. Для настоящей методики, соблюдая принцип вариантности проектирования, с использованием метода конечных элементов разработано несколько оригинальных алгоритмов. Четыре из них основаны на различных способах разбиения рассматриваемой области на треугольники, i границах которых моделируемая повег'ность представляет сзбой плоскость, а линии уровня параллельны. В пятом алгоритме область разбивается на выпуклые четырехугольники таким образом, что поверхность над каждым из них является винтовой, а линии уровня не параллельны. Результаты микропланировки по каждому алгоритму выводятся в виде "ертежа вертикальной планировки в красн& горизонталях. Качественная оценка вариантов дается пользователем.

Количественная оценка различных вариантов смоделированной поверхности производится по объемам земляных работ, которые рассчитываются по треугольным призмам. Результат этого этапа - чертеж плана земляных масс с балансовой ведомостью.

Автоматизированное моделирование проектного рельефа территории ведется в диалоговом режиме под управлением специального меню, соответствутэдэго общей структуре обобщенной функциональной модели ВП. На рис. 1 в виде графа представлена укрупненная структура диалога под управлением меню. Петли на графе означают диа-ло: эвые процедуры, соответствующие узлу, к которому они относятся. На графе цифрами в узлах обозначены этапы диалога:

1 - подготовка топографической подосновы;

2 - построение ЦМР и отриеовка горизонталей существующей поверхности с йен льзованкем специальных программных модулей;

Рис. 1. Граф диалога под управлением меню

3 - в.,бор ЦМР. и участка застройки из базы данных;

4 - подготовка компоновочной схемы генерального плана;

6, ? - построение "вручную" с использованием графического ввода элементов генерального плана: границ участка, зданий, сооружений и плошэдок, дорог, проездов и других коммуникаций;

8 - использование рез: '¿татов оптимизации размещения элементов генерального плг.ла в качестве готовых компоновочных схем;

5 - моделирование проектной поверхности территории: 10 - на стадии инженерной подготовки территории; И - на стадии окончательной вертикальной планировки;

12, 23 - определение проектных отметок элементов генплана;

13, 24 - формирование ограничений на модель рельефа;

14, 25 - расчет оптимальных отметок характерных точек;

15, 26 - графическое оформление результатов оптимизации в виде плана организации рельефа в отметках;

16, 27 - построение проектных горизонталей (микропланйровка);

17, 28 - подготовка дополнительных данных;

18, 29 - расчет нескольких вариантов микропланировки;

19, 30 - графическое оформление результатов в виде плана организации рельефа в красных горизонталях по вариантам;

20, 31 - построение картограммы земляных работ;

21, 32 - расчет картограммы земляных работ;

22, 33 - графическое оформление результатов в виде плана земляных работ соответственно вариантам микропланировки;

34 - получение результатов проектирования в виде твердых копий, оформленных по нормам ГОСТ.

Для реализации разработанных модели и алгоритма процесса была создана система VERTER, ориентированная на ПЭВМ типа IBM PC. Операционная среда - КБ D05 не ниже 3.3. Система VERTER функционирует в графической среде системы AutoCAD версии 10. Все графические модули написаны ча встроенном языке AutoLISP, а расчетные - на современных алгоритмических языках FORTRAN-77 и С++.

Система VERTER разработана при непосредственном участии автора группой сотрудников НИЛ САПРОС и кафедры ИТАП РАИ.

Для определения работоспособности методики автоматизированного моделирования проектного рельефа проведено экспериментальное проектирование объектов газовой промышленности и других промышленных предприятий, объектов гражданского строительства (жилая застройка), а также осуществлено внедрение в курсовое и дип-?v<¡<oe проектирование при обучении студентов-архи! якторгч.

диализ рез* льтатов экспериментального модедчч*>вания проект-

ного рельефа, типовых ошибок при составлении яходной информации и диагностирование причин несовместности сфорыирэведныч ограничений, позволили создать на их основе методику акали.- t совокупности ограничений,. включающую: классификацию типовых ошибок .при составлении входной информации, причин несогласованности ограничений и их характера, анализ "цепочек" ограничений с участием несовместного ограничения и возможных вариантов корректировки," подпрограмму анализа несовместных ограничений в составе пакета программ по оптимизации опорного плана.

Для выявления эффективности системы VERTER, проведен сравнительный анализ результатов моделирования проектной поверхности территории абстрактного генерального плана, полученных по четырем различным методикам. Результаты анализа показали бесспорную 'эффективность системы как по сокращению времени проектирования (в Z раза), так и по объему и качеству результирующей информации.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

Проведенные в диссертационной работе исследования и результаты экспериментального проектирования позволяют сделать следующие выводы:

1. Морфологический анализ процесса 'хергикальной планировки, структуры и состава проектных операций позволяет построить обобщенную функциональную модель процесса, состоящую из л>1ти блоков.-подготовка топосдемии и продпроектные операции; задание планировочной ситуации; определение проектных отметок основных элементов генплана; построение проектных горизонталей (микропланировка); расчет и вычерчивание плана земляных масс. Полученная обобщенная функциональная ■ модель процесса проектирования является основой для автоматизированного моделирования поверхности территории.

2. Анализ требований, предъявляемых к вертикальной планировке при ее традиционном проектировании, показыва-.-т, что для получения удовлетворительного решения необходимо достижение одной или нескольких целей (максимальное сохранение существующего рельефа, минимум земляных работ, баланс земляных работ), а также соблюдение ограничений на высотное расположение элементов генерального плана. Максимальное сохранение существующего рельефа при учете необход) шх ограничений позволяет достичь одновременно нескольких целей. При этом результаты проектного решения представляются в ниде плана организации рельефа в проектных от-

- 16 -

метках, в красных горизонталях и плана земляных масс.

3. Анализ подходов к автоматиаированному моделированию проектной поверхности территории показывает, что в настоящее время наиболее перспективным направлением, отвечающим требованиям традиционного проектирования,являются: применение в качестве технических средств персональннх компьютеров типа IBM PC/AT; использование диалогового графического интерфейса; применение для задания существующего рельефа цифровых макетов местности, для •подсчета объемов земляных работ - методов треугольных или прямоугольных призм, для оптимизации проектного рельефа - квадратичной целевой функция,

4. Разработанная методика автоматизированного моделирования проектной поверхности включает: состав информации для решения задачи, математическую модель и алгоритм ее решения, систему автоматизирован!; го моделирования проектной поверхности (VERTER).

Исходная информация по составу и способу представления максимально приближена к данным, которыми традиционно оперирует проектировщик (изображение рельефч и схемы генерального плана, сведения о допустимых уклонах, функциональные и др. требования к проектному рельефу, направления водоотвода и т. д.), и готовится в диалогово-графическом режиме. Для учета типов .еечен: 1 и перекрестков автодорог исполь' гется графическая баи данных. •

Алгоритм построения модели проектной поверхности представ- . ляет собой последовательность решения следующих основных задач: создание ЦМР, построение компоновочной схемы генерального плана, определение оптимальных проектных отметок характерных точек, построение красных горизонталей, расчет'и построение плана земляных масс. Для описания существующего рельефа используется регулярная цифровая модель рельефа. При оптимизации проектных отметок элементов генерального плана по характерным точкам используется квадратичная целевая функция, учитывающая выполнение внешних и внутренних ограничений на проектный рельеф; программная реализация осуществлена прямым опорным методом "квадратичного программирования. Расчет проектных горизонталей осуществляется методом конечных элементов, а подсчет объемов земляных работ -методом треугольных призм.

Результатами использования методики автоматиэиров, иного моде хирования проектной поверхности территории является комплект проектной документации в виде чертежей (плана органивяции рельефа в проектных отметках и красных горизонталях, плана ?<емлнных тсс), отвечающих современным государственным стандартам.

Разработанный члгоритм процесса реализопин в ьи/"5 система VERTER, ориентироььнмой на ПЭВМ типа ТЕМ PC, функцией'уоией в графической среде AutoCAD 10. Графические модули системы напиеа-.ны на языке AutoLICP, а расчетные - на языках FORTRAN-77 и С++.

5. Экспериментальное проектирование, использование системы VERTER при моделировании проектной поверхности территории реальных генеральных планов для ряда г'ооектш'х фирм, а также применение ее в курсовом и дипломном проектировании студентами-архитекторами, подтвердили работоспособность методики.

Анализ возможности применения методики при моделировании проектной поверхности территорий различного функционального назначения (промышленные предприятия, жилые образования, их реконструкция и расширение) показал достаточную ее универсальность.

6. Анализ результатов экспериментального проектирования и внедрения методики в учебный процесс позволил выявись типовые ■ ошибки при составлении входной информации. Для диагностирования несовместности ограничений создана методика анализа совокупности ограничений на проектную модель поверхности территории.

7. Эффективность методики автоматизированного моделирования проектного рельефа выявлена в процессе сравнительного сопоставления результатов использования различных методик для вэртикаяь-ной планировки абстрактного модельного примера. Использоваииз системы VERTER позволяет сократить зремя проектировпнча более чем ь 2 раза при зтем дает•возможность получения полного комплекта чертелио-графической проектной документации; такую возможность не предоставляет ни одна современная мегодика.

8. Дальнейшей работа над совершенствованием процесса моделирования проэктной поверхности методами автоматизации предполага-

. , от разработку более совершенных методов получения исходных данных для описания топографической поверхности территории, например, привязку к результатам аэрофотосъемки или использование кадастра территорий; частичную формализацию процесса составленья схемы водоотвода; замену "ручного" составления планировочной < i-туации на автоматизированный процесс компоновки схемы генерального плана; совершенствование и расширение справочно-консультативной части, переход к трехмерному изображению.

СПИСОК ОСНОВНЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ: .

1. Семенова Б. Ю., Иевлева О. Т. Эффективные методы организации

рбльефа территории // Проблемы интенсификации и повышения

- 18 - у

ку.»ътуры производства. Тевисы докладов областной научно-практической конференции молодых ученых. - Ростов-на-Дону: СКНЦ ВШ, 1987. - С. 237-238.

2. Семенова Е. Ю., Иевлева 0. Т. Комплекс программ по моделированию рельефа территории // Программное обеспечение ЭВМ: индустриальная технология, интеллектуализация разработки и применения. тевисы докладов Всесоюзной школы-семинара. Ростов -на-Дону: ШИПС, 1988. - С. 86-87.

3. Семенова Е. Ю. Совершенствование методики автоматизированного проектирования вертикальной планировки в УИ САПР ОС // Автоматизация архитектурно-строительного проектирования промышленных предприятий. -Ростов-на-Дону: РИСИ, 1936. - С. 29-34.

4. Иевлева О. Т., Семенова! Е. Ю., Плохута В. JL Анализ опыта работы с различными программными средствами при выполнении проектов вертикальной планировки промышленного предприятия // Тезисы -докладов третьей региональной школы-семинара по вопросам автоматизированного проектирования объектов архитектуры и строительства. - Ростс-на-Дону: РИСИ, 1989. - С. 34.

5. Семенова Е. Ю. , Иевлева 0. Т. , Поляк Л В. Графические возможности модернизированного комплекса программ вертикальной планировки // Тезисы докладов второй научно-технической конференций FAJt - I JCTOB-на-Дону: РАИ, 1^90. - С. 73.

6. Иевлева О. Т., Семенова Е. Ю., Докторский Р. Я. Описание проек-. тной поверхности в системе GVPLAN (IBM PC/AT) // Тезисы докладов третьей научно-технической конференции РАИ. Ростов-на-Дону: РАИ, 1991. - С. 67.

7. Докторский Р. Я , Иевлева О. Т., Семенова Е. Ю. Методика автоматизированного моделирования рельефа территории // Автоматизация архитектурно-строительного проектирования. - Ростов -н/Д.: Рост. Госуд. аруит. ин-т, 1994. - С. 138-149.

8. Семенова Е. Ю. Проблемы формирования ограничений при автоматизированном моделировании рельефа территории // Автоматизация архитектурно-сгюительного проектирования. - Ростов-н/Д.: Рост. Госуд. архит. ин-т, 1994. - С. 182-191.

Подписано в печать. 29. 06.95. Формат 60x84 1/16.

Бумага офсетная. Усл. п. л. 1 .

1 .рал 120 экз. Заказ \iSf-9S

Типография АОЗТ "ЛКР", ул.0бороны,41>.