8818

9

с сохранившейся планировочной структурой (Чердынь), историко-архитектурная среда с советской и современной застройкой, в структуре которой сохранились некоторые архитектурные ансамбли и отдельные памятники архитектуры

(Соликамск) (Приложение 1).

С помощью ретроспективного, градостроительного и сравнительного анализа,

натурного обследования историко-архитектурной среды установлены основные факторы, повлиявшие на формирование городов, и определены значимые с точки зрения формализации данных элементы: планировочная структура,

функциональные зоны, транспортная инфраструктура, расположение объектов культурного наследия, расположение относительно природных объектов.

Документирование архитектуры с ее особенностями возможно после проведения классификации. Для классификации архитектуры XVII-начала

XXвеков в Чердыни, Соликамске, Усолье, принято два типа архитектурных сооружений: культовые и гражданские здания. В главе описаны типологические особенности для каждой группы зданий.

Выделенные и описанные особенности архитектуры структурированы для последующей работы по созданию базы данных. Классификация и типология архитектурных объектов является важным компонентом при цифровой репрезентации историко-архитектурной среды. Сведения о годах постройки,

стилях, исторических, архитектурных, конструктивных особенностях церквей и гражданских зданий включена в общую структуру базы данных. Изучение планировочных особенностей необходимо при цифровом описании городов и кварталов для кодирования, классификации территории, и соотнесения с ней отдельных объектов.

Вторая глава «Методологические подходы, инструменты и методы исследования историко-архитектурной среды» посвящена обзору и выбору инструментов и методов сбора данных об историко-архитектурной среде.

Применен ландшафтно-средовой подход как наиболее комплексный при изучении историко-архитектурной среды, и рассмотрен структурно-семиотический подход как инструмент построения структуры базы данных с учетом контекста и

10

особенностей архитектурных объектов. Данный подход направлен на выделение отдельных элементов архитектурно-градостроительной среды в соответствии со структурой, геометрией и морфологией, сохранившихся и закрепивших свое историко-культурное и семантическое значение для определенной территории.

Структурно-семиотический подход при создании цифровой базы данных учитывает сложных характер среды, в которой существуют наслоения разных эпох.

Для понимания процессов и принципов цифрового документирования проведен обзор научной, специальной и нормативной литературы в области документирования историко-архитектурной среды, обобщен мировой и отечественный опыт традиционного и цифрового документирования. Изучены работы C. Берточчи, C. Парринелло, Ф. Ремондино, Н. Ястикли, Радзюкевича А.В., Ф. Пиккио, и др. Проанализирована нормативно-правовая база РФ по сохранению памятников архитектуры, система учета ОКН, открытые и ведомственные базы данных ОКН и их контент.

Установлено, что отсутствие централизованного хранения информации при растущем объеме данных является одной из проблем цифровизации. Большое количество неоцифрованных данных приводит к необходимости совершать множество запросов в разные ведомства, при этом полученная информация носит разрозненный характер и представлена в различных форматах. Российская практика цифрового документирования на сегодняшний день направлена на отдельные объекты или небольшие ансамбли. Трехмерное моделирование используется при реставрации, а лазерное сканирование с последующим

BIMмоделированием только приходит в отечественную практику сохранения архитектурного наследия.

В главе представлен обзор цифровых инструментов исследования историко-

архитектурной среды и программного обеспечения. Описаны типы и точность данных для разных инструментов. Отмечено, что точность данных определяется оборудованием, а также исходной информацией об объекте (ее содержанием,

типом, возможностями компьютерной обработки). Время сбора данных,

11

обработки, и пост-обработки для графического представления зависит от используемой технологии, инструментов, программного обеспечения, а также от навыков и опыта специалиста.

С целью определения схемы работы с цифровым документированием рассмотрена схема документирования по международной методике SAVE (Survey of Architectural in the Environment) и изучены возможности ее адаптации к цифровым методам исследования и сбора информации. Первоначальная схема скорректирована с учетом включения цифровых данных.

Для визуализации всех полученных данных, рассмотрена система CityGML,

предназначенная для трехмерного моделирования городов. Подход включает разделение объектов на несколько уровней детализации LOD. Установлено, что при работе с историко-архитектурной средой необходимо использовать уровни детализации, визуализирующие определенным образом архитектурный объект в разных масштабах. Для BIM-моделирования в России принят стандарт СП

333.1325800, в котором также указаны уровни проработки моделей. Каждый уровень применяется в определенном масштабе рассмотрения архитектурного объекта. Для связи между разными уровнями детализации рассмотрено взаимодействие BIM-моделей (информационные модели зданий) и ГИС-

платформ, как инструментов представления и визуализации данных. Установлены основные сложности применения интегрированного подхода при внедрении BIM-

моделей в среду ГИС, связанные с программным обеспечением и разницей форматов рабочих файлов.

Комбинация различных технологий обследования и применение соответствующего программного обеспечения даст в совокупности наиболее полное представление об архитектуре Чердыни, Соликамска, Усолья.

Структурированная информация позволит эффективно ее использовать в процессе цифровизации.

Третья глава «Цифровое документирование и организация базы данных городов Верхнекамья» посвящена формированию структуры цифровой базы данных объектов историко-архитектурного наследия Верхнекамья. В главе

12

представлены схемы сбора данных для Чердыни, Соликамска, Усолья, процессы работы с программным обеспечением для цифровизации историко-архитектурной среды, кодирование и создание системы классификаторов для инвентаризационных карт.

Процесс цифрового документирования включал 3 этапа:

полевой и камеральный сбор данных;

каталогизация на основе устойчивых форм историко-архитектурной среды Верхнекамья;

визуализация: цифровая картография и создание трехмерных моделей.

Вглаве описан процесс сбора цифровых данных для Чердыни, Соликамска,

Усолья с помощью лазерного сканирования, аэрофотосъемки и фотофиксации.

Логика процесса сбора и обработки цифровой информации об историко-

архитектурной среде обобщена в структуре системы документирования.

Анализ историко-архитектурной среды проведен в региональном и локальном масштабах, и в масштабе отдельных зданий. В работе представлено разделение объектов по уровням детализации (LOD0-LOD5) путем последовательного описания в разном масштабе объектов и контекста среды, а также типологии входящих в ее состав архитектурных объектов. Это позволило учесть устойчивые формы историко-архитектурной среды Верхнекамья. Использование того или иного уровня детализации влияет на визуализацию данных и определяет направление и технологию разработки модели.

Уровни детализации отражают характеристики объекта в нескольких масштабах через наборы классификаторов: в масштабах LOD3-5 - для каждого архитектурного объекта, в масштабах LOD1 и LOD2(LOD100)-для территории, в

масштабе LOD0– для региона.

Для масштаба LOD0 «регион Верхнекамье» выделено несколько атрибутов классификации изучаемых населенных пунктов: описание рельефа, тип расположения поселения (водораздельный или прибрежно-речной), тип поселения.

13

Для масштаба LOD3 (LOD200) «масштаб здания» установлен набор классификаторов, отражающих свойства архитектурных объектов на уровне отдельного здания. Описанные в главе 1 особенности и устойчивые формы территории легли в основу классификаторов, необходимых для формализации данных об отдельных архитектурных объектах. Классификаторы стали атрибутивной основой для базы данных, схема которой вошла в состав цифровой инвентаризационной карты.

Структура реляционной базы данных состоит из трех таблиц,

соответствующих масштабам LOD. Взаимосвязь между таблицами опирается на коды архитектурных объектов.

Коды объектов включают в себя идентификатор города, идентификатор блока,

идентификатор здания. Разделение территории на блоки происходит в зависимости от ландшафтных характеристик, сформированной планировочной структуры, и типа историко-архитектурной среды.

В приложении 5 показано разделение территории для создания идентификатора территории.

На основе выбранных классификаторов в программах MS Excel и Filemaker Pro созданы формы для интерактивного заполнения инвентаризационных карт.

Инвентаризационная карта является инструментом каталогизации: в процессе внесения информации в интерактивную форму специально разработанный программный модуль преобразует данные в табличную форму для хранения информации.

Визуализация в масштабах LOD0, LOD1, LOD2 осуществлена в ГИС. Для двумерного ГИС в качестве основной программы использован ArcMap, а для 3D-

визуализации - ArcScene.

Картографирование данных полного ландшафтно-визуального анализа опробовано на примере города Усолье: оценка рельефа, заболоченности территорий, доступности береговой линии. Данные впоследствии сравнивались с топографической съемкой и заносились в ГИС в масштабе LOD1.

14

Визуализация в масштабах LOD3 (LOD200), LOD4 (LOD300) осуществлялась с помощью трехмерного информационного моделирования: облака точек импортировались в соответствующие программы (ArchiCAD или Autodesk Revit).

В приложении 2 представлена визуализация объекта на разных уровнях детализации с переходом из ГИС в BIM на примере Никольской церкви в городе Усолье.

В работе облака точек использованы не только для построения трехмерных

BIM-моделей. Визуализация данных, извлекаемых из облака точек, применена при анализе историко-архитектурной среды для решения различных задач. В

приложении 3 показана информация, необходимая для визуализации данных в разных масштабах, и возможные результаты анализа полученной модели.

Примеры визуализации архитектуры Верхнекамья показаны в приложении 6.

При прохождении всех этапов разработки системы цифрового документирования использовалось разное программное обеспечение (BIM, ГИС,

таблиц MS Excel), которое в комбинации дает наиболее наглядный и полный результат. Структура базы данных в приложении 4, включает наборы данных нескольких типов: пространственные данные (векторные файлы shp.), база данных облаков точек (лазерного сканирования и фотограмметрии), база графических данных.

Проведенная работа по сбору, организации и представлению историко-

архитектурной среды в виде комплексной информационной модели позволила сформулировать следующие принципы ее цифрового описания:

Выявление устойчивых архитектурных и градостроительных форм для определения особенностей историко-архитектурной среды и семантического основания базы данных.

Определение и разделение территории на разные масштабы, и использование этих масштабов для последовательной визуализации всех полученных данных.

Комплексное использование цифровых инструментов обследования историко-

архитектурной среды для получения наиболее точной и полной картины современного состояния объектов архитектурного наследия.

15

Использование инструмента каталогизации как ресурса для постоянного наполнения и обновления базы данных.

Использование современного программного обеспечения для наиболее эффективной работы с натурными данными при сборе и обработке информации.

Создание структуры, основанной на выявленных особенностях территории и выделенных масштабах, для наиболее эффективного использования и

хранения информации.

Структура базы данных, сформированная на основе масштабирования информации, обеспечивает эффективную навигацию и удобство при использовании.

Совокупность приведенных в главе принципов и методов, образует систему цифрового документирования, которая реализована для сохранения в цифровом виде объектов культурного наследия Чердыни, Соликамска, Усолья. Комплексное использование цифровых инструментов позволило получить точную и полную картину современного состояния объектов архитектурного наследия Верхнекамья.

Основные выводы и результаты исследования

В результате настоящего исследования решена важная для архитектурной науки задача - с помощью информационных технологий, примененных в области сохранения архитектурного наследия, предложены принципы и методы цифрового документирования историко-архитектурной среды на примере городов Верхнекамья. Они заключаются в следующих результатах:

1. Рассмотрена и представлена через цифровое документирование историко-

архитектурная среда исторических частей городов Верхнекамья. Обоснованы устойчивые архитектурные и градостроительные формы семантического основания базы данных. Устойчивые формы изучаемой историко-архитектурной среды закреплены в классификации населенных пунктов, типах историко-

архитектурной среды, типологии архитектурных объектов. В процессе работы над

16

базой данных они интегрированы в ее структуру, став основой атрибутивных данных.

2. Для структуризации данных выявлены устойчивые формы, которые легли в основу классификаторов инвентаризационных карт. Описана морфология и типы историко-архитектурной среды и ее компонентов:

- в рамках масштаба региона - особенности формирования архитектуры XVII -

начала XX веков и разработана классификация населенных пунктов.

- в рамках масштаба поселения - описана градостроительная организация малых городов Верхнекамья, опираясь на архивные данные, данные аэрофотосъемки, ландшафтно-визуального анализа, и лазерного сканирования.

При рассмотрении масштаба поселения проанализированы города исследуемой территории. В результате, выявлено три типа историко-архитектурной среды:

историко-архитектурная среда без современных архитектурных включений,

историко-архитектурная среда с сохранившейся планировочной структурой,

историко-архитектурная среда с советской и современной застройкой, в структуре которой сохранились некоторые архитектурные ансамбли и отдельные памятники архитектуры. Отличие в работе с каждым типом среды заключается в наборе элементов историко-архитектурной среды, необходимым для описания.

- в рамках масштаба здания - описана типология архитектурных объектов,

разработана структура цифровых паспортов ОКН. В данной работе архитектурные объекты условно разделены на две большие группы: архитектура религиозных зданий и гражданская архитектура. Для каждой из этих двух групп типология объектов определена отдельно.

3. Проанализированы мировые практики использования цифровых инструментов обследования историко-архитектурной среды, а также практики репрезентации полученных данных. Отмечена необходимость обновления нормативно-правовой базы РФ для создания возможности использования новых инструментов и методов исследования историко-архитектурной среды и наиболее быстрого внедрения современных технологий в архитектурно-градостроительной отрасли.

17

4.Проанализированы и определены недостатки собранных из разрозненных источников наборов данных об объектах архитектурного наследия Чердыни, Соликамска, Усолья. Данные дополнены с помощью цифровых методов обследования историко-архитектурной среды (лазерное сканирование, фотофиксация, фотограмметрия) городов Верхнекамья, тем самым фиксируя и сохраняя в цифровом формате архитектурные и градостроительные особенности историко-архитектурной среды. Всего собрано облаков точек для 22 объектов, фотограмметрическая съемка проведена для 59 объектов.

5.Разработанная структура цифровой базы данных ОКН Верхнекамья

опирается на структурно-семиотический подход. Подход позволяет выделить отдельные элементы архитектурно-градостроительной среды в соответствии со структурой, геометрией и морфологией, рассматриваемыми в совокупности с взаимосвязями и семантическими значениями, присутствующими в рассматриваемой историко-архитектурной среде. Системы их элементы закодированы, так как при проектировании цифровой базы данных необходима четкая структура и машиночитаемый вид данных и метаданных.

6. Разработана система цифровых паспортов для архитектуры Чердыни, Соликамска, Усолья. Цифровые инвентаризационные карты включают несколько блоков для описания и фиксации архитектурно-строительных особенностей рассматриваемых объектов. Инвентаризация архитектурных объектов проведена для 123 зданий в исследуемых городах. Каталогизация показана как ресурс для систематизации, а также постоянного наполнения и обновления базы данных. Разработан «Программный модуль и хранения информации об объектах архитектурного наследия» (свидетельство о ГР №2020614035).

7. Для последовательной репрезентации и визуализации применена система уровней детализации LOD стандарта CityGML. Отмечено, что разделение на масштабы по системе LOD эффективно для создания структуры базы данных. Суть данных уровней детализации заключается в разделении историко-

архитектурной среды на несколько масштабов. Для каждого масштаба или уровня детализации выявлены и описаны наборы данных и определенные алгоритмы

18

обработки. Результаты обработки для каждого масштаба отличаются, поэтому при планировании кампании по исследованию историко-архитектурной среды необходимо определить желаемые результаты для более точного определения набора масштабов.

8. Сформулированы принципы цифрового описания историко-архитектурной среды. Цифровое документирование заключается: в определении устойчивых архитектурных и градостроительных форм и семантического основания базы данных; создании структуры, основанной на разных масштабах; применении уровней детализации для последовательной визуализации полученных данных;

использовании инструмента каталогизации; комплексном использовании цифровых инструментов обследования историко-архитектурной среды для получения наиболее точной и полной картины современного состояния объектов архитектурного наследия.

Дальнейшие перспективы исследования

Значимость цифровизации историко-архитектурной среды растет соразмерно темпам разрушения архитектурных объектов. Развитие архитектурной и строительной отрасли сегодня невозможно без комплексного использования цифровых инструментов.

Своевременная перестройка рабочих процессов с использованием нового программного обеспечения и цифровых технологий при работе с историко-

архитектурной средой позволит более эффективно собирать, обрабатывать, и

хранить данные.

Часть базы данных системы цифрового документирования может стать открытой с помощью использования подходящей открытой лицензии, что является мировым трендом в музейной отрасли и академических исследованиях.

Менеджмент и наполнение такой базы данных может осуществляться в организации, которая работала бы по принципу европейской Open Heritage, с

привлечением специалистов из разных лабораторий и университетов по всей стране.