STRESZCZENIE: Model powykonawczy nie może być traktowany jako prosta trójwymiarowa forma badanej rzeczywistości, ale jako proces analizy, syntezy i komunikacji złożoności architektonicznej, obejmujący, oprócz aspektów geometryczno-wymiarowych, również historyczny, estetyczny i cechy architektoniczne budynku. W konsekwencji kwestie przejrzystości i niezawodności wizualizacji cyfrowej stanowią, podobnie jak dla archeologii, kwestię o pierwszorzędnym znaczeniu w modelowaniu dziedzictwa kulturowego. Rosnące zainteresowanie uczonych zastosowaniem modelowania informacji o budynku (BIM) do budynków historycznych odnowiło problemy związane z niezawodnością stanu powykonawczego, związane nie tylko z relacją między modelem a miernikiem, ale także z innymi informacje, na przykład konstruktywne technologie. Na podstawie przeglądu i modelowania niektórych studiów przypadku celem artykułu jest określenie standardu odniesienia dla deklaracji niezawodności modeli powykonawczych HBIM, który uwzględnia zarówno aspekty geometryczne, jak i informacyjne.
W przypadku architektury historycznej koncepcja modelu powykonawczego, często ograniczona do aspektów geometryczno-wymiarowych, nie może nie uwzględniać cech historycznych, materiałowych, konstrukcyjnych, degradacji itp. Wszystkie te aspekty są wynikiem krytycznych badań. procesy, odwołując się do źródeł niejednorodnych, bezpośrednich i pośrednich (diagnostyka, dokumentacja archiwalna itp.), dla każdego z nich należy wskazać „interpretacyjny” poziom informacji pochodzących z dostępnych danych. Istotna staje się kwestia „przejrzystości” modelu, rozumiana jako deklaracja źródeł informacji i możliwość rekonstrukcji filologicznej wyborów dokonanych dla realizacji modelu As-Built (The London Charter, 2009; Principles of Sevilla, 2012 ). Zasada przejrzystości została szeroko rozwinięta w dziedzinie archeologii, gdzie cyfrowa rekonstrukcja artefaktów w ich starożytnej konfiguracji jest w dużej mierze oparta na informacjach pośrednich, analizie porównawczej, hipotezie interpretacyjnej (Brusaporci, 2017a). Krytyczne znaczenie ma również temat „Niezawodność” modelu w stosunku do rzeczywistości. Zwykle interpretuje się to jako odchylenie modelu w stosunku do chmury punktów, ale pojęcie to można również rozszerzyć na inne treści informacyjne (De Luca, 2011; Apollonio, 2015; Brusaporci, 2017b) (Rysunek 1). Modelowanie informacji o budynku, jako procedura informacyjna specjalnie poświęcona architekturze, umożliwia zarządzanie danymi wykraczającymi poza jedyny aspekt geometryczno-wymiarowy. W zastosowaniu do dziedzictwa budowlanego - temat wciąż szeroko otwarty (Bianchini i in., 2017) - modelowanie informacji o budynku zwraca uwagę na problemy niezawodności, związane nie tylko z relacją między modelem a miarą (Apollonio et al.2013). ; Quattrini et al.2016), ale także do innych informacji, takich jak konstruktywne technologie (Brusaporci et al.2018). Artykuł dotyczy kwestii przejrzystości i niezawodności w modelowaniu dziedzictwa architektonicznego w środowisku BIM. W szczególności, na podstawie ankiety i modelowania niektórych studiów przypadku, celem artykułu jest określenie standardu odniesienia dla deklaracji niezawodności modeli powykonawczych HBIM.
Rysunek 1: Wiarygodność modelu to synergia dokładności geometrycznej (LoA) i jakości źródeł informacji (LoQ). - zobacz oryginał
Wśród sektorów zaangażowanych w dziedzictwo architektoniczne archeologia najpierw zbadała wizualizację cyfrową jako metodologię badawczą, stawiając problem interpretacji filologicznej modeli rekonstrukcyjnych artefaktów już nieistniejących i rekonstruowanych na podstawie częściowych znalezisk archeologicznych, aktualności literaturoznawczych, studiów typologicznych ( Frischer, 2008; Greengrass i Hughes, 2008). W modelowaniu i cyfrowych wizualizacjach budowanego dziedzictwa pojęcie „przezroczystości” wirtualnej rekonstrukcji staje się centralne. Zasadniczo opracowany przez badaczy archeologii, chociaż ogólnie odnosi się do wizualizacji komputerowej, podstawowym odniesieniem dla definicji i zrozumienia przejrzystości jest The London Charter (2009). Następnie Zasady Sewilli (2012) zostały napisane specjalnie dla dziedziny archeologicznej. Karta Londyńska definiuje „przejrzystość intelektualną” jako: „Dostarczanie informacji, prezentowanych w dowolnym medium lub formacie, aby umożliwić użytkownikom zrozumienie natury i zakresu„ roszczenia do wiedzy ”wynikającego z komputerowej wizualizacji” (str. 12 ). Zasady Sewilli, wprowadzając „Przejrzystość naukową”, stwierdzają, że: „Wszystkie wizualizacje komputerowe muszą być zasadniczo przejrzyste, tj. Możliwe do przetestowania przez innych badaczy lub specjalistów, ponieważ ważność, a zatem zakres, wniosków wyciągniętych przez takie wizualizacja będzie w dużej mierze zależeć od zdolności innych do potwierdzenia lub odrzucenia uzyskanych wyników ”(s. 8)
Rysunek 2: Ocena poziomu dokładności (LoA): odchylenie między chmurą punktów a modelem części sklepienia kościoła San Pellegrino w Bominaco (L’Aquila) (XIII wiek). - zobacz oryginał
Podstawowym narzędziem osiągania przejrzystości są paradata, zdefiniowane w The London Charter jako „Informacje o ludzkich procesach rozumienia i interpretacji obiektów danych. Przykłady paradanych obejmują opisy przechowywane w ustrukturyzowanej bazie danych dotyczące sposobu wykorzystania dowodów do interpretacji artefaktu lub komentarz do przesłanek metodologicznych w publikacji badawczej. Jest blisko spokrewniony, choć nieco inny pod względem nacisku, z „kontekstualnymi metadanymi”, które mają tendencję do przekazywania interpretacji artefaktu lub kolekcji, a nie procesu, w którym jeden lub więcej artefaktów zostało przetworzonych lub zinterpretowanych ”(s. 13). W szczególności „Paradata może być postrzegana jako cyfrowy odpowiednik„ scholii ”, a także dodatek do tradycyjnego aparatu krytycznego opisującego proces rozumowania w badaniach naukowych” (Bentkowska-Kafel i in., 2012) (s. 2 ). Paradata to rodzaj metadanych skupiających się na wykorzystaniu danych, „ale dużą różnicą, o której należy pamiętać, jest to, że paradane obejmują„ akcję ”, a tradycyjne metadane obejmują„ klasyfikację ”(Departament Edukacji Stanów Zjednoczonych, 2011) (s. 1). Paradata to nie tylko wykorzystanie metadanych, ale także opis transformacji danych podczas procesu rekonstrukcji cyfrowej. Z pewnością rozszerzenie pojęcia przejrzystości z archeologii na architekturę wymaga konkretnych refleksji (Brusaporci i Trizio, 2013). Budynki historyczne mają inne cechy w porównaniu z innymi typami dziedzictwa budowlanego, zarówno pod względem materiałów, aspektów historycznych, konstrukcyjnych, technologicznych, jak i dostępnej dokumentacji. Co więcej, są to budowle najczęściej użytkowane na co dzień, podlegające na przestrzeni wieków procesom modyfikacji i rozwarstwień, świadkowie kultur, które następowały po sobie na przestrzeni czasu. Każda reprezentacja architektoniczna, zarówno obecnego stanu budynku, jak i konfiguracji z przeszłości lub niezrealizowanej, stanowi interpretację, wynik krytycznej lektury dokonanej przez uczonego. Model powykonawczy nie powinien być zatem traktowany jako prosta trójwymiarowa forma badanej rzeczywistości, ale jako proces analizy, syntezy i komunikacji złożoności architektonicznej, obejmujący poza aspektami geometryczno-wymiarowymi także historyczne, estetyczne i architektoniczne cechy artefaktu. W związku z tym temat przejrzystości wizualizacji cyfrowej jest, podobnie jak dla archeologii, kwestią o pierwszorzędnym znaczeniu. Znaczenie kwestii przejrzystości i niezawodności w zakresie modelowania dziedzictwa architektonicznego doprowadziło do powstania interesujących opracowań, skupionych głównie na procedurach deklarowania poziomu wiarygodności reprezentacji w zależności od rodzaju wykorzystywanego źródła. Borra (2014), traktując model 3D jako interfejs do komunikowania metodologii pracy, proponuje cztery poziomy spójności kształtu modelu: Wiarygodność według danych „obiektywnych” (również pochodzących z informacji dokumentalnych); Rzetelność według konstruktywnej analizy; Spójność ze stylami architektonicznymi; Hipoteza interpretacyjna. Kolejne pytanie dotyczy porównania reprezentacji różnych hipotez rekonstrukcyjnych. To podkreśla interpretację ve charakter modelu 3D. Stefani i in. (2010) skupiają się na czasowej niepewności historycznych przemian budynku. Semantyzacja i „ziarnistość” modelu umożliwiają reprezentację niepewności przestrzennej i czasowej, zgodnie z jednoczesnymi oknami z widokami 3D, wykresami i zbiorami danych. De Luca i in. (2011) proponują elementy geometryczne wyróżniające się tonacją kolorystyczną dotyczące przestrzenności (kształt lub położenie) i czasowej niepewności (datowanie). O przemianach budowlanych autorzy opisują zmiany za pomocą notacji graficznych (tworzenie, niszczenie, przeróbka, łączenie, podział, rekonstrukcja), związane z wizualizacjami historycznymi. Jeśli chodzi o restytucje geometryczne, zdefiniowano cztery poziomy rekonstrukcji: 1) na podstawie danych geodezyjnych; 2) na podstawie obrazów w rzucie stożkowym lub cylindrycznym; 3) na podstawie obrazów w pseudoperspektywie, pseudoaksonometrii lub szkiców; 4) bez wsparcia ikonograficznego lub danych ankietowych. Apollonio i in. (2013) zajmują się problemem „niepewności” modeli 3D już nieistniejących lub nigdy nie zrealizowanych budynków. Zaproponowali kod koloru gradientu niepewności, odnoszący się do rodzaju źródła informacji: rysunek oryginalny; Oryginalny szkic; Odniesienie do projektu Coeval; Traktaty lub książki architektów; Odniesienia do traktatów; Style architektoniczne; System konstrukcyjny; Brak referencji. Jest oczywiste, że podejście to jest związane z charakterystyką studium przypadku: tj. Tylko planowane wille, a nie istniejące. Biorąc pod uwagę różne rodzaje dziedzictwa architektonicznego, w Apollonio e Giovannini (2015) niezawodność definiuje się za pomocą gradientu skali kolorów związanej z różnymi źródłami: badanie skaningiem laserowym; Oryginalne rysunki; Oryginalne szkice i niekompletne rysunki ankietowe; Odniesienie do projektu wspólnego (ten sam architekt i sposób przedstawienia); Dane pobrane z poprzednich poziomów; Brak referencji. Aby zapewnić przejrzystość wizualizacji cyfrowej, Brusaporci (2017b) za fundamentalne uznaje deklarację źródeł, na których opiera się konstrukcja modelu, zarówno pod względem architektonicznym, jak i konstruktywnym oraz opis ich krytycznej interpretacji (extrinsic paradata). Wiąże się to z istotnością informacji dotyczących procesu modelowania z instrumentalnego punktu widzenia (intrinsic paradata). Aby zagwarantować naukową dyscyplinę i przejrzystość procesów interpretacyjnych dziedzictwa architektonicznego w środowisku BIM, Bianchini i in. (2018) wprowadzają poziom niezawodności (LOR) jako nowy atrybut do obsługi obiektów cyfrowych. Ten parametr, o wartości od 0 do 10, jest wynikiem średniej z różnych czynników, które mogą wpływać zarówno na geometryczną niezawodność elementu, jak i na zgodność ontologiczną między obiektem wirtualnym a rzeczywistym. W celu szybszego zadeklarowania wiarygodności modelu, skala numeryczna LOR jest ponadto tłumaczona na uproszczoną skalę chromatyczną z tylko trzema poziomami niezawodności (wysokim, średnim i niskim). Wreszcie Brumana i wsp. (2018) definiują protokoły modelowania, zwane „Grades of Generation” (GoGs), mające na celu uzyskanie Poziomu Geometrii - w odniesieniu do podziału LoD w LOG i LOI wykonanego przez UNI 11337 - spójnego z dokładnością uzyskaną z Ankieta.
Rysunek 3: Analiza odchylenia okna klasztoru św. Bazylego w L’Aquila (XIX wiek) w celu oceny poziomu dokładności (LoA). - zobacz oryginał
Potencjał oferowany przez BIM w zarządzaniu procesami związanymi z nowymi budynkami, jest również bardzo interesujący ze względu na specyficzne potrzeby dziedzictwa architektonicznego, pomimo nieodłącznych trudności związanych z rozszerzeniem podejścia BIM na obiekty zabytkowe. Stąd szerokie rozpowszechnienie badań jej poświęconych (Murphy i in., 2011; Apollonio i in., 2012; Garagnani, 2013; Dore i Murphy, 2015). Modelowanie w środowisku BIM, zaprojektowanym specjalnie dla architektury, opiera się na wykorzystaniu semantycznie rozpoznanych obiektów 3D, które oprócz swoich cech geometrycznych zawierają wszystkie aspekty wyróżniające rzeczywisty element architektoniczny, w tym technologie konstrukcyjne. Dlatego jest oczywiste, zwłaszcza dla BIM, że kwestie przejrzystości i niezawodności wizualizacji cyfrowej nie mogą kończyć się na komponencie geometryczno-wymiarowym, ale muszą obejmować wszystkie aspekty dotyczące znajomości historycznego budynku. Dlatego też tematowi odchylenia, rozumianemu jako różnica między modelem a rzeczywistym obiektem reprezentowanym przez chmurę punktów, towarzyszą refleksje dotyczące pozostałej zawartości informacyjnej modelu (rys. 2). W tym względzie przypomina się najnowszą normę UNI 113337: według systemu angielskiego (PAS 1192-2 z 2013 r.) I systemu amerykańskiego (BIMForum) LOD są definiowane na podstawie obu poziomów rozwoju grafiki atrybuty (poziom rozwoju obiektu - atrybuty geometryczne (LOG)) i niegraficzne (poziom rozwoju obiektu - atrybuty informacyjne (LOI)). Jeśli deklaracja narzędzi, zastosowania, procesu modelowania itp. Jest istotnym aspektem dla przejrzystości każdej wizualizacji cyfrowej, to w przypadku BIM ma to jeszcze większą wartość, podejście, które zostało zaprojektowane dla projektu nowej wizualizacji. budynki, wciąż nie są w stanie w pełni zaspokoić specyficznych potrzeb dziedzictwa architektonicznego. Trudności w pogodzeniu korzystania ze standaryzowanych bibliotek ze złożonymi i unikalnymi elementami architektonicznymi, nieuwzględnionymi w obecnym oprogramowaniu (np. Sklepienia, nieregularne ściany murowane itp.), Wymagają przyjęcia specyficznych rozwiązań (Oreni i in., 2014). , której deklaracja ma fundamentalne znaczenie dla przejrzystości procesu interpretacji i reprezentacji.
Rysunek 4: Model sklepienia Palazzo Camponeschi w L’Aquila (XVII wiek) i źródła informacji do modelowania technologii konstrukcyjnych: przykład poziomu jakości (LoQ) - patrz oryginał
Rysunek 5: Poziom dokładności (LoA) modelu okna St. Basilio: High LoA, czyli 70% modelu ma odchylenie mniejsze niż 20 mm i 30% z odchyleniem mniejszym niż 50 mm - patrz oryginał
Ze względu na dwoistą naturę BIM (model i baza danych) oraz podział „Poziomu rozwoju obiektu” (LoD) w LOG (Poziom rozwoju obiektu - ATRYBUTY GEOMETRYCZNE) i LOI (Poziom rozwoju obiekt - ATRYBUTY INFORMACYJNE), wykonane w standardzie UNI 11337: 2017 dla obiektów cyfrowych proponuje się podwójny poziom niezawodności:
Poziom dokładności (LoA) odnoszący się do dokładności geometrycznej, mierzony jako odchylenie (rysunek 3);
Poziom jakości (LoQ), dotyczący zawartości informacji związanej z pojedynczym elementem (rysunek 4).
Te dwa poziomy razem mierzą niezawodność modelu elementu architektonicznego (poziom niezawodności - LoR). BIM nie jest przewidziany dla paradata, jednak jego podwójna wartość reprezentacji graficznej z jednej strony i treści informacyjnej z drugiej może być wykorzystana do rejestrowania i przekazywania danych, informacji i wyborów interpretacyjnych, które leżą u podstaw modelowania. W szczególności możliwość przechowywania i zarządzania dużą ilością heterogenicznych danych oferowanych przez BIM może być wykorzystana do połączenia różnych elementów modelu z dokumentami (obrazy, ankiety, zdjęcia historyczne itp.), Które doprowadziły do ich budowy. zadeklarować ramy informacyjne leżące u podstaw modelowania historycznego budynku. Ponieważ przypisanie całemu modelowi pojedynczego LoR, będącego wynikiem średniej z poszczególnych poziomów, bezkrytycznie akumulowałoby obiekty charakteryzujące się dużą dostępnością informacji do elementów charakteryzujących się raczej niepełną wiedzą, za właściwe uważa się odniesienie Poziomu Rzetelności do poszczególne komponenty semantyczne. Ocena odchylenia między modelem budynku a szczegółowością o wysokiej rozdzielczości zapewnianą przez masywne systemy akwizycji 3D ma różne konotacje w zależności od rodzaju wirtualnej rekonstrukcji. Dzieje się tak, ponieważ modelowanie, a co za tym idzie, jego niezawodność jest ściśle zależna od założeń, co również ma miejsce w przypadku badań architektonicznych. Ten sam związek z celami można znaleźć w wiarygodności informacji niegeometryczno-wymiarowych. Poza celami modelowania, definicja zakresu niezawodności musi uwzględniać dwa inne czynniki: charakterystykę historycznego budynku, ponieważ większa złożoność geometryczna i architektoniczna wpływa bezpośrednio na konstrukcję modelu i niezawodność jego elementów; Poziom rozwoju modelu. Podobnie jak badanie jest powiązane ze skalą reprezentacji, tak naprawdę modelowanie zależy od poziomu definicji, jaki ma zostać osiągnięty. Inny stopień definicji infograficznej modelu pociąga za sobą inny poziom niezawodności: przy tych samych informacjach dostępnych na temat historycznego budynku, wiarygodność modelu jest większa dla niezaawansowanych szczegółów geometrycznych i informacyjnych, tj. Dla niższego poziomu rozwoju . W miarę postępu LOG i LOI poziom niezawodności modelu spada, jeśli nie ma odpowiedniego wzrostu dokładności geometrycznej, danych i informacji wspierających tworzenie elementów cyfrowych. Na podstawie analizy niektórych studiów przypadku proponujemy ujednolicenie stwierdzenia rzetelności - rozumianego jako synergia LoA i LoQ - według trzech różnych poziomów: wysoki, średni, niski. Jeśli chodzi o niezawodność geometryczną (LoA), wychodząc z porównania dokładności modeli i szczegółowości chmur punktów, ustalono trzy poziomy odpowiadające trzem zakresom odchyleń w stosunku do procentowej powierzchni modelu (Rysunek 5). W szczególności na podstawie przeprowadzonych eksperymentów, a także w nawiązaniu do badań Brumana i wsp. (2018) oraz w stopniu definicji przyjętej w praktyce zawodowej mamy:
Niski poziom na 70% powierzchni modelu z odchyleniem większym niż 50 mm;
Poziom średni, gdy 70% modelu ma wartość odchylenia od 20 mm do 50 mm i 30% z odchyleniem większym niż 50 m;
Wysoki poziom, gdy 70% modelu ma odchylenie mniejsze niż 20 mm i 30% przy odchyleniu mniejszym niż 50 mm
W przypadku niedostatecznego poziomu dokładności model musi zostać dostosowany, aż spełni minimalne wymagania, zgodnie z procesem iteracyjnym. W związku z tym przypomina się, że modelowanie HBIM może również obejmować powierzchnie NURBS lub siatki importowane z innych aplikacji (Oreni i in., 2014) w celu modelowania złożonych kształtów geometrycznych. Wiarygodność modelu związana z zawartością informacji (LoQ) jest natomiast powiązana z wykorzystywanymi źródłami.
W szczególności mamy:
Niski poziom niezawodności do wyłącznego wykorzystania źródeł pośrednich, tj. Pochodzących z innych źródeł, które pozwalają jedynie na rekonstrukcyjną hipotezę obiektu;
Średni poziom niezawodności wykorzystania źródeł pierwotnych (bezpośrednio dotyczących analizowanego elementu architektonicznego) nie jest wyczerpujący, gdyż pozostawia otwarte wątpliwości i niepewności;
Wysoki poziom niezawodności w przypadku modelowania opartego na wykorzystaniu źródeł bezpośrednich, które pozwalają na pełne znajomość elementu architektonicznego
Ponadto, ponieważ zawartość informacyjna modelu może mieć głęboko odmienny charakter (historyczny, związany z technologiami konstrukcyjnymi itp.), Poziom Jakości dotyczy poszczególnych treści, prowadząc do pewnego rodzaju pod-wiarygodności. Na przykład, będzie LoQ dotyczące rekonstrukcji poprzednich faz historycznych i jeden system konstruktywny (Rysunek 6). Oba poziomy niezawodności obiektów cyfrowych - zarówno geometryczne, jak i nieodłączne atrybuty informacji - są wyrażane tonami kolorów za pomocą filtrów wizualizacyjnych, które umożliwiają natychmiastową komunikację i zrozumienie. Wreszcie, biorąc pod uwagę stopniowość procesu poznawania historycznego budynku, progresywną ścieżkę, która utrzymuje się nawet podczas renowacji placu budowy, ten podwójny poziom niezawodności nie powinien być uważany za niezmienny, ale zmienny w zależności od postępującej wiedzy.
Rysunek 6: Poziom jakości (LoQ) modelu sklepienia Palazzo Camponeschi: Wysoki poziom niezawodności technologii budowlanych, ponieważ modelowanie zostało całkowicie oparte na wykorzystaniu bezpośrednich źródeł (badania i oględziny dozwolone w ramach prac konserwatorskich; projekt); rysunki z prac konserwatorskich) - patrz oryginał
W dziedzinie cyfrowej wizualizacji dziedzictwa architektonicznego temat przejrzystości i niezawodności ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia odtwarzalności i testowalności modeli przez innych uczonych, a tym samym dla naukowego charakteru trójwymiarowej reprezentacji. Deklaracja źródeł i krytyczna ocena opartej na nich reprezentacji jest istotnym aspektem badania i wiedzy o dziedzictwie architektonicznym. Podsumowując, powołując się na dobrze znaną hierarchię DIKW, czyli hierarchię danych - informacji - wiedzy - mądrości (Ackoff, 1989), proces poznania i modelowania zasobu architektonicznego można podsumować następująco: krytyczna analiza danych pochodzących z różne rodzaje źródeł (bezpośrednie lub pośrednie) pozwalają na wytwarzanie informacji reprezentowanych przez obiekty cyfrowe charakteryzujące się określonym LoD; ocena rzetelności modelowania prowadzi do poznania historycznego budynku, a tym samym do rozwinięcia tego, czego się nauczyliśmy i opracowano, czyli „mądrości” reprezentowanej przez model As Built BIM (rys. 7).
Rysunek 7: Hierarchia DIKW a proces poznania i modelowania zasobu architektonicznego - patrz oryginał
Badania otrzymały dofinansowanie od rządu włoskiego w ramach rezolucji Cipe nr 135 (21 grudnia 2012 r.), Projekt INnovating City Planning through Information and Communication Technologies (INCIPICT)