Проектирование, строительство и эксплуатация энергоэффективных зданий требуют разработки и обмена информацией между различными людьми, организациями и компьютерными приложениями. Веб-сервис передачи репрезентативного состояния (RESTful — Representational State Transfer) для информационного моделирования зданий (BIM — Building Information Modeling) — это эффективное решение, которое в состоянии обеспечить обмен большими стеками актуальных данных, необходимых для поддержки жизненного цикла проекта. Необходимые свойства таких систем включают в себя требования к обмену информацией, к распределённому сотрудничеству, к внутреннему хранению данных и доступу к модели. Тема облегчения обмена данными между различными инструментами проектирования и моделирования в отрасли архитектуры, проектирования и строительства вызывает всё больший интерес, особенно в малоэтажном строительстве частных домов.
Примечательным фактом является то, что архитектурное проектирование имеет свои особые способы использования помощи компьютерных и информационных наук, на протяжении всего цикла. Вместо использования преимуществ решения на основе веб-сервисов, в отрасли AEC до сих пор широко используется подход автоматизированного проектирования (САПР) на базе рабочих станций и серверов, который появился ещё в 1980-х годах. В текущих рабочих архитектурных задачах цифровое моделирование не полностью интегрировано в процесс проектирования. Зачастую инженерам приходится вручную строить прототипы для моделирования, что дублирует уже выполненную работу. Примерно 80% усилий, необходимых для запуска моделирования, тратится на построение моделей. С помощью информационного моделирования зданий (BIM) атрибуты и данные могут быть прикреплены к модели, что потенциально позволяет проводить комплексный анализ и моделирование, особенно для проектов энергоэффективного строительства. Однако большая часть программного обеспечения для таких задач, разработана экспертами в разных областях, и их представления данных различны по своей природе, что накладывает ограничения на повторное использование моделей и обмен данными между инструментами.
Веб-сервис, как программная система для запуска функций и обмена данными через Интернет, представляет собой мощный инструментарий к решению проблемы совместимости BIM. Существует три типа широко используемых интерфейсов веб-сервисов:
— удалённый вызов процедур (RPC);
— сервис-ориентированная архитектура (SOA);
— архитектура в стиле репрезентативной передачи состояния (REST).
RPC позволяет двум распределённым удалённым гетерогенным системам вызывать функции или методы друг друга. Однако их взаимодействие чувствительно к среде и относятся к реализациям на конкретном языке программирования. Этот шаблон проектирования нарушает принцип слабой связи в разработке ПО. Чтобы преодолеть этот дефект, была предложена сервисно-ориентированная архитектура, и теперь она широко применяется многими поставщиками услуг для архитекторов. Вместо того, чтобы полагаться на конкретную реализацию, SOA управляется сообщениями (событиями). Одним из недостатков этого метода является чрезмерная сложность.
Третий метод — это набор веб-интерфейсов, основанных на архитектуре стиля REST (или так называемый интерфейс RESTful). Реализация услуг для проектировщиков на этой базе наиболее подходит для BIM. Сильной стороной интерфейса является его простота, так как представление всех ресурсов будет абстрагировано, как унифицированный идентификатор ресурса (URI). Ресурсы здесь относятся не только к файлам или другим материальным объектам. Это также может быть композиция из нескольких файлов, таблицы, запросы, набора результатов запросов и любых понятий. Веб-интерфейс порой необходим для удобства использования сервиса. Как упоминалось ранее, моделирование для различных сцен и целей сильно зависит от предметной области. Веб-интерфейсы RESTful могут эффективно изолировать/скрывать внутреннюю реализацию и знания предметной области от конечных пользователей. Таким образом, эксперты могут полностью сосредоточиться на своих областях, вызывая другие службы и получая данные от других сторон в качестве утилит, не зная их подробностей. Созданными моделями можно манипулировать удалённо. Клиенты слабо связаны с поставщиком услуги, что делает гибкими такие процедуры, как слияние моделей данных, запрос частичной модели и уведомление о событиях.
Традиционная индустрия малоэтажного архитектурного проектирования опирается на двумерные (2D) печатные чертежи и файлы САПР, в которых хранится 2D-информация о геометрии элементов здания. С внедрением технологий 3D-графического прототипирования появилась 3D CAD, которая быстро была внедрена в строительную отрасль. BIM — это последнее поколение объектно-ориентированных CAD-систем (OOCAD), способное назначать как графические, так и неграфические атрибуты элементам здания. Помимо поддержки совместных рабочих процессов, BIM успешно применяется в других областях деятельности человека. Использование BIM выходит за рамки стадии планирования и проектирования проекта на протяжении всего жизненного цикла здания: её можно использовать в качестве инструмента для облегчения устойчивого проектирования и анализа, автоматического выявления опасностей и автоматизированного строительства, измерение прочности несущих конструкций и т.п. Система объединяет информацию о здании между проектными группами, строительными организациями, подрядчиками, логистами и операторами, позволяя каждой стороне извлекать, добавлять и изменять информацию в течение периода участия в строительстве.
В проектировании, строительстве и обслуживании зданий участвует значительное количество людей и заинтересованных сторон. Соответственно, масштабируемость является первостепенной задачей в требованиях к обмену информацией. Простой протокол доступа к объектам — один из существующих способов связи. Однако производительность сервера падает при масштабировании всей системы. Типичный проект с использованием BIM требует сотрудничества между архитекторами, инженерами, подрядчиками и менеджерами проектов. Вполне возможно, что проверки конфликтов и их обнаружение будут выполняться раунд за раундом при каждом обновлении. Как вариант наращивания вычислительных мощностей под проект, избегая больших затрат – это арендовать мощные серверы в дата-центре на необходимый срок. Но веб-сервис BIM должен использовать преимущества функции REST без сохранения состояния, чтобы избежать повторного построения и повысить производительность. Природа службы RESTful без сохранения состояния улучшает масштабируемость сервера и позволяет использовать посредников кэширования с учётом приложений, что делает доступ на стороне клиента более эффективным.
Вторым требованием облегчения обмена информацией является доступность ресурсов. Ключом к созданию является идентификация и абстрагирование соответствующих ресурсов, которые будут доступны конечным пользователям или их клиентам. Ресурс — это объект с типом, связанными с ним данными и набором применённых к нему методов. BIM имеет свою модель данных для организации проекта от разных сторон. В сценариях поддержки жизненного цикла, модели данных содержат не только информацию о геометрии здания, но также о моделировании воздушного потока, об освещении, вариантах отопления, теплопотерях, вентиляционных системах и кондиционировании, а также географическую привязку с графиком средних температур по месяцам.
Внутреннюю обработку данных можно решить с помощью подходов на основе файлов или моделей. Эти два подхода имеют разные сильные и слабые стороны. Файловый сервер хранит файлы статически, чтобы обеспечить сохранение и восстановление данных. Сервер, управляющий моделью, по сути, является цифровым двойником. Если рассуждать более конкретно, то это сервер данных как услуга. У него есть уровень сохранения актуальных состояний модели, однако он не будет напрямую предоставлять информацию на уровне сохранения данных своим клиентам. Сначала он анализирует их в файле и использует для создания собственной, заранее определённой структуры БД. Это необходимо для поддержания комплексной модели, в качестве внутреннего хранилища данных. Этот процесс похож на комбинаторику, при которой различные веб-сервисы используются в качестве источников для их преобразования в единый новый сервис.
Сравнивая серверы веб-интерфейса и файловые, можно обнаружить, что структура последнего может быть довольно ясной и простой, которую легко реализовать. Основная база данных может быть классической реляционной. Внедрение такого файлового сервера не повлияет на текущие рабочие процессы энергоэффективной модернизации. Ему не обязательно нужен единый формат файлов или транслятор форматов. Он хранит файлы и облегчает совместную работу групп проектирования/моделирования, использующих один и тот же формат файлов. Базовой единицей файлового сервера является файл, однако иногда пользователям приходится запрашивать данные, распределённые по разным папкам/файлам. Например, могут потребоваться высота и ширина всех окон. Однако файловый сервер может оказаться не в состоянии семантически проанализировать хранимую информацию. Он также не может поддерживать экспорт данных в другой формат или другие расширенные функции слияния.
Сервер, управляемый моделью, может компенсировать недостатки файлового сервера. Преимущество этого метода заключается в том, что некоторые расширенные функции (например, обнаружение коллизий и слияние моделей) могут выполняться над цифровым двойником «на лету», причём на протяжении всего жизненного цикла здания 9включая годы эксплуатации).
