Когда говорят об информационном моделировании, основное внимание уделяется построению трёхмерных моделей проектируемого здания или сооружения и его отдельных частей, а также расчёту строительных конструкций. Это не удивительно, поскольку большинство программных продуктов как отечественных, так и зарубежных вендоров заточены именно на решение этих задач.
Выполнению требований к комфортности проживания и деятельности людей в зданиях и сооружениях различного назначения, в том числе нормативных требований по тепловой защите, звукоизоляции и освещению гражданских и промышленных зданий и сооружений в процессе информационного моделирования не всегда уделяется должное внимание.
Требования к комфортности проживания и деятельности людей в зданиях и сооружениях различного функционального назначения отражены в нормативных документах в виде сводов правил: СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий», СП 51.13330.2012 «Защита от шума» и СП 52.13330. 2016 «Естественное и искусственное освещение».
При этом, правильный выбор размеров и формы помещений зависит от ряда факторов, среди которых особое место занимает воздушная среда, характеристики которой зависят от климатических условий и места строительства. Проектирование зданий без учёта климатических условий не обеспечивает необходимый комфорт при минимальных затратах и требует значительных расходов при эксплуатации зданий.
Таким образом, при проектировании зданий и сооружений необходимо знать климатические факторы и учитывать их, так как знание климатических условий среды позволяет найти выразительную архитектурную форму, придать зданию индивидуальный образ, обусловленный природно-климатическими факторами места строительства.
Проектирование тепловой защиты зданий
Основной задачей проектирования тепловой защиты зданий является создание комфортных условий микроклимата помещений при минимальном расходе тепловой энергии на поддержание нормируемых параметров воздушной среды и обеспечения санитарно-гигиенических условий.
Исходными данными для проектирования тепловой защиты зданий и сооружений являются:
- параметры температурно-влажностного режима помещений, которые принимают согласно нормам проектирования зданий соответствующего назначения;
- наружные климатические условия района строительства, которые зависят от района строительства и устанавливаются согласно данным свода правил СП 131.13330.2012 «Строительная климатология»;
- расчётные характеристики теплотехнических свойств строительных материалов и конструкций. К ним, в частности, относятся: коэффициенты теплопроводности, теплоусвоения, паропроницаемости и поглощения солнечной радиации поверхностью ограждения, сертифицированные значения приведённого сопротивления теплопередаче и сопротивление воздухопроницанию окон, балконных дверей, фонарей, а также другие теплотехнические характеристики строительных материалов и конструкций;
- отапливаемые площади и внутренний объём здания, которые определяются, соответственно, как площадь этажей здания, измеряемую в пределах внутренних поверхностей наружных стен и как произведение площади этажа на внутреннюю высоту, измеряемую от поверхности пола первого этажа до поверхности потолка последнего этажа.
Здесь следует отметить, что в обозримой перспективе характеристики теплотехнических свойств строительных материалов и конструкций будут импортироваться в программы для проектирования тепловой защиты зданий из создаваемой в НИИСФ РААСН информационной модели рынка строительных материалов, конструкций и оборудования. В свою очередь, отапливаемые площади и внутренний объём здания уже сегодня могут быть рассчитаны по трёхмерной информационной модели здания. При этом для учёта влияния теплопроводных включений («мостиков холода») необходим высокий уровень детализации (LOD) информационной модели.
Архитектурная и строительная светотехника
Световой режим в помещениях зданий является одним из существенных факторов, определяющих качество окружающей человека среды. Освещение помещений обеспечивается естественным, искусственным и комбинированным светом.
Источником естественного света является лучистая энергия солнца, передаваемая путём электромагнитного излучения. Мощность лучистой энергии оценивается по производимому ею на нормальный глаз человека световому ощущению, называемому световым потоком.
Искусственное освещение осуществляется при помощи электрических светильников различного типа. Во многих случаях свет этих источников заменяет или дополняет естественный свет и создаёт световую среду, отвечающую высоким требованиям эстетики и комфорта.
Количественными характеристиками света являются: освещённость, яркость и коэффициент естественного освещения (КЕО).
Задачей естественного и искусственного освещения зданий является исследование условий, определяющих создание оптимального светового режима в помещениях согласно протекающим в них функциональным процессам.
Система естественного освещения должна обеспечивать:
- нормированное значение коэффициента естественного освещения (КЕО) в расчётной точке помещения и на рабочих местах;
- установленные требования к равномерности распределения КЕО в рабочих зонах помещения;
- максимальное время использования естественного света.
Если ни одна из приведённых систем естественного освещения не обеспечивает требуемого уровня освещения и его качества, то она может быть дополнена искусственным освещением.
При проектировании естественного освещения необходимо:
- выбрать тип, размеры и расположение световых проемов в стенах и покрытиях, при которых в помещениях обеспечиваются нормированные значения освещения;
- защитить рабочие зоны помещений от слепящей яркости прямых и отражённых солнечных лучей;
- привести в соответствие выбранные световые проемы и их расположение с архитектурными требованиями.
Выбор типа и расположение световых проёмов решается на основе светотехнического расчёта и норм освещения помещений.
Проектирование естественного освещения осуществляется, исходя из показателей светового климата, приведённых в таблицах административных районов мест строительства. Расчёт КЕО в каждой точке любого помещения может быть проведён на основе трёхмерной информационной модели здания.
Искусственное освещение не зависит от времени дня, сезона и погоды и обеспечивает возможность нормальной жизнедеятельности человека в условиях отсутствия и недостатка естественного света.
Использование искусственного света следует рассматривать как один из способов, с помощью которого можно компенсировать отсутствие или недостаток естественного освещения и создавать благоприятный визуальный микроклимат в помещениях.
Строительная акустика и звукоизоляция помещений
Строительная акустика решает вопросы ограничения распространения нежелательных звуков, называемых шумами. Шум вызывает у людей раздражение, затрудняет восприятие речи и музыки, а в некоторых случаях является причиной глухоты.
Таким образом, перед проектировщиками стоит задача всемерного подавления шума
Рассмотрены вопросы звукоизоляции помещений от воздушного и ударного шума для вертикальных ограждающих конструкций и междуэтажных перекрытий.
Основными источниками шума в зданиях различного назначения является технологическое и инженерное оборудование.
По отношению к ограждающим конструкциям источники шума подразделяются на внешние и внутренние, находящиеся внутри зданий.
Основными источниками внешнего шума являются транспортные потоки на улицах и дорогах, железнодорожный, водный и воздушный транспорт, промышленные и энергетические предприятия и их отдельные установки, а также внутриквартальные источники шума (трансформаторная подстанция, центральные тепловые пункты, спортивные и игровые площадки и другое).
Источниками внутреннего шума в зданиях различного назначения являются технологическое и инженерное оборудование (лифты, вентиляторы, насосы), а также громкий разговор, игры на музыкальных инструментах, работа станков и оборудования и другое.
Нормируемыми параметрами постоянного шума в расчётных точках являются уровни звукового давления, дБ, в октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами от 31,5 до 8000 Гц (для ориентировочных расчетов допускается использование уровней звука, дБА).
Нормируемыми параметрами непостоянного (прерывистого, колеблющего во времени) шума являются эквивалентные уровни звукового давления, дБ, в тех же октавных полосах и максимальные, дБ и эквивалентные, дБА уровни звука.
Шум считают в пределах нормы, если он как по эквивалентному, так и по максимальному уровню звука не превышает установленных нормативных значений.
Изоляцией от воздушного шума называется ослабление звуковой энергии при передаче её через ограждение. Изоляцией от ударного шума называется способность междуэтажных перекрытий снижать шум в помещении под перекрытием, при воздействии на них ударов при хождении, передвижении мебели и тому подобное.
Звукоизоляция помещений от воздушного и ударного шума осуществляется с помощью ограждающих конструкций, которые характеризуются свойством ослаблять уровень звукового давления шума при его воздействии на ограждение. Сущность звукоизоляции состоит в том, что большая часть подающей на него звуковой энергии отражается и лишь незначительная её часть (1/1000 и менее) проникает через него.
Индексы изоляции воздушного шума для ограждающих конструкций различных типов, в том числе для междуэтажных перекрытий, а также расчёт междуэтажных перекрытий на ударное воздействие шума рассчитываются по формулам, приведённым в СП 51.13330.2012 «Защита от шума».
***
В настоящее время вышеприведённые СП 131.13330.2012 «Строительная климатология», СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий», СП 51.13330.2012 «Защита от шума» и СП 52.13330.2016 «Естественное и искусственное освещение» существуют исключительно на бумажных носителях и (или) в pdf. Это обстоятельство делает невозможной стыковку баз знаний, изложенных в данных СП с программными комплексами, предназначенными для трёхмерных моделей зданий и сооружений. По существу, все инженерные расчёты проводятся проектировщиками вручную.
Одним из перспективных направлений видится представление каждого «бумажного» СП в форме информационной системы (ИС), под которой, согласно федеральному закону об информации, информационных технологиях и защите информации, должна пониматься совокупность содержащейся в базах данных информации и обеспечивающих её обработку информационных технологий и технических средств.
В качестве пилотного проекта НИИСФ РААСН приступает к работе над созданием ИС «Строительная климатология» на базе одноименного СП 131.13330.2012. Пожелаем же сотрудникам этого института успехов в наступающем 2023 году.
