7714x
001097
31.8.2015

BIM ve statice: Proces plánování, možnosti a příležitosti

Rostoucí používání metody BIM při projektování staveb také otevírá nové možnosti pro statiky. Jakmile je vytvořen obsáhlý 3D model budovy, chcete ho dále používat pro statickou analýzu a získat z něj maximální užitek. Pro statiky a použitý software však stojí také některé nové výzvy, které popisujeme v tomto příspěvku.

Odstranění nestavebních prvků

Jednou z hlavních výhod 3D-BIM modelů je, že veškeré informace jsou uloženy centrálně v databázi. Pokud se vychází z toho, že návrh budovy zpočátku vytvořil architekt, není důraz kladen především na systém. Těžištěm jeho práce je především využití a návrh budovy a dodržení nákladového rámce v úzké spolupráci s majitelem budovy. Na základě toho se navrhnou příslušné nosné konstrukce. Tento statický model představuje nosnou nosnou konstrukci budovy, a je zajímavý především pro statiky. Ostatní nenosné části budovy jsou pro něj buď bezvýznamné (např. Detailní návrh dveří a oken, přesná podlahová konstrukce, elektroinstalace a sanita atd.), Nebo jsou nanejvýš důležité pro předpokládané zatížení. Proto musí statik vyhodnotit pouze část BIM modelu a musí tak oddělit staticky relevantní objekty od nepodstatných. Nicméně informace o tom, zda konstrukční prvek dostupný v BIM modelu přispívá k posouzení statiky, není nutně obsažen v každém BIM modelu a musí být poskytnut k modelu buď statikem, nebo musí odstranit ty prvky, které nejsou pro něj podstatné, pomocí příslušných filtrů. Na trhu je k dispozici software BIM, který umožňuje v architektonickém modelu označit konstrukční prvky jako nosné. Za předpokladu, že architekt toto označení považuje za svůj úkol, je umožněn automatický přenos modelu do programu pro statické výpočty.

Fyzikální model konstrukce a idealizovaný model analýzy

Jakmile jsou nosné konstrukční prvky odstraněny z globálního BIM modelu, je k dispozici fyzikální model konstrukce, který svou polohou a tvarem odpovídá pozdějšímu skutečnému (objemovému) modelu. Vzhledem k omezeným výpočetním možnostem a nutným zjednodušením výpočtů se však ne všechny konstrukční prvky obvykle počítají jako objemové modely, ale pouze na prutové a plošné prvky, jejichž výsledky (například vnitřní síly pro pruty a plochy) odkazují se přitom i současné normy. Použití objemových modelů se obvykle omezuje na velmi silné konstrukční prvky nebo na analýzu speciálních dílčích oblastí (například ocelových přípojů), která obsahuje detaily jako šrouby, svary nebo kontaktní podmínky. Při redukci na pruty a plochy vyvstává otázka polohy těžišťových os těchto konstrukčních prvků a jejich vzájemného spojení. Vzhledem k rozdílným výškám dílců, střihům a spojům nesmí být v jednom bodě připojeny žádné konzistentní modely střednic, které je třeba dále upravit, aby mohly sloužit jako analytický výpočetní model. Z toho plynou další otázky pro statika.
  • Kde by měly být umístěny systémové linie?
  • Jak postupujete v případě excentricit prutů a ploch?
  • Musí být systémové linie zkráceny nebo prodlouženy a jaký je jejich vliv na zatížení (vlastní tíha, zatížení na linie, zatížení na plochu atd.)?
  • Je modelování pomocí jednoduchých analytických uzlů dostačující, nebo je možné vytvořit rozšířené modely, pokud se jedná o konstrukci (např. Sloup se připojuje pouze ke stropu v jednom uzlu: Problém singularit)?
  • Jsou spoje prutů a ploch kloubové, polotuhé nebo tuhé?
  • Jaká místa je třeba uvažovat jako podpory a za jakých podporových podmínek?
  • Je možné pruty nebo plochy rozdělit, abychom získali rozumný model výpočtu?

Při rozhodování o všech těchto otázkách může software obvykle poskytovat malou podporu a tato rozhodnutí musí nakonec provést statik. Novým trendem v oblasti architektury a softwaru pro stavebnictví je ovšem skutečnost, že statické systémy jsou již obsaženy v programech a částečně se také vytvářejí automaticky. Výhodou je, že jakmile jsou správně definovány, lze základní systémy, v ideálním případě včetně zatížení, převést do programu pro statické výpočty bez většího přepracování.

Předpokladem ovšem je, aby tento software BIM obsluhovali uživatelé, kteří mají také odpovídající znalosti v oblasti statiky a používání výpočetních programů. Z tradičního hlediska, pokud jde o obvyklou odpovědnost architektonických kanceláří a kanceláří pro statické výpočty v Německu, je tato skutečnost často příčinou zastavení výměny dat, a tím i pracovního postupu BIM. Koneckonců, architekt není placený za vytvoření modelu pro statickou analýzu.

Speciální aspekty modelování

Při vytváření modelů s konečnými prvky mohou být vyžadovány speciální pomocné konstrukce a náhradní řešení při přechodech z ploch na prutové prvky nebo například v průvlacích. Tyto pomocné konstrukce vyžadují ruční přepracování importovaných konstrukcí. To nevyhnutelně vede k tomu, že se počáteční BIM model a idealizovaný analytický model dále vzdalují a přiřazení příslušných konstrukčních prvků v uživatelských programech různých oborů je podstatně obtížnější.

Tento problém se projevuje zejména při porovnání změn v obou modelech. Při modelování statického modelu se často používají tuhé vazební pruty pro spojení trvale spojených komponent. V závislosti na implementaci v softwaru pro statické výpočty však mohou tyto speciální typy prutů vést k numerickým problémům, pokud jsou velmi krátké a tuhé. Proto je třeba při automatickém vytváření takových vazebních prvků z BIM softwaru věnovat zvláštní pozornost. Jedním z velkých a někdy i obtížně rozpoznatelných problémů mohou být konstrukční prvky, které jsou údajně spojeny v analytickém modelu. Vzhledem k nepřesnostem při modelování v BIM softwaru nebo kvůli omezení numerické přesnosti je také možné vytvořit uzly MKP, které leží velmi blízko sebe. Tyto uzly způsobují problémy při generování sítě nebo předstírají, že jsou připojené konstrukční prvky, které nejsou připojené ve výpočetním modelu. To má za následek nesprávné výsledky výpočtu. Proto je třeba věnovat zvláštní pozornost kontrole importovaného modelu.

Zatěžovací předpoklady a kombinace zatížení

V některých BIM aplikacích lze zadávat také zatížení a kombinace zatížení. Stanovení např. Profilů zatížení větrem, zatížení sněhem nebo zatížení zemním tlakem je v důsledku zavedení Eurokódů v posledních letech podstatně složitější. Totéž platí pro pravidla pro vytváření kombinací zatížení podle různých návrhových situací. Přirozeně jsou pro tyto úlohy vhodnější programy pro statické výpočty; jsou všestrannější a nabízejí rozsáhlé nástroje pro generování. Proto je zřejmé, že zadávání zatížení a kombinatorika se provádějí v aplikaci statiky. Pokud se výsledná zatížení a kombinace převezmou zpět do BIM modelu, zpravidla se ztratí parametry založené na automatickém generování, a tím také chybí inteligence objektů zatížení v případě dalších změn.

Důležité body pro výpočet konstrukčních systémů

Pokud je z BIM modelu odvozen adekvátní model analýzy, lze ho vypočítat v programu pro statické výpočty. Je třeba rozhodnout, jaká teorie výpočtu a materiálové modely se použijí. Po výpočtu může být nutné upravit model, vytvořit varianty modelování nebo přidat nebo odstranit nové prvky. Uvolnění a uložení je třeba zkontrolovat. Pro posouzení statiky je třeba zadat další předpoklady a parametry. Průřezy a rozměry se mohou změnit. Klasická koncepce BIM by vyžadovala, aby tyto specifikace a předpoklady byly uloženy také v centrálním BIM modelu. To ovšem v současnosti není zcela možné; není podporován obvyklými rozhraními nebo je možný pouze v případě ztráty inteligence objektů.

Zohlednění fází výstavby hraje u prostorových modelů někdy velmi důležitou roli a určuje užitečnost výsledků výpočtu. Proto je bezpodmínečně nutné se před výpočtem ujistit, zda výpočet na celém modelu vyžaduje zohlednění fází výstavby nebo zda se mají dílčí modely počítat po částech. V této souvislosti je třeba zmínit, že BIM neznamená automaticky, že se vždy prostorově spočítá celý model budovy. Dobrou strategií je postupné vyjmutí jednotlivých konstrukčních celků z celkového BIM modelu a jejich samostatného výpočtu.

Změny v BIM modelu v důsledku statické analýzy

Po dokončení výpočtu může dojít ke změnám materiálu a průřezů nebo k posunu, odebrání nebo přidání komponent, jako jsou ztužení nebo průvlaky. Tyto změny je třeba v BIM modelu zohlednit a aktualizovat. Co se ale stane, pokud dojde také k synchronizaci změn v původním BIM modelu? Jak se určí stav poslední revize? Tento proces musí podléhat určitým pravidlům a stávající změny musí být schváleny příslušnými spolupracovníky. Mezitím je třeba zajistit, aby změny v BIM modelu byly převzaty po importu do softwaru pro statické výpočty. V BIM i v analytickém modelu může dojít ke změnám na stejném konstrukčním prvku současně. Takové situace by bylo možné usnadnit zablokováním určitých částí v modelu nebo dohodou zúčastněných stran. Automatický přenos změn profilu, tloušťky ploch nebo přidání a odebrání nových konstrukčních prvků v příslušném jiném modelu je obvykle možný a podporuje ho například software Dlubal. Je třeba poznamenat, že aktualizace vyplývající ze statického výpočtu nepřepíšou další informace v BIM modelu, které nejsou pro statické posouzení důležité.

IFC rozhraní a přímé propojení softwaru

Pro důsledné plánování jsou zapotřebí fungující rozhraní. Pokud máte otevřený přístup k datům výměnných programů pomocí programovatelných rozhraní, lze je přímo propojit bez výměny souborů. Oba programy musí být nainstalovány na stejném počítači. Implementaci těchto rozhraní lze navrhnout velmi flexibilně a není spojena se syntaxí a datovými modely obecných formátů rozhraní, které jsou nezbytné pro výměnu souborů. Při výměně dat prostřednictvím neutrálních formátů nezávislých na výrobci hraje formát IFC velkou roli.

Pokud je však software certifikován IFC, nemusí to nutně znamenat, že je možný také přenos do softwaru pro statické výpočty. Certifikace je v současnosti k dispozici pouze pro zobrazení "Coordination View". Popisuje především geometrii konstrukce na základě modelů těles; to znamená výše zmíněný fyzikální model konstrukce. Pro statický model je k dispozici "Structural Analysis View", který také umožňuje přenos podpor, uvolnění a zatížení. U výměny dat založené na IFC na základě architektonického návrhu je proto třeba zkontrolovat, který pohled lze exportovat.

Shrnutí a závěr

3D BIM modely pomáhají statikovi porozumět složitým konstrukcím a rychleji vytvářet analytické modely s přenosem dat. Obecně se BIM model a analytický model liší a geometricky nejsou totožné. Automaticky generované analytické modely je třeba důkladně zkontrolovat a výpočet na celém modelu může vyžadovat zohlednění fází výstavby. Statická analýza může vyžadovat speciální modelování v určitých bodech a zpravidla vyžaduje další informace, které nelze nebo mohou být v BIM modelu uloženy pouze částečně. Vzhledem k možným úpravám ve fázi plánování je třeba stanovit pravidla, kdo, kdy, kde a kdy může na modelu provést změny. BIM a BIM software vyžadují pro architekty a statiky širší a komplexnější znalosti všech fází plánování a také ochotu přehodnotit tradiční dělbu práce a projektový úkol chápat jako týmovou práci. Pokud přijmeme počáteční, zvládnutelné dodatečné úsilí a také s ohledem na následné kroky plánování, mohou být úspory značné a výsledky plánování mohou být lepší. Projektové kanceláře, které se v posledních letech procesu BIM věnují, to mohou potvrdit. Nejen kvůli této skutečnosti, ale také proto, že zadavatelé stanovili BIM jako metodu plánování, bude se BIM v následujících letech nadále rozšiřovat. Statika staveb je nedílnou součástí informačního modelování budov; proto bude stále důležitější software pro statické výpočty podporující BIM a také zpracování celých modelů.

Dlubal Software se zaměřuje na proces plánování založený na BIM; nabízí řadu formátů rozhraní a přímé připojení k běžným softwarovým produktům BIM. Díky otevřenému, programovatelnému rozhraní lze software bez problémů integrovat do plánovacích procesů specifických pro danou společnost. To umožňuje automatizovat modelování a zpracovávat výsledky výpočtů.


Autor

Ing. Wopperer pracuje v oblasti public relations se zaměřením na sociální sítě.

Odkazy