BIM ve stavebnictví: Proces plánování, možnosti a příležitosti

  • Databáze znalostí

Odborný článek

Tento text byl přeložen Google překladačem

Zobrazit původní text

Vzrůstající využívání metody BIM při projektování budov přináší statikům také nové možnosti. Jakmile je vytvořen komplexní 3D model budovy, chcete ji nadále používat pro statickou analýzu a získat z ní maximální užitek. Pro statik a statický software jsou ovšem také nové výzvy, které jsou popsány v tomto příspěvku.

Obr. 01 - Nahoře: BIM model s integrovanými konstrukčními objekty v aplikaci Autodesk Revit Structure. Střed: Ovládací dialog pro přenos modelu analýzy z programu Revit Structure do programu RFEM. Dole: Vypočítaný model analýzy v programu RFEM

Eliminace nekonstrukčních prvků

Jednou z hlavních výhod 3D-BIM modelů je, že všechny informace jsou centrálně k dispozici v databázi. Pokud se vychází z toho, že návrh budovy původně vytvořil architekt, nejedná se v první řadě o statický systém. Zaměřuje se především na využití a návrh budovy a na dodržení nákladového rámečku v úzké spolupráci s vlastníkem budovy. Na základě toho jsou pro danou budovu navrženy potřebné nosné konstrukce. Tento statický model představuje jakousi nosnou konstrukci budovy a je pro stavebníka zvláště zajímavý. Ostatní nenosné části budovy jsou pro něj buď nevýznamné (například detailní posouzení dveří a oken, přesná stropní konstrukce, elektrická instalace a instalatérské práce atd.) Nebo jsou nanejvýš důležité pro stanovení zatížení. Statik musí proto vyhodnotit pouze část modelu BIM a musí oddělit relevantní objekty od nepodstatných. Informace, zda určitá konstrukční složka, která je k dispozici v modelu BIM, přispívá k posouzení konstrukčního systému, či nikoliv, však nemusí být v každém modelu BIM nutně obsažena a musí ji buď předat statik, nebo musí tyto prvky odstranit. které pro něj použití příslušných filtrů nejsou podstatné. Na trhu je k dispozici také software BIM, který umožňuje označit komponenty jako nosné již v architektonickém modelu. Za předpokladu, že architekt bude mít za úkol toto označení provádět, je usnadněn automatizovaný přenos modelu do softwaru pro statické výpočty.

Fyzikálně statický model a model idealizované analýzy

Jakmile byly nosné konstrukční prvky z globálního BIM modelu odstraněny, je k dispozici fyzikální model konstrukce, který svou polohou a tvarem odpovídá pozdějšímu reálnému (objemovému) modelu. Kvůli omezeným výpočetním kapacitám a nezbytným zjednodušením pro výpočet však nejsou všechny konstrukční prvky zpravidla počítány jako tělesové modely, ale redukovány na prutové a plošné prvky, jejichž výsledky (např. Vnitřní síly na prut a plochu) také odpovídají současným normám. odkaz Použití objemových modelů se obvykle omezuje na velmi silné konstrukční prvky nebo na analýzu zvláštních podoblastí, jako jsou ocelové spoje, které obsahují také detaily jako šrouby, svary nebo kontaktní podmínky. Redukce na pruty a plochy vyvolává otázku polohy středových os těchto konstrukčních prvků a jejich vzájemné spojení. Kvůli rozdílným výškám dílců, řezům a spojům nemusí být v jednom bodě připojeny žádné konzistentní modely střednice, které je třeba dále upravit, aby sloužily jako analytický výpočetní model. Z toho plyne další otázka pro statika.

  • Kde by měly být umístěny systémové linie?
  • Jak se vypořádat s možnými excentricitami prutů a ploch?
  • Je třeba linie linií zkrátit nebo prodloužit a jaký je jejich vliv na zatížení (vlastní tíha, zatížení na linii, na plošná zatížení atd.)?
  • Pokud postačuje modelování pomocí jednoduchých analytických uzlů nebo může být nutné vytvořit rozšířené modely uzpůsobené pro technické účely (sloupec se například připojí ke stropu pouze v jednom uzlu:
  • Jsou spoje prutů a ploch kloubové, polotuhé nebo tuhé?
  • Která místa by měla být považována za podpory a za jakých podporových podmínek?
  • Mohou být pruty nebo plochy rozděleny tak, aby se získal racionální výpočetní model?

Při rozhodování o všech těchto otázkách software obvykle neposkytuje dostatečnou podporu, a musí tak učinit statik. Novým trendem v architektuře a konstrukčním softwaru je ovšem skutečnost, že konstrukční systémy se již v programech přenášejí a automaticky se vytvářejí také částečně. Výhodou je, že jakmile jsou správně definované základní konstrukční systémy, v ideálním případě včetně zatížení,, lze je převést do statického programu bez větších úprav.

Obr. 02 - Výhoda BIM: V programu Revit lze již ve fyzikálním modelu definovat polohu systémových linií a uzlů sítě konečných prvků. Tento model lze importovat přímo do programu RFEM.

Předpokladem ovšem je, že tento software BIM provozují uživatelé, kteří mají také příslušné znalosti z oblasti statiky a aplikace výpočetních programů. Vzhledem k tradičnímu pohledu na obvyklé odpovědnosti architektonických a kancelářských kanceláří za statické výpočty v Německu je tato skutečnost často důvodem, proč se výměna dat, a tím i pracovní tok BIM, zastavila. Koneckonců, za vytvoření modelu statické analýzy není autor placen.

Zvláštní aspekty modelování

Při vytváření modelů konečných prvků mohou být při přechodu z ploch na prutové prvky nebo například do průvlaků zapotřebí speciální pomocné konstrukce a řešení. Tyto pomocné konstrukce vyžadují ruční přepracování importovaných konstrukcí. To nevyhnutelně vede k dalšímu posunu výchozího BIM modelu a idealizovaného modelu analýzy a přiřazení souvisejících konstrukčních prvků v uživatelských programech různých oborů je výrazně obtížnější.

Obr. 03 - Rozdíly v BIM modelu a statickém modelu: Příčný nosník popisuje fyzikální konstrukční prvek. V modelu pro statickou analýzu se jedná buď o pět analytických prutů, nebo je třeba, aby síťový linker sítě konečných prvků byl schopen rozpoznat uzly ležící na linii nosníku, aby je odpovídajícím způsobem zajistily.

Tento problém se projevuje zejména při porovnání změn v obou modelech. Tuhé spojovací pruty se často používají pro spojení trvale připojených prvků v zobrazení konstrukčního modelu. V závislosti na implementaci v programu pro statické výpočty však tyto speciální typy prutů mohou vést k numerickým problémům, pokud jsou velmi krátké a tuhé. Proto je třeba při vytváření spojovacích prvků z programu BIM automaticky vytvářet tyto spojovací prvky. Velkým a někdy ne snadno rozpoznatelným problémem mohou být konstrukční prvky, které jsou údajně spojeny v modelu analýzy. V důsledku nepřesností při modelování v softwaru BIM nebo v důsledku omezení numerické přesnosti je také možné, že uzly jsou založeny velmi blízko u sebe. Buď způsobují potíže při generování sítě, nebo předstírají, že jsou připojeny konstrukční prvky, které ve výpočtovém modelu nejsou připojeny. Výsledkem jsou nesprávné výsledky výpočtu. Proto je třeba věnovat zvláštní pozornost kontrole importovaného modelu.

Obr. 04 - Rozdíly v modelu BIM a statickém modelu: připojení sloupu pomocí tří uzlů a vodorovných, tuhých prutových prvků na stěnu

Předpoklady zatížení a kombinace zatížení

V některých aplikacích BIM lze také zadat zatížení a kombinace zatížení. Stanovení např. Profilů zatížení větrem, zatížení sněhem nebo zatíženími od tlaku země se v důsledku posledních Eurokódů v posledních letech značně složitější. Totéž platí pro pravidla pro vytváření kombinací zatížení podle různých návrhových situací. Programy pro statickou analýzu se pro tyto úkoly samozřejmě lépe hodí, jsou univerzálnější a nabízejí komplexní generovací nástroje. Proto je zřejmé, že v programu pro statickou analýzu se zadávají zatížení a kombinatorika. Pokud se výsledná zatížení a kombinace přenesou zpět do modelu BIM, ztratí se parametry založené na automatickém generování obvykle, a tak při dalších změnách chybí inteligence objektů zatížení.

Obr. 05 - Objekt pro statické výpočty "Zatížení sněhem" v programu RFEM: Nelze identicky znázornit v softwaru nebo rozhraní BIM, například IFC Structural Analysis View. Inteligence objektu se ztratí, pokud je vyřešen lineárními a lichoběžníkovými zatíženími bez ohledu na oblast zatížení sněhem.

Úvahy o výpočtu konstrukčních systémů

Pokud z modelu BIM vychází adekvátní model analýzy, lze ho vypočítat v programu pro statickou analýzu. Je třeba rozhodnout, která teorie výpočtu a materiálové modely se použijí. Po výpočtu může být nutné model upravit, vytvořit varianty modelování nebo přidat nebo odebrat nové prvky. Uvolnění a podpory je třeba zkontrolovat. Pro posouzení nosné konstrukce je třeba zadat další předpoklady a parametry. Průřezy a rozměry se mohou měnit. Klasický koncept BIM by vyžadoval, aby tyto specifikace a předpoklady byly uloženy také v centrálním BIM modelu. To ovšem v současné době není zcela proveditelné a není podporováno obvyklými rozhraními nebo je to možné pouze v případě ztráty inteligence objektů.

Zohlednění fází výstavby hraje v případě prostorových modelů někdy velmi důležitou roli a rozhoduje o užitečnosti výsledků výpočtu. Proto je naprosto nezbytné se před výpočtem ujistit, zda při výpočtu na celém modelu je třeba zohlednit fáze výstavby, nebo zda mají být dílčí modely kalkulovány po částech. V této souvislosti je třeba poznamenat, že BIM neznamená automaticky, že se celý model budovy vždy počítá prostorově. Dobrou strategií může být také postupné oddělení jednotlivých konstrukčních jednotek z celkového modelu BIM a jejich samostatný výpočet.

Změny v BIM modelu v důsledku statické analýzy

Po dokončení výpočtu mohou nastat změny materiálu a průřezu nebo přesunutí, odebrání nebo doplnění konstrukčních prvků jako jsou ztužení nebo průvlaky. Tyto změny se musí zohlednit a aktualizovat v modelu BIM. Co se ale stane, pokud se změní i model BIM, který je třeba synchronizovat? Jak mohu rozhodnout, který stav je poslední revizí? Tento proces musí podléhat určitým pravidlům a stávající změny musí být schváleny odpovědnými spolupracovníky. Zároveň je třeba zajistit, aby se změny v modelu BIM převzaly následně po importu do softwaru pro statické výpočty. Změny na stejném konstrukčním prvku mohou případně proběhnout současně v BIM i v modelu analýzy. Takové situace by bylo možné zmírnit zablokováním určitých částí modelu nebo dohodami zúčastněných stran. Zpravidla je možný automatický přenos změn profilu, tloušťek ploch nebo přidání a odstranění nových konstrukčních prvků z příslušného jiného modelu, který podporuje například společnost Dlubal Software. Je třeba poznamenat, že aktualizace ze statické analýzy nepřepisují v modelu BIM jiné informace, které nejsou pro statickou analýzu relevantní.

Obr. 06 - Výhoda BIM: nosníkový rošt pro elektrárnu, 632 prutů, 344 průřezů, z Tekla Structures (nahoře). Modelovací úsilí ve statické analýze: odhadováno na několik hodin. Nezpracovaný model s přiřazením prutu a průřezu lze z modelu Tekla vygenerovat během několika minut a převést do programu RFEM/RSTAB (níže)

IFC rozhraní a přímé propojení softwaru

Pro důsledné plánování jsou nutná funkční rozhraní. Pokud mají programovatelná rozhraní otevřený přístup k datům výměnných programů, lze je přímo spárovat bez výměny souborů. Oba programy musí být nainstalovány na stejném počítači. Implementaci těchto rozhraní lze navrhnout velmi flexibilně a není spojen se syntaktickými ani datovými modely obecných formátů rozhraní, protože jsou nezbytné pro výměnu souborů. Při výměně dat prostřednictvím neutrálních formátů souborů nezávislých na výrobci hraje formát IFC hlavní roli.

Obr. 07 - IFC jako mezinárodní standard pro výměnu dat. Pro statické plánování je třeba zadat údaje z „Statického posouzení pohledů“.

Pokud je však software certifikován IFC, nemusí to nutně znamenat, že je možný i přenos do softwaru pro statické výpočty. Certifikace je v současnosti k dispozici pouze pro "Coordination View". Popisuje především geometrii konstrukce na základě objemových modelů, tedy výše zmíněného fyzikálně konstrukčního modelu. Pro statický model je k dispozici takzvaný „Structural Analysis View“, který také umožňuje přenos podpor, kloubů a zatížení. Pro výměnu dat založenou na IFC na základě architektonického programu je proto třeba zkontrolovat, které pohledy lze exportovat.

Shrnutí a závěr

3D modely BIM pomáhají statikovi pochopit složité konstrukční systémy a rychleji vytvořit datové modely pro přenos dat. Obecně se model BIM a model analýzy liší a geometricky nejsou totožné. Automaticky generované analytické modely je třeba pečlivě zkontrolovat a výpočet na celém modelu může vyžadovat zohlednění fází výstavby. Statika může vyžadovat speciální modelování v určitých bodech a obvykle vyžaduje další informace, které nelze v BIM modelu uložit nebo pouze částečně. Vzhledem k možným změnám ve fázi plánování je třeba stanovit pravidla, kdo může provádět změny na modelu, v kterém okamžiku a přesně. Software BIM a BIM vyžadují pro architekty a stavební inženýry širší a komplexnější znalosti všech fází plánování, ochotu přehodnotit tradiční dělbu práce a chápat plánovací úlohu jako týmovou práci. Pokud se rozhodnete pro počáteční a zvládnutelné dodatečné úsilí při zohlednění následných kroků plánování, mohou být úspory značné a výsledky plánování lepší. Projekční kanceláře, které se v posledních letech věnovaly procesu BIM, to mohou potvrdit. V neposlední řadě kvůli této skutečnosti, ale také proto, že zadavatelé specifikují BIM jako metodu plánování, BIM se v dalších letech bude rozšiřovat. Statické výpočty jsou nedílnou součástí informačního modelu budovy, a proto se stává důležitější software pro statické výpočty podporující BIM a manipulace s celými modely.

Dlubal Software se zaměřuje na BIM plánování, nabízí celou řadu formátů rozhraní a přímá připojení k běžným BIM softwarovým produktům. Díky otevřenému programovatelnému rozhraní lze tento software integrovat do plánovacích procesů specifických pro společnost. To umožňuje automatizaci modelování úloh a zpracování výsledků výpočtu.

Klíčová slova

BIM Výměna dat IFC Revit

Odkazy

Napište komentář...

Napište komentář...

  • Navštíveno 920x
  • Aktualizováno 10. listopadu 2020

Kontakt

Máte dotazy nebo potřebujete poradit?
Kontaktujte prosím kdykoli naši bezplatnou technickou podporu e-mailem, na chatu nebo na fóru anebo se podívejte do sekce často kladených dotazů (FAQ).

+420 227 203 203

info@dlubal.cz

RFEM Hlavní program
RFEM 5.xx

Hlavní program

Program RFEM pro statické výpočty metodou konečných prvků umožňuje rychlé a snadné modelování konstrukcí, které se skládají z prutů, desek, stěn, skořepin a těles. Pro následná posouzení jsou k dispozici přídavné moduly, které zohledňují specifické vlastnosti materiálů a podmínky uvedené v normách.

Cena za první licenci
3 540,00 USD
RSTAB Hlavní program
RSTAB 8.xx

Hlavní program

Program pro statický výpočet a navrhování prutových a příhradových konstrukcí, provedení lineárních a nelineárních výpočtů vnitřních sil, deformací a podporových reakcí.

Cena za první licenci
2 550,00 USD