Informační model budovy a software pro posouzení statiky: scénáře a faktory úspěchu při výměně dat

Odborný článek

Tento text byl přeložen Google překladačem

Zobrazit původní text

Informační modelování budov představuje v současnosti pravděpodobně jedno z nejdůležitějších témat celého odvětví stavebního softwaru. Tento proces přitom není vůbec novinkou a je všeobecně známo, že při dobrém naplánování v počátečním stadiu projektu lze výraznou měrou pozitivně ovlivnit celkové náklady na celý projekt.

Již více než dvacet let se vytvářejí 3D modely, například v ocelových konstrukcích, které slouží k automatickému odvozování 2D návrhových dat nebo k přímému přístupu k výrobním strojům a jejich řízení pomocí dat z NC. Také statické výpočty na 3D modelech jsou nejmodernější. Vzhledem k generování digitálních modelů čelí stavební software především problému výměny dat a tomu, jak lze tyto modely použít v softwaru různých odborných projektantů. Svou roli hrají nejen geometrické a fyzikální modely, ale také řada dalších modelů, která obsahují více než jen fyzikálně viditelné informace o konstrukčním prvku. Takový model je konstrukční nebo analytický model, který obsahuje mechanické vlastnosti materiálu, okrajové podmínky nebo předpoklady zatížení, to znamená, že věci nelze z čistě fyzikálního architektonického modelu okamžitě přečíst. Tyto rozdíly vedou k obtížím při výměně dat u BIM modelů ve statice. Očekávání BIM ve statice jsou enormní. Stejně tak velký je úkol pro výrobce stavebního softwaru. V tomto příspěvku si nejprve vysvětlíme základní problémy výměny dat a následně představíme praktická a vyzkoušená řešení.

Statický návrh v procesu BIM

Informační modelování budov vychází z holistického pohledu na životní cyklus konstrukce, a to včetně prvotního nápadu a plánování (architekt, majitel budovy), podrobného posouzení a konečného plánování (inženýři), provozu a demolice budovy. Cílem je mimo jiné optimalizovat náklady v průběhu životního cyklu konstrukce. Samotné posouzení konstrukce je jen malou částí BIM a jeho dopad na náklady na konstrukci má zpravidla druhořadý význam. Velká „revoluce“ BIM má proto větší vliv na kontrolu architekta. Statické výpočty hraje v relativně krátkém čase konečného posouzení významnou roli. Návrh určuje proveditelnost určitého statického konceptu a je milníkem v procesu plánování, protože ostatní služby by mohly být odloženy bez řádného posouzení. To má také velký vliv na další spolehlivost plánování, a tím i na související náklady na nezbytné změny. Krátkodobé: statická analýza a následné změny musí být efektivní a spolehlivé. Současné trojrozměrné BIM modely mohou poskytnout cenné vstupní údaje nebo prostředky komunikace a lépe pochopit statiku.

Obr. 01 - Typický scénář výměny dat pro BIM při posouzení statiky konstrukce

BIM model a statický model

Modely BIM obvykle obsahují informace o geometrii, materiálech a polotovarech budovy. Popisují účel budovy a poskytují například informace o době montáže. Modely BIM jsou vhodné jako nástroj vizuální komunikace pro všechny zúčastněné strany, slouží jako nástroj pro stanovení materiálů a nákladů a v neposlední řadě pomáhají vyhýbat se chybám při plánování způsobených kolizemi jednotlivých prvků nebo dílčích částí. Výměna dat se týká především parametrického popisu přesné geometrie budovy. Konstrukční prvky jsou popsány hraničními plochami nebo oblastmi protažení, které vedou k tělesu.

U statických modelů se naopak jedná o mechanicky správné zobrazení nosné konstrukce. Geometrie je zjednodušena a redukována na konstrukční prvky důležité pro statickou analýzu. Podrobný popis geometrie se používá pouze v případě potřeby a doba výpočtu se nevyhnutelně prodlužuje. Sloupy a nosníky se počítají jako pruty (1D prvky), zatímco stěny a stropy se počítají jako desky a desky (2D prvky). Tyto prutové a plošné prvky lze v 3D statickém modelu také kombinovat. Pro numerický výpočet těchto idealizovaných modelů je třeba spojit všechny konstrukční prvky a ověřit přechodné podmínky. Kvůli redukci součástí z těles na osy (v případě prutů) a středních rovin (v případě ploch) však automatický průnik není vždy k dispozici.

Dalšími podstatnými prvky konstrukčního modelu jsou:

  • Definice podpor a kloubů
  • Mechanické vlastnosti materiálů a průřezů
  • Vnější zatížení (vítr, sníh, působící zatížení atd.) A kombinace zatížení
  • Účinky seizmické činnosti nebo jiné mimořádné účinky
  • Specifikace posouzení
  • Lineární a nelineární metody výpočtu a analýzy

Bez zásahu kvalifikovaného technika není možné odvodit statický model z čistě geometrických údajů o modelu BIM. Geometricky totožné modelování by také vyžadovalo reprezentaci jako objemový model ve statice. I přes aktuálně dostupnou výpočetní kapacitu je ovšem nemyslitelné vypočítat budovu jako objemový model.

Procvičení - výměnné scénáře BIM

Lze rozlišovat výměnu dat mezi softwarovými aplikacemi stejné a jiné disciplíny. Pokud se data vyměňují mezi architektonickým nebo stavebním softwarem, objekty jsou stejné a informační obsah a jeho datové modely budou v obou programech velmi podobné. Různé softwarové aplikace mohou informace zpracovat přímo a převést je na softwarově specifické inteligentní objekty. Tento postup se označuje také jako horizontální výměna dat.

Pokud mají být data předávána jinému oboru, jako například z architektonického softwaru do softwaru pro statickou analýzu, je pak kladen důraz na odlišný pohled na data a zohledňují se pouze podpůrné prvky jako sloupy, stěny, příhradové nosníky, desky. Potřebné doplňující informace, jako je poloha konstrukčních linií působení, pružnost spojů prvků nebo přesné mechanické detaily materiálů a průřezů, stále chybí. Tomu se říká vertikální výměna dat. Pokud se nacházíte v jedné oblasti, můžete se snadno vyhnout možné ztrátě dat nebo chybám při interpretaci. V případě BIM ve stavebnictví se často používá vertikální výměna dat, protože statický model se obvykle generuje z architektonického modelu, protože architektonický model je obvykle k dispozici. Přenos z jednoho softwaru do druhého také vyžaduje ověření statických výpočtů.

Obr. 02 - Horizontální a vertikální výměna dat

Přehled nejdůležitějších scénářů:

  • Architektura → statická analýza → konstrukce
  • Statická analýza → architektura pro synchronizaci změn po statickém výpočtu
  • Statické výpočty → statika
  • Volitelný export celé konstrukce nebo substruktur
  • Volitelná aktualizace materiálů, tloušťek a průřezů (obousměrná) a vrácení výsledků výpočtu

Obr. 03 - Scénář BIM: převedení modelu z aplikace BIM do statického programu, aktualizace průřezů a předání výsledků výpočtu (vnitřních sil) do modelu BIM

Formáty souborů pro výměnu dat mají různé možnosti. Zvláštní roli hraje formát IFC jako globální norma. Je rozdělen do různých pohledů a každá disciplína má svůj vlastní názor. Hlavním pohledem je Koordinační pohled, v němž lze certifikovat jednotlivé softwarové produkty. Při zohlednění IFC formátu bez zadání jednotlivých pohledů se jako standardně používá Koordinační pohled. Toto je podporováno většinou architektonických programů. Oproti tomu existuje Statický výpočetní pohled pro statické výpočty, který obsahuje popis modelu konstrukce, zatížení a kombinací zatížení. Tento pohled v současné době není certifikovatelný a je podporován pouze omezeným počtem programů pro statickou analýzu. IFC formát lze sice interpretovat jako standard, ale lze ho interpretovat různými způsoby, a pro úspěšnou výměnu dat je třeba formát zkontrolovat pomocí dat příslušného softwaru.

Obr. 04 - Modely z IFC pohledu Coordination View v programu RFEM, vizualizace a selektivní převod na nativní inteligentní RFEM objekt

Kromě formátu IFC lze používat také zavedené formáty souborů jako DXF/DWG, Product Interface for Steel Construction nebo jiné textové aplikace. Přímá rozhraní hraje také důležitou roli. Nemají žádné výměnné soubory, protože jednotlivé programy spolu navzájem přímo komunikují prostřednictvím programových rozhraní (API).

Klíčové faktory úspěšné výměny dat

Základní otázkou je objasnit, který směnný kurz je k dispozici. Pokud znáte jednotlivé softwarové produkty, možná znáte podporovaná rozhraní. Z tohoto důvodu je třeba provést cílené výměnné testy s modely zvládnutelné velikosti. Materiálové a průřezové vlastnosti často vyžadují další pozornost. Každý software zpravidla nabízí databáze pro statické výpočty, které obsahují všechny parametry závislé na normě. Tyto databáze jsou navzájem korelovány v „mapovacích souborech“, což jsou jednoduché tabulky přiřazených popisů. Tyto soubory map jsou částečně poskytovány vývojářem softwaru. Doporučujeme tyto soubory sjednotit a integrovat podle programů používaných pro vaši aplikaci.

K dispozici je také software BIM, který již obsahuje v architektonickém modelu analytický model (statický model). Výhodou takového softwaru je, že se oba modely překrývají a odkazují na sebe, a lze je tak snadno a rychle analyzovat. Kromě systémových dat jsou možné i specifikace zatížení. Při používání takového softwaru je třeba sestavit oba modely přesně. Je nutná vhodná koordinace mezi všemi zúčastněnými stranami. Ten, kdo provádí úpravu modelu, často není z téže technické kanceláře, a otázkou je, kdo hradí náklady na interdisciplinární modely a kdo je odpovědný za přesnost a přesnost. Toto je třeba předem domluvit. BIM je bezpochyby skvělá příležitost, kterou uznávají i známé firmy. Pokud lze vytvořit celý plánovací řetězec, lze BIM modely připravit optimálně v počátcích a použít také později pro statické výpočty.

Důležitým aspektem pro výběr správného softwaru je podpora různých datových formátů. Popis ve stávajícím datovém formátu se musí převést do objektů specifických pro tento software. Pouze zohlednění vizualizace nebo odkazu na datový model nestačí pro statické posouzení a může přispět pouze k vizuální kontrole. Pokud může program importovat několik modelů a převádět je do správného modelu datových objektů, může se tím výrazně zvýšit flexibilita a zvýší se šance na úspěšnou a účinnou výměnu dat. Jedná se o klíčový faktor úspěchu, pokud se v softwaru pro statické výpočty používají soubory IFC Coordination View.

Bez ohledu na dodatečné úsilí by vždy mělo být vždy na počátku obsazení programování jednoduchých proprietárních nástrojů pro výměnu dat. To umožňuje efektivní přenos dalších informací ve formě parametrů. V programu BIM lze například zobrazit položky modelu konstrukce, sdělit případné změny nebo do softwaru implementovat pracovní postupy specifické pro společnost. To vyžaduje, aby všechny příslušné softwarové produkty provozovaly příslušné API v obvyklých a jednoduchých programovacích jazycích (VBA, C # atd.).

Mezi klíčové faktory úspěchu pro úspěšnou a účinnou výměnu dat patří:

Generování BIM modelu s ohledem na statické posouzení

  • Včasné zapojení statika a posouzení doby a obsahu předání
  • Stanovení norem pro materiály a popisy průřezů (mapovací tabulky)
  • Funkční a konzistentní modelování konstrukčních prvků (sloupy, nosníky jako prutové objekty, stěny, desky jako plošné objekty)
  • Modelování stěn, desek a sloupů v řezech a úrovních

Stanovení rozsahu a obsahu předávání údajů

  • Kdo vytváří idealizovaný model konstrukce a jaký software používá (BIM nebo software pro statickou analýzu)?
  • Přenášejí se pouze geometrické rozměry a linie působení, nebo také jiné konstrukční vlastnosti, jako jsou podpory nebo klouby?
  • Kdo definuje zatěžovací stavy, kombinace zatížení a zatížení?
  • Kdo je oprávněn k určitým změnám: Přidání nebo odebrání konstrukčních prvků nebo zadání průřezů a tloušťek konstrukčních prvků?
  • Jak a kdy se má provést případné automatické přizpůsobení modelu?

Zadání pracovních fází

  • Kdo pracuje na kterém modelovém prostoru a kdy?
  • Pokud je to možné, vyhněte se úpravám stejných komponent současně

Testování scénářů výměny dat a používání formátů a rozhraní pro výměnu dat

  • Poskytuje podporovaná BIM a statická analýza stejná rozhraní a do jaké míry?
  • Provádění testů na kontrolovatelných modelech s využitím definovaných objektů výměny

Závazné pravidlo pro zpřístupnění modelů BIM

  • Nejlépe v několika formátech (IFC, proprietární formát souboru v programu, DWG/DXF, SDNF, STEP atd.)
  • Rozšíření možností výměny dat a možnost ověření a porovnání modelů

Závěr a výhled

Statické výpočty hrají v informačním modelu budovy důležitou roli. Vzhledem k narůstajícímu používání metod plánování BIM poskytují nové digitální procesní řetězce příležitost ke zvýšení efektivity. BIM model i konstrukční model se liší svou podstatou a odvození statických modelů z BIM modelů není vždy automatické a jasně možné. Efektivní proces plánování v oblasti statiky vyžaduje při včasné realizaci statiku a při tvorbě BIM modelu respektování aspektů pozemního stavitelství a výměny dat. Použitý software by měl pomocí příslušných rozhraní umožnit přenos existujících informací o parametrické geometrii inteligentních objektů, které jsou specifické pro daný software. A konečně, dobrá strategie výměny dat v souladu s použitým softwarem umožňuje bez námahy integrovat statické posouzení do BIM procesu.

Klíčová slova

IFC BuildingSMART Coordination View Structural Analysis View Mapovací soubor Model BIM Statický model Výměna dat Rozhraní Proces BIM

Odkazy

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