Rozhraní a důležité funkce pro BIM projektování

BIM rozhraní

Chceme-li vytvořené BIM modely použít také pro návrhy a posouzení statiky, potřebujeme definovaná rozhraní, která umožňují převádět staticky důležité prvky do příslušného statického programu. Běžná rozhraní zpravidla slouží k převodu konstrukčních objektů (pruty, desky, stěny, tělesa). Rozhraní speciálně zaměřená na statiku zahrnují navíc statické objekty jako podporové podmínky, klouby, zatížení, zatěžovací stavy a kombinace zatěžovacích stavů. Tyto statické objekty nejsou žádná skutečně viditelná nebo uchopitelná data, která vyplývají čistě z geometrie konstrukce, nýbrž závisejí na jejím použití a na aplikovaných normách.

Statik dále rozhoduje, zda jsou například podpory nebo spoje tuhé, poddajné nebo kloubové. Jestliže je kromě fyzikálního BIM modelu, který jednoznačně popisuje geometrii konstrukce (viditelné aspekty), k dispozici také mechanický model konstrukce (idealizovaný model pro výpočet), pak máme ideální podmínky pro přímé spuštění statického výpočtu. Místo fyzikálního BIM modelu se pak přímo použije mechanický model konstrukce. Rozhraní, která zahrnují také statické objekty, jsou:

• IFC Structural Analysis View
• SDNF formát
• Produktové rozhraní pro ocelové konstrukce
• CIS/2

Vývoj těchto rozhraní probíhal na konci 90. let nejdříve na národní úrovni. Již brzy však bylo zřejmé, že bude nutná mezinárodní standardizace, a proto bylo ujednáno, že další vývoj se zaměří již jen na datový formát IFC (Industry Foundation Classes). Další vývoj tak lze očekávat pouze u rozhraní IFC Structural Analysis View. Přesto se však výše uvedená rozhraní nadále hojně používají a hrají důležitou úlohu ve scénářích BIM mnoha firem.

Kromě těchto rozhraní založených na výměně datových souborů v textovém formátu může komunikace mezi BIM aplikacemi a statickými programy probíhat také přímo přes programovatelná rozhraní API (Application Programming Interfaces). Tato rozhraní nejsou vázána na žádné specifikace (jako IFC nebo SDNF), a záleží tak na konkrétních firmách, jaké možnosti a hranice stanoví pro výměnu dat. Naše společnost Dlubal Software vyvinula na základě API rozhraní k následujícím programům:

• Tekla Structures
• Autodesk Revit a AutoCAD
• Bentley ISM
• AVEVA Bocad

Návrh v aplikaci Revit - výpočet v programu RFEM od Dlubal Software – konstrukce v Tekla Structures

Kromě výše uvedených rozhraní hraje důležitou roli také dobře zavedený formát DXF, který ovšem není objektově orientován. Jestliže není k dispozici žádný mechanický model konstrukce, pak lze převádět pouze fyzikální BIM modely. Zde se profiluje jako nejdůležitější rozhraní IFC Coordination View 2.0 založené na schématu IFC 2x3. Od poloviny roku 2017 nabízí organizace buildingSMART certifikaci pro další generaci tohoto standardu – IFC 4 Reference View – a počítá se s dalšími implementacemi u výrobců softwaru. Pokud se převádí modely Coordination View, případně Reference View, je potřeba ve statickém programu vytvořit mechanický model konstrukce. Pro tuto práci musíme mít ve statickém programu k dispozici různé nástroje, z nichž některé blíže představíme.

Důležité funkce pro BIM ve statických programech

IFC kompatibilita
Modely ve formátu IFC Coordination View slouží jako předloha pro mechanický statický model. IFC objekty je třeba převést na nativní objekty příslušného statického programu (nosníky, plochy, tělesa), aby bylo možné provést výpočet. Prosté referencování (vizualizace) nepostačuje.

Konverze IFC objektu na statický objekt programu RFEM

Mapování materiálů a průřezů
Ve statice potřebujeme v závislosti na návrhových normách charakteristické hodnoty materiálů a průřezů (modul pružnosti, součinitele spolehlivosti, momenty setrvačnosti…). V softwaru BIM, který se zaměřuje na architektonický návrh a výpočet hmot, nejsou tyto parametry zapotřebí anebo stojí na okraji pozornosti. Software pro statické výpočty má v tomto ohledu vlastní sofistikované databáze pro potřeby příslušných posouzení. Materiály a průřezy se musí pomocí mapovacích tabulek přeložit z importovaných údajů do dat statického programu. Tento převod by měl být také dostatečně flexibilní, aby bylo při mapování parametrů možné volně definovat rozměry průřezů základních zadaných tvarů (libovolný obdélníkový, I- nebo U-průřez a podobně).

Orientace a spojitost
Dále je nezbytné zajistit správné propojení prvků a zadání kloubů i podporových podmínek. Importované objekty je případně nutné posunout nebo jinak uspořádat.

Prodloužení volných konců prutů a sloučení do společného uzlu

K tomu je potřeba, aby pouze několika málo úkony bylo možné posouvat značné množství uzlů, a tím i připojených objektů do libovolných referenčních rovin. Nesmí přitom vznikat žádné zdvojené nebo zdánlivě identické uzly, které způsobují při zesíťování zpravidla problémy.

Uspořádání stěny kolmo na rovinu stropu

Kontrola správnosti
Je třeba rychle vyhledat problematické oblasti a pomocí programu nesrovnalosti odstranit. Proto jsou důležité kontrolní nástroje pro vyhledávání dvojitých nebo blízko sebe ležících uzlů, překrývajících se nebo krátkých linií a případně také volných nevyužitých uzlů.

Vyčištění a sloučení uzlů
Nesmějí chybět zásadní funkce jako slučování několika uzlů a s tím spojená automatická úprava dotčených závislých objektů. Výhodou je, pokud přitom můžeme pracovat v grafickém okně a můžeme používat funkci Drag & Drop.

Vyhledání/odstranění téměř identických uzlů

Fyzikální prvky a jejich význam
Při nezbytném protnutí křížících se linií nebo prutů dochází k rozdělení fyzikálních prvků jako nosníků nebo sloupů na několik konečných prvků. Mohou se tak ztratit důležité vztažné délky, jako například skutečná délka sloupu, která při posouzení nebo při aktualizaci původního souboru BIM hraje důležitou roli. Statický program by tak měl nabízet strategii, jak zachovávat původní délky.

Sady prutů v programu RFEM zahrnující jednotlivé pruty odpovídají fyzikálním prvkům v modelu BIM

Identifikace změn
Jestliže se data opakovaně importují/exportují a je třeba reagovat na změny, měl by příslušný program nabízet možnost zobrazit jednotlivé stavy změn nebo alespoň filtrovat změny provedené v aktuálním kroku.

Vyznačení a zobrazení změn ve statickém programu RFEM pomocí viditelností

Odsazení, nástroje pro úpravu
U jednoduchých referencovaných modelů (případně dílčích modelů) se osvědčuje možnost jednoduchého uchopení a následné úpravy modelu. Užitečné přitom je, pokud můžeme odsazením o polovinu tloušťky stěny vytvářet střednice stěn. Nesmějí chybět ani nástroje pro prodlužování nebo zkracování linií vzhledem k jiným liniím.

DXF hladina na pozadí: Středová linie stěny vytvořená pomocí Uchopení vnější hrany s odsazením

Jednoznačné identifikátory
Roundtrip, respektive opakované obousměrné převody dat a nutné sledování změn v konstrukci vyžadují jednoznačné identifikátory (ID). Software musí být schopen tyto ID ukládat. Je třeba přitom také někdy převzít ID jiných programů nebo aktualizovat jejich databáze ohledně ID.

Kopírovat & Vložit
Do práce na BIM a odvozených statických modelech je v pokročilém stadiu již vloženo mnoho času. Je třeba zajistit, aby příslušné aplikace nepřepisovaly žádné údaje jiných oborových modelů. Je proto výhoda, pokud lze změny jako například nové pruty nebo plochy přenášet jednoduše pomocí funkce Kopírovat & Vložit. Uživatel tak může zcela konkrétně vybrat, které změny se zohlední.

Výsledky statického posouzení v modelu BIM
Zdokonalená datová komunikace je podstatnou předností BIM. Statický program přináší jako výsledné hodnoty mimo jiné vnitřní síly, úpravy průřezů nebo výztuže. Tyto informace je potřeba poskytnout v digitální podobě, aby z nich jiné speciální aplikace mohly vycházet při řešení dalších úloh. V nejjednodušším případě lze například referencovat výstupy ve formátu DXF, které BIM projektant používá při zhotovení výkresů výztuže nebo modelování spojů.

Export množství výztuže z programu RFEM a vizualizace v aplikaci Revit

Pokud BIM software nabízí otevřené databáze, pak se komunikace posouvá na podstatně vyšší úroveň a další aplikace mohou k datům přistupovat automaticky přes speciální API rozhraní.