Cesty od BIM modelu po statický návrh a zpět

Úvod

Trojrozměrné virtuální modely budov jsou velmi působivé. Pokud lze při renderování zobrazit vše tak realisticky až do posledního detailu, že je téměř nemožné odlišit na první pohled digitální dvojče od reálného modelu, pak by přece statický výpočet neměl představovat žádný problém? Ovšem to, co vidíme pouhým okem, je pouze část informací, které jsou zapotřebí pro statické posouzení. Mechanické vlastnosti materiálů, klouby, zatížení, zatěžovací stavy ani dovolená namáhání totiž na modelu budovy jen tak snadno neuvidíme. To vyžaduje doplnění dalších údajů a pak schopnost statika tato data odborně interpretovat a převést model, který vidíme, na idealizovaný a mechanicky ekvivalentní model. BIM model je více než například jen 3D objemový model budovy, a představuje tak ideální vstup pro statický návrh konstrukcí. Jaké cesty přitom můžeme zvolit?

Relevantní objekty v BIM modelech pro statické výpočty

Pro statické posouzení jsou důležité pouze určité nosné prvky, jako jsou stěny, sloupy, stropní desky nebo nosníky. Nejdříve je tedy třeba v BIM modelu vybrat prvky důležité pro statickou analýzu. Hovoříme také o statickém modelu. Moderní BIM software nám zpravidla umožní tyto prvky zvýraznit. Při výměně dat pak běží při statické analýze pouze o tento vyznačený nosný dílčí model. Příkladem nepodstatných prvků mohou být okna, dveře, elektrické instalace nebo vodovodní potrubí.

Tento dílčí model vybraný pro statickou analýzu musíme následně zpravidla dále upravit. Nespojené sloupy a nosníky je třeba buď posunout nebo spojit spojovacími prvky. Podobně je třeba napojit stropy a stěny, pokud se jejich účinné linie na okraji nesetkávají. V případě potřeby je třeba rozhodnout, zda se má vypočítat celý model nebo dílčí model. V případě haly může například stačit, pokud se vypočítá jediný rám, který se má použít několikrát ve stejném provedení. Totéž platí pro stropy u vícepodlažních staveb.

Typy rozhraní

Pokud se mají přenášet modely ze softwaru do softwaru, vyvstává otázka, v jakém datovém formátu má přenos probíhat nebo zda se mají použít přímá rozhraní.

Otevřená rozhraní

V případě používání otevřených standardů (openBIM) je alfou a omegou formát IFC. Výhodou otevřených standardů je, že v ideálním případě si může každá softwarová společnost, která daný standard podporuje, okamžitě vyměňovat data se všemi ostatními softwarovými firmami, které tento standard také podporují. Kvalita datové výměny ovšem stojí a padá s tím, jak jsou dobře implementovány příslušné konvertory pro čtení a zápis IFC a jak lze IFC údaje převádět na nativní data příslušného programu. Většinou jsou IFC modely v jiných programech pouze referencovány. Přitom se vždy používají data založená na schématu IFC 2x3 Coordination View 2.0 nebo na novější verzi IFC 4 Reference View 1.2. To znamená, že lze data vizualizovat a získávat informace. Stejně tak jsou tyto modely vhodné pro kontrolu kolizí. Abychom ovšem mohli pokračovat v práci s modelem, je třeba převést IFC modely do nativního datového formátu používaného softwaru. Pro statické programy je zajímavý pohled Structural Analysis View. Tento pohled je vhodný pro výměnu statických modelů a zahrnuje popis analytických modelů se statickými údaji, jako jsou podpory, klouby, zatěžovací stavy a zatížení. Při výměně dat pomocí IFC je proto velmi důležité vědět, který pohled příslušný IFC soubor obsahuje.

Model budovy v IFC Vieweru (dole) a vypočítaný model v programu RFEM (nahoře)

Přímá rozhraní

Při přímém spojení dvou softwarových řešení odpadá potřeba IFC nebo jiného datového formátu. Nevytváří se žádný přenosový soubor. Informace se načítají přes potřebná API (Application Programming Interfaces, programovatelná rozhraní) přímo z aplikace A a okamžitě se vytváří nativní objekty v aplikaci B. Protože při každé výměně dat existuje riziko ztráty dat, má přímé spojení určité výhody, protože odpadají oba kroky konverze, kterými jsou zápis a čtení souboru IFC. Musí proběhnout pouze přímý proces převodu ze softwaru A do softwaru B. Navíc v případě přímého spojení nehrají chybějící definiční struktury ve formátu IFC žádnou roli, a není třeba si tak lámat hlavu nad tím, jak popsat speciální objekty přes IFC formát. Nevýhodou přímého spojení je, že musí být naprogramováno individuálně pro každou dvojici programů a poskytovatele nelze libovolně přepínat. Již se ale také realizují projekty, u nichž samy projekční kanceláře vytvořily programová rozhraní přesně na míru vlastním procesům. Předpokladem je, aby dané dvojice programů poskytovaly API a aby byla k dispozici programová dokumentace. Tento typ uzpůsobených rozhraní nabízejí výrazně vyšší stupeň automatizace procesu plánování při přijatelných nákladech, a představuje tak obrovský potenciál, pokud jde o úsporu času, nákladů a zamezení chyb. Kromě toho lze obzvlášť ve fázi návrhu projektovat v závislosti na parametrech.

Dialog programu RFEM pro import dat

Synchronizace změn

Již ve fázi návrhu (realizační fáze 1 až 3) jsou zapotřebí statické výpočty pro optimalizaci návrhu konstrukce a upřesnění velikosti průřezů. Zpravidla se přitom zvažuje několik návrhů a navzájem se slaďují architektonický a statický návrh. Na základě návrhu konstrukce v programu BIM (architektonický návrh, konstrukční návrh) se nosné prvky převedou do programu pro statické výpočty (RFEM, RSTAB) jako kompletní nebo dílčí model a vypočítají se. Možné změny plynoucí ze statického posouzení mohou ovlivnit koncepci výztuže nebo průřezy. Současný stav techniky umožňuje sdělovat a přenášet tyto změny digitálně. Například v případě přímého rozhraní mezi programy RFEM a Autodesk Revit nebo Tekla Structures lze aktualizovat upravené profily nebo přidávat nově doplněné konstrukční prvky do návrhového modelu. Nejnovější vývoj také dovoluje přenášet návrhy výztuže (přídavný modul RF-CONCRETE) jako skutečnou výztuž (pruty a sítě) digitální cestou. To vytváří optimální předpoklady pro stanovení jejího množství a další detailní plánování.

• 3D prohlížeč | Google
• 3D prohlížeč | Babylon
• Virtuální realita

Obsah výztuže v programu RFEM (nahoře) a Revit (dole) po exportu přes přímé rozhraní

Začlenění dat ze statické analýzy do BIM modelů

BIM zajišťuje koordinaci mezi obory i mezi jednotlivými fázemi projektu. Pro včasné posouzení proveditelnosti nebo pro další zpracování výsledků jinými společnostmi nebo poskytovateli může být užitečné, pokud zobrazíme nebo zpřístupníme výsledky statické analýzy v BIM modelu (deformace, vnitřní síly). Dále se nabízí možnost propojit mimořádný potenciál BIM softwaru pro projektování s výhodami typického statického programu. V modelu BIM tak lze také vytvářet položkové plány anebo v závislosti na aplikaci přímo generovat výkresy výztuže na základě statického posouzení. Také lze například výsledky posouzení z programu RFEM pro výpočty metodou konečných prvků převést přímo jako 3D výztuž do programu Revit.

Vyzkoušet a zůstat v obraze

Protože se stále více prosazují digitální metody plánování, nabízejí softwarové společnosti neustále nová řešení a zlepšení. Je proto důležité informovat se a znát možné pracovní postupy. Veškeré důležité informace o BIM od společnosti Dlubal Software lze najít na www.dlubal.com/BIM, kde jsou k dispozici odborné články, webináře či videa.