BIM en ingeniería estructural: Proceso de planificación, posibilidades y oportunidades

  • Base de datos de conocimientos

Artículo técnico

Este artículo fue traducido por el Traductor de Google

Ver texto original

El uso cada vez mayor del método BIM en la planificación de edificios también abre nuevas posibilidades para los ingenieros estructurales. Una vez que se ha creado un modelo 3D completo de un edificio, desea continuar usándolo para el análisis estructural y obtener el máximo beneficio del mismo. Sin embargo, también hay algunos desafíos nuevos para el ingeniero estructural y el software utilizado, que se describen en este artículo.

Figura 01 - Arriba: modelo BIM con objetos estructurales integrados en Autodesk Revit Structure. Centro: cuadro de diálogo de control para transferir el modelo de análisis de Revit Structure a RFEM. Abajo: modelo de análisis calculado en RFEM

Eliminación de componentes no estructurales.

Una de las principales ventajas de los modelos 3D-BIM es que toda la información está disponible centralmente en una base de datos. Si se supone que el arquitecto crea inicialmente un diseño de edificio, el foco no está principalmente en el sistema estructural. El enfoque de su trabajo se centra principalmente en el uso y el diseño del edificio, así como en la adherencia a un marco de costos en estrecha cooperación con el propietario del edificio. En base a esto, las estructuras de soporte requeridas están diseñadas para el edificio. Este modelo estructural representa una especie de estructura portante de un edificio y es de particular interés para el ingeniero estructural. Las partes restantes del edificio que no soportan cargas son insignificantes para él (por ejemplo, diseños detallados de puertas y ventanas, estructura precisa del piso, instalación eléctrica y plomería, etc.) o son, como mucho, importantes para los supuestos de carga. Por lo tanto, solo una parte del modelo BIM debe ser evaluada por el ingeniero estructural, y él tiene que separar los objetos relevantes estructurales de los no relevantes. Sin embargo, la información de si un componente estructural disponible en el modelo BIM contribuye o no al análisis del sistema estructural, no se incluye necesariamente en cada modelo BIM y el ingeniero estructural debe proporcionarlo al modelo o debe eliminar esos elementos que no son esenciales para él utilizando los filtros correspondientes. Hay un software BIM disponible en el mercado, que le permite marcar componentes como carga ya en el modelo arquitectónico. Siempre que el arquitecto considere que es su tarea llevar a cabo este marcado, se facilita una transferencia de modelo automatizada al software de análisis estructural.

Modelo estructural físico y modelo de análisis idealizado

Una vez que los componentes estructurales que soportan la carga se han eliminado del modelo BIM global, el modelo estructural físico está disponible, que corresponde en posición y forma al modelo real (sólido) posterior. Sin embargo, debido a las capacidades computacionales limitadas y las simplificaciones necesarias para los cálculos, no todos los componentes estructurales se calculan generalmente como modelos sólidos, sino que se reducen a elementos de elementos y superficies a cuyos resultados (por ejemplo, fuerzas internas para elementos y superficies) los estándares actuales también referir El uso de modelos sólidos generalmente se limita a componentes estructurales muy gruesos o al análisis de subáreas especiales, como conexiones de acero, que también incluye detalles como tornillos, soldaduras o condiciones de contacto. La reducción a los miembros y las superficies plantea la cuestión de la posición de los ejes centroidales de estos componentes estructurales y cómo están conectados entre sí. Debido a las diferentes alturas, cortes y conexiones de los componentes, puede que no haya modelos de línea central consistentes conectados en un punto, que se deben ajustar aún más para que sirvan como modelo de cálculo analítico. Esto da lugar a más preguntas para el ingeniero estructural.

  • ¿Dónde deben ubicarse las líneas del sistema?
  • ¿Cómo lidiar con posibles excentricidades de miembros y superficies?
  • ¿Deben acortarse o extenderse las líneas del sistema y cuál es su influencia en la carga (peso propio, cargas de línea, cargas de superficie, etc.)?
  • Si el modelado por medio de nodos analíticos simples es suficiente o puede ser necesario crear modelos extendidos adaptados para fines de ingeniería (la columna, por ejemplo, solo se conecta al techo en un nodo:
  • ¿Las conexiones de los miembros y las superficies son articuladas, semirrígidas o rígidas?
  • ¿Qué ubicaciones se deben considerar como soportes y de qué tipo de condiciones de soporte?
  • ¿Se pueden subdividir los miembros o las superficies para obtener un modelo de análisis razonable?

Al tomar decisiones para todas estas preguntas, el software generalmente puede proporcionar poco apoyo, y estas decisiones finalmente deben ser tomadas por el ingeniero estructural. Sin embargo, una nueva tendencia en software de arquitectura y construcción es el hecho de que los sistemas estructurales ya se llevan dentro de los programas y también se crean en parte automáticamente. La ventaja es que, una vez definidos correctamente, los sistemas básicos estructurales, que idealmente incluyen la carga, se pueden transferir a un programa de análisis estructural sin mayores modificaciones.

Figura 02 - Ventaja BIM: en Revit, la posición de las líneas del sistema y los nodos FE de los componentes estructurales ya se puede definir en el modelo físico. Este modelo se puede importar directamente a RFEM.

Sin embargo, un requisito previo para esto es que este software BIM sea operado por usuarios que también tengan el conocimiento correspondiente del análisis estructural y la aplicación de programas de cálculo. Visto desde un punto de vista tradicional con respecto a las responsabilidades habituales de las oficinas de arquitectura y oficinas para el análisis estructural en Alemania, este hecho es a menudo una razón por la cual el intercambio de datos y, por lo tanto, el flujo de trabajo BIM se estancó. Después de todo, al arquitecto no se le paga por crear el modelo de análisis estructural.

Aspectos especiales del modelado

Cuando se crean modelos de elementos finitos, se pueden requerir estructuras auxiliares especiales y soluciones alternativas en las transiciones de superficies a elementos de barra o, por ejemplo, en vigas inferiores. Estas construcciones auxiliares requieren una reelaboración manual de las estructuras importadas. Esto conduce inevitablemente a que el modelo BIM inicial y el modelo de análisis idealizado se alejen aún más, y la asignación de componentes estructurales relacionados en los programas de usuario de diferentes disciplinas es considerablemente más difícil.

Figura 03 - Diferencias en el modelo BIM y el modelo estructural: La viga transversal describe un componente estructural físico. En el modelo de análisis estructural, se convierte en cinco miembros analíticos o el enlazador de malla FEM debe ser capaz de reconocer los nodos que se encuentran en la línea de la viga para engranarlos en consecuencia.

Este problema se refleja particularmente cuando se comparan los cambios en ambos modelos. A menudo, los miembros de acoplamiento rígidos se utilizan para acoplar componentes conectados permanentemente en la representación del modelo estructural. Sin embargo, dependiendo de la implementación en el software de análisis estructural, estos tipos de miembros especiales pueden conducir a problemas numéricos si son muy cortos y rígidos. Por lo tanto, se necesita una atención especial cuando se crean automáticamente tales elementos de acoplamiento procedentes del software BIM. Un problema grande y a veces no fácilmente reconocible pueden ser los componentes estructurales que supuestamente están conectados en un modelo de análisis. Debido a imprecisiones dentro del modelado en el software BIM, o debido a restricciones de precisión numérica, también es posible que se creen nodos de FEA muy cercanos entre sí. O bien causan dificultades para generar la malla o pretenden estar conectados componentes estructurales que no están conectados en el modelo de cálculo. Esto da como resultado resultados de cálculo incorrectos. Por lo tanto, se debe prestar especial atención a la verificación del modelo importado.

Figura 04 - Diferencias en el modelo BIM y el modelo estructural: conexión de una columna a través de tres nudos y elementos de elementos rígidos horizontales en una pared

Supuestos de carga y combinaciones de carga

En algunas aplicaciones BIM, también es posible especificar cargas y combinaciones de cargas. La determinación de, por ejemplo, perfiles de carga de viento, cargas de nieve o cargas de la presión de la tierra se ha vuelto considerablemente más compleja debido a los Eurocódigos recientemente introducidos en los últimos años. Lo mismo se aplica a las reglas para crear combinaciones de carga según diferentes situaciones de diseño. Naturalmente, los programas de análisis estructural son más adecuados para esas tareas, son más versátiles y ofrecen herramientas integrales de generación. Por lo tanto, es obvio que la entrada de carga y la combinatoria se realizan en la aplicación de análisis estructural. Si las cargas y combinaciones resultantes se transfieren de nuevo al modelo BIM, los parámetros basados en la generación automática generalmente se pierden y, por lo tanto, falta la inteligencia de los objetos de carga en caso de cambios adicionales.

Figura 05 - Objeto de análisis estructural "Carga de nieve" en RFEM: No se puede representar de forma idéntica en la interfaz o el software BIM, por ejemplo, en la Vista de análisis estructural de IFC. La inteligencia del objeto se pierde si se resuelve en línea y cargas trapezoidales sin referencia a la zona de carga de nieve.

Consideraciones para el cálculo de sistemas estructurales

Si se deriva un modelo de análisis adecuado del modelo BIM, se puede calcular en el software de análisis estructural. Es necesario decidir qué teoría de cálculo y modelos de materiales se utilizan. Después del cálculo, es posible que se deba ajustar el modelo, se creen variantes del modelado o se agregarán o eliminarán nuevos elementos. Se deben verificar las versiones y los soportes. Para el diseño del sistema estructural, se deben introducir otras suposiciones y parámetros. Las secciones y dimensiones pueden cambiar. El concepto BIM clásico requeriría que estas especificaciones y suposiciones también se almacenen en el modelo BIM central. Sin embargo, actualmente esto no es completamente factible, y no es compatible con las interfaces habituales o solo es posible si se pierde la inteligencia de los objetos.

La consideración de las etapas de construcción a veces juega un papel muy importante para los modelos espaciales y decide la utilidad de los resultados del cálculo. Por lo tanto, es absolutamente necesario asegurarse antes del cálculo si un cálculo en todo el modelo requiere la consideración de fases de construcción o si los modelos parciales se deben calcular en secciones. En este contexto, debe mencionarse que BIM no significa automáticamente que todo el modelo de construcción siempre se calcule espacialmente. Una buena estrategia también puede ser separar sucesivamente las unidades estructurales individuales de un modelo general BIM y calcularlas por separado.

Cambios en el modelo BIM debido al análisis estructural

Después de que se completa el cálculo, pueden ocurrir cambios en el material y en la sección, o se pueden mover, quitar o agregar componentes tales como arriostramientos o vigas descendentes. Estos cambios deben reflejarse en el modelo BIM y actualizarse. Pero, ¿qué sucede si también hay cambios en el modelo BIM original que deben sincronizarse? ¿Cómo se decide cuál es el último estado de revisión? Este proceso debe estar sujeto a ciertas reglas, y los cambios existentes deben ser aprobados por los cooperadores responsables. Al mismo tiempo, debe garantizarse que los cambios en el modelo BIM se realicen posteriormente después de la importación en el software de análisis estructural. Posiblemente se produzcan cambios en el mismo componente estructural al mismo tiempo tanto en el BIM como en el modelo de análisis. Dichas situaciones podrían aliviarse mediante el bloqueo de partes particulares del modelo o mediante acuerdos de las partes involucradas. Una transferencia automática de cambios de perfil, espesores de superficie o la adición y eliminación de nuevos componentes estructurales en el otro modelo respectivo generalmente es posible y es compatible, por ejemplo, con Dlubal Software. Cabe señalar que las actualizaciones resultantes del análisis estructural no sobrescriben otra información en el modelo BIM que no sea relevante para el análisis estructural.

Figura 06 - Ventaja BIM: rejilla de viga para planta de energía, 632 miembros, 344 secciones, de Tekla Structures (arriba). Esfuerzo de modelado en análisis estructural: estimación de varias horas. El modelo sin procesar con la asignación de miembros y secciones se puede generar a partir del modelo de Tekla en cuestión de minutos y se puede transferir a RFEM/RSTAB (a continuación)

Interfaz IFC y acoplamiento directo de software

Para una planificación coherente, se necesitan interfaces funcionales. Si tiene acceso abierto a los datos de los programas de intercambio a través de interfaces programables, se pueden acoplar directamente sin intercambiar archivos. Ambos programas deben instalarse en la misma computadora. La implementación de tales interfaces se puede diseñar de manera muy flexible y no está vinculada a los modelos de sintaxis y datos de los formatos de interfaz generales, ya que son necesarios para el intercambio de archivos. Al intercambiar datos a través de formatos de archivo neutros e independientes del fabricante, el formato IFC juega un papel importante.

Figura 07 - IFC como estándar internacional para el intercambio de datos. Para la planificación estructural, se deben escribir los datos de la "Vista de análisis estructural".

Sin embargo, si un software está certificado por IFC, esto no significa necesariamente que la transferencia al software de análisis estructural también sea posible. Actualmente, solo hay una certificación disponible para la "Vista de coordinación". Describe principalmente la geometría de la estructura sobre la base de modelos sólidos, es decir, el modelo estructural físico mencionado anteriormente. Para el modelo estructural, se proporciona la denominada "Vista de análisis estructural", que también permite la transferencia de soportes, liberaciones y cargas. Por lo tanto, para un intercambio de datos basado en IFC basado en un programa de diseño arquitectónico, es necesario verificar qué vista se puede exportar.

Resumen y conclusión

Los modelos 3D BIM ayudan al ingeniero estructural a comprender los sistemas estructurales complejos y a crear modelos de análisis más rápido mediante la transferencia de datos. En general, el modelo BIM y el modelo de análisis son diferentes y geométricamente no son idénticos. Los modelos de análisis generados automáticamente deben verificarse cuidadosamente y el cálculo de todo el modelo puede requerir la consideración de las etapas de construcción. El análisis estructural puede requerir un modelado especial en puntos específicos y, por lo general, necesita información adicional que no se puede almacenar parcial o exclusivamente en el modelo BIM. Debido a posibles modificaciones durante la fase de planificación, es necesario definir reglas sobre quién puede realizar cambios en el modelo, en qué momento y dónde exactamente. BIM y el software BIM requieren un conocimiento más amplio y completo de todas las fases de planificación para arquitectos e ingenieros estructurales, la voluntad de repensar la división tradicional del trabajo y entender la tarea de planificación como trabajo en equipo. Si acepta un esfuerzo adicional inicial y manejable, considerando también los pasos de planificación posteriores, los ahorros pueden ser considerables y los resultados de la planificación pueden ser mejores. Las oficinas de planificación que se han dedicado al proceso BIM en los últimos años pueden confirmarlo. No solo por este hecho, sino también porque los poderes adjudicadores especifican BIM como método de planificación, BIM continuará extendiéndose en los próximos años. La ingeniería estructural es una parte integral y esencial del modelado de información de edificios y, por lo tanto, el software de análisis estructural con capacidad BIM y el manejo de modelos completos serán más importantes.

Dlubal Software se centra en el proceso de planificación basado en BIM, ofrece una variedad de formatos de interfaz y conexiones directas a productos de software BIM comunes. Debido a una interfaz abierta y programable, el software se puede integrar perfectamente en los procesos de planificación específicos de la empresa. Esto permite la automatización de las tareas de modelado y el procesamiento de los resultados del cálculo.

Palabras clave

BIM Transferencia de datos IFC Revit

Enlaces

Escribir un comentario...

Escribir un comentario...

  • Vistas 880x
  • Actualizado 10. noviembre 2020

Contacte con nosotros

¿Tiene preguntas o necesita asesoramiento?
Contacte con nosotros a través de nuestro servicio de asistencia gratuito por correo electrónico, chat o fórum, o encuentre varias soluciones sugeridas y consejos útiles en nuestra página de preguntas más frecuentes (FAQ).

+34 911 438 160

info@dlubal.com

RFEM Programa principal
RFEM 5.xx

Programa principal

Software de ingeniería estructural de análisis por elementos finitos (AEF) para sistemas estructurales planos o espaciales compuestos de barras, placas, muros, láminas, sólidos y elementos de contacto

Precio de la primera licencia
3.540,00 USD
RSTAB Programa principal
RSTAB 8.xx

Programa principal

El software de ingeniería estructural para el análisis y dimensionado de estructuras de barras, pórticos y entramados realizando cálculos lineales y no lineales de los esfuerzos internos, deformaciones y reacciones en los apoyos

Precio de la primera licencia
2.550,00 USD