Interfaces y características relevantes para la planificación orientada a BIM

Artículo técnico

Este artículo trata sobre las interfaces de intercambio de datos BIM más comunes. Durante la transición al modelo estructural específico de la especialidad, frecuentemente se necesitan ajustes. Se presentan las tareas que puedan surgir y las herramientas para su solución rápida y con éxito.

Interfaces BIM

Con el fin de poder utilizar modelos creados en BIM también para el análisis estructural, se requieren interfaces definidas con las cuales los componentes puedan ser transferidos al software de ingeniería estructural respectivo para el análisis y dimensionado. Las interfaces estándar normalmente permiten la transferencia de objetos estructurales (barras, placas, muros y sólidos). Además, las interfaces confeccionadas específicamente para el análisis estructural incluyen objetos estructurales tales como las condiciones de los apoyos, articulaciones, liberaciones, cargas, casos y combinaciones de cargas. Estos objetos estructurales no son datos realmente visibles y tangibles resultantes de la geometría pura de la estructura, pero dependen de su uso y normativa aplicada.

El ingeniero estructural decide también si, por ejemplo, un apoyo o una articulación está actuando de manera rígida, semirrígida o completamente articulada. Si, además del modelo físico de BIM, el cual describe claramente la geometría (visible), también está disponible el modelo estructural mecánico (modelo idealizado para el cálculo), éstas son condiciones ideales para iniciar directamente un análisis estructural. En vez del modelo de BIM físico, se utiliza directamente el modelo estructural mecánico. Las interfaces que también contienen objetos estructurales son:

  • IFC Structural Analysis View
  • Formato SDNF
  • Interfaz de producto para construcciones de acero
  • CIS/2

El desarrollo de estas interfaces tuvo lugar a nivel nacional en primera instancia a finales de los 90. Sin embargo, quedó claro rápidamente que se necesitaba una normalización internacional y, por tanto, se acordó que los desarrollos futuros estarían basados sólo en "Industry Foundation Classes" (IFC). Por tanto, sólo se esperarán desarrollos nuevos en IFC Structural Analysis View. Sin embargo, las interfaces mencionadas anteriormente se utilizan ampliamente todavía y realizan una contribución importante a los escenarios BIM en muchas empresas.

Además de estas interfaces basadas en el intercambio de archivos en formato de texto, el BIM y el software de ingeniería estructural para análisis y dimensionado también están acoplados por medio de interfaces directas, donde los datos se transfieren por medio de APIs (interfaces de programación de aplicaciones). Estas interfaces no dependen de las especificaciones de las interfaces (tales como IFC o SDNF) y, por tanto, depende de las empresas participantes qué posibilidades y límites de transferencia pueden existir. Dlubal Software desarrolló interfaces para los programas siguientes basados en APIs:

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

Figura 01 - Diseño en Revit - Cálculo en RFEM de Dlubal - Construcción en Tekla Structures

Además de las interfaces mencionadas anteriormente, el formato DXF tiene un papel importante, pero falta la orientación de los objetos. Si no está disponible ningún modelo estructural mecánico, sólo se pueden transferir modelos de BIM físicos. Para esto, IFC-Coordination View 2.0, basada en IFC 2x3, es la interfaz más importante. Desde la mitad del año 2017, buildingSMART ofrece la posibilidad de certificar la próxima generación de esta norma (IFC 4 Reference View) y se esperan más implementaciones de las empresas de software. Si se transfieren los modelos de Coordination View o Reference View, es necesario crear el modelo estructural mecánico en el software de ingeniería estructural para el análisis y dimensionado. Para este trabajo se necesitan varias herramientas en el software de análisis estructural, y algunas de ellas se presentan en detalle más adelante.

Características relevantes del BIM en el software de análisis estructural

Compatibilidad con IFC
Los modelos de IFC Coodination View sirven como un modelo para el modelo estructural mecánico. Los objetos IFC se deben transferir a los objetos nativos del software del análisis estructural respectivo (elementos de vigas, superficies o sólidos) para que sea posible el cálculo. No es suficiente con una referenciación pura (visualización).

Figura 02 - Conversión en RFEM de un objeto IFC a objeto estructural

Asignación de materiales y secciones
En el análisis estructural, se requieren los valores característicos para los materiales y secciones (módulo de elasticidad, coeficientes de seguridad, momentos de inercia...), dependiendo de las normas de cálculo. En un software BIM que se centre en la arquitectura y un estudio de la estimación cuantitativa, estos parámetros no se necesitan y/o se les presta muy poca atención. El software de cálculo tiene sus propias bases de datos muy sofisticadas adaptadas a los requisitos del cálculo. Los materiales y secciones se deben traducir desde los datos de importación a los datos del software de análisis estructural por medio de tablas de conversión. Esta traducción debería ser también lo suficientemente flexible para definir las dimensiones libres para las formas básicas de las secciones definidas (cualquier sección rectangular, en I, en U, etc) por medio de la conversión de parámetros.

Alineación y conectividad
Asimismo, es necesario asegurar una conectividad correcta de los elementos y definir las liberaciones y condiciones de los apoyos. Puede ser necesario desplazar y alinear los objetos importados.

Figura 03 - Ampliación de los extremos de barras libres y fusión en un nudo común

Para este propósito, es necesario que muchos nudos, y con esto los objetos conectados, se puedan mover en cualquier nivel de referencia con tan solo unos pocos pasos. No pueden existir nudos duplicados o casi idénticos, lo cual causa normalmente dificultades en el mallado.

Figura 04 - Orientación vertical del muro al nivel del techo

Comprobaciones plausibles
Los problemas se deben encontrar rápidamente y eliminar con la ayuda del programa. Para ello, son importantes las comprobaciones plausibles para nudos dobles o cercanos, líneas que se solapan, líneas cortas o nudos no utilizados posiblemente libres.

Eliminación y fusión de nudos
No deben faltar las funciones esenciales, tales como la fusión de múltiples nudos, con el ajuste automático de los objetos dependientes afectados. Es especialmente útil si puede trabajar gráficamente y si puede utilizar la función de arrastrar y soltar.

Figura 05 - Identificación y eliminación de nudos casi idénticos

Componentes físicos y su relevancia
Por medio de la intersección necesaria de líneas o barras que se cruzan, se dividen los componentes físicos tales como vigas o pilares en múltiples elementos finitos. Al hacer esto, puede ocurrir que se pierdan las longitudes de referencia importantes, tales como la longitud real de un pilar, la cual tiene un papel importante para el cálculo o para la actualización del archivo BIM original. El software de análisis estructural debería ofrecer una opción para mantener la longitud original.

Figura 06 - Los conjuntos de barras de RFEM combinan barras individuales y se corresponden con los componentes físicos en el modelo de BIM

Identificación de cambios
Cuando se importan o exportan los datos varias veces para responder a los cambios, el software debería ofrecer la posibilidad de mostrar los estados individuales de la revisión o al menos filtrar los cambios hechos en el paso actual.

Figura 07 - Marcado y visualización de los cambios en el software de análisis estructural RFEM por medio de las visibilidades

Modelado con desfases y herramientas de personalización
Para modelos referenciados simples (posiblemente modelos parciales), los modelos de captación y el modelado han demostrado ser efectivos. Entonces es muy útil si las líneas centrales de los muros pueden ser diseñadas mediante el uso del desfase global de la mitad del espesor del muro. Las herramientas para ampliar o acortar las líneas relativas a otras líneas (recortado/ampliado) no deben faltar.

Figura 08 - Capa de fondo DXF: la línea central del muro se crea tomando el borde exterior con desfase

Identificadores únicos
Para el proceso de ida y vuelta y, por lo tanto, para los escenarios de actualización, se necesitan números de identificación (ID) únicos. El software debe ser capaz de guardar estos números de identificación. Puede ser necesario que se importen los ID de otros programas o que se actualicen sus bases de datos con respecto a los ID.

Copiar y pegar
Se necesita mucho tiempo de trabajo para los modelos de BIM y estructurales derivados en las etapas avanzadas. Se debe asegurar que las aplicaciones respectivas no sobrescriban los datos existentes de otros modelos específicos de otras ramas. Por tanto, puede ser útil si los cambios tales como barras o superficies nuevas se importen sólo con un copiar y pegar. Esto permite al usuario seleccionar específicamente qué cambios se tienen en cuenta.

Resultados estructurales en el modelo de BIM
La comunicación mejorada basada en datos es una ventaja importante del BIM. Esto da como resultado el hecho de que el software de análisis estructural proporciona, entre otras cosas, esfuerzos internas, cambios de sección o armaduras. Esta información debe estar disponible digitalmente para que otras aplicaciones especiales puedan manejar otras tareas basadas en ella. En el caso más simple, los trazos basados en los resultados de DXF pueden ser referenciados, por ejemplo, con los planos de la armadura o conexiones con los que modela el diseñador de BIM.

Figura 09 - Exportación de la cantidad de armadura desde RFEM y visualización en Revit

Si el software BIM ofrece bases de datos abiertas, esta comunicación está elevada a un nivel mucho más alto y las aplicaciones posteriores pueden acceder a estos datos automáticamente por medio de API especiales.

Palabras clave

IFC CIS/2 SDNF dxf BuildingSMART Coordination View Vista del análisis estructural Archivo de conversión Plausibilidad Identificador único

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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

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