Les modèles 3D sont créés depuis plus de vingt ans (par exemple dans le domaine de la construction métallique) et sont utilisés pour obtenir automatiquement des données d'ingénierie 2D ou pour accéder et contrôler les machines de production directement via les données CN. De même, les calculs de structure sur des modèles 3D sont à la pointe de la technologie. En raison de la génération de modèles numériques, les principaux défis auxquels sont confrontés les logiciels de construction sont les problèmes d'échange de données et la manière dont ces modèles peuvent être utilisés rapidement dans les logiciels de différents planificateurs techniques. Les modèles géométriques et physiques jouent non seulement un rôle, mais de nombreux autres modèles contiennent plus que des informations sur les composants physiquement visibles. Un de ces modèles est le modèle structurel ou analytique, qui contient les propriétés mécaniques des matériaux, les conditions aux limites ou les hypothèses de charge; c'est-à-dire des éléments qui ne peuvent pas être lus immédiatement à partir d'un modèle architectural purement physique. Ces différences se traduisent par des difficultés dans l'échange de données des modèles BIM en génie des structures. Les attentes du BIM en matière de calcul de structures sont énormes. La tâche des fabricants de logiciels de construction est tout aussi vaste. Dans cet article, nous expliquerons les problèmes de base de l'échange de données, puis nous présenterons des solutions pratiques et testées.
Calcul de structure dans le processus BIM
La modélisation des données du bâtiment est basée sur une vue globale du cycle de vie d'une structure; cela inclut l'idée initiale et la planification (architecte, propriétaire du bâtiment), la conception détaillée et la planification finale (ingénieurs), ainsi que l'exploitation et la démolition du bâtiment. L'objectif est notamment d'optimiser les coûts tout au long du cycle de vie de l'ouvrage. La conception de la structure elle-même ne constitue qu'une petite partie du BIM et son impact sur les coûts de la structure est généralement secondaire. Par conséquent, la grande «révolution» du BIM a davantage d'influence sur l'architecte. Néanmoins, le calcul de structure joue un rôle important dans une période relativement courte de la planification finale. La conception détermine la faisabilité d'un concept structurel particulier et constitue une étape importante dans le processus de planification, car d'autres services peuvent être retardés sans une conception adéquate. Cela a également une grande influence sur la fiabilité de la planification ultérieure et donc sur les coûts associés aux modifications nécessaires. En résumé : l'analyse structurale, y compris les modifications ultérieures, doit être efficace et fiable. Les modèles BIM tridimensionnels actuels peuvent fournir une entrée de données précieuse ou des moyens de communication et une meilleure compréhension de l'ingénierie structurale.
Modèle BIM et Modèle structural
En général, les modèles BIM contiennent des informations sur la géométrie, les matériaux et les produits semi-finis d'un bâtiment. Ils décrivent la fonction du bâtiment et peuvent par exemple fournir des informations sur le temps de montage. Les modèles BIM sont adaptés comme outil de communication visuelle à toutes les parties impliquées dans la construction; ils servent d'outil pour la détermination des matériaux et des coûts et aident à éviter les erreurs de planification dues aux collisions de composants individuels ou de sous-sections. L'échange de données se réfère principalement à une description paramétrique de la géométrie exacte du bâtiment. Les composants structuraux sont décrits par des modèles de surface aux limites ou des zones d'extrusion qui donnent un solide.
Les modèles structurels se concentrent en revanche sur la projection mécaniquement correcte de la structure porteuse. La géométrie est simplifiée et réduite aux composants structuraux pertinents pour l'analyse structurale. La description détaillée de la géométrie n'est utilisée que lorsque cela est nécessaire et le temps de calcul augmente inévitablement. Les poteaux et les poutres sont calculés comme des barres (éléments 1D), tandis que les murs et les plafonds sont calculés comme des dalles et des plaques (éléments 2D). Ces éléments de barre et de surface peuvent également être combinés dans le modèle 3D. Pour calculer numériquement ces modèles idéalisés, il est nécessaire de réunir tous les composants structuraux et de vérifier les conditions de transition. Cependant, en raison de la réduction des composants des solides aux lignes centrales (dans le cas des barres) et aux plans intermédiaires (dans le cas des surfaces), l'intersection automatique n'est pas toujours disponible.
Les autres composants essentiels du modèle structurel sont les suivants:
- Définitions des appuis et articulations
- Propriétés mécaniques des matériaux et des sections
- Charges externes (vent, neige, charges imposées, etc.) et combinaisons de charges
- Effets de l'activité sismique ou d'autres actions accidentelles
- Spécifications de calcul
- Méthodes et analyses de calcul linéaires et non linéaires
Il est impossible de déduire le modèle structural à partir des informations géométriques pures d'un modèle BIM sans l'intervention d'un ingénieur qualifié. Une modélisation géométrique identique nécessiterait également une représentation sous forme de modèle solide en ingénierie de structure. Cependant, même avec la capacité de calcul actuellement disponible, il est impensable de calculer un bâtiment comme un modèle solide.
Scénarios d'échanges BIM pratiques
Vous pouvez distinguer les échanges de données entre les applications d'une même discipline et celles d'une autre discipline. Si des données sont échangées entre un logiciel d'architecture ou un logiciel de construction, les objets sont les mêmes et le contenu de l'information et ses modèles de données sont très similaires dans les deux programmes. Les différentes applications logicielles peuvent traiter les informations directement et les traduire en objets intelligents spécifiques au logiciel. Ceci est également appelé échange de données horizontal.
Si les données doivent être transférées à une autre discipline, par exemple d'un logiciel d'architecture à un logiciel de calcul de structure, l'accent est alors mis sur une vue différente des données et seuls les composants porteurs tels que les poteaux, les murs, les treillis ou les plaques sont considérés. Les informations supplémentaires requises, telles que l'emplacement des lignes d'action structurales, l'élasticité des assemblages des éléments ou les détails mécaniques précis des matériaux et des sections ne sont toujours pas disponibles. Ceci est également appelé échange de données vertical. Si vous appartenez à une discipline, vous pouvez facilement éviter les pertes de données ou les erreurs d’interprétation. L'échange vertical de données est souvent utilisé pour le BIM dans le domaine de l'ingénierie structurale, car le modèle structurel est généralement généré à partir du modèle architectural, car le modèle architectural est généralement disponible. Cependant, le transfert d'un logiciel de calcul de structure à un autre nécessite également une vérification des calculs de structure.
Les scénarios les plus importants peuvent être résumés comme suit:
- Architecture → calcul de structure → construction
- Calcul de structure → Architecture pour la synchronisation des données de modifications après calcul structurel
- Calcul de structure → Examen statique
- Exportation facultative de la structure complète ou des sous-structures
- Mise à jour facultative des matériaux, des épaisseurs et des sections (bidirectionnelle) et renvoi des résultats des calculs
Il existe différentes options pour les formats de fichier d'échange de données. Le format IFC en tant que norme mondiale joue un rôle particulier. Il est divisé en différents points de vue et chaque discipline a son propre point de vue. La vue principale est la vue Coordination, où les différents logiciels peuvent être certifiés. Lorsque vous considérez le format IFC sans spécifier les vues individuelles, la vue de coordination est généralement utilisée par défaut. Cette opération est prise en charge par la plupart des programmes d'architecture. En revanche, la vue Analyse de la structure inclut une description du modèle de structure, des charges et des combinaisons de charges. Cette vue n'est actuellement pas certifiable et n'est supportée que par un nombre limité de programmes de calcul de structure. Bien que défini comme une norme, le format IFC peut généralement être interprété de différentes manières; Par conséquent, il est nécessaire de vérifier le format avec les données du logiciel pour réussir l'échange de données.
Outre le format IFC, vous pouvez utiliser les formats de fichier existants tels que DXF/DWG, Interface produit pour la construction métallique ou d'autres applications textuelles. Les interfaces directes jouent également un rôle important. Ils ne disposent pas de fichiers d'échange car les programmes individuels communiquent directement entre eux via des interfaces de programmation d'application (API).
Facteurs clés pour un échange de données réussi
La question fondamentale est de déterminer quel scénario d'échange est disponible. Si vous connaissez les différents logiciels, vous connaissez peut-être les interfaces prises en charge. Dans cette optique, il est nécessaire d'effectuer les tests d'échange ciblés à l'aide de modèles de taille gérable. Les propriétés des matériaux et des sections requièrent souvent une attention particulière. Chaque logiciel fournit généralement des bases de données de calcul de structure personnalisées qui contiennent tous les paramètres dépendant de la norme. Ces bases de données sont mises en corrélation dans des «fichiers de mappage», qui sont de simples tableaux contenant les descriptions associées. Ces fichiers de mappage sont en partie fournis par le développeur du logiciel. Nous vous recommandons d'unifier et d'intégrer ces fichiers en fonction des programmes utilisés pour votre application.
Il existe également un logiciel BIM, qui inclut déjà un modèle analytique (modèle structurel) dans le modèle architectural. L'avantage de ce logiciel est que les deux modèles se chevauchent et sont référencés, de sorte que ces modèles peuvent être analysés efficacement et facilement. Outre les données du système, des spécifications de charge sont également possibles. Lorsque vous utilisez ce logiciel, vous devez créer les deux modèles avec précision. Une coordination appropriée entre toutes les parties impliquées est nécessaire. Souvent, la personne qui effectue la mise à jour des modèles ne fait pas partie du même bureau d'études. Cette opération doit être organisée à l'avance. Il existe sans aucun doute de grandes opportunités pour le BIM et il est toujours reconnu par des entreprises renommées. Si toute la chaîne de planification peut être créée, les modèles BIM peuvent être préparés de manière optimale, à un stade précoce, et utilisés plus tard pour l'analyse structurale.
La prise en charge de différents formats de données est un aspect important dans le choix du bon logiciel. La description au format de données existant doit être transférée dans les objets spécifiques à ce logiciel. La seule considération de la visualisation ou de la référence du modèle de données est insuffisante pour le calcul de structure et ne peut que contribuer aux vérifications visuelles. Si le logiciel peut importer plusieurs modèles et les transférer dans le modèle d'objet de données approprié, cela peut considérablement améliorer la flexibilité et augmenter les chances d'échange de données réussi. C'est un facteur clé de succès lorsque les fichiers IFC Coordination View sont utilisés dans le logiciel de calcul de structures.
Indépendamment des efforts supplémentaires, la programmation d'outils propriétaires simples pour l'échange de données doit toujours être incluse dès le début. Cela permet un transfert efficace d'informations supplémentaires sous forme de paramètres. Par exemple, vous pouvez afficher les éléments d'un modèle structurel dans un logiciel BIM, communiquer les modifications possibles ou implémenter des flux de travail propres à une société dans le logiciel. Pour ce faire, tous les produits logiciels concernés doivent disposer des API correspondantes exploitées par des langages de programmation classiques et simples (VBA, C#, etc.).
Les facteurs clés de succès pour un échange de données réussi sont les suivants:
Génération d'un modèle BIM avec prise en compte du calcul de structure
- Implication précoce de l'ingénieur structure et consultation du temps de transfert et du contenu
- Définition de normes pour les matériaux et description des sections (tableaux de correspondance)
- Modélisation fonctionnelle et cohérente de composants structuraux (poteaux, poutres en tant qu'objets de barre, murs, plaques en tant qu'objets de surface)
- Modélisation de murs, plaques et poteaux dans les sections et les niveaux
Umfang und Inhalt der Datenübergabe festlegen
- Qui crée le modèle structurel idéal et quels logiciels utilise-t-il (logiciel BIM ou de calcul de structure)?
- Seules les dimensions géométriques et les lignes d'action structurelles seront-elles transférées ou d'autres propriétés structurelles telles que des appuis ou des articulations?
- Qui définit les cas de charge, les combinaisons de charges et les charges?
- Qui est autorisé pour certaines modifications: Ajouter ou supprimer des composants structuraux ou définir les sections et les épaisseurs des composants?
- Comment et quand l'alignement automatique potentiel du modèle sera-t-il effectué?
Définition des phases de travail
- Qui travaille sur quel espace modèle et quand?
- Évitez autant que possible de modifier les mêmes composants simultanément
Test des scénarios Exchange et utilisation des formats et interfaces d'échange de données
- Le logiciel BIM et le logiciel de calcul de structure pris en charge offrent-ils les mêmes interfaces et dans quelle mesure?
- Exécution de tests sur des modèles gérables à l'aide d'objets d'échange définis
Règle contraignante pour la disponibilité de modèles BIM
- De préférence sous plusieurs formats (IFC, format de fichier propriétaire du logiciel, DWG/DXF, SDNF, STEP ou autre)
- Élargir les possibilités d'échange de données et permettre la vérification et la comparaison de modèles
Résumé
Le calcul de structure joue un rôle important dans la modélisation des données du bâtiment. Grâce à l'application croissante de méthodes de planification orientées BIM, les nouvelles chaînes de processus numériques offrent la possibilité d'augmenter l'efficacité. Le modèle BIM et le modèle structurel sont de nature différente et la dérivation de modèles structuraux à partir de modèles BIM n'est pas toujours automatique et clairement possible. Un processus de planification efficace en matière de calcul de structure nécessite la participation d'un ingénieur structure à un stade précoce, ainsi que le respect des aspects de l'ingénierie structurale et de l'échange de données lors de la création d'un modèle BIM. Le logiciel utilisé doit permettre le transfert des informations géométriques paramétriques existantes des objets intelligents propres au logiciel via l'utilisation des interfaces correspondantes. Enfin, une bonne stratégie d'échange de données conforme au logiciel utilisé vous permet d'intégrer facilement la conception de structures au processus BIM.