BIM w inżynierii strukturalnej:

Artykuł o tematyce technicznej

Rosnące wykorzystanie metody BIM w planowaniu budynków otwiera również nowe możliwości dla projektantów strukturalnych. Po utworzeniu kompleksowego modelu 3D budynku, chcielibyśmy nadal go używać do obliczeń statycznych i uzyskać z niego maksymalne korzyści. Ale są też nowe wyzwania dla inżyniera konstrukcyjnego i użytego oprogramowania, które zostaną omówione w tym artykule.

Eliminacja elementów niekonstrukcyjnych

Jedną z kluczowych zalet modeli 3D BIM jest to, że wszystkie informacje są przechowywane centralnie w bazie danych. Zakładając, że początkowo szkic budynku jest tworzony przez architekta, nie skupiamy się przede wszystkim na strukturze statycznej. Jego praca koncentruje się przede wszystkim na wykorzystaniu i projektowaniu budynku oraz zgodności z budżetem w ścisłej współpracy z klientem. Na tej podstawie zaprojektowano niezbędne konstrukcje wsporcze dla budynku. Ten model strukturalny reprezentuje jakby szkielet nośny budynku i jest szczególnie interesujący dla inżyniera budowlanego. Pozostałe niestrukturalne części budynku są dla niego albo nieznaczne (na przykład wyszczególnienie drzwi i okien, precyzyjna konstrukcja podłogi, instalacja elektryczna i wodno-kanalizacyjna itp.), Albo maksymalnie dla ważnych założeń dotyczących obciążenia. Dlatego tylko część modelu BIM ma być oceniana dla inżyniera strukturalnego i musi oddzielić obiekty istotne statystycznie od nieistotnych. Jednak informacja o tym, czy składnik obecny w modelu BIM przyczynia się do statyczności struktury, niekoniecznie jest właściwa dla każdego modelu BIM i musi zostać podana modelowi przez inżyniera konstrukcyjnego lub musi zostać odfiltrowana za pomocą odpowiednich filtrów usuń model strukturalny. Na rynku jest oprogramowanie BIM, które już pozwala elementom architektonicznym oznaczać komponenty jako nośne. Zakładając, że architekt uważa za swoje zadanie wykonanie tego znaku, ułatwia to automatyczny transfer modelu do oprogramowania statycznego.

Model struktury fizycznej i wyidealizowany model analizy

Po wyeliminowaniu komponentów pomocniczych z globalnego modelu BIM obecny jest fizyczny model strukturalny, który odpowiada pozycjom i kształtom późniejszego modelu rzeczywistego (objętościowego). Jednak ze względu na ograniczone możliwości obliczeniowe i niezbędne uproszczenia obliczeń, nie wszystkie komponenty są generalnie obliczane jako modele objętości, ale raczej redukowane do elementów prętowych i powierzchniowych, których wyniki (na przykład rozmiary prętów i powierzchni) odnoszą się również do obecnych standardów. Zastosowanie modeli bryłowych jest zwykle ograniczone do bardzo grubych elementów lub analizy specjalnych podobszarów, takich jak stalowe połączenia konstrukcyjne, w których odwzorowuje się takie szczegóły, jak śruby, spoiny lub warunki kontaktu. Zmniejszenie liczby prętów i powierzchni rodzi pytanie o położenie ciężkich osi tych elementów i ich wzajemne połączenie. Z powodu różnych wysokości składowych, półwyrobów i połączeń, w pewnych okolicznościach nie mogą powstać spójne modele linii grawitacyjnych połączone w jednym punkcie, które muszą być dalej dostosowane, aby służyć jako analityczny model obliczeniowy. Rodzi to dalsze pytania dla inżyniera konstrukcyjnego.

  • Gdzie powinny leżeć linie systemowe?
  • Jak radzić sobie z ekscentrycznością wędzisk i terenów?
  • Czy linie systemowe muszą zostać skrócone lub wydłużone i jaki ma to wpływ na obciążenie (ciężar własny, obciążenia linii, obciążenia powierzchniowe itp.)?
  • Czy wystarczy modelować za pomocą prostych węzłów analitycznych, czy też trzeba zbudować dowolne zaawansowane modele, które można dostosować do inżynierii (na przykład wsparcie będzie się łączyć tylko z sufitem w jednym węźle: Problem osobliwości)?
  • Czy połączenia prętów i powierzchni są przegubowe, podatne lub sztywne?
  • Które pozycje należy rozumieć jako podpory, w jakich warunkach przechowywania?
  • W razie potrzeby podziel pręty lub obszary, aby uzyskać sensowny model analizy.

Przy podejmowaniu decyzji o wszystkich tych kwestiach oprogramowanie może zazwyczaj zapewniać niewielkie wsparcie, a decyzje te muszą ostatecznie zostać podjęte przez inżyniera budownictwa. Nowym trendem w oprogramowaniu do architektury i projektowania jest jednak to, że statyczne programy są już zawarte w programach, a czasami także automatycznie tworzone. Zaletą jest to, że gdy odpowiednio zdefiniowane podstawowe systemy statyczne mogą zostać przeniesione do programu analizy strukturalnej, najlepiej obejmującego ładowanie, bez większych przeróbek.

Warunkiem tego jest jednak to, że to oprogramowanie BIM jest obsługiwane przez użytkowników, którzy posiadają odpowiednią wiedzę na temat statyki i zastosowania programu obliczeniowego. Z tradycyjnego punktu widzenia ta okoliczność jest często przyczyną stagnacji wymiany danych, a tym samym przepływu pracy BIM, ze względu na zwykłe obowiązki firm architektonicznych i biur statystycznych w Niemczech. W końcu architekt nie jest opłacany za stworzenie statycznego modelu.

Szczególne aspekty modelowania

Podczas wytwarzania modeli elementów skończonych mogą być wymagane specjalne struktury pomocnicze przy przejściach z powierzchni na elementy prętowe lub, na przykład, w legarach. Te pomocnicze projekty wymagają ręcznej przeróbki importowanych konstrukcji. To nieuchronnie prowadzi do tego, że początkowy model BIM i wyidealizowany model analizy oddalają się dalej, a przypisanie powiązanych komponentów w programach użytkownika różnych dyscyplin jest znacznie trudniejsze.

Problem ten znajduje odzwierciedlenie zwłaszcza w dostosowywaniu zmian w obu modelach. Często sztywne pręty sprzęgające są używane do łączenia stałych elementów w modelowaniu statycznym. W zależności od implementacji w oprogramowaniu statycznym, te specjalne typy prętów mogą prowadzić do problemów numerycznych, jeśli te pręty są bardzo krótkie i bardzo sztywne. Dlatego szczególną uwagę należy zwrócić na automatyczne tworzenie takich elementów sprzęgających z oprogramowania BIM. Duży i czasami trudny do rozpoznania problem może reprezentować rzekomo połączone komponenty w modelu analizy. Niedokładności w modelowaniu w oprogramowaniu BIM lub ograniczenia dokładności numerycznej mogą również powodować bardzo bliskie węzły MES. Powodują one trudności w sieci lub zapewniają podłączone komponenty, które nie są następnie połączone w modelu komputerowym. Powoduje to nieprawidłowe wyniki obliczeń. Dlatego szczególną uwagę należy zwrócić na kontrolę importowanego modelu.

Załaduj założenia i kombinacje obciążeń

W niektórych aplikacjach BIM możliwe jest również określenie obciążeń i kombinacji obciążeń. Określenie np. Profili obciążenia wiatrem, obciążeń śniegiem lub obciążeń ciśnienia ziemnego stało się znacznie bardziej złożone ze względu na nowo wprowadzone Eurokody w ostatnich latach. To samo dotyczy zasad tworzenia kombinacji obciążeń w zależności od różnych sytuacji projektowych. Z natury programy do analizy strukturalnej są lepiej dostosowane, bardziej wszechstronne i oferują wszechstronne narzędzia do generowania. Dlatego oczywiste jest, że dane wejściowe obciążenia i kombinatoryki są wykonywane w aplikacji statycznej. Jeśli wynikowe obciążenia i kombinacje zostaną zapisane z powrotem w modelu BIM, parametry leżące u podstaw automatycznego generowania są zwykle tracone, a zatem inteligencja obiektów obciążenia nie występuje w przypadku dalszych zmian.

Aspekty obliczania struktur

Jeśli odpowiedni model analizy pochodzi z modelu BIM, można go obliczyć w oprogramowaniu statycznym. Należy zdecydować, która teoria obliczeń i modele materiałowe są używane. Po obliczeniu model może wymagać dostosowania i powstają warianty modelowania lub dodawane lub usuwane są nowe elementy. Połączenia i podpory muszą być sprawdzone. Przy projektowaniu konstrukcji należy przyjąć dalsze założenia i wprowadzić parametry. Przekroje i wymiary mogą się zmienić. Klasyczny pomysł BIM wymagałby, aby te ustawienia wstępne i założenia były również przechowywane w centralnym modelu BIM. Jednak nie jest to obecnie w pełni możliwe i nie jest obsługiwane w zwykłych interfejsach lub jest możliwe tylko z utratą inteligencji obiektów.

Rozważenie faz budynku odgrywa bardzo ważną rolę w modelach przestrzennych i decyduje o użyteczności wyników obliczeń. Dlatego ważne jest, aby przed obliczeniem upewnić się, czy obliczenia dotyczące całego modelu wymagają uwzględnienia faz budowy lub, w razie potrzeby, obliczenia sekcji pod-modeli. W tym kontekście należy wspomnieć, że BIM nie oznacza automatycznie, że zawsze obliczasz cały model budynku przestrzennie. Dobrą strategią może być również sukcesywne wyodrębnianie pojedynczych elementów statycznych z ogólnego modelu BIM i obliczanie ich oddzielnie.

Zmiany w modelu BIM ze względu na obliczenia statyczne

Po zakończeniu obliczeń mogą wystąpić zmiany materiałowe i przekrojowe lub elementy, takie jak opatrunki lub legary, mogą być przenoszone, usuwane lub dodawane. Zmiany te muszą zostać odzwierciedlone w modelu BIM i zaktualizowane. Ale co się stanie, jeśli zmiany w oryginalnym modelu BIM będą musiały być dokonane i porównane? Jak zdecydować, który stan zmian jest ostatni? Proces ten musi podlegać zasadom, a zmiany muszą być zatwierdzone przez odpowiedzialny personel. Jednocześnie należy upewnić się, że zmiany w modelu BIM są importowane po zaimportowaniu do oprogramowania statycznego. Mogą wystąpić zmiany tej samej części w tym samym czasie w modelu BIM iw modelu analizy. Takie sytuacje mogą być złagodzone przez blokady w modelu lub porozumieniach zaangażowanych stron. Zautomatyzowany transfer zmian profilu, grubości powierzchni lub dodanie i usunięcie nowych komponentów w drugim modelu jest zazwyczaj wykonalne i jest obsługiwane na przykład przez oprogramowanie Dlubal. Należy zauważyć, że aktualizacje wynikające ze statyki nie zastępują innych informacji w modelu BIM, które nie są istotne statystycznie.

Interfejs IFC i bezpośrednie połączenie oprogramowania

Do spójnego planowania niezbędne są funkcjonalne interfejsy. Jeśli mamy otwarty dostęp do danych programów wymiany za pośrednictwem programowalnych interfejsów, można je łączyć bezpośrednio bez konieczności wymiany plików. Oba programy muszą być zainstalowane na tym samym komputerze. Implementacja takich interfejsów jest bardzo elastyczna i nie jest powiązana z modelami składni i danych ogólnych formatów interfejsu, ponieważ są one niezbędne do wymiany plików. Podczas wymiany danych o neutralnych, niezależnych od producenta formatach plików, format IFC odgrywa główną rolę.

Jeśli oprogramowanie posiada certyfikat IFC, nie musi to oznaczać, że transfer do oprogramowania statycznego jest również możliwy. Certyfikacja jest obecnie dostępna tylko dla „Widoku koordynacji”. Opisuje przede wszystkim geometrię struktury opartej na modelach bryłowych, tj. Omówionym powyżej modelu struktury fizycznej. Dla modelu statycznego dostarczany jest tak zwany „widok analizy strukturalnej”, który umożliwia również przenoszenie łożysk, złączy i obciążeń. W przypadku wymiany danych opartej na IFC opartej na programie architektury konieczne jest zatem sprawdzenie, który widok można wyeksportować.

Podsumowanie i wnioski

Modele 3D BIM pomagają inżynierowi budowlanemu w zrozumieniu złożonych struktur i szybszym generowaniu modeli analitycznych poprzez gromadzenie danych. Ogólnie model BIM i model analizy są różne i nie są geometrycznie identyczne. Automatycznie generowane modele analizy powinny być dokładnie zbadane, a obliczenia na całym modelu mogą wymagać uwzględnienia faz budowy. Statyka może wymagać specjalnego modelowania w określonych punktach i zazwyczaj wymaga dodatkowych informacji, które nie mogą być przechowywane lub ograniczone tylko w modelu BIM. Ze względu na możliwe zmiany w fazie planowania należy zdefiniować zasady, które mogą wprowadzać zmiany, kiedy i gdzie na modelu. Oprogramowanie BIM i BIM wymaga szerszej i bardziej wszechstronnej wiedzy na temat wszystkich faz projektowania architektów i inżynierów strukturalnych, chęci przemyślenia tradycyjnych podziałów pracy i zrozumienia zadania planowania jako pracy zespołowej. Zaakceptowanie początkowego, zarządzalnego narzutu, a jednocześnie myślenie o kolejnym etapie planowania, może spowodować znaczne oszczędności i lepsze wyniki planowania. Potwierdzają to biura projektowe, które poświęciły się procesowi BIM w ostatnich latach. Nie tylko z tego powodu, ale także dlatego, że instytucje zamawiające zalecają BIM jako metodę planowania, BIM będzie się rozprzestrzeniał w nadchodzących latach. Projektowanie strukturalne jest integralną i integralną częścią modelowania informacji o budynku, dlatego coraz ważniejsze staje się oprogramowanie do analizy strukturalnej z włączoną funkcją BIM i obsługa ogólnych modeli.

Oprogramowanie firmy Dlubal jest dostosowane do procesu planowania opartego na BIM, oferując różnorodne formaty interfejsów i bezpośrednie połączenia z popularnymi produktami oprogramowania BIM. Dzięki otwartemu, programowalnemu interfejsowi oprogramowanie można bezproblemowo zintegrować z procesami planowania specyficznymi dla firmy. Umożliwia to automatyzację zadań modelowania i przetwarzanie wyników obliczeń.

Słowa kluczowe

wymiana danych bim ifc revit

Linki

Kontakt

Kontakt do Dlubal

Mają Państwo pytania lub potrzebują porady?
Zapraszamy do bezpłatnego kontaktu z nami drogą mailową, poprzez czat lub forum lub odwiedzenia naszej strony z FAQ z użytecznymi wskazówkami i rozwiązaniami.

+48 (32) 782 46 26

+48 730 358 225

info@dlubal.pl

RFEM Program główny
RFEM 5.xx

Program główny

Oprogramowanie do obliczeń płaskich i przestrzennych układów konstrukcyjnych, obejmujących płyty, ściany, powłoki, pręty (belki), bryły i elementy kontaktowe, z wykorzystaniem Metody Elementów Skończonych (MES)

Cena pierwszej licencji
3 540,00 USD
RSTAB Program główny
RSTAB 8.xx

Program główny

Oprogramowanie do obliczania konstrukcji ramowych, belkowych i szkieletowych, wykonujące obliczenia liniowe i nieliniowe sił wewnętrznych, odkształceń i reakcji podporowych

Cena pierwszej licencji
2 550,00 USD