Modelowanie informacji o budynkach (BIM) oraz analiza statyczno-wytrzymałościowa: scenariusze i czynniki powodzenia w wymianie danych

  • Baza informacji

Artykuł o tematyce technicznej

Artykuł został przetłumaczony przez Google Translator

Podgląd oryginalnego tekstu

Modelowanie informacji o budynkach opisuje być może jeden z najważniejszych aktualnych tematów w całej branży oprogramowania budowlanego. Proces ten nie jest jednak nowy i dobrze wiadomo, że dobre planowanie na początkowym etapie może pozytywnie wpłynąć na całkowity koszt projektu.

Od ponad dwudziestu lat tworzone są modele 3D, na przykład w konstrukcjach stalowych, służące do automatycznego uzyskiwania danych inżynierskich 2D lub do bezpośredniego dostępu do maszyn produkcyjnych i sterowania nimi za pomocą danych NC. Podobnie, obliczenia konstrukcyjne na modelach 3D są najnowocześniejsze. Ze względu na generowanie modeli cyfrowych oprogramowanie budowlane staje przed głównymi wyzwaniami związanymi z wymianą danych oraz tym, w jaki sposób modele te mogą być wykorzystane w oprogramowaniu różnych planistów technicznych w sposób efektywny czasowo. Ważną rolę odgrywają nie tylko modele geometryczne i fizyczne, ale istnieje też wiele innych modeli zawierających więcej niż tylko fizycznie widoczne informacje o składowych. Taki model jest modelem konstrukcyjnym lub analitycznym, który zawiera właściwości mechaniczne materiału, warunki brzegowe lub założenia obciążenia, to znaczy rzeczy, których nie można natychmiast odczytać z czysto fizycznego modelu architektonicznego. Różnice te powodują trudności w wymianie danych modeli BIM w inżynierii konstrukcyjnej. Oczekiwania względem BIM w analizie konstrukcji są ogromne. Równie wielkie jest zadanie producentów oprogramowania konstrukcyjnego. W tym artykule najpierw wyjaśnimy podstawowe problemy wymiany danych, a następnie przedstawimy praktyczne i przetestowane rozwiązania.

Obliczenia konstrukcyjne w procesie BIM

Modelowanie informacji o budynku opiera się na całościowym widoku cyklu życia konstrukcji, w tym na wstępnej koncepcji i projekcie (architekta, właściciela budynku), na szczegółowym projekcie, a na etapie końcowym (inżynierowie), a także na funkcjonowaniu i rozbiórce budynku. Celem jest między innymi optymalizacja kosztów w całym cyklu życia konstrukcji. Samo obliczenie konstrukcji stanowi tylko niewielką część BIM, a jego wpływ na koszty konstrukcji ma zazwyczaj znaczenie drugorzędne. Dlatego wielka „rewolucja” w BIM ma większą kontrolę architekta. Niemniej jednak inżynieria konstrukcyjna odgrywa istotną rolę w stosunkowo krótkim okresie planowania końcowego. Projektowanie określa wykonalność danej koncepcji konstrukcyjnej i jest kamieniem milowym w procesie planowania, ponieważ inne usługi mogą zostać opóźnione bez odpowiedniego projektowania. Ma to również duży wpływ na niezawodność dalszego planowania, a tym samym na związane z tym koszty niezbędnych zmian. Krótkoterminowe: analiza statyczno-wytrzymałościowa, wraz z późniejszymi zmianami, musi być efektywna i wiarygodna. Obecne trójwymiarowe modele BIM mogą dostarczyć cennych danych lub środków komunikacji oraz lepszego zrozumienia w odniesieniu do inżynierii konstrukcyjnej.

Rysunek 01

Model BIM i model konstrukcyjny

Z reguły modele BIM zawierają informacje o geometrii, materiałach i półfabrykatach budynku. Opisują przeznaczenie budynku i mogą na przykład dostarczyć informacji o czasie montażu. Modele BIM są odpowiednim narzędziem wizualnej komunikacji dla wszystkich stron zaangażowanych w budowę, służą do określania materiałów i kosztów, a ponadto pomagają uniknąć błędów w planowaniu, spowodowanych kolizją poszczególnych elementów lub podsekcji. Wymiana danych odnosi się głównie do parametrycznego opisu dokładnej geometrii budynku. Składowe konstrukcyjne są opisywane przez modele powierzchni granicznych lub obszary wyciągania, które tworzą bryłę.

W przeciwieństwie do tego, modele konstrukcyjne koncentrują się na mechanicznie poprawnym rzucie konstrukcji wsporczej. Geometria zostaje uproszczona i zredukowana do elementów konstrukcyjnych istotnych dla analizy statyczno-wytrzymałościowej. Szczegółowy opis geometrii wykorzystywany jest tylko w razie potrzeby, a czas obliczeń nieuchronnie się wydłuży. Słupy i belki są obliczane jako pręty (elementy 1D), a ściany i stropy jako płyty i płyty (elementy 2D). Te elementy prętowe i powierzchniowe można również łączyć w modelu konstrukcyjnym 3D. Aby numerycznie obliczyć te wyidealizowane modele, konieczne jest połączenie wszystkich komponentów konstrukcyjnych i weryfikacja warunków przejścia. Jednak ze względu na redukcję składowej z brył na linie środkowe (w przypadku prętów) i płaszczyzny środkowe (w przypadku powierzchni) automatyczne przecięcie nie zawsze jest możliwe.

Kolejne istotne elementy składowe modelu konstrukcyjnego to:

  • Definicje podpór i przegubów
  • Właściwości mechaniczne materiałów i przekrojów
  • Obciążenia zewnętrzne (wiatr, śnieg, obciążenia wymuszone itp.) I kombinacje obciążeń
  • Oddziaływania sejsmiczne lub inne oddziaływania przypadkowe
  • Parametry obliczeniowe
  • Liniowe i nieliniowe metody obliczeniowe i analizy

Bez interwencji wykwalifikowanego inżyniera nie można wnioskować o modelu konstrukcyjnym na podstawie informacji o czystej geometrii modelu BIM. Modelowanie identyczne geometrycznie również wymagałoby przedstawienia w inżynierii konstrukcyjnej modelu bryłowego. Jednak nawet przy obecnie dostępnej mocy obliczeniowej obliczenie budynku jako modelu bryłowego jest nie do pomyślenia.

Praktyczne rozwiązania dla wymiany BIM

Istnieje możliwość rozróżnienia wymiany danych pomiędzy aplikacjami tej samej i innej dyscypliny. Jeżeli dane są wymieniane między oprogramowaniem architektonicznym lub konstrukcyjnym, obiekty są takie same, a zawartość informacji i modele danych w obu programach będą bardzo podobne. Różne aplikacje mogą bezpośrednio przetwarzać informacje i tłumaczyć je na obiekty inteligentne specyficzne dla oprogramowania. Nazywa się to również horyzontalną wymianą danych.

Jeżeli dane mają być przekazywane do innej dziedziny, na przykład od oprogramowania architektonicznego po oprogramowanie do analizy statyczno-wytrzymałościowej, nacisk zostanie położony na inny widok danych i uwzględniane będą tylko elementy pomocnicze, takie jak słupy, ściany, kratownice lub płyty. Wciąż brak będzie wymaganych informacji dodatkowych, takich jak położenie linii działania, sprężystości połączeń elementów lub dokładnych szczegółów mechanicznych materiałów i przekrojów. Jest to również znane jako pionowa wymiana danych. Jeśli działasz w jednej dziedzinie, możesz łatwo uniknąć możliwej utraty danych lub błędów interpretacyjnych. W przypadku BIM w inżynierii konstrukcyjnej często stosowana jest pionowa wymiana danych, ponieważ model konstrukcyjny jest zazwyczaj generowany z modelu architektonicznego, ponieważ model architektoniczny jest zazwyczaj dostępny. Przenoszenie programów z jednego oprogramowania do drugiego wymaga jednak również weryfikacji obliczeń.

Rysunek 02

Najważniejsze scenariusze można streścić w następujący sposób:

  • Architektura → analiza konstrukcyjna → konstrukcja
  • Analiza statyczno-wytrzymałościowa → architektura służąca do synchronizacji danych zmian po obliczeniach konstrukcyjnych
  • Analiza statyczno-wytrzymałościowa → przegląd statyki
  • Opcjonalny eksport całej konstrukcji lub podkonstrukcji
  • Opcjonalna aktualizacja materiałów, grubości i przekrojów (dwukierunkowa) oraz powrót wyników obliczeń

Rysunek 03 - Scenariusz BIM: Przenoszenie modelu z oprogramowania BIM do oprogramowania konstrukcyjnego, aktualizacja przekrojów i przenoszenie wyników obliczeń (sił wewnętrznych) do modelu BIM

Formaty wymiany danych są różne. Format IFC jako globalny standard odgrywa szczególną rolę. Jest on podzielony na różne poglądy, a każda dyscyplina ma swoje własne zdanie. Głównym widokiem jest Widok Koordynacji, w którym można certyfikować poszczególne produkty. Podczas uwzględniania formatu IFC bez konieczności definiowania poszczególnych widoków domyślnie używany jest widok Koordynacja. Jest to obsługiwane przez większość programów architektonicznych. W przeciwieństwie do tego istnieje Widok analizy statyczno-wytrzymałościowej dla inżynierii konstrukcyjnej, który zawiera opis modelu konstrukcyjnego, obciążeń i kombinacji obciążeń. Ten widok nie jest obecnie certyfikowany i jest obsługiwany tylko przez ograniczoną liczbę programów do analizy statyczno-wytrzymałościowej. Mimo że format IFC jest zdefiniowany jako norma, ogólnie można go interpretować na różne sposoby, dlatego w celu zapewnienia pomyślnej wymiany danych konieczne jest sprawdzenie formatu przy użyciu danych odpowiedniego oprogramowania.

Rysunek 04

Oprócz formatu IFC można korzystać z uznanych formatów plików, takich jak DXF/DWG, Interfejs produktu dla konstrukcji stalowych lub innych aplikacji tekstowych. Bezpośrednie interfejsy również odgrywają istotną rolę. Nie mają one żadnych plików wymiany, ponieważ poszczególne programy komunikują się bezpośrednio za pośrednictwem interfejsów programowych (API).

Kluczowe czynniki powodzenia wymiany danych

Podstawową kwestią jest wyjaśnienie, który scenariusz wymiany jest dostępny. Jeżeli znają Państwo poszczególne produkty programowe, mogą być zaznajomieni z obsługiwanymi interfejsami. Mając to na uwadze, konieczne jest przeprowadzenie ukierunkowanych testów wymiany z wykorzystaniem modeli o rozsądnej wielkości. Materiał i właściwości przekroju często wymagają dalszej uwagi. Każde oprogramowanie zazwyczaj zawiera zindywidualizowane bazy danych inżynierii konstrukcyjnej, zawierające wszystkie parametry zależne od normy. Bazy te są ze sobą powiązane w „plikach odwzorowania”, które są prostymi tabelami powiązanych opisów. Te pliki mapowania są częściowo udostępniane przez programistę. Zaleca się ujednolicenie i zintegrowanie tych plików zgodnie z programami używanymi w danej aplikacji.

Istnieje również oprogramowanie BIM, które zawiera model analityczny (model konstrukcyjny) w modelu architektonicznym. Zaletą takiego oprogramowania jest to, że obydwa modele nakładają się na siebie i wzajemnie się odnoszą, dzięki czemu modele te można analizować w sposób efektywny i łatwy. Oprócz danych systemowych możliwe są również specyfikacje obciążeń. Korzystając z takiego oprogramowania, należy dokładnie zbudować oba modele. Konieczna jest odpowiednia koordynacja między wszystkimi zaangażowanymi stronami. Osoba, która przeprowadza edycję modelu, często nie pochodzi z tego samego biura inżynierskiego, a pojawia się pytanie, kto pokrywa koszty modeli interdyscyplinarnych, a kto jest odpowiedzialny za dokładność i dokładność. Należy to wcześniej uzgodnić. Bez wątpienia, BIM stanowi doskonałą okazję i jest doceniana przez znane firmy. Jeżeli można utworzyć cały łańcuch planowania, modele BIM można optymalnie przygotować na wczesnym etapie, a następnie wykorzystać do analizy statyczno-wytrzymałościowej.

Ważnym aspektem przy wyborze odpowiedniego oprogramowania jest obsługa różnych formatów danych. Opis w istniejącym formacie należy przenieść do obiektów specyficznych dla tego oprogramowania. Tylko uwzględnienie wizualizacji lub odniesienia do modelu danych nie jest wystarczające do obliczeń konstrukcyjnych i może jedynie przyczynić się do kontroli wizualnych. Jeżeli oprogramowanie może zaimportować kilka modeli i przenieść je do odpowiedniego modelu obiektowego, może to znacznie zwiększyć elastyczność i zwiększyć szanse na pomyślną i efektywną wymianę danych. Jest to kluczowy element sukcesu w przypadku, gdy pliki IFC Coordination View są wykorzystywane w oprogramowaniu do analizy statyczno-wytrzymałościowej.

Niezależnie od dodatkowego wysiłku, programowanie prostych, zastrzeżonych narzędzi do wymiany danych zawsze powinno być uwzględnione na początku. Pozwala to na efektywne przesyłanie dodatkowych informacji w postaci parametrów. Na przykład w programie BIM można wyświetlać elementy modelu konstrukcyjnego, informować o możliwych modyfikacjach lub wprowadzać do programu przepływy pracy specyficzne dla firmy. Wymaga to, aby wszystkie zaangażowane programy posiadały odpowiednie API działające w konwencjonalnych i prostych językach (VBA, C # itp.).

Kluczowe czynniki sukcesu pomyślnej i efektywnej wymiany danych to:

Generowanie modelu BIM w odniesieniu do obliczeń konstrukcyjnych

  • Wczesne zaangażowanie inżyniera budownictwa i konsultacja czasu i treści przekazania
  • Ustanawianie norm dla opisów materiałów i przekrojów (tabele map)
  • Funkcjonalne i spójne modelowanie elementów konstrukcyjnych (słupy, belki jako obiekty prętowe, ściany, płyty jako obiekty powierzchniowe)
  • Modelowanie ścian, płyt i słupów w przekrojach i poziomach

Określenie zakresu i treści transferu danych

  • Kto tworzy wyidealizowany model konstrukcyjny i z jakiego oprogramowania korzysta (BIM lub oprogramowanie do analizy statyczno-wytrzymałościowej)?
  • Czy zostaną przeniesione tylko geometryczne wymiary i konstrukcyjne linie oddziaływania, czy też inne właściwości konstrukcyjne, takie jak podpory lub przeguby?
  • Kto definiuje przypadki obciążeń, kombinacje obciążeń i obciążenia?
  • Kto jest upoważniony do wprowadzania zmian: Dodawanie czy usuwanie elementów konstrukcyjnych czy definiowanie przekrojów i grubości elementów?
  • Jak i kiedy zostanie przeprowadzone potencjalne automatyczne wyrównanie modelu?

Definiowanie faz pracy

  • Kto pracuje i na którym obszarze modelu?
  • W miarę możliwości należy unikać edytowania tych samych komponentów jednocześnie

Testowanie scenariuszy wymiany oraz korzystanie z formatów i interfejsów wymiany danych

  • Czy obsługiwane oprogramowanie BIM i oprogramowanie do analizy statyczno-wytrzymałościowej oferuje identyczne interfejsy i w jakim stopniu?
  • Przeprowadzanie testów na możliwych do zarządzania modelach z wykorzystaniem zdefiniowanych obiektów wymiany

Wiążąca reguła, aby udostępnić modele BIM

  • Najlepiej w kilku formatach (IFC, zastrzeżony format pliku oprogramowania, DWG/DXF, SDNF, STEP lub inny format)
  • Rozszerzenie możliwości wymiany danych oraz umożliwienie weryfikacji i porównania modeli

Podsumowanie

W modelowaniu informacji o budynkach istotną rolę odgrywa inżynieria konstrukcyjna. Ze względu na coraz częstsze stosowanie metod planowania zorientowanych na BIM, nowe cyfrowe łańcuchy procesów umożliwiają zwiększenie wydajności. Model BIM oraz model konstrukcyjny różnią się charakterem, a tworzenie modeli konstrukcyjnych z modeli BIM nie zawsze jest automatyczne i wyraźnie możliwe. Wydajny proces planowania w dziedzinie inżynierii konstrukcyjnej wymaga wczesnego zaangażowania inżyniera, z poszanowaniem aspektów inżynierii konstrukcyjnej i wymiany danych podczas tworzenia modelu BIM. Zastosowane oprogramowanie powinno umożliwiać przenoszenie istniejących informacji o geometrii parametrycznej inteligentnych obiektów specyficznych dla oprogramowania za pomocą odpowiednich interfejsów. Dobra strategia wymiany danych, zgodna z zastosowanym oprogramowaniem, pozwala na łatwe zintegrowanie obliczeń konstrukcyjnych z procesem BIM.

Słowa kluczowe

IFC BuildingSMART Coordination View Structural Analysis View Plik mapowania Model BIM Model konstrukcyjny Wymiana danych interfejs Proces BIM

Linki

Skomentuj...

Skomentuj...

  • Odwiedziny 1581x
  • Zaktualizowane 10. listopada 2020

Kontakt

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