Wymiana dwukierunkowa danych między modelami BIM a programami do analizy statycznej

Wstęp

Trójwymiarowe wirtualne modele budynków są bardzo imponujące. Jeżeli na renderowanych grafikach można przedstawić wszystko tak realistycznie, że na pierwszy rzut oka nie można odróżnić cyfrowej kopi obiektu (ang. digital twin) od modelu w programie do obliczeń, to czy analiza konstrukcyjna powinna stanowić problem? Teoretycznie nie, jednak to, co widoczne dla oka, to tylko część informacji potrzebnych do analizy konstrukcji. Nie zawsze dostępne są właściwości mechaniczne materiałów, przeguby, obciążenia i/lub przypadki obciążeń ani wytrzymałości elementów składowych. Konieczne jest uzupełnienie informacji oraz umożliwienie inżynierom interpretacji, w celu przekształcenia modelu widzialnego w model wyidealizowany i równoważny mechanicznie. Model BIM jest czymś więcej niż tylko trójwymiarowym modelem bryłowym budynku, a zatem jest idealnym wprowadzeniem do wymiarowania konstrukcji. Jakie ścieżki można tu zastosować?

Istotne obiekty w modelach BIM dla obliczeń konstrukcyjnych

Do obliczeń konstrukcyjnych istotne są tylko niektóre części modelu cyfrowego – te przenoszące obciążenia, takie jak ściany, słupy, sufity lub belki. Przede wszystkim należy wybrać komponenty, które będą podlegały analizie statyczno-wytrzymałościowej w modelu BIM. Ta część modelu jest określana również jako model konstrukcyjny. Współczesne oprogramowanie BIM zazwyczaj pozwala wyodrębnić te części w budynku. W przypadku wymiany danych model konstrukcyjny określany jest przez elementy oznaczone jako nośne. Przykłady nieistotnych z punktu widzenia konstrukcji części modelu to okna, drzwi lub instalacje, takie jak sprzęt elektryczny lub rurociągi.

Zazwyczaj na potrzeby analizy statyczno-wytrzymałościowej konieczna jest edycja modelu. Niepołączone słupy i belki należy połączyć za pomocą elementów łączących lub przesunąć, aby zapewnić ich wzajemne połączenie. Podobnie należy połączyć stropy i ściany, jeżeli ich linie graniczne nie stanowią wspólnej krawędzi. W razie potrzeby należy zdecydować, czy konieczne jest obliczanie całego obiektu lub też wystarczy model wydzielonej części. Na przykład w przypadku hali może być wystarczające obliczenie ramy typowej, która jest identyczna dla całego obiektu. To samo dotyczy stropów w budynku wielokondygnacyjnym.

Typy interfejsów wymiany danych

Jeżeli modele mają być przenoszone między programami, pojawia się pytanie, w którym formacie dane mają zostać przesłane i czy mają być stosowane bezpośrednie interfejsy wymiany danych.

Otwarte interfejsy

W przypadku stosowania otwartych standardów (OpenBIM) format IFC jest najpowszechniejszy. Zaletą otwartego standardu zapisu plików jest to, że teoretycznie każda firma tworząca oprogramowanie korzystająca z tego standardu może wymieniać dane bezpośrednio ze wszystkimi innymi firmami korzystającymi z tego standardu. Jednakże, jakość wymiany danych zależy od tego, jak dobrze są zaimplementowane odpowiednie konwertery do odczytu i zapisu plików IFC oraz od tego, w jaki sposób dane z IFC mogą zostać przekonwertowane na dane pierwotne dla danego środowiska programu docelowego. W większości przypadków modele IFC są jedynie przywoływane w docelowym programie. Program zawsze wykorzystuje dane oparte na IFC 2x3 Coordination View 2.0 lub nowszej wersji IFC 4 Reference View 1.2. Oznacza to, że można zwizualizować dane oraz pozyskać niezbędne informacje. Podobnie modele te są odpowiednie do kontroli kolizji np. instalacji. Aby kontynuować pracę z modelem, należy jednak przekonwertować modele IFC na macierzysty format danych używanego aktualnie oprogramowania. Tzw. widok IFC o nazwie „Structural Analysis View” jest wykorzystywany przez programy do analizy statyczno-wytrzymałościowej. Ten widok służy do wymiany danych modeli konstrukcyjnych i zawiera dane konstrukcyjne, takie jak podpory, przeguby, przypadki obciążeń i obciążenia. Podczas wymiany danych przez IFC bardzo ważne jest, aby wiedzieć, który widok zawiera odpowiedni plik IFC.

Model budynku w IFC Viewer (na dole i model obliczeniowy w RFEM (u góry)

Bezpośrednie interfejsy

Jeżeli dwa programy są ze sobą bezpośrednio połączone, ścieżka z wykorzystaniem formatu IFC lub innego pokrewnego nie jest wymagana. Nie zostaje utworzony żaden plik pośredni. Nie zostaje utworzony żaden plik pośredni. Informacje są odczytywane bezpośrednio z aplikacji A za pomocą niezbędnych interfejsów API (aplikacyjne interfejsy programowe, interfejsy programowalne), a następnie w aplikacji B natychmiast tworzone są obiekty rodzime dla tego środowiska. Ponieważ przy każdej wymianie danych istnieje ryzyko ich utraty, bezpośrednie połączenie ma pewne zalety, ponieważ nie są już konieczne dwa etapy konwersji – zapisywania oraz odczytywania pliku IFC. Konieczny jest tylko jeden proces konwersji bezpośrednio z oprogramowania A na B. Ponadto brakujące w formacie IFC definicje konstrukcyjne nie wpływają na wymianę z użyciem bezpośredniego połączenia i nie trzeba się martwić, w jaki sposób opisać obiekty specjalne, nieobecne w formacie IFC. Wadą bezpośredniego połączenia jest to, że musi być ono programowane indywidualnie dla każdej pary programów, a usługodawców nie można łatwo przełączać. Zdarzały się również projekty, w których biura inżynierskie opracowały swoje wewnętrzne interfejsy programów, dokładnie dostosowane do ich własnych procesów. Warunkiem jest, aby pary programów zapewniały interfejsy API i dokumentację programu. Tego rodzaju dostosowane interfejsy oferują znacznie wyższy stopień automatyzacji procesu planowania przy rozsądnych kosztach. Tym samym mają ogromny potencjał w zakresie oszczędności czasu, kosztów i unikania błędów. Ponadto istnieje możliwość konstruowania w zależności od parametrów, zwłaszcza na etapie projektowania.

Okno dialogowe do importu danych programu RFEM

Synchronizacja zmian

Obliczenia konstrukcyjne są wymagane już na wstępnym etapie projektowania (etapy eksploatacyjne od 1 do 3) w celu optymalizacji układu konstrukcyjnego i określenia wymiarów przekrojów. Zazwyczaj uwzględnianych jest kilka szkiców, a szkic architektoniczny i projekt konstrukcyjny są ze sobą powiązane i koordynowane. W oparciu o modelowanie w programie BIMowskim (architekt, układ konstrukcyjny), elementy konstrukcyjne są przenoszone do programu do analizy statyczno-wytrzymałościowej (RFEM, RSTAB) jako kompletny model lub model częściowy i tam obliczane. W wyniku analizy statyczno-wytrzymałościowej mogą pojawić się zmiany w konstrukcji, a w konsekwencji wpływa to na koncepcję usztywnienia lub przekroje. Zgodnie z najnowszym stanem techniki zmiany w konstrukcji można wymieniać cyfrowo między modelami. Na przykład w celu bezpośredniego połączenia programów RFEM z Autodesk Revit lub Tekla Structures można zaktualizować zmiany w przekroju lub uzupełnić model o nowe elementy konstrukcyjne. Najnowsze osiągnięcia umożliwiają również przenoszenie obliczeń zbrojenia w postaci cyfrowej (moduły dodatkowe RF-CONCRETE) w postaci rzeczywistego zbrojenia (pręty i siatki). Stwarza to optymalne możliwości do zestawienia ilościowego materiałów i dalszego szczegółowego planowania.

• 3D Viewer | Google
• 3D Viewer | Babylon
• Wirtualna rzeczywistość

Zbrojenie w programie RFEM (u góry) i Revit (na dole) po eksporcie za pomocą bezpośredniego interfejsu

Scalanie danych z modeli konstrukcyjnych i modeli BIM

BIM oznacza interdyscyplinarną koordynację na wszystkich etapach pracy. W celu przeprowadzenia wczesnej oceny wykonalności lub dalszego przetwarzania wyników przez inne firmy lub usługodawców, pomocne może okazać się wyświetlenie lub udostępnienie wyników obliczeń konstrukcyjnych w modelu BIM (odkształcenia, siły wewnętrzne). Dodatkowo istnieje możliwość połączenia zalet oprogramowania BIM podczas planowania z zaletami typowego oprogramowania do inżynierii budowlanej. Pozwala to na wyświetlanie elementów modelu konstrukcyjnego w modelu BIM lub, w zależności od potrzeb, generowanie rysunków zbrojenia w oparciu o model konstrukcyjny. Możliwe jest również bezpośrednie przenoszenie wyników obliczeń z programu MES RFEM do Revit jako zbrojenie 3D.

Bądź na bieżąco i sprawdź sam

Promując metody cyfrowego planowania, firmy oferujące oprogramowanie stale udostępniają nowe rozwiązania. Z tego względu ważne jest, aby aktualizować swój stan wiedzy i zapoznać się z dostępnymi możliwościami wymiany danych. Wszystkie ważne informacje na temat BIM można znaleźć w firmie Dlubal Software na stronie www.dlubal.com/BIM, gdzie udostępniamy artykuły techniczne, webinaria oraz filmy wideo w tej tematyce.