Building Information Modeling e software de análise estrutural: cenários e fatores de sucesso para a troca de dados

Os modelos 3D foram criados há mais de vinte anos (por exemplo, na construção em aço) e são utilizados para derivar dados de engenharia 2D automaticamente ou para aceder e controlar máquinas de produção diretamente através de dados NC. Da mesma forma, os cálculos estruturais em modelos 3D são modernos. Devido à geração de modelos digitais, os principais desafios enfrentados pelo software de construção são as questões de troca de dados e como esses modelos podem ser utilizados de forma eficiente em termos de tempo no software de diferentes planejadores técnicos. Não só os modelos geométricos e físicos desempenham um papel, como também vários outros modelos contêm mais do que a informação dos componentes fisicamente visíveis. Um desses modelos é o modelo estrutural ou analítico, que contém propriedades mecânicas do material, condições de fronteira ou pressupostos de carga; ou seja, coisas que não podem ser lidas imediatamente a partir de um modelo arquitetônico puramente físico. Essas diferenças resultam em dificuldades na troca de dados de modelos BIM na engenharia estrutural. As expectativas do BIM na análise estrutural são enormes. A tarefa dos fabricantes de software de construção é igualmente grande. Neste artigo, vamos explicar as questões básicas da troca de dados e, em seguida, apresentar soluções orientadas para a prática e testadas.

Dimensionamento estrutural no processo BIM

A Modelação da Informação da Construção é baseada numa visão holística do ciclo de vida de uma estrutura; isto inclui a ideia inicial e o planeamento do projeto (arquiteto, proprietário do edifício), o projeto detalhado e o planeamento final (engenheiros) e a operação e demolição do edifício. Entre outras coisas, o objetivo é otimizar os custos ao longo do ciclo de vida da estrutura. O dimensionamento estrutural em si é apenas uma pequena parte do BIM, e o seu impacto nos custos da estrutura é geralmente de importância secundária. Portanto, a grande "revolução" do BIM tem mais controle de influência pelo arquiteto. No entanto, a engenharia estrutural desempenha um papel significativo num período relativamente curto do planeamento final. O dimensionamento determina a viabilidade de um conceito estrutural específico e é um marco no processo de planeamento, uma vez que outros serviços podem ser atrasados sem um dimensionamento adequado. Também tem uma forte influência na fiabilidade do planeamento adicional e, consequentemente, nos custos associados para as alterações necessárias. Em suma: a análise estrutural, incluindo quaisquer alterações subsequentes, deve ser eficiente e fiável. Os atuais modelos BIM tridimensionais podem fornecer entrada de dados valiosos ou meios de comunicação e uma melhor compreensão no que diz respeito à engenharia estrutural.

Cenário típico de troca de dados para BIM no planeamento estrutural

Modelo BIM e Modelo Estrutural

Geralmente, os modelos BIM incluem informações sobre a geometria, os materiais e os produtos semiacabados de um edifício. Eles descrevem a finalidade do edifício e também podem, por exemplo, fornecer informações sobre o tempo de montagem. Os modelos BIM são adequados como ferramenta de comunicação visual para todas as partes envolvidas na construção; servem como ferramenta para a determinação de custos e materiais e, por fim, ajudam a evitar erros de planeamento devido a colisões de componentes individuais ou subsecções. A troca de dados refere-se principalmente a uma descrição paramétrica da geometria exata do edifício. Os componentes estruturais são descritos por modelos de superfícies de fronteira ou áreas de extrusão que resultam num sólido.

Em contrapartida, o foco dos modelos estruturais está na projeção mecanicamente correta da estrutura de apoio. A geometria é simplificada e reduzida aos componentes estruturais relevantes para a análise estrutural. A descrição detalhada da geometria é utilizada apenas quando necessário e o tempo de cálculo irá inevitavelmente aumentar. Os pilares e as vigas são calculados como barras (elementos 1D), enquanto as paredes e os tetos são calculados como lajes e placas (elementos 2D). Esses elementos de barra e superfície também podem ser combinados entre si no modelo estrutural 3D. Para calcular numericamente esses modelos idealizados, é necessário unir todos os componentes estruturais e verificar as condições de transição. No entanto, devido à redução do componente de sólidos para linhas de centro (no caso de barras) e planos médios (no caso de superfícies), a interseção automática nem sempre está disponível.

Outros componentes essenciais do modelo estrutural incluem o seguinte:

• Definições de apoio e articulação
• Propriedades mecânicas dos materiais e secções
• Cargas externas (vento, neve, cargas impostas etc.) e combinações de carga
• Efeitos da atividade sísmica ou outras ações acidentais
• Especificações de dimensionamento
• Métodos de cálculo lineares e não lineares

É impossível inferir o modelo estrutural a partir das informações de geometria pura de um modelo BIM sem a intervenção de um engenheiro qualificado. A modelação geométrica idêntica também requer uma representação como um modelo sólido na engenharia estrutural. Contudo, mesmo com a capacidade de computação atualmente disponível, é impensável calcular um edifício como um modelo sólido.

Cenários de troca BIM relevantes para a prática

Pode distinguir a troca de dados entre as aplicações de software da mesma disciplina e as de uma disciplina diferente. Se os dados são trocados entre o software de arquitetura ou o software de construção, os objetos são os mesmos e o conteúdo da informação e os seus modelos de dados serão muito semelhantes em ambos os programas. Os diferentes softwares podem processar a informação diretamente e traduzi-la em objetos inteligentes específicos do software. Isso também é conhecido como troca de dados horizontal.

Se os dados forem passados para outra disciplina, como de software de arquitetura para software de análise estrutural, o foco está então em uma visão diferente dos dados e apenas os componentes de apoio, tais como pilares, paredes, treliças ou placas seriam considerados. Ainda faltam informações adicionais necessárias, tais como a localização das linhas de ação estruturais, a elasticidade das ligações dos elementos ou os detalhes mecânicos precisos dos materiais e das secções. Isso também é conhecido como troca de dados vertical. Se tiver uma disciplina, pode facilmente evitar possíveis perdas de dados ou erros de interpretação. Para o BIM na engenharia estrutural, a troca de dados vertical é frequentemente utilizada, uma vez que o modelo estrutural é geralmente gerado a partir do modelo arquitetónico, uma vez que o modelo arquitetónico está normalmente disponível. No entanto, a transferência de um software de análise estrutural para outro também requer a verificação dos cálculos estruturais.

Troca de dados horizontal e vertical

Os cenários mais importantes podem ser resumidos da seguinte forma:

• Arquitetura → análise estrutural → construção
• Análise estrutural → arquitetura para sincronização de dados das alterações após o cálculo estrutural
• Análise estrutural → revisão de estática
• Exportação opcional de toda a estrutura ou subestruturas
• Atualização opcional de materiais, espessuras e secções (bidireccionais) e retorno dos resultados do cálculo

Cenário BIM: transferência do modelo do software BIM para o software de cálculo estrutural, atualização de secções e transferência de resultados de cálculos (esforços internos) para o modelo BIM

Existem várias opções para os formatos de ficheiros de troca de dados. O formato IFC como norma global desempenha um papel especial. Está dividido em diferentes pontos de vista e cada disciplina tem a sua própria opinião. A vista principal é a vista de Coordenação, onde os produtos de software individuais podem ser certificados. Ao considerar o formato IFC sem especificar as vistas individuais, a vista de coordenação é normalmente utilizada por defeito. Isto é suportado pela maioria dos programas de arquitetura. Em contraste, a vista de análise estrutural para engenharia estrutural inclui uma descrição do modelo estrutural, cargas e combinações de cargas. Esta visão não é atualmente certificável e apenas é apoiada por um número limitado de programas de análise estrutural. Embora definido como uma norma, o formato IFC pode geralmente ser interpretado de várias formas; portanto, é necessário verificar o formato com os dados do software relevante para obter uma troca de dados bem -sucedida.

IFC-Coordination-View-Modelle in RFEM, Visualisierung und selektive Umwandlung in natives, intelligentes RFEM-Objekt

Além do formato IFC, pode utilizar os formatos de ficheiro estabelecidos, tais como DXF/DWG, interface de produto para construção em aço ou outras aplicações baseadas em texto. As interfaces diretas também desempenham um papel importante. Eles não têm nenhum arquivo de troca, uma vez que os programas individuais se comunicam diretamente entre si através de interfaces de programação de aplicativos (APIs).

Fatores chave para uma troca de dados bem sucedida

A questão fundamental é esclarecer qual o cenário de troca disponível. Se estiver familiarizado com os produtos de software individuais, pode estar familiarizado com as interfaces suportadas. Com isto em mente, é necessário realizar os testes de troca direcionados utilizando modelos de tamanho gerenciável. As propriedades do material e da secção requer frequentemente mais atenção. Cada software geralmente fornece bases de dados de engenharia estrutural individualizadas que contêm todos os parâmetros dependentes da norma. Estas bases de dados estão correlacionadas entre si em "ficheiros de mapeamento", que são tabelas simples das descrições associadas. Esses arquivos de mapeamento são fornecidos parcialmente pelo desenvolvedor do software. Recomendamos unificar e integrar esses arquivos de acordo com os programas utilizados para a sua aplicação.

Existe também um software BIM, que já inclui um modelo analítico (modelo estrutural) no modelo de arquitetura. A vantagem deste software é que os dois modelos se sobrepõem e referenciam um ao outro, de forma que esses modelos podem ser analisados de forma eficiente e fácil. Além dos dados do sistema, são possíveis especificações de carga. Ao utilizar este software, é necessário construir ambos os modelos com precisão. É necessária uma coordenação adequada entre todas as partes envolvidas. A pessoa que realiza a edição do modelo muitas vezes não é do mesmo gabinete de engenharia e a questão passa a ser quem define os custos para os modelos interdisciplinares e quem é responsável pela precisão e exatidão. Isto deve ser organizado com antecedência. Sem dúvida, existe uma grande oportunidade para o BIM e continua a ser reconhecido por empresas de renome. Se toda a cadeia de planeamento pode ser criada, os modelos BIM podem ser preparados de forma ideal, numa fase inicial, e utilizados posteriormente para a análise estrutural.

O suporte de vários formatos de dados é um aspecto importante na escolha do software certo. A descrição no formato de dados existente deve ser transferida para os objetos específicos para este software. A consideração da visualização ou da referência do modelo de dados por si só é insuficiente para o dimensionamento estrutural e só pode contribuir para verificações visuais. Se o software pode importar vários modelos e transferi -los para o modelo de objeto de dados correto, isso pode aumentar a flexibilidade significativamente e as chances de uma troca de dados bem -sucedida e eficaz são aumentadas. Este é um fator importante para o sucesso quando os ficheiros da Vista de coordenação IFC são utilizados no software de análise estrutural.

Independentemente do esforço adicional, a programação de ferramentas proprietárias simples para a troca de dados deve ser sempre incluída no início. Isso permite a transferência eficiente de informações adicionais na forma de parâmetros. Por exemplo, é possível exibir itens de um modelo estrutural no software BIM, comunicar possíveis modificações ou implementar fluxos de trabalho específicos da empresa no software. Isso requer que todos os produtos de software envolvidos tenham as APIs correspondentes operadas por linguagens de programação convencionais e simples (VBA, C # etc.).

Os principais fatores de sucesso para uma troca de dados bem -sucedida e eficiente incluem o seguinte:

Geração de um modelo BIM com consideração do dimensionamento estrutural

• Participação precoce do engenheiro estrutural e consulta do tempo de entrega e do conteúdo
• Definir normas para os materiais e as descrições das secções (tabelas de mapeamento)
• Modelação funcional e consistente de componentes estruturais (pilares, vigas como objetos de barra, paredes, placas como objetos de superfície)
• Modelação de paredes, placas e pilares em secções e níveis

Umfang und Inhalt der Datenübergabe festlegen

• Quem cria o modelo estrutural idealizado e que software utiliza (BIM ou software de análise estrutural)?
• Apenas as dimensões geométricas e as linhas de ação estruturais serão transferidas ou também outras propriedades estruturais, tais como apoios ou articulações?
• Quem define os casos de carga, as combinações de carga e as cargas?
• Quem está autorizado para determinadas alterações: Adicionar ou remover componentes estruturais ou definir as secções e espessuras dos componentes?
• Como e quando será realizado o potencial alinhamento automático do modelo?

Definição de fases de trabalho

• Quem trabalha em qual espaço do modelo e quando?
• Evite editar os mesmos componentes simultaneamente quando possível

Testar cenários do Exchange e utilizar formatos e interfaces de troca de dados

• O software de análise estrutural e BIM com suporte fornecem as mesmas interfaces e em que medida?
• Realização de testes em modelos gerenciáveis utilizando objetos de troca definidos

Regra de encadernação para disponibilizar modelos BIM

• De preferência em vários formatos (IFC, formato de ficheiro proprietário do software, DWG/DXF, SDNF, STEP ou outros formatos)
• Aumentar as possibilidades de troca de dados e permitir a verificação e comparação de modelos

Resumo

A engenharia estrutural assume um papel importante na modelação da informação da construção. Devido à crescente aplicação de métodos de planeamento orientados para BIM, novas cadeias de processos digitais oferecem a oportunidade de aumentar a eficiência. O modelo BIM e o modelo estrutural são de natureza diferente, e a derivação de modelos estruturais a partir de modelos BIM nem sempre é automática e claramente possível. Um processo de planeamento eficiente no que diz respeito à engenharia estrutural requer o envolvimento de um engenheiro estrutural numa fase inicial, bem como o respeito pelos aspetos da engenharia estrutural e da troca de dados ao criar um modelo BIM. O software utilizado deve permitir a transferência de informação existente da geometria paramétrica dos objetos inteligentes específicos para o software através da utilização das interfaces correspondentes. Finalmente, uma boa estratégia de troca de dados em conformidade com o software utilizado permite-lhe integrar facilmente o dimensionamento estrutural no processo BIM.