BIM em Engenharia Estrutural: Planeamento de processos, possibilidades e oportunidades

  • Base de Dados de Conhecimento

Artigo técnico

Este artigo foi traduzido pelo Google Tradutor

Ver texto original

31 de agosto de 2015

001097

Artigo técnico

Importar / Exportar e BIM

RFEM

RSTAB

A crescente utilização do método BIM no planeamento de edifícios também abre novas possibilidades para os engenheiros de estruturas. Após a criação de um modelo 3D abrangente de um edifício, pretende continuar a utilizá-lo para a análise estrutural e assim tirar o máximo proveito. No entanto, existem alguns novos desafios para o engenheiro estrutural e o software utilizado, os quais são descritos neste artigo.

Figura 01 - Acima: Modelo BIM com objetos estruturais integrados no Autodesk Revit Structure. Centro: Caixa de diálogo Controlo para transferir o modelo de análise do Revit Structure para o RFEM. Inferior: Modelo de análise calculado no RFEM

Eliminação de componentes não estruturais

Uma das principais vantagens dos modelos 3D-BIM é que toda a informação está disponível centralmente numa base de dados. Se for assumido que o dimensionamento de um edifício foi criado inicialmente pelo arquiteto, o foco não é o sistema estrutural. O foco do seu trabalho é principalmente na utilização e dimensionamento do edifício, bem como na aderência a uma estrutura de custos em estreita cooperação com o proprietário do edifício. Com base nisso, as estruturas de apoio necessárias são dimensionadas para o edifício. Este modelo estrutural representa uma espécie de estrutura de suporte de uma construção e é de particular interesse para o engenheiro estrutural. As restantes partes não portantes do edifício são insignificantes para ele (por exemplo, projetos detalhados de portas e janelas, estrutura precisa do piso, instalações elétricas e canalizações, etc.) ou são no mais importante para suposições de carga. Portanto, apenas uma parte do modelo BIM tem de ser avaliada pelo engenheiro estrutural, e ele tem de separar os objetos estruturais relevantes dos não relevantes. No entanto, a informação sobre se um componente estrutural disponível no modelo BIM contribui ou não para a análise do sistema estrutural não está necessariamente incluído em todos os modelos BIM e deve ser dado ao engenheiro estrutural pelo modelo ou deve ser eliminado. os quais não são essenciais para si através dos filtros correspondentes. Existe no mercado o software BIM que permite marcar os componentes como suportantes, já no modelo de arquitetura. Desde que o arquiteto considere a sua tarefa realizar esta marcação, é facilitada a transferência automática de modelos para o software de análise estrutural.

Modelo físico-estrutural e modelo de análise idealizado

Uma vez eliminados os componentes estruturais portantes do modelo BIM global, fica disponível o modelo estrutural físico, o qual corresponde na posição e na forma ao posterior modelo real (sólido). Devido às capacidades computacionais limitadas e às simplificações necessárias para os cálculos, no entanto, nem todos os componentes estruturais são geralmente calculados como modelos sólidos, mas reduzidos a elementos de barra e superfície a cujos resultados (por exemplo, forças internas para barra e superfície) as normas atuais também Consulte. A utilização de modelos de sólidos é geralmente limitada a componentes estruturais muito espessos ou à análise de subáreas especiais, como ligações de aço, as quais também incluem detalhes como parafusos, soldaduras ou condições de contacto. A redução de barras e superfícies levanta a questão da posição dos eixos do centro geométrico desses componentes estruturais e de como estão ligados entre si. Devido às diferentes alturas dos componentes, cortes e ligações, pode não haver modelos de linhas centrais consistentes ligados num único ponto, os quais têm de ser ajustados de forma adicional para servirem de modelo de cálculo analítico. Isso resulta em outras questões para o engenheiro estrutural.

  • Onde as linhas do sistema devem ser localizadas?
  • Como lidar com possíveis excentricidades de superfície?
  • As linhas de sistema têm de ser reduzidas ou aumentadas e qual é a sua influência no carregamento (peso próprio, cargas de linha, cargas de superfície, etc.)?
  • Se a modelação através de nós analíticos simples é suficiente ou pode ser necessário criar modelos ampliados adaptados para fins de engenharia (a coluna, por exemplo, só se conecta ao teto em um nó:
  • As ligações das barras e superfícies estão articuladas, semi-rígidas ou rígidas?
  • Quais locais devem ser considerados como apoios e que tipo de condições de apoio?
  • As barras ou superfícies podem ser subdivididas de forma a obter um modelo de análise razoável?

Ao tomar decisões para todas estas questões, o software pode geralmente fornecer pouco apoio e estas decisões têm de ser finalmente tomadas pelo engenheiro estrutural. Uma nova tendência nos softwares de arquitetura e construção, no entanto, é o fato de que os sistemas estruturais já são executados dentro dos programas e também parcialmente criados automaticamente. A vantagem é que, assim que definidos corretamente os sistemas básicos estruturais, idealmente incluindo o carregamento, podem ser transferidos para um programa de análise estrutural sem qualquer retrabalho importante.

Figura 02 - Vantagem BIM: No Revit, a posição das linhas do sistema e dos nós EF dos componentes estruturais já pode ser definida no modelo físico. Este modelo pode ser importado diretamente para o RFEM.

No entanto, um pré-requisito para isso é que este software BIM seja operado por utilizadores que também têm o conhecimento correspondente da análise estrutural e da aplicação de programas de cálculo. Vista de um ponto de vista tradicional sobre as responsabilidades habituais dos escritórios de arquitetura e dos escritórios para a análise estrutural na Alemanha, este facto é frequentemente a razão pela qual a troca de dados e, assim, o fluxo de trabalho BIM foram interrompidos. Afinal, o arquiteto não é pago pela criação do modelo de análise estrutural.

Aspectos especiais da modelação

Ao criar modelos de elementos finitos, podem ser necessárias estruturas auxiliares especiais e soluções alternativas para a transição de superfícies para elementos de barra ou, por exemplo, em vigas de piso. Estas construções auxiliares requerem um retrabalho manual das estruturas importadas. Isso leva, inevitavelmente, ao modelo BIM inicial e ao modelo de análise idealizado que se afasta ainda mais, e a atribuição de componentes estruturais relacionados nos programas do utilizador de diferentes disciplinas é consideravelmente mais difícil.

Figura 03 - Diferenças no modelo BIM e no modelo estrutural: A viga transversal descreve um componente estrutural físico. No modelo de análise estrutural, tornam-se cinco elementos analíticos ou o ligador de malha FEM deve ser capaz de reconhecer os nós que se encontram na linha de viga para os encaixar em conformidade.

Este problema é especialmente refletido ao comparar as alterações nos dois modelos. Geralmente, as barras de acoplamento rígidas são utilizadas para o acoplamento de componentes permanentemente ligados na representação do modelo estrutural. Contudo, dependendo da implementação no software de análise estrutural, estes tipos de barra especiais podem levar a problemas numéricos se forem muito curtos e rígidos. Portanto, é necessária atenção especial ao criar automaticamente esses elementos de acoplamento a partir de software BIM. Um problema grande e por vezes não facilmente reconhecível pode ser os componentes estruturais que estão supostamente ligados num modelo de análise. Devido a imprecisões na modelação no software BIM, ou a restrições numéricas de precisão, também é possível que sejam criados nós de MEF muito próximos um do outro. Elas causam dificuldades para gerar a malha ou pretendem estar ligados elementos estruturais que não estão ligados no modelo de cálculo. Isso resulta em resultados de cálculo incorretos. Portanto, deve ser prestada especial atenção à verificação do modelo importado.

Figura 04 - Diferenças no modelo BIM e no modelo estrutural: ligação de um pilar através de três nós e elementos de barra rígidos horizontais numa parede

Suposições de carga e combinações de carga

Em algumas aplicações BIM, também é possível especificar cargas e combinações de cargas. A determinação de, por exemplo, perfis de carga de vento, cargas de neve ou cargas da pressão da terra tornou-se consideravelmente mais complexa devido aos novos Eurocódigos nos últimos anos. O mesmo se aplica às regras para a criação de combinações de carga de acordo com diferentes situações de dimensionamento. Naturalmente, os programas de análise estrutural são mais adequados para essas tarefas, são mais versáteis e oferecem ferramentas de geração abrangentes. Portanto, é óbvio que a entrada de carga e a combinatória são realizadas na aplicação da análise estrutural. Se as cargas e combinações resultantes forem transferidas de volta para o modelo BIM, os parâmetros baseados na geração automática são geralmente perdidos e, assim, falta a inteligência dos objetos de carga no caso de novas alterações.

Figura 05 - Objecto de análise estrutural "Snow Load" no RFEM: Não pode ser representado de forma idêntica no software ou na interface BIM, por exemplo, a IFC Structural Analysis View. A inteligência do objeto é perdida se for resolvida na linha e em cargas trapezoidais sem referência à zona de carga de neve.

Considerações para cálculo de sistemas estruturais

Se for derivado do modelo BIM um modelo de análise adequado, este pode ser calculado no software de análise estrutural. É necessário decidir que teoria de cálculo e modelos de material são utilizados. Após o cálculo, o modelo pode ter de ser ajustado, as variantes da modelação são criadas ou os novos elementos serão adicionados ou removidos. As libertações e os apoios têm de ser verificados. Para o dimensionamento do sistema estrutural, tem de ser introduzidas outras suposições e parâmetros. As secções e as dimensões podem sofrer alterações. O conceito BIM clássico exigiria que essas especificações e suposições também fossem armazenadas no modelo BIM central. No entanto, isso atualmente não é completamente possível e não é suportado com as interfaces usuais ou apenas é possível se a inteligência dos objetos for perdida.

A consideração das fases de construção, por vezes, desempenha um papel muito importante para os modelos espaciais e decide sobre a utilidade dos resultados do cálculo. Portanto, é absolutamente necessário assegurar antes do cálculo se um cálculo sobre o modelo completo requer a consideração de fases de construção ou se modelos parciais devem ser calculados em secções. Neste contexto, deve ser mencionado que o BIM não significa automaticamente que todo o modelo de edifício é sempre calculado espacialmente. Uma boa estratégia também pode ser a de separar sucessivamente as unidades estruturais individuais de um modelo global BIM e calculá-las separadamente.

Alterações no modelo BIM devido a análises estruturais

Após o cálculo ser concluído, podem ocorrer alterações no material e na secção, ou podem ser deslocados, removidos ou adicionados componentes, tais como, pulseiras ou vigas de pavimento. Essas alterações devem ser refletidas no modelo BIM e atualizadas. Mas o que acontece se também houver alterações no modelo BIM original que tenham de ser sincronizadas? Como é que decide qual é o último estado de revisão? Este processo deve estar sujeito a certas regras e as alterações existentes devem ser aprovadas pelos colaboradores responsáveis. Ao mesmo tempo, deve ser assegurado que as alterações no modelo BIM sejam assumidas posteriormente após a importação para o software de análise estrutural. As alterações ocorrem no mesmo componente estrutural ao mesmo tempo no BIM e no modelo de análise. Tais situações poderiam ser amenizadas através do bloqueio de partes específicas do modelo ou de acordos das partes envolvidas. Geralmente, é possível uma transferência automática de alterações de perfil, espessuras de superfície ou a adição e remoção de novos componentes estruturais nos respetivos outros modelos e é apoiada, por exemplo, pela Dlubal Software. Deve ser observado que as atualizações resultantes da análise estrutural não substituem outras informações no modelo BIM que não são relevantes para a análise estrutural.

Figura 06 - BIM vantagem: grelha de viga para a central elétrica, 632 barras, 344 seções, da Tekla Structures (em cima). Esforço de modelação em análise estrutural: estimado várias horas. O modelo bruto com atribuição de barra e secção pode ser gerado a partir do modelo Tekla em poucos minutos e transferido para o RFEM/RSTAB (abaixo)

Interface IFC e acoplamento direto de software

Para um planeamento consistente, são necessárias interfaces de funcionamento. Se tem acesso aberto aos dados dos programas de troca através de interfaces programáveis, estes podem ser acoplados diretamente sem troca de ficheiros. Ambos os programas têm de estar instalados no mesmo computador. A implementação de tais interfaces pode ser dimensionada de forma muito flexível e não está ligada à sintaxe e aos modelos de dados dos formatos gerais de interface porque são necessários para a troca de ficheiros. Ao trocar dados através de formatos de ficheiro neutros e independentes do fabricante, o formato IFC desempenha um papel importante.

Figura 07 - IFC como norma internacional para a troca de dados. Para o planeamento estrutural, os dados da "Vista de análise estrutural" devem ser escritos.

No entanto, se um software é certificado pela IFC, isso não significa necessariamente que a transferência para o software de análise estrutural também é possível. Atualmente, existe uma certificação disponível apenas para a "Vista de coordenação". Descreve principalmente a geometria da estrutura com base em modelos de sólidos, isto é, o modelo de estrutura física mencionado acima. Para o modelo estrutural é fornecida a chamada "Vista de Análise Estrutural", a qual também permite a transferência de apoios, libertações e cargas. Para uma troca de dados baseada na IFC e baseada num programa de design de arquitetura, é necessário verificar qual é a vista que pode ser exportada.

Resumo e conclusão

Os modelos 3D BIM ajudam o engenheiro estrutural a compreender sistemas estruturais complexos e a criar modelos de análise mais rapidamente através de transferência de dados. Geralmente, o modelo BIM e o modelo de análise são diferentes e geometricamente não são idênticos. Os modelos de análise gerados automaticamente têm de ser verificados com cuidado e o cálculo no modelo completo pode requerer a consideração das fases de construção. A análise estrutural pode requerer uma modelação especial em pontos específicos e, geralmente, necessitam de informação adicional que não possa ou seja apenas parcialmente armazenada no modelo BIM. Devido a possíveis alterações durante a fase de planejamento, é necessário definir regras sobre quem pode fazer alterações no modelo, em que momento e onde exatamente. O BIM e o software BIM exigem um conhecimento mais amplo e abrangente de todas as fases do planeamento para arquitetos e engenheiros estruturais, a vontade de repensar a divisão de trabalho tradicional e de entender a tarefa de planeamento como trabalho de equipa. Se você aceitar um esforço adicional inicial e gerenciável, considerando também as etapas de planejamento subsequentes, a economia pode ser considerável e os resultados do planejamento podem ser melhores. Os escritórios de planeamento que se dedicaram ao processo BIM nos últimos anos podem confirmar isso. Não menos importante por isso, mas também porque as autoridades adjudicantes especificam o BIM como um método de planeamento, o BIM continuará a se expandir nos próximos anos. A engenharia estrutural é uma parte integrante e essencial da modelação de informação de edifícios, pelo que o software de análise estrutural com capacidade BIM e a utilização de modelos inteiros tornar-se-ão mais importantes.

A Dlubal Software foca-se no processo de planeamento baseado em BIM, oferece uma variedade de formatos de interface e ligações diretas a produtos de software BIM comuns. Devido a uma interface aberta e programável, o software pode ser perfeitamente integrado nos processos de planeamento específicos da empresa. Isto permite a automatização das tarefas de modelagem e o processamento dos resultados do cálculo.

Palavras-chave

BIM Transferência de dados IFC Revit

Ligações

Escreva um comentário...

Escreva um comentário...

  • Visualizações 977x
  • Atualizado 10 de novembro de 2020

Contacto

Tem alguma questão ou necessita de ajuda? Então entre em contacto com a nossa equipa de apoio técnico gratuita por e-mail, chat ou no fórum, ou então consulte as perguntas mais frequentes (FAQ).

+49 9673 9203 0

(falamos português)

info@dlubal.com

RFEM Programa principal
RFEM 5.xx

Programa principal

Software de engenharia estrutural para análises de elementos finitos (AEF) de estruturas planas e espaciais constituídas por lajes, paredes, vigas, sólidos e elementos de contacto

Preço de primeira licença
3.540,00 USD
RSTAB Programa principal
RSTAB 8.xx

Programa principal

Software de engenharia para o dimensionamento de estruturas reticuladas de pórticos, barras e treliças, com cálculos lineares e não-lineares de esforços internos, deformações e reações de apoio

Preço de primeira licença
2.550,00 USD