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

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A modelação em informação da construção descreve talvez um dos tópicos atuais mais importantes em toda a indústria de software de construção. Contudo, o processo não é tão novo e é um facto bem conhecido que os custos totais de um projeto podem ser influenciados positivamente por um bom planeamento na sua fase inicial.

Há mais de vinte anos que são criados modelos 3D, por exemplo, na construção em aço, que são utilizados para obter automaticamente dados de engenharia 2D ou também para aceder e controlar diretamente máquinas de produção através de dados NF. Da mesma forma, os cálculos estruturais em modelos 3D são modernos. Devido à geração de modelos digitais, os softwares de construção enfrentam principalmente o desafio das questões de troca de dados e a forma como esses modelos podem ser utilizados de forma eficiente em tempo em softwares de diferentes planeadores técnicos. Não apenas os modelos geométricos e físicos desempenham um papel, mas também outros modelos contêm mais do que as informações sobre os componentes fisicamente visíveis. Tal modelo é o modelo estrutural ou analítico, que contém propriedades de materiais mecânicos, condições de fronteira ou suposições de carga, isto é, coisas que não podem ser lidas imediatamente de um modelo físico-arquitetónico puro. 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 para os fabricantes de software de construção é igualmente grande. Neste artigo, explicaremos primeiro os problemas básicos da troca de dados e depois apresentaremos as soluções testadas e orientadas para a prática.

Dimensionamento estrutural em processos BIM

O Modelamento da informação do edifício é baseado na visão holística do ciclo de vida da estrutura, o que inclui a ideia inicial e o planejamento (arquiteto, proprietário do edifício), o projeto detalhado e o planejamento final (engenheiros) e a operação e demolição do edifício. Entre outros, o objetivo é otimizar 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 em particular e é um marco no processo de planeamento, uma vez que outros serviços poderiam ser adiados sem um dimensionamento adequado. Também tem uma forte influência na fiabilidade do planeamento adicional e, consequentemente, nos custos associados para as alterações necessárias. Curta duração: a análise estrutural incluindo as alterações posteriores deve ser eficiente e fiável. Os atuais modelos BIM tridimensionais podem fornecer uma entrada de dados valiosa ou meios de comunicação e uma melhor compreensão no que diz respeito à engenharia estrutural.

Figura 01

Modelo BIM e Modelo Estrutural

Geralmente, os modelos BIM incluem informações sobre geometria, materiais e produtos semi-acabados 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 materiais e custos e, por fim, ajudam a evitar erros de planeamento devido a colisão de componentes ou subseções individuais. 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 se necessário e o tempo de cálculo aumentará inevitavelmente. 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 cargas
  • Efeitos da atividade sísmica ou outras ações acidentais
  • Especificações de dimensionamento
  • Métodos de cálculo lineares e não lineares

Não é possível inferir o modelo estrutural a partir de informações de geometria pura de um modelo BIM sem a intervenção de um engenheiro qualificado. A modelação geometricamente idêntica também exigiria a 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 aplicações de software da mesma disciplina e uma de uma disciplina diferente. Se forem trocados dados entre o software de arquitetura ou o software de construção, os objetos são os mesmos e o conteúdo de informação e os seus modelos de dados serão muito semelhantes nos dois programas. Os diferentes aplicativos de software podem processar as informações diretamente e traduzi-las em objetos inteligentes específicos do software. Isso também é conhecido como troca de dados horizontal.

Se os dados tiverem de ser transferidos para outra disciplina, como do software de arquitetura para o software de análise estrutural, o foco é então uma visualização diferente dos dados e serão considerados apenas os componentes de apoio, tais como pilares, paredes, treliças e placas. 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.

Figura 02

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 dos materiais, espessuras e secções (bidirecional) e retorno dos resultados do cálculo

Figura 03 - Cenário BIM: Transferência do modelo BIM para o software de engenharia estrutural, atualização de secções e transferência de resultados de cálculos (forças internas) para o modelo BIM

Existem diversas opções para os formatos de ficheiro para 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, existe a Vista de análise estrutural para engenharia estrutural, a qual inclui uma descrição do modelo estrutural, cargas e combinações de carga. Esta visão não é atualmente certificável e apenas é apoiada por um número limitado de programas de análise estrutural. Embora definido como norma, o formato IFC pode geralmente ser interpretado de várias formas e, portanto, é necessário verificar o formato com os dados do software relevante para obter uma troca de dados bem-sucedida.

Figura 04

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 ficheiros de troca de dados, visto que os programas individuais comunicam-se diretamente entre si através das APIs.

Fatores chave para uma troca de dados bem sucedida

A questão fundamental é esclarecer qual o cenário de troca disponível. Se conhece os produtos individuais do software, 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. Geralmente, cada software 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. Recomenda-se unificar e integrar esses ficheiros de acordo com os programas utilizados na sua aplicação.

Existe também um software BIM que já inclui um modelo analítico (modelo estrutural) no modelo de arquitetura. A vantagem de tal software é que os dois modelos se sobrepõem e se referenciam um ao outro, por isso esses modelos podem ser analisados de forma eficiente e fácil. Além dos dados do sistema, também são possíveis especificações de carga. Ao utilizar esse software, é necessário criar os dois modelos com precisão. É necessária uma coordenação adequada entre todas as partes envolvidas. A pessoa que conduz a edição do modelo geralmente não pertence ao mesmo departamento de engenharia e torna-se a questão de quem decide 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 bem conhecidas. Se é possível criar toda a cadeia de planeamento, os modelos BIM podem ser preparados de forma ideal numa fase inicial e também utilizados posteriormente para a análise estrutural.

Um aspecto importante para a escolha do software certo inclui o apoio de vários formatos de dados. A descrição no formato de dados existente deve ser transferida para os objetos específicos para este software. Apenas considerar a visualização ou a referência do modelo de dados não é suficiente para o dimensionamento estrutural e apenas pode contribuir para as verificações visuais. Se o software puder importar vários modelos e transferi-los para o modelo de objeto de dados adequado, isto pode aumentar a flexibilidade significativamente e as possibilidades 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 de qualquer esforço adicional, a programação de ferramentas simples e proprietárias para a troca de dados deve ser sempre incluída desde o início. Isto 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 alterações ou implementar fluxos de trabalho específicos da empresa no software. Isso requer que todos os produtos de software envolvidos tenham as APIs correspondentes operadas pelas linguagens de programação simples e convencional (VBA, C #, etc.).

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

Geração de modelo BIM em relação ao 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 seções e níveis

Determinação de âmbito de aplicação e conteúdo da transferência de dados

  • Quem criou 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: Adição ou remoção de componentes estruturais ou definição das secções e espessuras dos componentes?
  • Como e quando será realizado o potencial alinhamento automático do modelo?

Definição de fases de trabalho

  • Quem trabalha em que 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 BIM suportado e o software de análise estrutural oferecem 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)
  • Ampliar 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 dos métodos de planejamento orientados para BIM, as novas cadeias de processos digitais oferecem a oportunidade de aumentar a eficiência. O modelo BIM, bem como o modelo estrutural são de natureza diferente e a derivação de modelos estruturais de modelos BIM nem sempre é automática e claramente possível. Um processo de planejamento eficiente em relação à engenharia estrutural requer o envolvimento de um engenheiro estrutural numa fase inicial e respeita os aspectos da engenharia estrutural e a troca de dados ao criar um modelo BIM. O software utilizado deve permitir a transferência de informação de geometria paramétrica existente dos objetos inteligentes específicos para o software, utilizando as 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.

Palavras-chave

IFC BuildingSMART Vista de coordenação Vista de análise estrutural Ficheiro de mapeamento Modelo BIM Modelo estrutural Transferência de dados Interface Processo BIM

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  • Atualizado 10 de novembro de 2020

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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