Interfaces e funções relevantes para planeamento orientado BIM

Artigo técnico

Este artigo discute as interfaces BIM mais comuns. Durante a transição para o modelo estrutural específico de cada área, geralmente são necessários ajustes. As tarefas e ferramentas que ocorrem são apresentadas aqui, para a uma rápida e bem-sucedida solução.

Interfaces BIM

De forma a também ser possível utilizar modelos criados em BIM no dimensionamento estrutural, é necessário definir interfaces com as quais os componentes estruturais possam ser transferidos para o respetivo software de engenharia estrutural. As interfaces comuns geralmente permitem a transferência de objetos estruturais (barras, lajes, paredes, sólidos). As interfaces especialmente produzidas para análises estruturais incluem objetos estruturais, tais como, condições de apoio, articulações, cargas, casos de carga e combinações de carga. Esses objetos estruturais não são dados visíveis e editáveis que resultam da geometria pura das estruturas, mas dependem sim da sua utilização e das respetivas normas aplicadas.

O engenheiro estrutural também decide se, por exemplo, um apoio ou articulação deve atuar de forma rígida, semi-rígida ou completamente articulada. Se, além do modelo BIM físico, o qual descreve claramente a geometria (visível), o modelo estrutural mecânico (modelo idealizado para o cálculo) também se encontrar disponível, então estão dadas as condições ideais para iniciar diretamente a análise estrutural. Em vez do modelo BIM físico, é utilizado diretamente o modelo estrutural mecânico. As interfaces que contêm também objetos estruturais são:

  • IFC Structural Analysis View
  • Formato SDNF
  • DSTV - Interface de produto construção em aço
  • CIS/2

O desenvolvimento destas interfaces teve lugar no final dos anos 90, inicialmente a nível nacional. Contudo, ficou claro rapidamente que era necessária uma uniformização internacional e, portanto, ficou acordado que futuros desenvolvimentos teriam com base apenas as Industry Foundation Classes (IFC). Portanto, novos desenvolvimentos apenas podem ser esperados na Vista de Análises Estruturais IFC. Não obstante, as interfaces mencionadas acima são ainda assim largamente utilizadas e têm uma contribuição importante para os cenários BIM em diversas empresas.

Além dessas interfaces baseadas na troca de ficheiros no formato de texto, os softwares BIM e os softwares de engenharia estrutural estão também acoplados através de interfaces diretas, onde os dados são transferidos através de APIs (Application Programming Interfaces). Tais interfaces não dependem das especificações da interface (tais como IFC ou SDNF) e portanto, cabe as empresas participantes decidir quais as possibilidades e os limites que podem existir para essas transferências. A Dlubal Software desenvolveu interfaces para os seguintes programas com base em APIs:

  • Tekla Structures
  • Autodesk Revit e AutoCAD
  • Bentley ISM
  • AVEVA Bocad

Figura 01 - Esboço Revit - Cálculo Dlubal RFEM - Construção Tekla Structures

Além das interfaces anteriormente mencionadas, o formato DXF também desempenha um papel importante, no qual, no entanto, falta a direção dos objetos. Se não se encontra disponível o modelo de mecânica estrutural, apenas os modelos físicos BIM podem ser transferidos. Para isto, o IFC-Coordination View 2.0, que tem como base o IFC 2x3, é a interface mais importante. Desde meados de 2017, o buildingSMART oferece a possibilidade de certificar a geração seguinte desta norma – o IFC 4 Reference View - e são esperadas outras aplicações dos softwares das empresas. Ao serem transferidos modelos do Coordination View ou do Reference View, é necessário criar o modelo mecânico estrutural no software de engenharia estrutural. Para esta tarefa, são necessárias várias ferramentas no software de análise estrutural. De seguida são apresentadas algumas delas mais em detalhe.

Funções relevantes para BIM em softwares de análise estrutural

Compatibilidade IFC
Os modelos de IFC Coordination View servem de base para o modelo de mecânica estrutural. Os objetos IFC têm de ser transformados em objetos nativos do respetivo software de análise estrutura (elementos de vigas, superfícies ou sólidos) para que o cálculo seja possível. Uma referenciação pura (visualização) não é suficiente.

Figura 02 - Conversão RFEM de objeto IFC em objeto estrutural

Mapeamento de materiais e secções transversais
Nas análises estruturais, são necessários os valores característicos para os materiais e secções (módulos de elasticidade, coeficientes de segurança, momentos de inércia…), dependendo das normas de dimensionamento. Num software BIM, que se foca na arquitetura e no levantamento da quantidade, esses parâmetros não são necessários e/ou não lhe é prestada muita atenção. Os softwares de cálculo têm bases de dados próprias muito sofisticadas adaptadas para os requisitos de dimensionamento. Os materiais e as secções têm de ser traduzidas dos dados de importação em dados do software de análise estrutural através do mapeamento de tabelas. Esta tradução também deveria ser flexível o suficiente para definir dimensões livres para definir formas básicas das secções (qualquer secção retangular, em I ou em U, etc) através do mapeamento de parâmetros.

Orientação e conectividade
Para assegurar uma ligação correta dos elementos, é necessário definir articulações e condições de apoio. Eventualmente pode ser necessário deslocar e alinhar objetos importantes.

Figura 03 - Extensão de extremidades de barras livres e fusão num nó em comum

Para este fim, é necessário que muitos nós e assim a conectividade dos objetos possam ser deslocados em qualquer nível de referência em apenas alguns passos. Não podem ocorrer nós duplicados ou quase idênticos, o que geralmente causa dificuldades na malha.

Figura 04 - Orientação vertical da parede ao nível do teto

Verificações de plausibilidade 
As zonas problemáticas têm de ser encontradas rapidamente e eliminadas com o auxílio do programa. Para este fim, são importantes as verificações de plausibilidade, para nós duplos ou muito próximos, linhas sobrepostas, linhas muito curtas ou nós que estejam eventualmente livres e sem utilização.

Limpeza e união de nós
Para este efeito, não podem faltar funções essenciais tais como a união de nós múltiplos com ajustamento automático dos objetos dependentes. Estas tornam-se especialmente úteis se for possível trabalhar graficamente e utilizar a função arrastar-e-largar.

Figura 05 - Identificação/limpeza de nós quase idênticos

Componentes físicos e a sua relevância
Através da necessária interseção das linhas ou barras que cruzam, os componentes físicos, tais como vigas ou pilares, são divididas em vários elementos de EF. Ao fazer isto, pode acontecer que importantes comprimentos de referência se percam, tais como o atual comprimento do pilar, que desempenha um importante papel para o dimensionamento ou para a atualização do ficheiro BIM original. O software de análise estrutural deve oferecer uma opção para manter o comprimento original.

Figura 06 - Os conjuntos de barras RFEM aglomeram barras individuais e correspondem a elementos estruturais físicos no modelo BIM

Identificação de alterações
Ao importar/exportar dados diversas vezes para dar resposta a alterações, o software deve oferecer a possibilidade para exibir os estados individuais de revisão ou pelo menos de filtrar as alterações feitas no atual passo.

Figura 07 - Marcação e visualização de alterações no software de análise estrutural RFEM através de visibilidades

Desvio da modelação, ferramentas de ajuste
Para modelos simples referenciados (eventualmente modelos parciais), arrastes simples e pós-modelações têm-se mostrado ser eficientes. É por isso de elevada utilidade, se as linhas centrais das paredes podem ser dimensionadas através da utilização do desvio global de metade da espessura da parede. As ferramentas para aumentar ou diminuir as linhas relativamente a outras linhas (cortar/alongar) não podem faltar.

Figura 08 - Camada de fundo DXF: Linha média de parede criada através de arrastamento de esquina exterior com desvio

Identificadores únicos
Para um cenário de ida e volta (roundtrip) e os necessários cenários de atualização são precisas IDs únicas. O software tem de ser capaz de guardar essas IDs. Pode ser necessário que as IDs de outros programas sejam importadas ou as suas bases de dados sejam atualizadas relativamente às IDs.

Copiar & colar
Em fases avançadas, é necessário bastante tempo de trabalho para modelos BIM e os seus modelos estruturais derivados. Tem de ser assegurado que as respetivas aplicações não substituam dados existentes de outros modelos específicos. Portanto, pode ser útil se as alterações, tais como, novas barras ou superfícies, apenas sejam importadas através da função copiar & colar. Isto permite ao utilizador selecionar especificamente quais as alterações a te em consideração.

Resultados estruturais no modelo BIM
A comunicação da base de dados melhorada é uma grande vantagem da BIM. Isto resulta no facto de o software de análise estrutural providenciar, entre outras coisas, forças internas, alterações de secções ou armaduras. Esta informação precisa de estar disponível de forma digital para que outras aplicações especiais possam executar outras tarefas baseadas na mesma informação. No caso mais simples, podem, por exemplo, ser referenciados os gráficos de resultados baseados em DXF com os quais a entidade de BIM vai modelar desenhos de armadura ou ligações.

Figura 09 - Exportação de quantidades de armadura do RFEM e visualização no Revit

Se o software BIM oferecer bases de dados abertas, esta comunicação eleva-se a um nível muito superior e as aplicações posteriores podem aceder a esses dados automaticamente através de APIs especiais.

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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

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