BIM в проектировании конструкций: Процесс планирования, возможности и возможности

  • База знаний

Техническая статья

Эта статья была переведена Google Translator

Посмотреть исходный текст

Расширение использования метода BIM при проектировании зданий также открывает новые возможности для инженеров-строителей. После создания комплексной 3D-модели здания, вы хотите продолжить использовать ее для расчета конструкций и получить от нее максимальную выгоду. Тем не менее, существуют также некоторые новые проблемы для инженера-строителя и используемого программного обеспечения, которые описаны в данной статье.

Pисунок 01 - Вверху: модель BIM с интегрированными конструктивными объектами в Autodesk Revit Structure. Центр: диалоговое окно Control для переноса модели анализа из Revit Structure в RFEM. Внизу: Расчетная модель расчета в RFEM

Устранение неструктурных компонентов

Одним из основных преимуществ моделей 3D-BIM является то, что вся информация доступна централизованно в базе данных. Если предполагается, что проект здания изначально был создан архитектором, основное внимание будет уделено не системе конструкций. Основное внимание в его работе уделяется, прежде всего, использованию и проектированию здания, а также соблюдению структуры затрат в тесном сотрудничестве с владельцем здания. Исходя из этого, для здания рассчитываются необходимые опорные конструкции. Эта конструктивная модель представляет собой несущую конструкцию здания и представляет особый интерес для инженера-строителя. Остальные не несущие части здания для него либо несущественны (например, детальные расчеты дверей и окон, точная конструкция пола, электромонтаж и сантехника и т. Д.), Либо, что самое важное, учитывают допущения нагрузки. Таким образом, инженер-строитель должен оценить только часть модели BIM, и он должен отделить относящиеся к конструкции объекты от не относящихся к делу. Однако информация о том, вносит ли конструктивный компонент, доступный в модели BIM, вклад в анализ системы конструкций, не обязательно включена в каждую модель BIM и должна быть либо передана модели инженером-строителем, либо он должен удалить эти элементы которые не являются необходимыми для него с помощью соответствующих фильтров. На рынке имеется программное обеспечение BIM, которое позволяет пометить компоненты как несущие уже в архитектурной модели. При условии, что архитектор сочтет своей задачей выполнить эту разметку, облегчается автоматический перенос модели в программу для расчета конструкций.

Физическая структурная модель и идеализированная модель расчета

После того, как несущие несущие конструктивные элементы были исключены из глобальной модели BIM, становится доступной физическая модель конструкции, которая по положению и форме соответствует более поздней реальной (твердой) модели. Из-за ограниченных вычислительных мощностей и необходимых упрощений для расчетов, однако, не все конструктивные элементы обычно рассчитываются как твердотельные модели, но сводятся к элементам стержня и поверхности, к результатам которых (например, к внутренним силам стержня и поверхности) также применяются действующие нормативы. см. Использование твердотельных моделей, как правило, ограничивается очень толстыми конструктивными компонентами или анализом специальных подобластей, таких как стальные соединения, которые также включают такие детали, как винты, сварные швы или условия контакта. Приведение к стержням и поверхностям поднимает вопрос о положении центральных осей этих конструктивных элементов и о том, как они связаны друг с другом. Из-за разной высоты компонентов, разрезов и соединений, в одной точке могут отсутствовать согласованные модели осевой линии, которые необходимо дополнительно отрегулировать для использования в качестве аналитической расчетной модели. В результате возникают дополнительные вопросы для инженера-строителя.

  • Где должны быть расположены системные линии?
  • Как бороться с возможными эксцентриситетами стержня и поверхности?
  • Нужно ли укорачивать или удлинять системные линии и как они влияют на нагрузку (собственный вес, линейные нагрузки, поверхностные нагрузки и т. Д.)?
  • Если моделирование с помощью простых аналитических узлов является достаточным или может потребоваться создание расширенных моделей, адаптированных для инженерных целей (например, столбец соединяется с потолком только в одном узле:
  • Являются ли соединения стержней и поверхностей шарнирными, полужесткими или жесткими?
  • Какие места следует рассматривать в качестве опор и какие условия опор?
  • Можно ли разделить стержни или поверхности для получения разумной модели анализа?

При принятии решений по всем этим вопросам, программное обеспечение, как правило, может оказать небольшую поддержку, и эти решения должны быть окончательно приняты инженером-строителем. Однако, новая тенденция в программном обеспечении для архитектуры и строительства заключается в том, что конструктивные системы уже содержатся в программах и частично создаются автоматически. Преимущество состоит в том, что после правильного определения основных конструктивных систем, в идеале включая нагрузку, их можно перенести в программу расчета конструкций без каких-либо серьезных переделок.

Pисунок 02 - Преимущество BIM: В Revit положение системных линий и узлов КЭ конструктивных элементов уже может быть определено в физической модели. Эта модель может быть импортирована непосредственно в RFEM.

Однако обязательным условием для этого является то, что этим программным обеспечением BIM управляют пользователи, которые также имеют соответствующие знания в области расчета конструкций и применения программ расчета. С традиционной точки зрения, касающейся обычной ответственности архитектурных офисов и офисов за проектирование конструкций в Германии, этот факт часто является причиной остановки обмена данными и, следовательно, рабочего процесса BIM. В конце концов, архитектор не платит за создание модели расчета конструкций.

Особенности моделирования

При создании моделей конечных элементов могут потребоваться специальные вспомогательные конструкции и обходные пути при переходах от поверхностей к элементам стержней или, например, в балках с вылетом. Эти вспомогательные конструкции требуют ручной обработки импортируемых конструкций. Это неизбежно приводит к дальнейшему смещению исходной модели BIM и идеализированной модели анализа, а также значительно усложняет назначение связанных конструктивных компонентов в пользовательских программах различных дисциплин.

Pисунок 03 - Различия в модели BIM и модели конструкции: Поперечная балка описывает физический компонент конструкции. В модели расчета конструкций она становится либо пятью аналитическими стержнями, либо сетчато-линкер FEM должен иметь возможность распознавать узлы, лежащие на линии балки, для соответствующего их зацепления.

Эта проблема особенно отражается при сравнении изменений в обеих моделях. Часто жесткие соединительные элементы используются для соединения постоянно соединенных компонентов в представлении модели конструкции. Однако, в зависимости от реализации в программном обеспечении для расчета конструкций, эти специальные типы стержней могут привести к численным проблемам, если они очень короткие и жесткие. Поэтому при создании таких соединительных элементов из программного обеспечения BIM необходимо особое внимание. Большой, а иногда и не легко узнаваемой проблемой могут быть конструктивные элементы, которые предположительно связаны в расчетной модели. Из-за неточностей в моделировании в программном обеспечении BIM, или из-за ограничений численной точности, также возможно создание узлов FEA, расположенных очень близко друг к другу. Они либо создают трудности для создания сетки, либо притворяются связанными конструктивными элементами, которые не связаны в расчетной модели. Это приводит к неверным результатам расчета. Поэтому особое внимание следует уделить проверке импортированной модели.

Pисунок 04 - Различия в модели BIM и конструктивной модели: Соединение колонны с помощью трех узлов и горизонтальных жестких элементов стержня на стене

Допущения нагрузки и сочетания нагрузок

В некоторых приложениях BIM также можно указать нагрузки и сочетания нагрузок. Определение, например, профилей ветровых нагрузок, снеговых нагрузок или нагрузок от давления грунта стало значительно более сложным из-за недавно введенных Еврокодов в последние годы. То же самое относится и к правилам создания сочетаний нагрузок в соответствии с различными расчетными ситуациями. Естественно, программы для расчета конструкций лучше подходят для этих задач, они более универсальны и предлагают комплексные инструменты для генерации. Следовательно, очевидно, что ввод нагрузки и комбинаторика выполняются в приложении для расчета конструкций. Если полученные в результате нагрузки и сочетания переносятся обратно в модель BIM, параметры, основанные на автоматической генерации, обычно теряются, и, следовательно, в случае дальнейших изменений интеллект объектов нагрузки отсутствует.

Pисунок 05 - Объект расчета конструкций «Снеговая нагрузка» в программе RFEM: не может быть одинаково представлен в программном обеспечении BIM или интерфейсе, например, в представлении IFC Structural Analysis View. Интеллектуальный объект теряется, если он разрешается в линейных и трапециевидных нагрузках без привязки к зоне снеговой нагрузки.

Соображения для расчета конструктивных систем

Если адекватная модель анализа получена из модели BIM, ее можно рассчитать в программе расчета конструкций. Необходимо решить, какая теория расчета и модели материалов используются. После расчета может потребоваться корректировка модели, создание вариантов моделирования или добавление или удаление новых элементов. Расцепители и опоры должны быть проверены. Для расчета конструктивной системы необходимо ввести дополнительные допущения и параметры. Сечения и размеры могут измениться. Классическая концепция BIM потребует, чтобы эти спецификации и допущения также были сохранены в центральной модели BIM. Тем не менее, в настоящее время это не вполне осуществимо и не поддерживается обычными интерфейсами или возможно только в случае потери интеллекта объектов.

Учет этапов строительства иногда играет очень важную роль для пространственных моделей и определяет полезность результатов расчета. Следовательно, перед расчетом необходимо убедиться, требует ли расчет всей модели учета фаз строительства или частичные модели должны быть рассчитаны в сечениях. В этом контексте следует отметить, что BIM не означает автоматически, что вся модель здания всегда рассчитывается пространственно. Хорошей стратегией также может быть последовательное отделение отдельных конструктивных элементов от общей модели BIM и их расчет отдельно.

Изменения в модели BIM из-за расчета конструкций

После завершения расчета могут произойти изменения материала и сечения, или могут быть перемещены, удалены или добавлены такие компоненты, как крепежные элементы или балки внизу. Эти изменения должны быть отражены в модели BIM и обновлены. Но что произойдет, если в исходную модель BIM также будут внесены изменения, которые необходимо синхронизировать? Как вы решаете, какое состояние последней редакции? Этот процесс должен подчиняться определенным правилам, и существующие изменения должны быть одобрены ответственными партнерами. В то же время, необходимо убедиться, что изменения в модели BIM будут перенесены после импорта в программу для расчета конструкций. Изменения могут произойти одновременно в одном и том же конструктивном компоненте как в BIM, так и в расчетной модели. Такие ситуации можно облегчить, заблокировав отдельные части в модели или по договоренности заинтересованных сторон. Автоматический перенос изменений профиля, толщины поверхности или добавление и удаление новых конструктивных элементов в соответствующей другой модели, как правило, возможны и поддерживаются, например, Dlubal Software. Следует отметить, что обновления, полученные в результате расчета конструкций, не перезаписывают другую информацию в модели BIM, которая не имеет отношения к расчету конструкций.

Pисунок 06 - Преимущество BIM: прогон балок для силовой установки, 632 стержня, 344 сечения, от Tekla Structures (вверху). Моделирование усилий при расчете конструкций: расчетное время - несколько часов. Исходная модель с заданием стержня и сечения может быть сгенерирована из модели Tekla в течение нескольких минут и перенесена в RFEM/RSTAB (ниже)

Интерфейс IFC и прямое соединение программного обеспечения

Для согласованного планирования необходимы функционирующие интерфейсы. Если у вас есть открытый доступ к данным программ обмена через программируемые интерфейсы, они могут быть напрямую связаны без обмена файлами. Обе программы должны быть установлены на одном компьютере. Реализация таких интерфейсов может быть разработана очень гибко и не связана с синтаксисом и моделями данных общих форматов интерфейсов, поскольку они необходимы для обмена файлами. При обмене данными через нейтральные, независимые от производителя форматы, формат IFC играет основную роль.

Pисунок 07 - IFC как международный стандарт для обмена данными. Для проектирования конструкций необходимо записать данные «Представления расчета конструкций».

Однако, если программное обеспечение сертифицировано IFC, это не обязательно означает, что возможен переход на программное обеспечение для расчета конструкций. Сертификация в настоящее время доступна только для «вида координации». Он описывает в первую очередь геометрию конструкции на основе твердотельных моделей, то есть физическую модель конструкции, упомянутую выше. Для конструктивной модели предусмотрен так называемый «Вид расчета конструкции», который также позволяет переносить опоры, расцепители и нагрузки. Поэтому для обмена данными на основе IFC, основанного на программе архитектурного проектирования, необходимо проверить, какой вид можно экспортировать.

Резюме и заключение

Трехмерные модели BIM помогают инженеру-конструктору понимать сложные конструктивные системы и быстрее создавать расчетные модели путем передачи данных. Как правило, модель BIM и модель анализа различны и геометрически не идентичны. Автоматически сгенерированные расчетные модели должны быть тщательно проверены, а расчет по всей модели может потребовать учета этапов строительства. Для расчета конструкций может потребоваться специальное моделирование в определенных точках, а также дополнительная информация, которая не может быть сохранена или частично сохранена в модели BIM. В связи с возможными изменениями на этапе планирования, необходимо определить правила о том, кто может вносить изменения в модель, в какой момент времени и где именно. Программное обеспечение BIM и BIM требует от архитекторов и инженеров-строителей более широких и всесторонних знаний о всех этапах планирования, готовности переосмыслить традиционное разделение труда и понимать задачу планирования как командную работу. Если вы примете начальные, управляемые дополнительные усилия, а также последующие этапы планирования, экономия может быть значительной, а результаты планирования - лучшими. Это могут подтвердить проектные бюро, которые в последние годы посвятили себя процессу BIM. Не только из-за этого факта, но и из-за того, что заказчики указывают BIM в качестве метода планирования, BIM продолжит распространяться в последующие годы. Проектирование конструкций является неотъемлемой и существенной частью информационного моделирования зданий, поэтому программное обеспечение для расчета конструкций с поддержкой BIM и обработка целых моделей станут более важными.

Dlubal Software фокусируется на процессе планирования на основе BIM, предлагает различные форматы интерфейсов и прямые подключения к распространенным программным продуктам BIM. Благодаря открытому программируемому интерфейсу, программное обеспечение может быть легко интегрировано в процессы планирования компании. Это позволяет автоматизировать задачи моделирования и обработки результатов расчетов.

Ключевые слова

BIM Передача данных IFC Revit

Ссылки

Добавить комментарий...

Добавить комментарий...

  • Просмотры 963x
  • Обновления 10. ноября 2020

Контакты

У вас есть какие-либо вопросы по нашим программам или вам просто нужен совет?
Тогда свяжитесь с нами через бесплатную поддержку по электронной почте, в чате или на форуме или ознакомьтесь с различными решениями и полезными предложениями на страницах часто задаваемых вопросов.

+49 9673 9203 0

info@dlubal.com

RFEM Основная программа
RFEM 5.xx

Основная программа

Программное обеспечение для расчета конструкций методом конечных элементов (МКЭ) плоских и пространственных конструктивных систем, состоящих из плит, стен, оболочек, стержней (балок), тел и контактных элементов

Цена первой лицензии
3 540,00 USD
RSTAB Основная программа
RSTAB 8.xx

Основная программа

Программное обеспечение для расчета конструкций рам, балок и ферм, выполняющее линейные и неьинейные расчеты внутренних сил, деформаций и опорных реакций

Цена первой лицензии
2 550,00 USD