Программное обеспечение для информационного моделирования строительства и расчета конструкций: сценарии и факторы успеха при обмене данными

3D модели создаются уже более двадцати лет (например, в стальных конструкциях), и они используются для автоматического получения 2D инженерных данных или для доступа и управления производственным оборудованием напрямую через данные ЧПУ. Кроме того, структурные расчеты на 3D-моделях являются современными. Из-за создания цифровых моделей, основные проблемы, с которыми сталкивается программное обеспечение для строительства,-это проблемы с обменом данными и то, как эти модели могут быть эффективно использованы в программах различных технических проектировщиков. Важную роль играют не только геометрические и физические модели, но и многие другие модели, которые содержат не только физически видимую информацию о компонентах. Одной из таких моделей является конструктивная или аналитическая модель, которая содержит механические свойства материала, граничные условия или допущения нагрузок; то есть вещи, которые нельзя прочитать непосредственно с чисто физической архитектурной модели. Эти различия приводят к трудностям в обмене данными моделей BIM в проектировании конструкций. Ожидания BIM в структурном анализе огромны. Не менее большая задача стоит перед производителями программного обеспечения для строительства. В этой статье мы объясним основные вопросы обмена данными, а затем представим практические и проверенные решения.

Расчет конструкций в процессе BIM

Информационное моделирование строительства основано на целостном представлении о жизненном цикле конструкции; это включает в себя начальную идею и планирование проекта (архитектор, владелец здания), рабочий проект и окончательное планирование (инженеры), а также эксплуатацию и снос здания. Помимо прочего, целью является оптимизация затрат на протяжении всего жизненного цикла конструкции. Сам проект конструкции является лишь малой частью BIM, и его влияние на стоимость конструкции, как правило, имеет второстепенное значение. Таким образом, великая «революция» BIM имеет больше контроля со стороны архитектора. Тем не менее, в относительно короткий период окончательного проектирования, существенную роль играет проектирование конструкций. Проект определяет выполнимость конкретной конструктивной концепции и является важной вехой в процессе планирования, поскольку другие услуги могут быть отложены без надлежащего проектирования. Это также оказывает сильное влияние на дальнейшую надежность планирования и, следовательно, на связанные с этим затраты на необходимые изменения. Кратко: расчет конструкции, включая любые последующие изменения, должен быть эффективным и надежным. Текущие трехмерные модели BIM могут обеспечить ценный ввод данных или средства связи и лучшее понимание в отношении проектирования конструкций.

Типовой процесс обмена данными для BIM при проектирования конструкций

BIM модель и конструктивная модель

Как правило, модели BIM включают в себя информацию о геометрии, материалах и полуфабрикатах здания. Они описывают назначение здания и могут, например, предоставить информацию о времени сборки. BIM модели подходят в качестве средства визуальной коммуникации для всех сторон, участвующих в строительстве; они служат инструментом для определения материала и стоимости, и, наконец, они помогают избежать ошибок планирования из -за столкновений отдельных компонентов или подсекций. Обмен данными относится главным образом к параметрическому описанию точной геометрии здания. Конструктивные элементы описываются моделями граничных поверхностей или областей экструзии, которые приводят к образованию твердого тела.

Напротив, в центре внимания конструктивных моделей находится механически правильная проекция опорной конструкции. Геометрия упрощается и сводится к тем конструктивным компонентам, которые имеют значение для расчета конструкций. Подробное описание геометрии используется только в случае необходимости, и время расчета неизбежно возрастет. Колонны и балки рассчитываются как стержни (1D элементы), а стены и потолки - как плиты и плиты (2D элементы). Эти элементы стержня и поверхности также можно комбинировать друг с другом в трехмерной модели конструкции. Для численного расчета этих идеализированных моделей необходимо объединить все конструктивные элементы и проверить условия перехода. Однако, из-за сокращения компонентов от тел до центральных линий (в случае стержней) и средних плоскостей (в случае поверхностей), автоматическое пересечение не всегда доступно.

Другие существенные компоненты модели конструкции включают в себя следующее:

• Опоры и определения шарниров
• Механические свойства материалов и сечений
• Внешние нагрузки (ветер, снег, внешние нагрузки и т.д.) и сочетания нагрузок
• Влияние сейсмической активности или других случайных воздействий
• Расчетные характеристики
• Линейные и нелинейные методы расчета и анализа

Невозможно вывести конструктивную модель из чистой геометрической информации BIM -модели без вмешательства квалифицированного инженера. Геометрически идентичное моделирование также потребует представления в качестве твердотельной модели в проектировании конструкций. Тем не менее, даже с учетом имеющихся в настоящее время вычислительных мощностей, немыслимо рассчитать здание как твердотельную модель.

Практические сценарии обмена BIM

Можно различать обмен данными между программными приложениями одной и той же дисциплины и приложениями другой дисциплины. При обмене данными между архитектурным или строительным программным обеспечением объекты будут одинаковыми, а информационное содержание и его модели данных будут в обеих программах очень похожими. Различные программные приложения могут обрабатывать информацию напрямую и переводить ее в интеллектуальные объекты программного обеспечения. Это также называется горизонтальным обменом данными.

Если данные должны быть переданы в другую дисциплину, например, из архитектурного программного обеспечения в программное обеспечение для расчета конструкций, тогда основное внимание будет уделяться другому виду данных, и будут учитываться только опорные компоненты, такие как колонны, стены, фермы или плиты. Требуемая дополнительная информация, такая как расположение линий действия конструкции, упругость соединений элементов или точные механические детали материалов и сечений, по-прежнему будет отсутствовать. Это также называется вертикальным обменом данными. Если вы находитесь в пределах одной дисциплины, вы можете легко избежать возможных потерь данных или ошибок интерпретации. Для BIM в проектировании конструкций часто используется вертикальный обмен данными, поскольку конструктивная модель обычно создается на основе архитектурной модели, поскольку архитектурная модель обычно доступна. Однако перенос из одного программного обеспечения для расчета конструкций в другое также требует проверки расчетов конструкций.

Горизонтальный и вертикальный обмен данными

Наиболее важные сценарии можно суммировать следующим образом:

• Архитектура → Расчет конструкций → Строительство
• Расчет конструкций → архитектура для синхронизации данных изменений после расчета конструкций
• Расчет конструкций → обзор статики
• Дополнительный экспорт всей конструкции или подконструкций
• Дополнительное обновление материалов, толщин и сечений (двунаправленное) и возврат результатов расчета

BIM-Szenario: Modellübergabe BIM-Software zu Statik-Programm, Update von Querschnitten und Übergabe von Ergebnissen der Berechnung (Schnittgrößen) an BIM-Modell

Существуют различные варианты форматов файлов для обмена данными. Особую роль играет формат IFC в качестве глобального стандарта. Он разделен на различные взгляды, и каждая дисциплина имеет свой собственный взгляд. Основным видом является Coordination View, где можно сертифицировать отдельные программные продукты. При рассмотрении формата IFC без указания отдельных видов, по умолчанию обычно используется вид координат. Это поддерживается большинством архитектурных программ. В отличие от этого, вид для расчета конструкций включает в себя описание конструктивной модели, нагрузок и сочетаний нагрузок. Этот вид в настоящее время не подлежит сертификации и поддерживается только ограниченным числом программ для расчета конструкций. Хотя формат IFC определен как стандарт, его можно интерпретировать по -разному; поэтому для успешного обмена данными необходимо проверить формат данных в соответствующем программном обеспечении.

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

В дополнение к формату IFC можно использовать установленные форматы файлов, такие как DXF/DWG, Product Interface for Steel Construction или другие текстовые приложения. Прямые интерфейсы также играют важную роль. У них нет никаких файлов для обмена, так как отдельные программы напрямую взаимодействуют друг с другом через интерфейсы прикладного программирования (API).

Ключевые факторы для успешного обмена данными

Фундаментальный вопрос - выяснить, какой сценарий обмена доступен. Если вы знакомы с отдельными программными продуктами, возможно, вы уже знакомы с поддерживаемыми интерфейсами. Учитывая это, необходимо выполнить целевые обменные тесты, используя модели регулируемого размера. Свойства материала и сечения часто требуют дополнительного внимания. Каждое программное обеспечение обычно предоставляет индивидуальные базы данных для расчета конструкций, которые содержат все параметры, зависящие от нормы. Эти базы данных связаны друг с другом в «файлах отображения», которые представляют собой простые таблицы соответствующих описаний. Эти файлы сопоставления частично предоставляются разработчиком программного обеспечения. Мы рекомендуем унифицировать и интегрировать эти файлы в соответствии с программами, используемыми в вашем приложении.

Существует также программа BIM, которая уже включает в себя аналитическую модель (конструктивную модель) в архитектурной модели. Преимущество этого программного обеспечения заключается в том, что обе модели пересекаются и ссылаются друг на друга, поэтому эти модели можно анализировать эффективно и легко. В дополнение к системным данным, возможны также спецификации нагрузок. При использовании данного программного обеспечения необходимо точно построить обе модели. Необходима соответствующая координация между всеми заинтересованными сторонами. Человек, который проводит редактирование модели, часто не из одного и того же конструкторского бюро, и тогда возникает вопрос, кто оплачивает затраты на создание междисциплинарных моделей и кто отвечает за точность и точность. Это необходимо согласовать заранее. Несомненно, существуют большие возможности для технологии BIM, и она по -прежнему пользуется признанием многих известных фирм. Если можно создать всю цепочку проектирования, то можно оптимально подготовить модели BIM на ранней стадии и использовать их в дальнейшем для расчета конструкций.

Поддержка различных форматов данных является важным аспектом при выборе подходящего программного обеспечения. Описание в существующем формате данных должно быть перенесено в объекты, специфичные для данного программного обеспечения. Учет только визуализации или ссылки на модель данных недостаточен для расчета конструкций и может способствовать только визуальной проверке. Если программа может импортировать несколько моделей и переносить их в правильную модель объекта данных, это может значительно повысить ее гибкость и повысить шансы на успешный и эффективный обмен данными. Это является ключевым фактором успеха, когда в программе расчета конструкций используются файлы IFC Coordination View.

Несмотря на дополнительные усилия, всегда следует включать в программу с самого начала программирование простых собственных инструментов для обмена данными. Это позволяет эффективно передавать дополнительную информацию в форме параметров. Например, можно отобразить элементы конструктивной модели в программе BIM, сообщить о возможных модификациях или реализовать в программе рабочие процессы, характерные для конкретной компании. Это требует, чтобы все используемые программные продукты имели соответствующие API, работающие на обычных и простых языках программирования (VBA, C # и т.д.).

Ключевые факторы успеха для успешного и эффективного обмена данными включают в себя следующее:

Создание модели BIM с учетом расчета конструкций

• Заблаговременное участие инженера-строителя и консультации по времени и содержанию передачи
• Установка нормативов для материалов и описания сечений (таблицы картографирования)
• Функциональное и согласованное моделирование конструктивных элементов (колонны, балки в качестве объектов стержней, стены, плиты в качестве объектов поверхности)
• Моделирование стен, плит и колонн в разрезах и уровнях

Umfang und Inhalt der Datenübergabe festlegen

• Кто создает идеализированную конструктивную модель и какое программное обеспечение они используют (BIM или программы для расчета конструкций)?
• Будут ли перенесены только геометрические размеры и конструктивные линии воздействия или другие конструктивные свойства, такие как опоры или шарниры?
• Кто определяет загружения, сочетания нагрузок и нагрузки?
• Кто имеет право на определенные изменения: Добавление или удаление конструктивных элементов или определение сечений и толщин компонентов?
• Как и когда будет выполнено потенциальное автоматическое выравнивание модели?

Определение рабочих фаз

• Кто и когда работает над каким пространством модели?
• По возможности избегайте одновременного редактирования одних и тех же компонентов

Тестирование сценариев обмена и использование форматов и интерфейсов обмена данными

• Предоставляет ли поддерживаемое программное обеспечение BIM и программное обеспечение для расчета конструкций одинаковые интерфейсы и в какой степени?
• Выполнение тестов на управляемых моделях с использованием заданных объектов обмена

Правило связывания для создания доступных моделей BIM

• Предпочтительно в нескольких форматах (IFC, собственный формат файла программного обеспечения, DWG/DXF, SDNF, STEP или другие форматы)
• Расширение возможностей обмена данными и возможность проверки и сравнения моделей

Заключение

Проектирование конструкций играет важную роль в информационном моделировании зданий. Благодаря более широкому применению методов проектирования, ориентированных на BIM, новые цифровые технологические цепочки дают возможность повысить эффективность. Модель BIM и конструктивная модель отличаются по своей природе, и получение конструктивных моделей из BIM -моделей не всегда возможно и автоматически. Эффективный процесс проектирования конструкций требует вовлечения инженера -строителя на ранней стадии, а также учета аспектов проектирования конструкций и обмена данными при создании модели BIM. Используемое программное обеспечение должно позволять передачу существующей параметрической информации о геометрии интеллектуальных объектов, специфичных для данного программного обеспечения, посредством использования соответствующих интерфейсов. Наконец, хорошая стратегия обмена данными в соответствии с используемым программным обеспечением позволяет без особых усилий интегрировать проектирование конструкций в процесс BIM.