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

Техническая статья

Эта статья была переведена Google Translator

Посмотреть исходный текст

Информационное моделирование строительства описывает, если не самую важную, текущую тему во всей индустрии строительных программ. Тем не менее, этот процесс не является новым, и хорошо известно, что хорошее планирование на ранних этапах проекта оказывает значительное положительное влияние на общие затраты всего проекта.

В течение более двадцати лет, например, создает 3D-модели в стальных конструкциях и автоматически извлекает из них 2D-производственные документы, или управление производственными станками осуществляется непосредственно с помощью данных ЧПУ. Кроме того, структурные расчеты на 3D-моделях являются современными. Что касается программного обеспечения для строительства, то разработка цифровых моделей в первую очередь приводит к темам обмена данными и тому, как эти модели могут быть использованы с минимальными затратами времени в программном обеспечении различных специалистов по техническому планированию. Не только геометрические, физические модели играют роль, но есть и ряд других моделей, которые содержат больше, чем физически видимая информация о компонентах. Такая модель является структурной или аналитической моделью, которая содержит механические свойства материала, граничные условия или допущения нагрузки, то есть то, что не может быть немедленно считано из чисто физической архитектурной модели. Эти различия приводят к затруднениям при обмене данными моделей BIM в проектировании конструкций. Ожидания BIM в структурном анализе огромны. Задача для производителей программного обеспечения для строительства такая же большая. В этой статье мы сначала объясним основные проблемы обмена данными, а затем продемонстрируем проверенные и испытанные решения.

Проектирование конструкций в процессе BIM

Информационное моделирование здания основано на целостном представлении всего жизненного цикла здания, начиная с первоначальной идеи и планирования проектирования (архитектор, клиент), планирования реализации (инженеры-специалисты) до эксплуатации здания и его сноса. Цели включают оптимизацию затрат в течение всего срока службы. Само проектирование конструкций - это лишь небольшая часть BIM, влияние которой на стоимость всего жизненного цикла здания, как правило, не имеет большого значения. Таким образом, большая «революция» BIM в настоящее время происходит больше в областях ответственности архитекторов. Тем не менее, в сравнительно короткий период детального планирования, проектирование конструкций играет важную роль. Он определяет осуществимость конкретной концепции несущей нагрузки и является важной вехой в планировании, без которой дальнейшие процессы будут блокироваться без ее высвобождения. Это оказывает значительное влияние на дальнейшее планирование безопасности и связанные с этим расходы на необходимые изменения. Кратковременные: Расчет конструкции должен быть быстрым, надежным и, по возможности, также в случае последующих модификаций. Существующие трехмерные модели BIM могут обеспечить ценный ввод данных или быть средством коммуникации и лучшего понимания.

BIM модель и конструктивная модель

Модели BIM в общем смысле включают в себя всю геометрическую информацию, детали материалов и полуфабрикаты конструкции. Они описывают функцию конструкции, а также могут содержать информацию о временной последовательности, например, о сборке. Поэтому они идеально подходят в качестве визуальных средств связи для тех, кто участвует в строительстве, являются инструментом для определения массы и затрат и, в конечном счете, служат инструментом для предотвращения ошибок планирования из-за столкновений отдельных компонентов или конструкций. Обмен данными в основном относится к параметрическому описанию точной геометрии здания. Компоненты описываются моделями граничных поверхностей или экструдированных поверхностей, которые в конечном итоге приводят к образованию твердого тела.

В отличие от этого, при анализе конструкции основное внимание уделяется механически правильному представлению несущей конструкции. Геометрия упрощена и сведена к статически значимым конструктивным элементам. Объемные описания геометрии используются только там, где это необходимо, и увеличение расчетных усилий представляется оправданным. Колонны и балки рассчитываются как стержни (1D элемент), а стены и полы - как плиты и плиты (2D элементы). Эти элементы стержня и поверхности также можно комбинировать в трехмерных моделях конструкции. Для возможности численного расчета этих идеализированных моделей необходимо, чтобы все компоненты были связаны друг с другом и чтобы были известны условия перехода. Из-за сокращения конструктивных элементов от тел до центральных линий (для стержней) и центральных плоскостей (для поверхностей), автоматическое пересечение не всегда возможно.

Кроме того, к существенным компонентам модели расчета конструкций относятся:

  • Опоры и определения шарниров
  • Механические свойства материалов и сечений
  • внешние нагрузки (ветер, снег, полезные нагрузки и т. д.) и сочетания нагрузок
  • Действия от сейсмической активности или других чрезвычайных воздействий
  • Расчетные нормы
  • Линейные и нелинейные методы расчета и теории

Следовательно, невозможно автоматически вывести модель анализа из чисто геометрической информации модели BIM, которая понимается в общепринятом смысле, без участия квалифицированного инженера. Геометрически идентичное моделирование также потребовало бы представления в качестве структурной модели для расчета конструкций. Однако даже при имеющихся на сегодняшний день вычислительных мощностях, невозможно рассчитать здание как твердотельную модель.

Практические сценарии обмена BIM

В принципе, можно различить обмен данными между программными приложениями одной и той же дисциплины и разных дисциплин. При обмене данными между программным обеспечением для архитектуры или программным обеспечением для строительства объекты будут одинаковыми, а информационное содержание и модели данных в обеих программах будут очень похожими. Различные программные приложения могут непосредственно обрабатывать информацию и преобразовывать ее в программные интеллектуальные объекты. Это также называется горизонтальным обменом данными.

Если данные переносятся в другую дисциплину, например, из программного обеспечения для архитектуры в приложение для расчета конструкций, основное внимание уделяется другому представлению данных (только конструктивные элементы, такие как колонны, стены, балки, плиты). Необходимая дополнительная информация, такая как положение статической полезной линии, гибкость соединений элементов или точные механические данные о материале и сечениях, по-прежнему отсутствует. Это также называется вертикальным обменом данными. Если вы остаетесь в рамках дисциплины, то по своей природе легче избежать возможной потери данных или ошибки интерпретации. BIM в проектировании конструкций обычно предполагает вертикальный обмен данными, потому что во многих случаях изначально доступна модель архитектуры, из которой разрабатывается модель расчета конструкций. Тем не менее, перенос программного обеспечения для расчета конструкций также выполняется, например, для проверки расчета конструкций.

Pисунок 02 - Horizontal and Vertical Data Exchange

Отдельные наиболее важные сценарии можно суммировать следующим образом:

  • Архитектура -> Расчет конструкций -> Строительство
  • Расчет конструкций -> Архитектура для корректировки изменений после расчета конструкций
  • Расчет конструкций -> Расчет конструкций для проверки
  • При желании можно экспортировать целые системы или подсистемы
  • Опционально с обновлением материалов, толщин и сечений (двунаправленным) и возвратом результатов расчета

Pисунок 03 - BIM Сценарий: Перенос модели из программного обеспечения BIM в программное обеспечение для расчета конструкций, обновление сечений и перенос результатов расчета (внутренних сил) в модель BIM

Существуют различные варианты формата обмена данными. Особую роль играет формат IFC как мировой стандарт. Формат IFC разделен на различные виды, и каждая дисциплина имеет свой вид. Наиболее важным видом является Coordination View, для которого также могут быть сертифицированы отдельные программные продукты. Если вы говорите о формате IFC, не вдаваясь в подробности об отдельных видах, вы обычно подразумеваете Координационный вид. Он поддерживается большинством архитектурных программ. В противоположность этому, в представлении расчета конструкций содержится описание модели конструкции, включая нагрузки и сочетания нагрузок. Этот вид в настоящее время не подлежит сертификации и поддерживается только небольшим количеством программ для расчета конструкций. Как правило, следует отметить, что формат IFC, хотя и определяется как стандарт, может интерпретироваться по-разному, и для успешного обмена, в конечном итоге, всегда необходимы собственные тесты с данными соответствующих программных продуктов.

Pисунок 04 - IFC Coordination View Models in RFEM, Visualization and Selective Conversion to Native Intelligent RFEM Object

В дополнение к формату IFC используются установленные форматы, такие как DXF/DWG, интерфейс продукта стальных конструкций или другие текстовые форматы. Прямые интерфейсы, которые не требуют обмена файлами, также играют важную роль. Отдельные программы взаимодействуют напрямую через программируемые интерфейсы (API).

Важные факторы успеха для обмена данными

В основном, необходимо уточнить, какой сценарий обмена существует. Если известны отдельные программные продукты, то также известны возможные поддерживаемые интерфейсы. Исходя из этого, необходимы специальные обменные испытания с системами регулируемого размера. Спецификации материалов и сечений часто требуют дополнительного внимания. Обычно, каждое программное обеспечение имеет свои собственные базы данных, которые содержат все стандартные параметры в случае проектирования конструкций. Базы данных присваиваются друг другу в так называемых картографических файлах, которые описывают простые таблицы с соответствующими описаниями. Некоторые из этих файлов заданий предоставляются производителем программы. Рекомендуется стандартизировать эти файлы в соответствии с используемыми программами и согласовать их друг с другом.

Существует также программное обеспечение BIM, которое уже содержит аналитическую модель (структурную модель) в архитектурной модели. Преимущество заключается в том, что обе модели накладываются друг на друга, на них ссылаются и, следовательно, их легче проверять. В дополнение к системным данным, возможны также спецификации нагрузки. Пользователь такого программного обеспечения должен затем правильно настроить обе модели. Это требует соответствующей координации между вовлеченными сторонами. Поскольку инженеры моделей часто не приезжают из одного и того же офиса планирования, возникает вопрос, кто оплачивает соответствующие затраты междисциплинарных моделей и гарантирует их правильность. Это должно быть сделано заранее. Здесь, несомненно, есть большие возможности для BIM, и крупные компании признали это. Если они могут представлять всю цепочку планирования, то модели BIM могут быть оптимально подготовлены заранее для последующего использования для расчета конструкций.

Важным аспектом при выборе правильного программного обеспечения является поддержка различных форматов данных. Следует отметить, что описание в настоящем формате данных должно быть преобразовано в программные объекты. Одной визуализации или только ссылок на модели данных недостаточно для расчета конструкции, и она может способствовать только визуальной проверке. Если программное обеспечение может импортировать несколько моделей и интерпретировать их в собственной модели объекта данных, это значительно увеличивает гибкость и увеличивает шансы на успешный и эффективный обмен данными. Это является решающим фактором успеха, если, например, файлы IFC Coordination View должны использоваться в программном обеспечении для расчета конструкций.

Даже если поначалу усилия кажутся немного большими, программирование простых собственных инструментов для обмена данными не должно быть исключено с самого начала. Таким образом, можно легко перенести дополнительную информацию в виде параметров. Например, в программном обеспечении BIM можно отобразить планы местоположений из расчета конструкций, передать изменения или отобразить в программном обеспечении специфические для компании рабочие процессы. Для этого необходимо, чтобы участвующие программные продукты имели соответствующие API-интерфейсы, которые можно использовать на общих и общеизвестных простых языках программирования (VBA, C # и т. Д.).

Важными факторами успеха для успешного и эффективного обмена данными являются:

Структура модели BIM также с точки зрения проектирования конструкций

  • Ранняя интеграция инженера-строителя и согласование времени передачи и содержания
  • Определение стандартов для описания материалов и сечений (таблиц картографирования)
  • Функционально правильное и равномерное моделирование конструктивных элементов (колонны, балки в качестве объектов стержня, стены, потолки в качестве объектов поверхности)
  • Пошаговое моделирование стен, потолков и колонн по уровням

Определить объем и содержание передачи данных

  • Кто создает идеализированную модель конструкции и в каком программном обеспечении (BIM или программное обеспечение для расчета конструкций)?
  • Передаются ли только геометрические размеры, линии статического воздействия или другая статическая информация, такая как опоры или соединения?
  • Кто определяет загружения, сочетания нагрузок и нагрузки?
  • Кто имеет право что-либо менять: Смещение конструктивных элементов, добавление или удаление конструктивных элементов, определение сечений и толщины компонентов?
  • Как и когда выполняется автоматическое сравнение моделей, если это необходимо?

Определить рабочие этапы

  • Кто работает, когда и в какой области модели?
  • Избегайте одновременной обработки идентичных компонентов, где это возможно

Проверка сценариев обмена и используемых форматов обмена и интерфейсов

  • Поддерживали ли BIM и программное обеспечение для расчета конструкций одинаковые интерфейсы и в какой степени?
  • Выполнение тестов на управляемых моделях с заданными заменяемыми объектами

Обязательное положение, позволяющее сделать модели BIM доступными на всех

  • По возможности в нескольких форматах (IFC, собственный формат файла программного обеспечения, DWG/DXF, SDNF, STEP…)
  • Расширяет возможности обмена и позволяет проверять и сравнивать модели

Резюме

Проектирование конструкций является неотъемлемой частью информационного моделирования зданий. Растущее использование BIM-ориентированных методов планирования приводит к появлению новых цепочек цифровых процессов с возможностью повышения эффективности. Модель BIM и структурная модель различны по своей природе, и вывод структурных моделей из моделей BIM не всегда возможен автоматически и четко. Эффективное проектирование процесса планирования по отношению к проектированию конструкций требует ранней интеграции конструктора конструкций и учета аспектов проектирования конструкций и обмена данными уже при создании модели BIM. Используемое программное обеспечение должно быть в состоянии преобразовать информацию параметрической геометрии, предоставляемую интерфейсами, в интеллектуальные объекты, специфичные для программного обеспечения. В конечном счете, проектирование конструкций может очень хорошо интегрироваться в процесс BIM с помощью хорошей стратегии обмена данными, адаптированной к используемому программному обеспечению.

Ключевые слова

IFC BuildingSMART Просмотр координат Просмотр конструкций Файл сопоставления Модель BIM Расчетная модель Передача данных Интерфейс Процесс BIM

Ссылки

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