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

Техническая статья

Информационное моделирование строительства (BIM) описывает одну из наиболее важных проблем в области программного обеспечения в строительстве. Этот процесс не является новым, и хорошо известно, что надежное планирование на ранних этапах проекта оказывает значительное положительное влияние на общую стоимость проекта. Уже более двадцати лет 3D-модели в металлообрабатывающей промышленности либо используются для автоматического создания производственной документации 2D, либо соответствующие данные ЧПУ отправляются напрямую на автоматизированное производство.

Подобным образом, на современном этапе выполняются расчеты конструкций для всех 3D-моделей. В строительном программном обеспечении с цифровыми моделями возникает важный вопрос об обмене данными и о том, как эти модели могут эффективно использоваться для различных инженерных программ. Модели чистой физической геометрии не только важны, но и должны учитывать многие другие модели с дополнительными компонентами конструкции. Такие модели состоят из конструктивных или аналитических моделей, которые включают механические свойства материала, граничные условия или нагрузки, которые не могут быть легко распознаны с использованием чистой физической архитектурной модели.

Эти различия могут вызвать проблемы при осуществлении обмена данными BIM при проектировании конструкций. Поэтому возникают большие ожидания, когда речь заходит о BIM и расчете конструкций. Эти препятствия также представляют большую проблему для разработчиков инженерного программного обеспечения. В данной статье объясняются фундаментальные проблемы обмена данными и предлагаются применимые решения, проверенные на практике.

Проектирование конструкций в процессе BIM

Информационное моделирование строительства основано на целостном представлении жизненного цикла конструкции. Это включает в себя первоначальную идею и планирование проекта (архитектор, владелец объекта), подробное проектирование и окончательное планирование (инженеры), эксплуатацию здания и его снос. Среди прочего, целью является оптимизация затрат в течение жизненного цикла конструкции. Расчет конструкций сам по себе является небольшой частью BIM. Обычно его влияние на структуру расходов является второстепенным . Таким образом, «великая революция» BIM усиливает влияние и контроль со стороны архитектора.

Тем не менее, расчет конструкций играет значительную роль в относительно коротких периодах окончательного планирования. Расчет определяет целесообразность конкретной конструктивной концепции и является важным этапом в процессе планирования, в то время как другие службы могут быть отложены без надлежащего расчета. Кроме того, он имеет сильное влияние на дальнейшее планирования надежности и на связанные с этим расходы на необходимые изменения.

В итоге: расчет конструкций, включая любые последующие изменения, должен быть эффективным и надежным. Существующая трехмерная модель BIM позволяет задать важные исходные данные или средства коммуникации и достичь лучшего понимания в отношении расчета конструкций.

Рисунок 01 – Типовой сценарий обмена данными для BIM в проектировании конструкций

Модель BIM и модель конструкции

Как правило, модели BIM включают информацию о геометрии, материалах и частях здания. Они описывают назначение объекта и также могут предоставить информацию, например, о времени монтажа. Модели BIM доступны в качестве визуального средства коммуникации для всех сторон, участвующих в строительстве. Они служат в качестве инструмента для определения материала и стоимости. И наконец, они помогают избежать ошибок проектирования из-за противоречий отдельных компонентов или подразделов. Обмен данными, в основном, относится к параметрическому описанию точной геометрии здания. Компоненты конструкции описаны граничными поверхностями моделей или областями экструзии, которые получаются в телах.

В отличие от этого, центром внимания конструктивных моделей является механически правильная проекция опорной конструкции. Геометрия является упрощенной и сокращенной по отношению к элементам конструкций, актуальным для конструктивных расчетов. Подробное описание геометрии используется только в случае необходимости и тогда время вычисления неизбежно увеличивается. Колонны и балки рассчитываются в виде стержней (1D элементы), в то время как стены и потолки рассчитываются как плиты и пластины (2D элементы). Эти элементы стержней и поверхностей также могут быть объединены друг с другом в модель конструкции 3D.

Для того, чтобы вычислить эти идеализированные модели численным методом, необходимо объединить все компоненты конструкций вместе и проверить условия перехода. Однако, из-за уменьшения компонентов от тел к центральным линиям (в случае стержней) и средним плоскостям (в случае поверхностей), автоматическое пересечение не всегда доступно.

Другие важные компоненты модели конструкции включают в себя следующее:

  • Задание опор и шарниров
  • Механические свойства материалов и сечений
  • Внешние нагрузки (ветер, снег, приложенные нагрузки и т.д.) и сочетание нагрузок
  • Влияние сейсмической активности или других случайных воздействий
  • Спецификации расчета
  • Линейные и нелинейные методы расчета и анализа

Невозможно вывести модель конструкции из информации чистой геометрии модели BIM без вмешательства квалифицированного инженера. Геометрически идентичное моделирование также требуют представлений в виде модели тела в строительном проектировании. Однако, даже с имеющейся современной вычислительной производительностью, немыслимо рассчитать здание в виде модели тела.

Практические сценарии обмена BIM

Возможно различить обмен данными между программными приложениями одной и той же дисциплины и одной из разных дисциплин. Если данные будут обмениваются между архитектурным или строительным программным обеспечением, рассматриваются одни и те же объекты, поэтому их информация и модели данных будут очень похожими в обеих программах. Различные программные приложения могут обрабатывать информацию непосредственно и переводить ее в программное обеспечение конкретных интеллектуальных объектов. Этот процесс известен как горизонтальный обмен данными.

Если данные должны быть переданы в другую дисциплину, например, из архитектурного программного обеспечения в программное обеспечение для расчета конструкций, то акцент делается на другом представлении данных. Будут рассмотрены только несущие компоненты, такие как колонны, стены, стропила, плиты. Требуемая дополнительная информация, такая как расположение линий воздействий конструкций, упругость соединений элементов или точные механические характеристики материалов и сечений, по-прежнему будет отсутствовать. Этот процесс известен как вертикальный обмен данными.

Если вы находитесь в пределах одной дисциплины, можно легко избежать возможной потери данных или интерпретации ошибок. Для BIM при проектировании конструкций, часто используется вертикальный обмен данными, поскольку модель конструкции создается из архитектурной модели, так как архитектурные модели, как правило, доступны. Однако, передача от одного программного обеспечения для расчета конструкций к другим подобным программам также требует проверки конструктивных расчетов.

Рисунок 02 – Горизонтальный и вертикальный обмен данными

Наиболее важные сценарии можно резюмировать следующим образом:

  • Архитектура → расчет конструкций → строительство
  • Расчет конструкций → архитектура для синхронизации данных об изменениях после расчета конструкций
  • Расчет конструкций → анализ статики
  • Дополнительный экспорт всей конструкции или ее частей
  • Дополнительное обновление материалов, толщин и сечений (двухстороннее) и возвращение результатов расчета

Рисунок 03 – Сценарий BIM: передача модели из программного обеспечения BIM в программу для расчета конструкций, обновление сечений и передача результатов расчета (внутренних сил) в модель BIM

Существуют различные варианты форматов файлов обмена данными. Формат IFC является мировым стандартом, который разделен на определенные виды в каждой дисциплине. Основным является Координационный вид, где могут быть сертифицированы отдельные программные продукты. При учете формата IFC без указания индивидуальных видов, Координационный вид обычно используется по умолчанию. Это поддерживается большинством архитектурных программ.

В отличие от этого, существует Вид расчета конструкций для строительного проектирования, который включает в себя описание структурной модели, нагрузок и сочетаний нагрузок. Этот вид в настоящее время не сертифицирован и поддерживается только ограниченным количеством программ для расчета конструкций. Хотя он определен как стандартный, формат IFC может в общем случае интерпретировать его различными способами. Поэтому необходимо проверить формат с соответствующим программным обеспечением для достижения успешного обмена данными.

Рисунок 04 - IFC координация изображения моделей в RFEM, визуализация и выборочное преобразование в собственный интеллектуальный объект RFEM

В дополнение к формату IFC, можно использовать установленные форматы файлов, такие как Microsoft DXF / DWG, интерфейс продукта для стальных конструкций или других приложений, на текстовой основе. Прямые интерфейсы также играют важную роль. Они не имеют каких-либо файлов обмена, так как отдельные программы непосредственно обмениваются друг с другом с помощью интерфейсов прикладного программирования (API).

Ключевые факторы для успешного обмена данных

Основной вопрос заключается в определении доступности сценария обмена данными. Если вы знаете индивидуальные программные продукты, вам могут быть известны интерфейсы, которые они поддерживают. Имея это в виду, необходимо выполнить тесты целевого обмена с применением моделей регулируемого размера. Характеристики материалов и сечений часто требуют дополнительного внимания.

Каждое программное обеспечение обычно предоставляет индивидуальные базы данных строительного проектирования, которые содержат все параметры, связанные с нормативами. Эти базы данных коррелируют друг с другом в ‘отображении файлов’, которые являются простыми таблицами соответствующих описаний. Эти отображающие файлы частично выполняются разработчиком программного обеспечения. Рекомендуется унифицировать и интегрировать эти файлы в соответствии с программами, используемыми для вашего приложения.

Также существует программное обеспечение BIM, которое уже включает аналитическую модель (конструктивную модель) в архитектурной модели. Преимуществом такого программного обеспечения является то, что обе модели перекрываются и ссылаются друг на друга. Таким образом, эти модели могут быть рассчитаны легко и эффективно. В дополнение к данным системы, также возможно задать нагрузки. При использовании такого программного обеспечения, необходимо точно строить обе модели. Необходима тесная координация между всеми участвующими частями.

Человек, который проводит редактирование модели, часто бывает из другой проектной фирмы. Тогда возникает вопрос, кто возьмет на себя расходы на междисциплинарную модель и кто несет ответственность за ее точность и аккуратность. Это должно быть оговорено заранее. Без всякого сомнения, у BIM есть широкие возможности и оно продолжает использоваться известными фирмами. Если существует сама возможность создания цепочки планирования, модели BIM могут быть оптимально созданы на ранней стадии, а затем применяться для расчета конструкций.

Важным аспектом по выбору правильного программного обеспечения является поддержка различных форматов данных. Описание в существующем формате данные должны передаваться в конкретные объекты для данного программного обеспечения. Рассмотрение только визуализации или ссылочных данных модели недостаточно для проектирования конструкций и может помочь только при визуальных проверках. Если программа может импортировать несколько моделей и передавать их в модель данных самого объекта, это может повысить гибкость и значительно увеличить шансы для успешного и эффективного обмена данными . Ключевой фактор успеха - когда файлы Координационного вида IFC используются в программном обеспечении для расчета конструкций.

Вне зависимости от дополнительных усилий, программирование несложных фирменных инструментов для обмена данными всегда должно быть включено в начале. Это позволяет эффективно передавать дополнительную информацию в виде параметров. Например, можно отобразить элементы модели конструкции в программном обеспечении BIM, обмениваться возможными модификациями или включить в программное обеспечение технологические процессы отдельных компаний. Для этого необходимо, чтобы все вовлеченные пользователи программных продуктов имели соответствующие API, управляемые с помощью обычных и простых языков программирования (VBA, C # и т.д.).

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

Создание модели BIM с точки зрения расчета конструкций
  • Раннее вовлечение инженера-конструктора и консультации по времени блокировки и содержанию
  • Установление стандартов для материалов и описания сечений (таблицы отображения)
  • Последовательное и функциональное моделирование элементов конструкций (колонн, балок как объектов стержней, стен, плит как объектов поверхностей)
  • Моделирование стен, плит и колонн в секциях и на этажах
Определение сферы охвата и содержания передачи данных
  • Кто создает идеализированную модель конструкции и какое программное обеспечение они применяют (BIM или программное обеспечение для расчета конструкций)?
  • Будут передаваться только геометрические размеры и линии действия конструкции или также другие характеристики конструкции, такие как опоры и шарниры?
  • Кто задает загружения, сочетания нагрузок и нагрузки?
  • Кто уполномочен вносить определенные изменения, такие как добавление или удаление компонентов компонентов конструкции или задание сечений и толщин компонентов?
  • Как и когда будет выполнять потенциальное автоматическое выравнивание модели?
Задание рабочих фаз
  • Кто работает над каким пространством модели и когда?
  • По возможности, избегайте работы над одними и теми же компонентами одновременно
Тестирование сценариев обмена и использование форматов передачи данных и интерфейсов
  • Реализует поддерживаемое программное обеспечение BIM и расчета конструкций одинаковые интерфейсы и в какой степени?
  • Выполнение тестов на управляемых моделях с использованием заданных объектов обмена
Правило связывания для доступности модели BIM
  • Предпочтительно в нескольких форматах (IFC, собственный формат файлов программного обеспечения, DWG / DXF, SDNF, STEP, или другие форматы)
  • Расширение возможностей для обмена данными и разрешение проверки и сравнения моделей

Резюме

Проектирование зданий и сооружений играет значительную роль в процессе информационного моделирования строительства. В связи с ростом применения методов планирования, ориентированных на BIM, новые цепочки цифрового процесса обеспечивают возможность повышения эффективности. Модель BIM и модель конструкции различны по своим характеристикам. Процесс эффективного планирования, касающийся проектирования конструкций, требует участия инженера-проектировщика на ранней стадии и учета аспектов проектирования конструкций и обмена данными при создании модели BIM. Применяемое программное обеспечение должно обеспечивать передачу существующей параметрической информации геометрии интеллектуальных объектов, характерных для программного обеспечения, за счет использования соответствующих интерфейсов. Наконец, правильная стратегия обмена данными в соответствии с используемым программным обеспечением позволяет интегрировать расчет конструкций в процесс BIM без особых усилий.

Ссылки

Контакты

Свяжитесь с Dlubal

У вас есть какие-либо вопросы или необходим совет?
Свяжитесь с нами или ознакомьтесь с различными предлагаемыми решениями и полезными советами на странице часто задаваемых вопросов.

+49 9673 9203 0

info@dlubal.com

Видео: Более эффективная работа с BIM

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

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