digitalBau jako místo setkávání pro odborníky z branže
V únoru 2020 se v Kolíně nad Rýnem konal poprvé nový veletrh na téma „Digitalizace ve stavebnictví“. Po mnoha těžkých letech pro veletrhy v oboru stavebního softwaru se jedná o první nový veletrh v tomto odvětví, který zaznamenal úspěch. Za povšimnutí také stojí, že se zmíněný veletrh zaměřil výhradně na software, a proto se tomuto segmentu podařilo nezapadnout mezi obvykle přítomnými výrobci bezpočtu stavebních produktů od cihel po okapy. Jsme zvědavi, zda tento veletrh bude pokračovat ve svém úspěšném rozjezdu a zda stoupne za dva roky počet jeho účastníků i návštěvníků. Již nyní je zřejmé, že se jednalo obecně o místo setkání všech známých výrobců stavebního softwaru, a konkrétně pak vývojářů softwaru pro statiku. Kdo pozorně sleduje vývoj v posledních letech, může rozpoznat některé tendence, a digitalBau k tomu také poskytl skvělou příležitost.
Informační modelování budov nabývá na významu
Stavební inženýři se již více než 20 let zabývají tím, jak lze zachytit celý životní cyklus stavby pomocí digitálních technologií. Teprve nyní se ovšem zdá, že se již nejedná o několik málo průkopníků. A co víc, také statici rozpoznali příležitost, jak získat nové zákazníky, jak efektivněji pracovat a uvést svou projekční kancelář jako inovativní a progresivní. Poslední bod přitom nelze podceňovat, pokud potřebujeme ve firmě zaměstnat a déle udržet odborníky, jichž je na trhu značný nedostatek.
Nové verze softwaru obsahují stále více nástrojů pro lepší práci s 3D daty a pro digitální komunikaci. Tomu ovšem předcházelo několik let, během nichž se architekti učili oceňovat výhody digitálních dvojčat. Lze tak přece vytvářet atraktivní vizualizace a rychle a přesně odhadovat náklady. Jakmile vytvoříme trojrozměrné modely, chceme je použít také pro další úlohy jako je například statická analýza.
Proč začínat znovu od začátku, když lze importovat modely přes certifikované Open BIM rozhraní? Tolik myšlenkové pochody. Mezitím se ovšem ukázalo, že digitální výpočetní model je zásadně něco jiného, než 3D model vytvořený architektem, i když na první pohled vypadá stejně. Ačkoli vychází z rozměrů a z konstrukčních údajů digitálního dvojčete, nemusí nutně obsahovat pro výpočet podstatné informace o podporách, kloubech a například o příslušných zatíženích a jejich kombinacích. Kromě toho jsou v analytickém modelu podstatná zjednodušení, bez kterých byl ani dnes nebylo možné provést efektivně výpočet. V BIM modelu se například všechny konstrukční prvky popisují jako tělesa.
V modelu pro statickou analýzu se ovšem zřídkakdy počítá s tělesy. Takové sloupy a nosníky se spíše modelují jako 1D konečné prvky, tedy prvky s počátečním a koncovým uzlem a s linií mezi nimi. Tuhost prvku je dána průřezovými hodnotami a délkou linie. 3D geometrie těles se tak scvrkává na jednoduché drátěné modely. To opět znamená, že středové linie a plochy sloupů, nosníků, desek nebo stěn se vždy nestřetávají v jednom uzlu nebo linii, čímž jednoduše dospějeme ke zmíněnému drátěnému modelu. Často je třeba posunout nebo přesněji definovat polohu konstrukční linie, abychom získali spojitý, koherentní analytický model.
Vzhledem k tomu, že taková věc vyžaduje inženýrské znalosti, nelze ji vždy zcela zautomatizovat softwarem, a může tak být časově velmi náročná. Nejpokročilejší BIM software s tímto problémem počítá a vytváří zároveň oba modely - tedy i statický. Speciální nástroje slouží k prodlužování, zkracování anebo vyhledávání blízko ležících bodů, které pak stanoví jako konstrukční uzly. Pokud se tyto modely převádějí v dalším kroku do programu pro statické výpočty, je zapotřebí společný výměnný formát. Nemusí se přitom nutně jednat o nezávislý formát IFC. Existuje řada formátů a také přímých rozhraní pro BIM aplikace a statické programy, kdy se data převádí přímo z jednoho programu do druhého bez výměnného souboru.
Nová digitální řešení pro simulace zatížení větrem
Po importu modelu do programu pro statické výpočty je třeba model dále upravit. Kromě podpor, kloubů a jiných mechanických parametrů je velkým pracovním úkolem zadání zatížení. Při tradičním postupu se stanoví předpokládaná zatížení a zadají se do analytického modelu jako zatížení na pruty nebo plochy. U běžných tvarů se lze řídit příslušnými normami, které uvádějí, jaká zatížení se mají uvažovat. Zohlednění zatížení vlastní tíhou, užitných zatížení či zatížení sněhem zpravidla nepředstavuje větší problém. V případě zatížení větrem je situace jiná. Vzdušné proudy a turbulence jsou normami upraveny pouze u jednoduchých stavebních objektů. I ty nejběžnější věci jako vikýře, střešní výstupky, přístřešky nebo částečně otevřené budovy mohou rychle vést k situacím, kdy není zřejmé, zda zde působí sání nebo tlak větru a jak velká jsou daná zatížení. Nicméně právě možnost digitálního plánování může podněcovat k návrhům architektonicky náročných a extravagantních tvarů budov. I v případě, že lze stanovit předpokládaná zatížení, je jejich aplikace na statický model velmi náročná a namáhavá. Stejně jako při samotné statické analýze lze uplatňovat metody konečných prvků při simulaci proudění vzduchu. Standardně se například používají ve strojírenství při analýze proudění. Nabízí se tak uplatnění digitálních simulací také pro proudění větru a pro stanovení tlaků větru na budovy.
Na veletrhu digitalBau v Kolíně nad Rýnem byla proto na stánku softwarové společnosti Dlubal zatížení větrem hlavním tématem. Příslušný program s názvem RWIND Simulation lze chápat jako digitální větrný tunel. To, co by si jinak vyžádalo časově a finančně náročnou analýzu na replice modelu v jednom z několika málo větrných tunelů v Německu, lze nyní analyzovat mnohem rychleji. Digitální modely, které jsou při použití BIM metody tak jako tak k dispozici, se importují do příslušného programu, a lze je tak velmi detailně zobrazit. Při simulaci větru je důležitá také topografie okolí a sousední zástavba, které lze také dodatečně importovat a uspořádat ve vztahu k budově. V příslušných normách se stanoví základní rychlosti větru a turbulence v diagramech. V programu je lze zadat jako výškový profil větru v závislosti na normě. Na základě těchto údajů se spustí simulace proudění větru z různých směrů. Výsledkem je animovaná vizualizace proudění a rychlostí větru a z nich plynoucích tlaků na povrch konstrukce, které lze následně použít jako statická zatížení.
Ještě efektivněji lze digitální větrný tunel používat v kombinaci s programem RFEM pro statické výpočty. 3D statické modely lze přímo přenést do digitálního větrného tunelu. Po ukončení simulace se zatížení automaticky převedou jako statický zatěžovací stav. Použití CFD softwaru, jako je program RWIND Simulation, pozvedá podstatnou část statické analýzy na zcela jinou úroveň. Zatížení určená na základě CFD analýzy nabízejí možnost stanovit účinky zatížení realističtěji a případně také hospodárněji a spolehlivěji. Použití 3D modelů při statické analýze a simulace větru také šetří čas při zadávání zatížení větrem. Na druhé straně je třeba počítat s nesrovnalostmi, kdy zatížení stanovená na základě příslušných norem neodpovídají numericky stanoveným zatížením z CFD analýzy. To vyvolává pochybnosti, zvláště pokud je úroveň zatížení nižší. Zde jsou určitě na místě referenční výpočty a ověření číselných výsledků jejich porovnáním se známými referenčními ukazateli.
Lze ovšem také argumentovat, že zkoušky v reálném větrném tunelu zachycují skutečnost pouze přibližně už jen kvůli značnému poměrnému zmenšení modelů, chybám v měření a do jisté míry také rozmístění senzorů. Kromě toho lze při zkoušce v reálném větrném tunelu jen obtížně stanovit elasticitu budov. Numerická řešení přitom do budoucna nabízejí velký potenciál. Normy, které zatížení upravují, jsou navíc velmi zjednodušenými metodami, které lze zpravidla chápat jako pomocný nástroj na straně bezpečnosti. Obě metody stanovení zatížení - reálná zkouška ve větrném tunelu i zjednodušené metody z příslušných norem - představují tedy také pouze aproximaci skutečného stavu. Proto představují zatížení stanovená pomocí CFD a RWIND přinejmenším dobrou alternativu, která pomáhá pochopit skutečný stav. Je to dobrý příklad toho, jak mohou být digitalizace, BIM a nové, inovativní produkty prospěšné ve stavebnictví. Kromě architektonického a analytického modelu je třeba disponovat také digitálním větrným modelem. Nezbývá než doufat, že se právní rámec a metody ověřování statických výpočtů přizpůsobí novým možnostem a budou se spolupodílet na technickém pokroku.
Cloudové služby
Dalším velmi diskutovaným tématem je využívání cloudových služeb pro statickou analýzu a posouzení. Nejde přitom ovšem jen o ukládání dat na serverech, ale také o poskytování informací na internetu a jejich automatizované používání. Pokud jde o statickou analýzu, již existuje mnoho příkladů, kdy lze výpočty provádět na internetu. Takovým příkladem, kdy statika těží z cloudových služeb, je nástroj Geo-Zone Tool společnosti Dlubal Software. Tato služba zahrnuje mapy oblastí pro rychlé stanovení zatížení sněhem, větrem, tornádem či zemětřesením u mnoha zemí po celém světě.
Plánují se také rozšíření o účinky zatížení vlivem tsunami, teploty, deště nebo námrazy. Mapy zatížení jsou založeny na digitálních mapách online mapových služeb, jako jsou Google Maps nebo OpenStreetMap. Pro každou zemi jsou vždy k dispozici příslušné platné normy. Do určitého počtu požadavků je tato služba k dispozici zdarma. Následně se lze přihlásit, a tím aktivovat přístup ke všem mapám zatížení. Přes rozhraní (webové služby) se mohou automaticky dotazovat na hodnoty zatížení u libovolných zeměpisných míst také cizí webové stránky. Službu tak lze začlenit i do jiných aplikací.
Na internetu lze dále online používat tabulky průřezových charakteristik. Zatímco dříve bylo třeba si pravidelně dokumenty aktualizovat a obstarávat si tabulky průřezů v tištěné formě, nyní si lze pohodlně načíst vždy aktuální údaje na internetu. K dispozici jsou nejen standardní průřezy, ale také tvary průřezů, které lze libovolně zadat stanovením rozměrů. Online služba tak může přinášet mnohem víc než neměnné tištěné tabulky.
Programy MKP a jimi vypočítané projekty bývají někdy tak složité, že v některých případech je nutný intenzivní kontakt s výrobcem softwaru. Také zde se prosazuje trend k více spontánním online školením a konzultačním schůzkám. Podobně jako v osobním životě se lze na tým podpory a uživatele obrátit přímo přinejmenším v případě prvních jednoduchých dotazů. Dnes ovšem komunikace dalece přesahuje rámec běžného e-mailového dotazování a kontakt se navazuje prostřednictvím komentářů na sociálních sítí, jako je Facebook nebo Instagram. Někteří výrobci také nabízejí na svých webových stránkách chatovací funkce, které pomocí umělé inteligence automaticky vyhledávají možné odpovědi na položené dotazy. Jestliže jsme se dříve hlásili na školení, která se i s cestou stávala několikadenní záležitostí, pak dnes máme možnosti „samovzdělávat se“ na YouTube kanálu sledováním záznamů webinářů nebo jiných akcí pořádaných pro zákazníky.
Webové stránky, jako jsou například stránky společnosti Dlubal Software, byly vybudovány v rozsáhlý portál pro statiku. Kromě tradičního fóra je k dispozici řada často kladených dotazů (FAQ), které mohou mimo pracovní dobu přispět k řešení problémů. Odborné články nabízejí odborné znalosti na speciální témata. Veškerý obsah je přitom k dispozici zdarma a navíc lze na internetu použít textové a heslové vyhledávače.
