Modele 3D są tworzone od ponad dwudziestu lat (na przykład w konstrukcjach stalowych) i służą do automatycznego uzyskiwania danych inżynierskich 2D lub do uzyskiwania dostępu do maszyn produkcyjnych i sterowania nimi bezpośrednio za pomocą danych NC. Podobnie, obliczenia konstrukcyjne na modelach 3D są najnowocześniejsze. Ze względu na generowanie modeli cyfrowych, głównymi wyzwaniami, przed którymi stoi oprogramowanie budowlane, są kwestie związane z wymianą danych oraz sposób, w jaki modele te mogą być wykorzystane w sposób efektywny czasowo w oprogramowaniu różnych projektantów technicznych. Ważną rolę odgrywają nie tylko modele geometryczne i fizyczne, ale także wiele innych modeli zawierających więcej informacji niż tylko fizycznie widoczne elementy składowe. Jednym z takich modeli jest model konstrukcyjny lub analityczny, który zawiera właściwości materiału mechanicznego, warunki brzegowe lub założenia dotyczące obciążenia; to znaczy rzeczy, których nie można odczytać od razu z czysto fizycznego modelu architektonicznego. Różnice te powodują trudności w wymianie danych modeli BIM w inżynierii konstrukcyjnej. Oczekiwania względem BIM w analizie konstrukcji są ogromne. Zadanie dla producentów oprogramowania konstrukcyjnego jest równie duże. W tym artykule wyjaśnimy podstawowe kwestie związane z wymianą danych, a następnie przedstawimy praktyczne i sprawdzone rozwiązania.
Projektowanie konstrukcji w procesie BIM
Modelowanie informacji o budynku opiera się na całościowym spojrzeniu na cykl życia konstrukcji; Obejmuje to wstępny pomysł i planowanie projektu (architekt, właściciel budynku), szczegółowy projekt i planowanie końcowe (inżynierowie), a także eksploatację budynku i jego rozbiórkę. Celem jest między innymi optymalizacja kosztów w całym cyklu życia konstrukcji. Samo obliczenie konstrukcji stanowi tylko niewielką część BIM, a jego wpływ na koszty konstrukcji ma zazwyczaj znaczenie drugorzędne. Dlatego wielka „rewolucja” w BIM ma większą kontrolę architekta. Niemniej jednak inżynieria konstrukcyjna odgrywa istotną rolę w stosunkowo krótkim okresie planowania końcowego. Projektowanie określa wykonalność konkretnej koncepcji konstrukcyjnej i jest kamieniem milowym w procesie planowania, ponieważ inne usługi mogą zostać opóźnione bez odpowiedniego zaprojektowania. Ma to również duży wpływ na niezawodność dalszego planowania, a tym samym na związane z tym koszty niezbędnych zmian. Krótko mówiąc: Analiza statyczno -wytrzymałościowa, w tym wszelkie późniejsze zmiany, musi być wydajna i wiarygodna. Obecne trójwymiarowe modele BIM mogą zapewnić cenne dane wejściowe lub środki komunikacji i lepsze zrozumienie w zakresie inżynierii konstrukcyjnej.
Model BIM i model konstrukcyjny
Modele BIM z reguły zawierają informacje o geometrii, materiałach i półproduktach budynku. Opisują przeznaczenie budynku i mogą na przykład dostarczyć informacji o czasie montażu. Modele BIM są odpowiednie jako narzędzie komunikacji wizualnej dla wszystkich stron zaangażowanych w budowę; Służą one jako narzędzie do określania materiałów i kosztów, a także pomagają uniknąć błędów w planowaniu spowodowanych kolizją poszczególnych elementów lub podsekcji. Wymiana danych odnosi się głównie do parametrycznego opisu dokładnej geometrii budynku. Składowe konstrukcyjne są opisywane przez modele powierzchni granicznych lub obszary wyciągania, które tworzą bryłę.
W przeciwieństwie do tego, modele konstrukcyjne koncentrują się na mechanicznie poprawnym rzucie konstrukcji wsporczej. Geometria zostaje uproszczona i zredukowana do tych elementów konstrukcyjnych, które są istotne dla analizy statyczno -wytrzymałościowej. Szczegółowy opis geometrii jest stosowany tylko wtedy, gdy jest to konieczne, a czas obliczeń nieuchronnie wydłuży się. Słupy i belki są obliczane jako pręty (elementy 1D), a ściany i stropy jako płyty i płyty (elementy 2D). Te elementy prętowe i powierzchniowe można również łączyć w modelu konstrukcyjnym 3D. Aby numerycznie obliczyć te wyidealizowane modele, konieczne jest połączenie wszystkich komponentów konstrukcyjnych i weryfikacja warunków przejścia. Jednak ze względu na redukcję składowej z brył na linie środkowe (w przypadku prętów) i płaszczyzny środkowe (w przypadku powierzchni) automatyczne przecięcie nie zawsze jest możliwe.
Kolejne istotne elementy składowe modelu konstrukcyjnego to:
- Definicje podpór i przegubów
- Właściwości mechaniczne materiałów i przekrojów
- Obciążenia zewnętrzne (wiatrem, śniegiem, obciążeniami użytkowymi itp.) oraz kombinacje obciążeń
- Oddziaływania sejsmiczne lub inne oddziaływania przypadkowe
- Parametry obliczeniowe
- Liniowe i nieliniowe metody obliczeniowe i analizy
Bez interwencji wykwalifikowanego inżyniera niemożliwe jest wywnioskowanie modelu konstrukcyjnego na podstawie informacji o czystej geometrii modelu BIM. Geometrycznie identyczne modelowanie wymagałoby również odwzorowania modelu bryłowego w inżynierii konstrukcyjnej. Jednak nawet przy obecnie dostępnej mocy obliczeniowej obliczenie budynku jako modelu bryłowego jest nie do pomyślenia.
Praktyczne rozwiązania dla wymiany BIM
Istnieje możliwość rozróżnienia wymiany danych pomiędzy aplikacjami z tej samej dziedziny, a programami z innej dziedziny. Jeżeli dane są wymieniane między programami architektonicznymi lub programami konstrukcyjnymi, obiekty są takie same, a zawartość informacji i jej modele danych będą bardzo podobne w obu programach. Różne aplikacje mogą bezpośrednio przetwarzać informacje i tłumaczyć je na inteligentne obiekty specyficzne dla oprogramowania. Nazywa się to również horyzontalną wymianą danych.
Jeżeli dane mają zostać przekazane do innej dziedziny, np. Z oprogramowania architektonicznego do oprogramowania do analizy statyczno -wytrzymałościowej, nacisk kładziony jest na inny widok danych i uwzględniane są tylko elementy pomocnicze, takie jak słupy, ściany, kratownice lub płyty. Wciąż brak będzie wymaganych informacji dodatkowych, takich jak położenie linii działania, sprężystości połączeń elementów lub dokładnych szczegółów mechanicznych materiałów i przekrojów. Jest to również znane jako pionowa wymiana danych. Jeśli działasz w jednej dziedzinie, możesz łatwo uniknąć możliwej utraty danych lub błędów interpretacyjnych. W przypadku BIM w inżynierii konstrukcyjnej często stosowana jest pionowa wymiana danych, ponieważ model konstrukcyjny jest zwykle generowany z modelu architektonicznego, ponieważ model architektoniczny jest zazwyczaj dostępny. Przenoszenie programów z jednego oprogramowania do drugiego wymaga jednak również weryfikacji obliczeń.
Najważniejsze scenariusze można streścić w następujący sposób:
- Architektura → analiza konstrukcyjna → konstrukcja
- Analiza statyczno-wytrzymałościowa → architektura służąca do synchronizacji danych zmian po obliczeniach konstrukcyjnych
- Analiza statyczno-wytrzymałościowa → przegląd statyki
- Opcjonalny eksport całej konstrukcji lub podkonstrukcji
- Opcjonalna aktualizacja materiałów, grubości i przekrojów (dwukierunkowa) oraz zwrot wyników obliczeń
Istnieje wiele możliwości wymiany danych w różnych formatach. Format IFC jako globalny standard odgrywa szczególną rolę. Jest on podzielony na różne poglądy, a każda dyscyplina ma swoje własne zdanie. Głównym widokiem jest Widok Koordynacji, w którym można certyfikować poszczególne produkty. Podczas uwzględniania formatu IFC bez konieczności definiowania poszczególnych widoków domyślnie używany jest widok Koordynacja. Jest to obsługiwane przez większość programów architektonicznych. Z kolei widok analizy statyczno -wytrzymałościowej dla inżynierii konstrukcyjnej zawiera opis modelu konstrukcyjnego, obciążeń i kombinacji obciążeń. Ten widok nie jest obecnie certyfikowany i jest obsługiwany tylko przez ograniczoną liczbę programów do analizy statyczno-wytrzymałościowej. Chociaż format IFC jest zdefiniowany jako standard, generalnie można go interpretować na różne sposoby; z tego względu, aby wymiana danych przebiegła pomyślnie, konieczne jest sprawdzenie formatu z danymi odpowiedniego oprogramowania.
Oprócz formatu IFC można korzystać z uznanych formatów plików, takich jak DXF/DWG, Interfejs produktu dla konstrukcji stalowych lub innych aplikacji tekstowych. Bezpośrednie interfejsy również odgrywają istotną rolę. Nie posiadają one żadnych plików do wymiany, ponieważ poszczególne programy komunikują się ze sobą bezpośrednio poprzez interfejsy programowania aplikacji (API).
Kluczowe czynniki powodzenia wymiany danych
Podstawową kwestią jest wyjaśnienie, który scenariusz wymiany jest dostępny. Osoby zaznajomione z poszczególnymi programami mogą znać obsługiwane interfejsy. Mając to na uwadze, konieczne jest przeprowadzenie ukierunkowanych testów wymiany z wykorzystaniem modeli o rozsądnej wielkości. Materiał i właściwości przekroju często wymagają dalszej uwagi. Każde oprogramowanie zapewnia zindywidualizowane bazy danych inżynierii konstrukcyjnej, które zawierają wszystkie parametry zależne od normy. Te bazy danych są ze sobą skorelowane w „plikach odwzorowań”, które są prostymi tabelami odpowiednich opisów. Te pliki mapowania są częściowo udostępniane przez programistę. Zalecamy ujednolicenie i zintegrowanie tych plików zgodnie z programami używanymi w aplikacji.
Istnieje również oprogramowanie BIM, które zawiera już model analityczny (model konstrukcyjny) w modelu architektonicznym. Zaletą tego oprogramowania jest to, że oba modele nakładają się na siebie i odnoszą się do siebie, dzięki czemu można je analizować w sposób efektywny i łatwy. Oprócz danych systemowych możliwe są również specyfikacje obciążenia. Podczas korzystania z tego oprogramowania należy dokładnie zbudować oba modele. Konieczna jest odpowiednia koordynacja między wszystkimi zaangażowanymi stronami. Często osoba, która przeprowadza edycję modelu, nie pochodzi z tego samego biura konstrukcyjnego i pojawia się pytanie, kto rozlicza koszty za modele interdyscyplinarne, a kto odpowiada za precyzję i dokładność. Należy to wcześniej uzgodnić. Bez wątpienia BIM ma ogromne możliwości i cieszy się uznaniem znanych firm. Jeżeli uda się stworzyć cały łańcuch planowania, modele BIM można optymalnie przygotować na wczesnym etapie i wykorzystać później do analizy statyczno -wytrzymałościowej.
Obsługa różnych formatów danych jest ważnym aspektem przy wyborze odpowiedniego oprogramowania. Opis w istniejącym formacie należy przenieść do obiektów specyficznych dla tego oprogramowania. Uwzględnienie samego odniesienia do wizualizacji lub modelu danych jest niewystarczające do obliczeń konstrukcyjnych i może przyczynić się tylko do kontroli wizualnej. Jeżeli oprogramowanie może zaimportować kilka modeli i przenieść je do właściwego modelu obiektowego, może to znacznie zwiększyć elastyczność i zwiększyć szanse na udaną i efektywną wymianę danych. Jest to kluczowy element sukcesu w przypadku, gdy pliki IFC Coordination View są wykorzystywane w oprogramowaniu do analizy statyczno-wytrzymałościowej.
Niezależnie od dodatkowego wysiłku, programowanie prostych, zastrzeżonych narzędzi do wymiany danych powinno być zawsze uwzględnione na samym początku. Pozwala to na efektywne przekazywanie dodatkowych informacji w postaci parametrów. Na przykład, można wyświetlić elementy modelu konstrukcyjnego w oprogramowaniu BIM, zakomunikować ewentualne modyfikacje lub wprowadzić w oprogramowaniu specyficzne dla firmy przepływy pracy. Wymaga to, aby wszystkie zaangażowane produkty miały odpowiednie interfejsy API obsługiwane za pomocą konwencjonalnych i prostych języków programowania (VBA, C# itd.).
Do kluczowych czynników sukcesu dla udanej i wydajnej wymiany danych należą:
Generowanie modelu BIM z uwzględnieniem obliczeń konstrukcyjnych
- Wczesne zaangażowanie inżyniera budownictwa i konsultacja czasu i treści przekazania
- Ustanawianie norm dla opisów materiałów i przekrojów (tabele map)
- Funkcjonalne i spójne modelowanie elementów konstrukcyjnych (słupy, belki jako obiekty prętowe, ściany, płyty jako obiekty powierzchniowe)
- Modelowanie ścian, płyt i słupów w przekrojach i poziomach
Umfang und Inhalt der Datenübergabe festlegen
- Kto tworzy wyidealizowany model konstrukcyjny i jakie oprogramowanie wykorzystuje (oprogramowanie BIM lub oprogramowanie do analizy statyczno -wytrzymałościowej)?
- Czy zostaną przeniesione tylko geometryczne wymiary i konstrukcyjne linie oddziaływania, czy też inne właściwości konstrukcyjne, takie jak podpory lub przeguby?
- Kto definiuje przypadki obciążeń, kombinacje obciążeń i obciążenia?
- Kto jest upoważniony do wprowadzania zmian: Dodać lub usunąć elementy konstrukcyjne, czy też zdefiniować przekroje i grubości elementów?
- Jak i kiedy zostanie przeprowadzone potencjalne automatyczne wyrównanie modelu?
Definiowanie faz pracy
- Kto pracuje w którym obszarze modelu i kiedy?
- W miarę możliwości należy unikać edytowania tych samych komponentów jednocześnie
Testowanie scenariuszy wymiany oraz korzystanie z formatów i interfejsów wymiany danych
- Czy obsługiwane oprogramowanie BIM i oprogramowanie do analizy statyczno -wytrzymałościowej zapewniają te same interfejsy i w jakim stopniu?
- Przeprowadzanie testów na możliwych do zarządzania modelach z wykorzystaniem zdefiniowanych obiektów wymiany
Wiążąca reguła, aby udostępnić modele BIM
- Najlepiej w kilku formatach (IFC, zastrzeżony format pliku oprogramowania, DWG/DXF, SDNF, STEP lub inny format)
- Rozszerzenie możliwości wymiany danych oraz umożliwienie weryfikacji i porównania modeli
Podsumowanie
W modelowaniu informacji o budynkach istotną rolę odgrywa inżynieria konstrukcyjna. Ze względu na coraz częstsze stosowanie metod planowania zorientowanych na BIM, nowe cyfrowe łańcuchy procesowe zapewniają możliwość zwiększenia wydajności. Model BIM i model konstrukcyjny mają inny charakter, a wyprowadzenie modeli konstrukcyjnych z modeli BIM nie zawsze jest automatyczne i wyraźnie możliwe. Efektywny proces planowania w zakresie inżynierii konstrukcyjnej wymaga zaangażowania inżyniera konstrukcyjnego na wczesnym etapie, a także uwzględnienia aspektów inżynierii konstrukcyjnej i wymiany danych podczas tworzenia modelu BIM. Stosowane oprogramowanie powinno umożliwiać przenoszenie istniejących informacji o geometrii parametrycznej inteligentnych obiektów, charakterystycznych dla oprogramowania, poprzez zastosowanie odpowiednich interfejsów. Dobra strategia wymiany danych, zgodna z zastosowanym oprogramowaniem, pozwala na łatwe zintegrowanie obliczeń konstrukcyjnych z procesem BIM.