пятница, 10 февраля 2017 г.

SOFiSTiK - BIM инструмент для анализа строительных конструкций

,

Давно не писал в блоге. В последнее время много в моей жизни было событий. Главное из них, скорее всего, это смена работы и вместе с ней смена моей деятельности.
     Последние 9 месяцев тружусь в Москве в Проектном Бюро АПЕКС. За это время удалось глубоко понять возможности программного комплекса SOFiSTiK и активно применить полученные знания на практике, в том числе и для автоматизации инженерно-конструкторских расчетов.
     На этой неделе на портале isicad.ru была опубликована моя статья "SOFiSTiK -BIM инструмент для анализа строительных конструкций". В этой статья я тезисно изложил самые последние наработки в использовании SOFiSTiK для ПГС. Сегодня я публикую эту статью на блоге и впредь постараюсь радовать читателей свежими статьями и идеями.

SOFiSTiK - BIM инструмент для анализа строительных конструкций

Проектное бюро АПЕКС реализует свои проекты по технологии BIM, используя SOFiSTiK как основной расчетный программный комплекс. Компания владеет полным набором модулей SOFiSTiK и успешно их использует для решения любого рода инженерных задач, таких как расчет строительных конструкций, геотехника, газодинамика и термодинамика.
Основное направление деятельности Проектного бюро АПЕКС – проектирование гражданских и промышленных объектов. Все проекты компании, выполненные с использованием SOFiSTiK, успешно прошли государственную экспертизу.

Применение SOFiSTiK для популярных задач

К популярным можно отнести те задачи, которые чаще всего встречаются при проектировании объекта. К ним относятся статический расчет конструкций и грунта, модальный и спектральный анализ, прочностные расчеты элементов конструкции. Основными причинами выбора SOFiSTiK в Проектном Бюро АПЕКС для решения указанных задач являются удобство использования и локализация продукта под нормы РФ.
SOFiSTiK удобно применять для «блиц-расчетов», когда нужно рассмотреть множество вариантов конструктивных решений и найти наиболее оптимальное. В режиме постоянного внесения изменений в рабочий проект, инженер с использованием SOFiSTiK может быстро их проработать и выдать обновленный результат. Например, при проектировании монолитных жилых зданий часто меняется компоновка несущих стен, пилонов и колонн, редактируются контуры перекрытий, добавляются и корректируются отверстия. Работая в SOFiSTiK, инженер легко вносит изменения, не прибегая к пересборке модели и повторному заполнению множества диалоговых окон.  Количество кликов мыши сведено к минимуму. Аналогично происходит работа при многовариатном анализе конструктивных решений и поиске оптимального варианта. SOFiSTiK позволяет в одной модели рассмотреть несколько вариантов компоновки несущих конструкций и показать разницу в результатах расчета для элементов.
Одна из самых популярных задач в SOFiSTiK - анализ здания совместно с основанием. Решение единой задачи «Сооружение-Грунт» позволяет правильно определить распределение деформаций, усилий и напряжений в элементах конструкции. SOFiSTIK позволяет расчитывать здания с различным типом фундамента. Например, в проекте ЖК на улице Маршала Захарова использовался комбинированный фундамент (плитный и свайный с общим количеством свай около 2500). Задача решилась с использованием упругого полупространства методом Буссинеска, генерируемого модулем HASE.
Помимо упругого полупространства, геотехнические задачи решаются разбиением грунта на КЭ с применением нелинейных моделей материала (например, модель Мора-Кулона или упрочняющегося грунта (hardening soil)). В АПЕКС эти модели применяют для расчета ограждения котлована и учета взамного влияния объектов капитального строительства друг на друга как в плоской, так и в пространственной постановке задачи.
При проектировании высотных зданий, SOFiSTiK позволяет решить дополнительные задачи, связанные с уточненым определением ветрового давления. В зданиях с малыми частотами собственных колебаний конструкции инженеры проводят динамический расчет на ветер. Например, при проектировании ЖК в «Камушки» и ЖК «АВИА СИТИ» ( в обоих проектах высота башен превышает 150 метров от уровня планировки) SOFiSTiK позволил быстро определить максимальные горизонтальные деформации и ускорения  верхних этажей от действия ветра.

В некоторых проектах инженерам Проектного Бюро АПЕКС приходится иметь дело с большими пролетами перекрытий и покрытий. Пример комплексного проекта с железобетонными и стальными конструкциями: ТРЦ и ТПУ в Саларьево (проектная площадь около 300 000 кв. метров). В здании присутсвуют консоли с вылетом 25 метров и пролеты длиной 60 метров, перекрытые полигональными металлическими фермами и пространственными перекрестно-стержневыми металическими конструкциями.
В проекте реконструкции и расширения целюлюлозно-бумажной фабрики (проектная плошадь нового строительства более 80 00 кв. метров) SOFiSTiK позволил рассчитывать конструкции с учетом подвижной нагрузки от кранов. В проекте решались задачи определения взаимного влияния строительства новых корпусов на существующие здания.
Опыт Проетного Бюро АПЕКС показывает, что за счет оптимизации конструктивных решений можно существенно уменьшить стоимость стротельства при обеспечении необходимой несущей  способности и эстетики строительных коснтрукций. Скорость и стабильность работы расчетного комплекса SOFiSTiK позволяет нам сократить время на выполнение рутинных операций и сосредоточиться на оптимизации проектных решений.

Применение SOFiSTiK для специализированных задач

Одной из причин выбора SOFiSTiK в Проектном Бюро АПЕКС является многообразие расчетных модулей, обеспечивающих широкие возможности анализа.
На нескольких проектах активно применялся модуль DOLFYN для выполнения численного анализа продувки в аэродинамической трубе (Computational Fluid Dynamics (CFD)). Расчеты проводились для отдельных зданий и жилых микрорайонов в целом. Применялся поэтапный анализ результатов расчета от ламинарного, стационарного и турбулетного потоков ветра. Цели расчета заключались в уточненном определении ветрового давления на фасады здания и оценке динамической комфортности пешеходных зон. Результаты расчета обычно сравнивались с натурными испытаниями, проводимыми физическим экспериментом (продувкой макета в аэродинамической трубе).      Результаты математического анализа для проекта ЖК «VANDER PARK» успешно прошли экспертизу без выполнения дорогостоящего физического эксперимента.
В проекте целлюлозно-бумажной фабрики технологи предложили сложные варианты фундаментов под массивные машины. Задание получили в виде статических и динамических нагрузок от машин на закладные детали. В модуле SOFiLOAD задавалась функция изменения динамических нагрузок с согласованием направления по всем точкам опирания машины. Модуль DYNA использовался для определения амплитудно-частнотных характеристик фундаментов. Методом прямого динамического анализа получены результаты максимальных амплитуд колебаний при режимах СТАРТ/СТОП и на всем диапазоне частот работы машины. Результаты расчета позволили подобрать наиболее оптимальные габариты фундаментов.
На проекте ЖК «Академический» применялся модуль TENDON для анализа вариантов конструктивных решений плит перекрытий на сетке ячеек размером 10х12 метров с  применением канатной арматуры с натяжением на бетон в тонких плитах перекрытия. Цель расчета заключалась в определении конструктивной схемы с наименьшим расходом метериала и большим пространством для архитектурных планировок. Результаты расчета использовались для представления заказчику большего количества вариантов конструктивных решений.
В рамках исследовательских задач компании, проводилась серия итерационных нелинейных расчетов для поиска наиболее оптимальных форм пространственных конструкций покрытий. Модуль ASE позволяет проанализировать геометрию конструкции, граничные условия, внешние нагрузки, выработать и сохранить ту форму конструкции, которая будет наиболее эффективно работать в заданных условиях. Результаты расчета показывают, что полученная форма ведет к сильному уменьшению объема материала конструкции. Итоговую геометрию геометрию можно использовать сторонем проекте.
Мы планируем расширять область реального применения SOFiSTiK, т.к. его возможности далеко не ограничены указанным перечнем.

 SOFiSTIK и BIM


Проектное Бюро АПЕКС на всех проектах использует технологию BIM. Основном многоцелевым инструментом является платформа Autodesk Revit. Использование единой платформы для большинства разделов проектирования позволяет нам создавать тщательно выверенные, согласованные и детально проработанные проекты. В конструкторском отделе компании технология BIM налажена с использованием Autodesk Revit и SOFiSTiK (на рисунке проект ТРЦ и ТПУ в Саларьево).


Autodesk Revit является BIM-инструментом, который позволяет работать с физической и аналитической моделью несущих конструкций, прикладывать нагрузки и вводить граничные условия. Аналитическую модель можно выгружать в различные расчетные комплексы, включая SOFiSTiK. У SOFiSTiK в этом плане есть ключевые преимущества, которых нет у других расчетных комплексов (для демонстрации возможностей, на рисунках показаны условные примеры взаимодействия):
·         Из Revit передаются все жесткости (материалы, сечения стержней и оболочек), включая сложные сечения (составные, композитные и криволинейные поперечные сечения, а также переменные сечения оболочек)
 ·         Любые виды нагрузок, созданные в Revit, без проблем передаются и прикладываются к КЭ модели (включая области сбора и распределения нагрузок LAR)
·         Используя CADINP, можно расширять функционал взаимодействия (например, передавать арматурные канаты, формировать данные для CFD анализа, задавать объемный грунт и т.п.)
В протоколе экспорта можно подробно отследить все этапы генерации КЭ модели. При возникновении предупреждений или ошибок во время экспорта, SOFiSTiK вернет в Revit информацию о злокачественных элементах в виде предупреждений с пояснениями, по которым легко найти и исправить ошибку.
После внесения изменений в Autodesk Revit, модель снова экспортируется, тем самым обновляя расчетную схему в SOFiSTiK. Настройки проекта SOFiSTiK передаются из файла в файл, т.е. из основной системы в подсистемы. Если есть необходимость рассчитать только часть объекта или отдельный его элемент, то его можно выгрузить из Revit в отдельный проект SOFiSTiK, который будет связан с основным расчетным файлом. Процедура подходит для того, чтобы в разных файлах одного проекта заново не водить коэффициенты (надежности, сочетании, условий работы), задавать правила определения расчетных сочетаний усилий, описывать тип раскладки арматуры (защитные слои, минимальное армирование и т.д.).  Изменение расчетных положений из центрального файла может транслироваться на локальные подсистемы (на рисунке одна из башен ЖК «Камушки»). 
Хорошая связь SOFiSTiK c Autodesk Revit является только частью технологического процесса BIM. Сам SOFiSTiK хранит всю информацию о расчетной схеме, жёсткостях, нагрузках и результатах расчета в одном файле формата *.CDB (Computer Data Base). Все модули расчетного комплекса обращаются к одному файлу для чтения и записи информации. База данных открыта и структурирована и из неё можно получить любые данные как средствами SOFiSTiK, так и сторонними приложениями. Это положение является обязательным для BIM-инструмента.
Результаты расчета можно загрузить обратно в Autodesk Revit. Данные статического расчета служат для наполнения модели информацией об расчетных усилиях в элементах, а данные по армированию используются для раскладки арматуры. Получается сквозной BIM-процесс.
В Проектном Бюро АПЕКС используются свои наработки в Revit для быстрого оформления рабочей документации КЖ в Autodesk Revit по результатам расчета армирования в SOFiSTiK (информацию об этом Вы можете посмотреть на записи доклада на Autodesk University Russia 2016).

 Автоматизация расчетов в SOFiSTiK

Продвинутым пользователям SOFiSTiK можно ознакомиться с его параметрическим вводом и API. Согласитесь, ведь удобнее, если используемый продукт позволяет пользователю самому определять подход к решению задачи. За такую возможность пользователи любят AutoCAD и Revit, где они могут эффективно создавать свои параметрические элементы (динамические блоки и семейства) и использовать настроенные под конкретную задачу рабочие пространства (шаблоны проектов). Подобными возможностями обладает SOFiSTiK. Пользователь может выполнять проекты по своим шаблонам, минуя рутинное открытие и заполнение бесконечного количества диалоговых окон.
CADINP – специально разработанный язык программирования в SOFiSTiK. По структуре данный язык имеет схожесть с Fortran и VBA и обладает всеми свойствами языка высокого уровня. Пользователь не только может описывать расчетную задачу кодом, но и использовать базу данных проекта, обращаясь к элементам, их свойствам и результатам (API). На CADINP довольно просто писать макросы, а разработчики предлагают пользователям порядка 1000 примеров решения любого рода задач (они находятся в папке с установленным продуктом). Для каждого из модулей SOFiSTiK имеются свои примеры с пояснениями и руководства для CADINP. Макросы можно сохранять отдельными файлами, или соединить их в одну структуру – шаблон проекта.
Используя шаблоны и макросы, инженер сосредотачивается на качестве расчетной схемы, а результаты расчета являются для него индикатором продуманности конструктивных решений. Внеся изменения в схему, он одной кнопкой выполняет все операции по пересчету и смотрит уже обновленные результаты расчета. Инженер-конструктор в SOFiSTiK за короткий промежуток времени может проанализировать в разы больше конструктивных решений, нежели в другом расчетном комплексе.
В Проектом Бюро АПЕКС используются настроенные шаблоны для таких спектров задач, как расчет здания, расчет плиты перекрытия, расчет подпорной стенки. Мы автоматизировали такие задачи, как назначение граничных условий, ввод дополнительных свойств для КЭ, назначение коэффициентов для загружений, определение сочетаний, сами расчеты (статические, динамические и конструктивные), а также вывод результатов (на рисунке представлены расчеты для проекта ЖК на улице Вавилова). 

Заключение

Проектной компании, которая желает работать по технологии BIM, стоит задуматься об ограничении набора используемого ПО, влоть до одного продукта в идеале. Не стоит использовать огромное количество разных систем, пытаясь их между собой увязать.
Широкие расчетные возможности, средства автоматизации и локализация под нормы РФ позволяют отдать предпочтение программному комплексу SOFiSTiK. Это современное средство проектирования и расчета. Еще SOFiSTiK - это решение для BIM, позволяющее эффективно использовать данные из Autodesk Revit.
Для инженера-конструктора SOFiSTiK - это продвинутый инструмент для быстрого и качественного решения любого вида инженерных задач. Навыки владения продуктом дают сильный толчок к профессиональному росту и открывают новые возможности для дальнейшего профессионального развития. 

0 comment to “SOFiSTiK - BIM инструмент для анализа строительных конструкций”

Отправить комментарий