¬аше окно в мир —јѕ–
 
Ќовости —татьи јвторы —обыти€ ¬акансии Ёнциклопеди€ –екламодател€м
—татьи

26 апрел€ 2012

BIM и металлоконструкции: некоторые примеры

ёрий ≈лтышев, јлександр  ириллов, ¬ладимир “алапов


ёрий ≈лтышев,
председатель Ќовосибирского клуба инженеров-изобретателей

јлександр  ириллов,
инженер-архитектор

¬ладимир “алапов,
руководитель ”чебного центра Ђ»нтегралї

Ёта стать€ продолжает цикл авторских публикаций об информационном моделировании зданий (BIM). — предыдущей статьей цикла можно ознакомитьс€ здесь.


¬недрение BIM в реальную проектную практику давно уже стало весьма попул€рной и наиболее обсуждаемой в кругах проектировщиков темой.  ак следствие, по€вились и некоторые экзотические точки зрени€ о том, что в BIM нельз€ проводить расчеты, технологию лучше отрабатывать на собачьих будках, BIM подходит только архитекторам и т.п. ћы же задались вопросом: Ђј как обсто€т дела у простых проектировщиков, причем разного уровн€?ї

ѕриведенные ниже примеры €вл€ютс€ реальными иллюстраци€ми к вопросу о внедрении BIM, они позвол€т также лучше пон€ть предназначение и способы взаимодействи€ некоторых программ. Ќо у них есть одна обща€ черта Ц главную роль во всех этих проектах играют металлоконструкции.

ѕроект котельной

Ёта дипломна€ работа по специальности Ђѕроектирование зданийї, выполненна€ в Ќ√ј—”(—ибстрин) в 2011 году, представл€ет проект автоматизированной газовой котельной мощностью 20 ћ¬т дл€ города ќбь Ќовосибирской области. ќна выполнена по технологии BIM с помощью программ Revit Structure, Revit Architecture и Robot Structural Analysis. —огласно требований к дипломным работам в данном проекте студентами разработаны только архитектурна€ и конструктивна€ части, затронуты экономика и организаци€ строительства. ќстальные разделы выполн€лись сотрудниками ќјќ Ђ—»ј— ї. ¬ насто€щее врем€ проект, ставший в какой-то степени типовым, уже неоднократно реализован.

–ис.1. —тилизованное под ручную графику изображение проектируемой котельной.

»сход€ из технологических процессов, происход€щих в котельной, ее мощности, определились геометрические характеристики здани€ и тип конструкций. ћеталлический каркас здани€ и башни-опоры под дымовые трубы создавались в программе Revit Structure. ѕри этом элементы каркаса сразу реализовались как компоненты электронной библиотеки со всеми характеристиками данного типа металлического профил€ по √ќ—“у. ¬ свойствах таких элементов (например, колонн) были отображены геометрические характеристики поперечного сечени€ колонны, моменты инерции и моменты сопротивлени€ относительно главных осей сечени€, длина и многое другое. «десь же можно задать марку стали, присвоить данному типу маркировку, производител€, стоимость и прочее. ¬с€ эта информаци€ затем автоматически используетс€ в спецификаци€х.

—оздава€ из библиотечных элементов каркас здани€, мы автоматически создаем и расчетную схему. ¬ дальнейшем необходимо лишь задать тип сопр€жени€ в узлах (жесткое, шарнирное), типы опор, тип работы элементов в конструкции, здесь же можно приложить все действующие на здание нагрузки.

«атем расчетна€ схема со всей содержащейс€ в ней информацией передаетс€ из Revit Structure в программу Robot Structural Analysis, где выполн€етс€ ее расчет.

–ис.2. ќбщий вид расчетной схемы каркаса котельной в Robot Structural Analysis.

¬ результате можно получить значени€ внутренних усилий дл€ каждого элемента, как в виде таблицы, так и в виде эпюр, а также значени€ напр€жений, деформаций элементов и перемещений в узлах. «десь же подбираетс€, исход€ из напр€жений и работы элемента, его поперечный профиль из списка библиотечных элементов, которые полностью соответствуют –оссийским нормативным документам. »з результатов работы над моделью в Robot Structural Analysis автоматически создаетс€ отчет о расчете конструкции со ссылками на —Ќиѕы и —ѕ.

–ис.3. –езультат расчета по подбору поперечных сечений элементов каркаса в Robot Structural Analysis

ѕо результатам расчетов автоматически производилась корректировка модели каркаса в Revit Structure (элементам присваивались типы профилей, полученных при расчете).

–ис.4. ќбщий вид металлического каркаса в Revit Structure.

ѕо завершении этого этапа у нас имеетс€ полноценна€ модель металлического каркаса здани€ котельной со всей необходимой информацией дл€ создани€ комплекта рабочих чертежей марки  ћ.

–ис.5. ќдин из листов рабочей документации, выполненной в Revit Structure.

ƒл€ выполнени€ архитектурной части проекта модель каркаса была передана в программу Revit Architecture (здесь основными инструментами €вл€ютс€ уже не строительные, а архитектурные конструкции: стены, окна, двери, кровл€, лестницы, полы, ограждени€ и т.д.). «десь были созданы навесные стены, сэндвич-панели, окна, двери, отверсти€ под вывод дымовых труб, проемы дл€ решеток и прочее.

–ис.6. ќбщий вид модели в Revit Architecture.

«атем получались визуализационные картинки и выполн€лась рабоча€ документаци€.

–ис.7. ќдин из листов документации ј– в Revit Architecture.

 онечно, дл€ проектировани€ оборудовани€ котельной, трубопроводов и другого инженерного оснащени€ логично было бы использовать программу Revit MEP, но, к сожалению, в ќјќ Ђ—»ј— ї не нашлось специалистов, владеющих данной программой. —ейчас это Ц предмет особого внимани€ руководства.

»сход€ из результатов выполненной работы можно сделать несколько выводов.

¬о-первых, BIM-подход весьма удобен, он позвол€ет значительно сократить сроки выполнени€ проекта, дает возможность вести работу над моделью сразу в нескольких разделах, начина€ с генерального плана и вертикальной планировки, заканчива€ инженерным оборудованием, освещением и многим другим.

¬о-вторых, нет ограничений в воплощении инженерных и архитектурных идей.

¬ третьих, одновременна€ работа над моделью исключает по€вление коллизий и нестыковок между разделами проекта.

¬ четвертых, возможно внесение изменений, которые автоматически отраз€тс€ во всех разделах проекта, что экономит врем€; возможно управление характеристиками модели уже на стадии эксплуатации здани€.

» последнее - надо подгон€ть смежников в освоении BIM.

ѕромышленное здание

—ледующий объект - небольшое промышленное здание, спроектированное и построенное также в 2011 году. Ётот проект был разработан и реализован на стадии металлической конструкции в короткий срок (20 дней), который сократилс€ за счет параллельности проведени€ работ, включавших разработку  ћƒ, изготовление металлического каркаса и его монтаж.  ак следствие, цена дл€ заказчика оказалась очень привлекательной. √еометри€ проектируемого здани€ согласовывалась на стадии эскизов на бумаге. —тоимость договора определ€лась на базе уже смоделированного в некотором приближении каркаса здани€ с соответствующей спецификацией на основные материалы.

–ис 8. ќбщий вид объекта и некоторые этапы его возведени€.

 аркас здани€ изготовило одно из Ќовосибирских предпри€тий машиностроени€. –анее оно к таким строительным конструкци€м отношени€ не имело - это не его профиль. Ќо теперь хотело бы еще поработать в этом направлении по чертежам, которые прорисовал AutoCAD Structural Detailing. „ертежи оказались пон€тными дл€ специалистов в области машиностроени€. «а все врем€ изготовлени€ конструкци€ потребовалось только два обращени€ к разработчику за по€снени€ми, причем только одно с выездом на предпри€тие.

–ис 9. »зготовление конструкций шло параллельно с разработкой самого проекта.

ќсобенностью работы было то, что она полностью выполн€лась в технологии BIM, но набор программ и последовательность их применени€ существенно отличаютс€ от традиционного, что вызвано в первую очередь спецификой здани€.

— самого начала модель каркаса была собрана в AutoCAD Structural Detailing (сокращенно ASD), а затем преобразована в твердое тело и экспортирована в Revit Structure, где на каркас были надеты ограждающие конструкции, в частности, сэндвич-панели.

¬ процессе проектировани€ и производства металлокаркаса заказчик два раза мен€л геометрию здани€. “ехнологии информационного моделировани€ позвол€ют вносить изменени€ в проект на любой его стадии и сразу получать новые значени€ в спецификаци€х, отражающих материалоемкость. —ложности возникали только при переоформлении документов договора.

–ис 10. ѕроектирование стропильной фермы и раскладка кровельных прогонов.

¬от так достаточно подробно выстраиваетс€ конструкци€ в ASD. Ћюбой фрагмент каркаса можно напр€мую экспортировать в расчетную программу Robot Structural Analysis.  ажда€ деталь каркаса имеет законченную форму и готова к оформлению  ћƒ. ”никален инструмент формировани€ спецификаций - считает точно и быстро. ћожно сформировать спецификацию с эскизами деталей из стандартных профилей. —пецификации формируютс€ автономно и с прив€зкой к чертежу, т. е., если формируетс€ чертеж сборки, то на его поле автоматически встанет спецификаци€ материалов только этой сборки.

–ис 11. ѕроектирование основани€ колонны и построение раскосов.

¬ программе ASD есть одна волшебна€ кнопка, о которой все мечтают. ќна называетс€ Ђјвточертежї. Ќажимаешь на нее и наблюдаешь, как в полном соответствии с концепцией BIM по модели генерируютс€ чертежи. «атем остаетс€ только подчистить лишние размеры и добавить сечени€, если нужно. ѕричем чертежи деталей могут выполн€тьс€ как на поле чертежа сборки, так и на отдельных форматах. ѕо этим чертежам новосибирский завод и изготовил строительные конструкции.

–ис 12. —генерированна€ в ASD чертежна€ документаци€.

 онечно, это здание - не архитектурный шедевр, а типичный (р€довой) промышленный объект, созданный по новой технологии проектировани€. Ѕлагодар€ использованию указанных BIM-программ Autodesk был выигран тендер на строительство объекта, а также получились привлекательные цены и сроки (не надо было разрабатывать проект  ћ и платить за  ћƒ, которое, как правило, разрабатывает предпри€тие - изготовитель конструкций). ѕри этом и само изготовление конструкции на машиностроительном предпри€тии обошлось намного дешевле, чем на специализированном заводе.

–ис 13. ¬изуализаци€ модели, выполненна€ в Revit Structure.

ћатериалы визуализации проектов промышленных зданий в Revit Structure оказываютс€ неплохим подспорьем при согласовании геометрии зданий с заказчиком. —лайды дают представление о внутреннем пространстве и фасаде здани€. ѕолучив такую презентацию по истечении двух дней после обращени€, заказчик про€вл€ет интерес к компании, обладающей столь быстрыми и эффективными технологи€ми проектировани€.

ќлимпийский водный стадион в ѕекине

«дание Ќационального центра водных видов спорта (ќлимпийского водного стадиона) расположено в ќлимпийской деревне р€дом с основным стадионом »гр-2008 Ђѕтичье гнездої. «а свою правильную пр€моугольную форму и Ђпузырчатыйї внешний вид оно получило название Ђ¬одный кубї. ѕроектирование и строительство велось в 2003-2007 годах.

–ис. 14. ќлимпийский водный стадион: вид на завершающей стадии строительства.

¬ основу идеи Ђ¬одного кубаї положен принцип обычной садовой теплицы Ц стальной каркас, покрытый пленкой, а внутренние помещени€ нагреваютс€ под воздействием солнечных лучей. “о есть, внешних стен в их обычном понимании в этом здании просто нет.

¬се Ђпузырькиї здани€ держатс€ на стальном каркасе, разработанном специалистами PTW Architects совместно с CSCEC и Arup Consulting Engineering. ѕо внешнему виду он напоминает соты, строение которых было вз€то по аналогии с мыльной пеной.

“ака€ внешне хаотична€, но достаточно оптимальна€ по своим заложенным в геометрию прочностным характеристикам конструкци€, описанна€ впервые в 1994 году, на самом деле €вл€етс€ наиболее эффективным способом делени€ пространства на автономные €чейки нескольких типоразмеров, созданным самой природой.

ѕрименительно к нашему зданию вс€ несуща€ конструкци€ была хорошо выверена, просчитана и оптимизирована.

ƒл€ возведени€ каркаса пришлось использовать примерно 90 километров стали (общий вес 6500 тонн), сформированной в 22000 балок-лучей, ни одна из которых не имеет пр€молинейной формы. ѕо этим характеристикам здание Ђ¬одного кубаї вполне сравнимо с Ёйфелевой башней.

ќкончательно вс€ конструкци€ объедин€лась в единое целое с помощью 12000 узлов.

–ис. 15. ћонтаж стен из Ђпузырьковї при строительстве ¬одного стадиона. —лева видны открытые конструкции несущего каркаса.

ѕроектирование Ђ¬одного кубаї с самого начала велось с использованием технологии BIM, при этом инициатива в ее применении принадлежала архитекторам, инженерам и строител€м.

“ехнологи€ BIM при разработке Ђ¬одного кубаї использовалась в концептуальном дизайне, оптимизации конструкций, быстром прототипировании, обеспечении взаимосв€зи между различными участниками проекта, а также изготовлении чертежной и печатной документации.

ќсновным компьютерным средством дл€ параметрического моделировани€ здани€ стала программа MicroStation компании Bentley Systems.

√еометрическа€ модель создавалась еще на стадии конкурсных предложений дл€ показа формы сооружени€, но с расчетом на дальнейшее использование в проекте. ѕервоначальный каркас был составлен из одинаковых €чеек, а затем программными средствами MicroStation все они получили индивидуальные размеры и форму, соответствующие пузырьковой структуре мыльной пены.

 ак утверждают специалисты фирмы Arup, дл€ создани€ модели внутренних стальных конструкций здани€ им понадобилось всего 25 минут.

≈ще на стадии подготовки к конкурсу фирмой Arup каркасна€ модель здани€ в формате DXF была экспортирована из MicroStation в программу Strand 7.0 дл€ выполнени€ первоначальных расчетов конструкций.

Ѕлагодар€ этому, на каждом шаге обсуждени€ проекта его авторы представл€ли заказчику не только Ђконцептуальную идеюї с необычными формами, но и строгий расчет.

–ис. 16. Ђ¬одный кубї: вверху - фотографи€ основного плавательного бассейна, на которой хорошо виден металлический каркас здани€; внизу Ц различные визуализации проекта.

¬ дальнейшем, уже на стадии проектировани€, все расчеты и оптимизаци€ конструкций методом конечных элементов также велись в программе Strand 7.0.

–езультаты этой работы про€вл€лись в многократных возвратах к первоначальной модели в MicroStation и ее корректировке.

ƒл€ оптимизации конструкций по заказу Arup была написана на €зыке Visual Basic специальна€ программа, котора€ работала совместно с Strand 7.0.

ќптимизированна€ модель и результаты расчетов затем экспортировалась в чертежи дл€ AutoCAD (формат DWG), чертежи дл€ MicroStation TriForma (формат DGN), а также в электронные таблицы Microsoft Excel (формат XLS) дл€ хранени€ данных.

—оздание рабочей документации и оформление другой относ€щейс€ к проекту информации выполн€лось с помощью программы Bentley Structure, содержащей обширные библиотеки по стальным конструкци€м.

ќдним из многих плюсов применени€ программы Bentley Structure было сведение до минимума риска человеческой ошибки. ќдновременно программа давала возможность быстро переделывать модель водного стадиона, внос€ в нее посто€нно возникающие по результатам расчетов или другим причинам изменени€, уточнени€ и коррективы.

¬ результате такой де€тельности к концу каждой недели все 65 чертежей основной документации (планы, фасады, разрезы и т.п.) претерпевали полное обновление.

ƒл€ изготовлени€ стальных конструкций фирма Arup предложила максимально использовать уже имеющуюс€ компьютерную модель, чтобы облегчить весьма сложное производство и свести до минимума такую дорогосто€щую операцию, как сварка.

–ис. 17. Ђ¬одный кубї: конструкции основного каркаса здани€.

ƒл€ этого надо было переводить модель из MicroStation в формат SDNF, а затем передавать ее в какую-либо специализированную программу (например, Tekla Structures), котора€ производит необходимую подготовку дл€ последующего изготовлени€ всех деталей на станках с „ѕ”.

Ќо в случае с Ђ¬одным кубомї возникла уникальна€ ситуаци€ - китайска€ сторона, располагавша€ большим количеством достаточно дешевой рабочей силы, отказалась от возможностей автоматизированного производства конструкций каркаса здани€ в пользу Ђручногої их изготовлени€.

¬ результате, несмотр€ на имеющийс€ технологический потенциал, все стальные детали каркаса изготавливались вручную. Ќа их сборке было задействовано около 3000 рабочих, в том числе более 100 сварщиков.

‘ирме Arup пришлось в таких услови€х обеспечивать рабочих большим количеством дополнительной документации по конструкци€м и их узлам, вывед€ на бумагу в общей сложности более 15000 чертежных видов. Ќо благодар€ BIM была успешно решена и эта задача.

ѕосле завершени€ строительства и ввода в эксплуатацию здани€ американский журнал ЂTimeї включил стадион Ђ¬одный кубї в список Ђƒес€ти лучших архитектурных сооружений в мире по итогам 2007 годаї.

–ис. 18. Ђ¬одный кубї и Ђѕтичье гнездої - своеобразные »нь и янь ќлимпиады в ѕекине, олицетвор€ющие новые технологии в строительстве.

 омментариев: 56
id 5356     22 ма€ 2012, 21:00
 ¬ладимир “алапов

÷итата из »ван ¬олкодав, id 5342:

¬се же сравнивать машиностроение и строительство не совсем корректно.


Ќе думаю, что машиностроительные детали проще строительных!

ќтветить   ÷итировать выделенное

id 5358     22 ма€ 2012, 22:04
 √еннадий

÷итата из »ван ¬олкодав, id 5342:

Ќу не получитс€ обратной св€зи при всем желании, когда бќльша€ часть нагрузок и сложных примыканий задаетс€ в расчетной программе (пусть даже после импорта  Ё сетки).


Ќагрузки и примыкани€ надо в модели задавать - дл€ того она и существует. ј вот  Ё сетку - в расчетной программе.

÷итата из ¬ладимир “алапов, id 5356:

Ќе думаю, что машиностроительные детали проще строительных!


ќни гораздо сложнее строительных, пусть даже уникальных.

ќтветить   ÷итировать выделенное

id 5365     23 ма€ 2012, 7:53
 ¬ладимир “алапов

÷итата из √еннадий, id 5358:

Ќагрузки и примыкани€ надо в модели задавать - дл€ того она и существует.


Ёто - идеальна€ и стопроцентно BIM-овска€ ситуаци€, реализованна€, например, в св€зке Revit - Robot. Ѕольшинство же старых расчетных программ, в которых, кстати, многие и считают, такой св€зи не поддерживает, поэтому в них и приходитс€ все задавать. ќтсюда и по€вл€ютс€ расхождени€ между моделью и тем, что расчитываетс€.

ќтветить   ÷итировать выделенное

id 5835     14 июн€ 2012, 10:54
 Ќиколай јлексеев

÷итата из ¬ладимир “алапов, id 5365:

Ѕольшинство же старых расчетных программ, в которых, кстати, многие и считают, такой св€зи не поддерживает, поэтому в них и приходитс€ все задавать.


Ёти св€зи не поддерживают не только программы, но и сами конструкторы, которые все еще работают по-старинке и ничего нового знать не хот€т, поскольку им за это не плат€т. Ќаобщалс€ недавно с ними. Ѕольшинство конструкторов - это обычные ремесленники, которые делают ровно то, что им скажут, а инициативу уже давно потер€ли. “ак что тут у BIM весьма призрачные перспективы.

ќтветить   ÷итировать выделенное

id 9290     19 декабр€ 2012, 19:36
 40ushek
—транный фермы поперечные, в –оботе и в –евите. Ќа фото монтажа другие фермы.

ќтветить   ÷итировать выделенное

id 9293     20 декабр€ 2012, 15:44
 ёрий ≈лтышев
‘отографии соответствуют проекту выполненному в AutoCAD Structural Detailing. ¬ Revit редставлен другой проект.

ќтветить   ÷итировать выделенное


ѕол€, помеченные * об€зательны дл€ заполнени€

  »м€ *

  e-mail

  web

¬ы можете ввести не более 3000 символов, осталось:

¬ведите
первые 3 символа:

 *

ќбновить



    

„итайте также:


¬акансии:

јктуальное обсуждение

RSS-лента комментариев

-->

ƒавид Ћевин
ƒавид Ћевин
ќт редактора: „то можно назвать Ђчудо-оружиемї отрасли —јѕ–?
ѕроект ЂЌародное —јѕ–-интервьюї

—лучайна€ стать€:

isicad Top 10

—амые попул€рные материалы

   ‘орумы isicad:

isicad-2010 isicad-2008
isicad-2006 isicad-2004

ќ проекте

ѕриглашаем публиковать на сайте isicad.ru новости и пресс-релизы о новых решени€х и продуктах, о проводимых меропри€ти€х и другую информацию. јдрес дл€ корреспонденции - info@isicad.ru

ѕроект isicad нацелен на

  • укрепление контактов между разработчиками, поставщиками и потребител€ми промышленных решений в област€х PLM и ERP...
ѕодробнее

»нформаци€ дл€ рекламодателей


¬се права защищены. © 2004-2019 √руппа компаний «Ћ≈ƒј—»

ѕерепечатка материалов сайта допускаетс€ с согласи€ редакции, ссылка на isicad.ru об€зательна.
¬ы можете обратитьс€ к нам по адресу info@isicad.ru.