isicad: Использование машиностроительных САПР в архитектуре и строительстве

На первый взгляд может показаться, что уже в самом заголовке статьи есть некоторая парадоксальность, ведь общепринятое деление САПР на MCAD и AEC как раз определяет сферу использования решений, MCAD – машиностроителями, AEC – архитекторами и строителями. Однако на практике все не так просто, вопреки наличию на рынке достаточного богатого выбора целевых AEC решений – тут и Allplan, и ArchiCAD, Revit, Vectorworks и большое количество пактов второго уровня – некоторые архитектурные и строительные компании, казалось бы, вопреки здравому смыслу, используют в своей работе именно MCAD- системы: CATIA, SolidWorks, Pro/ENGINEER и даже Inventor, брата-двойняшку Revit. Причем, используют в качестве основного инструмента в гражданском строительстве, а не только для выполнения частных инженерных проработок или проектирования промышленных объектов. В чем причина такого необычного подхода? Прежде чем разобраться в мотивах таких решений, приведем несколько примеров:

CATIA

Ярчайшим примером применения одного из флагманов машиностроительных САПР, можно назвать компанию Gehry Technologies. Подробно этот опыт представлен в статье Владимира Талапова «В основании BIM лежит кит». Проекты, выполняемые Gehry Technologies, особенно в последнее десятилетие, отличаются необычными геометрическими формами и конструкционными решениями.

Компания использует всю мощь средств геометрического моделирования CATIA и систем физической симуляции – расчеты на прочность, компьютерную аэродинамику, специализированные средства проектирования систем трубопроводов и электрики, средства реалистичной визуализации. В конечном итоге дело дошло до того, что компания на платформе CATIA создала собственный продукт – приложение Digital Project, нынче используемый не только в самой Gehry Technologies.

Стоит упомянуть одну отличительную черту проектов Gehry Technologies, которую отмечают все специалисты – компания практически всегда с очень большой точностью укладывается в бюджет и графики строительства, как говорят специалисты компании – в первую очередь за счет тщательной проработки проектов в цифровом виде. В 2004 году на ежегодном российском PLM Форуме был сделан доклад "Возможности использования систем CATIA и SMARTEAM для разработки и изготовления декораций театра МХАТ им.Чехова", его, вместе с одним из ключевых сотрудников театра - Алексеем Порай-Кошицем, - представили сотрудники московской фирмы ComputerAge, которая тогда была бизнес-партнером IBM в области распространения решений PLM. На фото – художественный руководитель театра Олег Табаков получает «сладкий сертификат» на CATIA:

Ранее во МХАТе для построения эскизов декораций использовали AutoCAD, однако, по замечанию докладчиков, этот театр является полноценным (промышленным) производством, которому естественным образом требуется полноценная система организации жизненного цикла. Было заявлено, что примерно через год театр сможет представить существенные результаты в области внедрения элементов PLM, которые можно будет внедрять и в другие театры.

SolidWorks

Пожалуй, самая популярная машиностроительная САПР (по словам Бернара Шарлеса в его недавнем интервью, SW удерживает около половины рабочих в MCAD-секторе) нашла применение и в строительстве. В качестве примера рассмотрим деятельность американской компании Metromont, специализирующейся на создании объектов различного назначения: школ, офисных зданий, стадионов. Специфической особенностью технологии, применяемой Metromont, является использование конструкций сборного типа из элементов, заранее изготовленных в заводских условиях (что-то вроде аналога наших ЖБИ, только в значительно более развитой форме).

Компания выполняет заказные проекты с использованием твердотельных моделей, каждый проект может содержать несколько сотен вариантов различных деталей. Кроме того, в жизненном цикле типичного проекта может быть несколько изменений и конфигураций. Поэтому одним из требований Metromont к 3D САПР было наличие параметрических возможностей. Как утверждают руководители и специалисты компании, в результате внедрения SolidWorks взамен традиционной 2D технологии проектирования, время проектирования сократилось на 30%, а количество ошибок уменьшилось на 40%.

Другим примером может служить канадская компания Feature Walters, занимающаяся изготовлением на заказ всевозможных металлических конструкций – лестниц, элементов каркасов зданий, перекрытий, декоративных элементов.

Pro/ENGINEER

Чтобы не создавалось впечатления, что использование MCAD в архитектуре и строительстве – прерогатива лишь западных компаний, приведем свежий отечественный опыт. Совсем недавно совместное российско-австрийское предприятие «Свой дом» при помощи компании «ИРИСОФТ» успешно внедрило в свою проектную практику решения PTC для выполнения масштабного проекта «Промышленное производство малоэтажных домов».

Специально для реализации проекта австрийской стороной была разработана технология производства малоэтажных домов, основой которых служат не имеющие аналогов в России трехслойные стеновые панели, которые используются и в качестве напольных и потолочных элементов дома. В заводских условиях, на обрабатывающем центре с ЧПУ, внутри панелей закладываются кабель-каналы для электропроводки, а также выполняется устройство проемов и каналов для других коммуникаций в соответствии с проектом. Разводка всех инженерных коммуникаций производится внутри панелей, что улучшает внешний вид помещений. На заводе в панелях устраиваются проемы под окна и двери, устанавливаются дверные и оконные блоки. Монтаж дома из готовых элементов осуществляется на площадке заказчика в течение 5-7 дней.

Это не первый опыт «ИРИСОФТ» в строительной отрасли – ранее были реализованы проекты с компаниями ЗАО «Институт СтройПроект» и ООО «ПАНОРАМА Алюминиевые Строительные Системы». В ЗАО «Институт СтройПроект» была произведена автоматизация проектирования блоков главных балок пролетного строения. В результате в 5-7 раз сократилось время на проектирование типовых конструкций, а годовой экономический эффект составил 15 рублей на 1 рубль затрат. В ходе автоматизации проектирования конструкций из профиля в компании «ПАНОРАМА Алюминиевые Строительные Системы» время на проектирование сократилось в 6-10 раз. Среди сооружений, выполненных «ПАНОРАМА» - учебные и медицинские учреждения, стадионы, супермаркеты, автосалоны, бизнес-центры и вокзалы.

Inventor

Пожалуй, самое неожиданное решение, какое может принять архитектурно-строительное предприятие, остановившееся на решениях Autodesk. В ассортименте продуктов Autodesk – добрая дюжина решений для строительства: AutoCAD Architecture, несколько версий Revit, Civil 3D, 3ds Max и другие. Тем не менее, находятся компании, для которых оптимальным выбором стал именно машиностроительный Inventor, как это случилось с канадской компанией StructureCraft.

Компания проектирует, изготавливает и возводит сооружения, которые в основном состоят из деревянных деталей. Inventor используется для создания концептуальной модели, окончательной рабочей модели, строительной документации и рабочих чертежей.

Для некоторых проектов, таких как Richmond Olympic Oval для Олимпийских игр 2010, Inventor также применялся для управления автоматизированным производством кровельных панелей путем подготовки и отправки данных для станков с ЧПУ, которые были разработаны специально для этого проекта.

Также, функциональность Inventor используется для определения количества материалов идущих в отходы, получения такой информации о конструкции, как положение центра тяжести, общая площадь материала и т. д.

КОМПАС 3D

АСКОН достаточно активно продвигает в строительной отрасли целое семейство решений, от простого чертежного КОМПАС-График, до комплексного решения с трехмерным проектированием по оригинальной интеллектуальной технологии MinD, системой управления проектными данными ЛОЦМАН:ПГС, набором библиотек и т. д. и т.п.

Среди клиентов АСКОН – карагандинская компания «Темир», специализирующаяся на строительных объектах, возводимых по технологии ЛСТК (Лёгких Стальных Тонкостенных Конструкций). Технология позволяет быстро и эффективно строить малоэтажные здания различного назначения – от служебных помещений, кафе, крытых рынков, до жилых домов. Сама технология, во многом использующая машиностроительные приемы работы, обусловила использование КОМПАС 3D.

Заключение

Итак, как видно из приведенных примеров – MCAD системы весьма успешно используются для выполнения проектных и конструкторских работ в различных отраслях строительства, от небольших сооружений, до уникальных архитектурных объектов большой сложности. В зданиях, проектируемых в MCAD, используются совершенно разнообразные материалы и технологии, их геометрические формы варьируются от рационально-простых, до необычно элегантных, ранее недостижимых. Попробуем сформулировать причины, по которым именно MCAD системы оказались оптимальными для, казалось бы, несвойственной им области применения:

MCAD, исторически развиваясь более долгое время и решая сложные задачи, де-факто приобрели более мощные и в то же время гибкие средства геометрического моделирования, гораздо более совершенные, чем в традиционных BIM-системах.
Параметрическое моделирование любого элемента конструкции и конструкции в целом – обязательная функциональность современных MCAD
MCAD имеют богатые возможности по созданию конфигурации и вариантов проектов
MCAD имеют мощные встроенные средства проектирования инженерных коммуникаций: трубопроводов, электрических кабелей, вентиляции и т.п.
Использование MCAD упрощает использование проектных моделей заказных и покупных компонент: лифтов, эскалаторов, лестниц, оконных и дверных блоков, систем кондиционирования и отопления, которые сами обычно проектируются в MCAD.
MCAD содержат мощные средства для выполнения расчетов различного профиля: прочностные, тепловые, аэродинамические, совмещенные.
Именно в MCAD наиболее развиты средства управления проектными данными (PDM) и управления жизненным циклом изделий (PLM), позволяющие оперативно получать точную проектную и сметную документацию.
Современные технологии возведения зданий нередко заимствованы из машиностроения – изготовление элементов заводским способом и последующая сборка из крупноблочных элементов.

Таким образом, в ряде случаев целесообразно применение именно универсальных машиностроительных САПР или систем на их платформе, вместо специализированных архитектурных. Полагаю, что такая практика будет расширяться, возможно, вендоры MCAD создадут целевые архитектурно-строительные решения на своих универсальных платформах.

Это, конечно, не означает, что исчезнут традиционные AEC и BIM системы, но факт остается фактом, MCAD уже заняли заметное место в архитектурно-строительной практике и, по всей видимости, их доля в этом секторе будет увеличиваться, если только человечество не решит строить только типовые хрущевки и девятиэтажки.