3D-проектирование самого высокого колеса обозрения в мире

High Roller» в Лас-Вегасе: общий вид. Источник

За один поворот колеса можно насладиться головокружительными видами города с сопровождающими это путешествие аудиовизуальными и световыми эффектами. В ходе строительства района, стоившего корпорации Caesars Entertainment 550 миллионов долларов, компания Arup вошла в проектную группу как организация, ответственная за авторский надзор. В рамках проекта строительства колеса обозрения, расположенного напротив Caesars Palace, компания предоставила инженерно-консультационные услуги в области проектирования и расчета конструкции, механического и электрического оборудования, а также в сфере акустики и пожарной безопасности. В качестве основного ПО информационного моделирования сооружений (BIM) проектная группа использовала продукт AECOsim Building Designer компании Bentley, органично интегрируемый с другими приложениями, что сыграло важную роль в координации в 3D и реализации проекта.

Проект, оправдавший ожидания

Узость площадки, отведенной под строительство, также поставила перед проектной группой определенные задачи. «High Roller» необходимо было установить над существующей дорогой, прилегающей к монорельсу, поэтому возможности расположения опор колеса обозрения на земле оказались ограниченными. По результатам глубокого анализа проектных решений компания Arup установила, что оптимальной в данной ситуации будет установка четырех наклонных опор диаметром в 2,8 метра с одной поперечной распоркой, протянутой через дорогу, на которой будет крепиться ступица колеса. Наклон опор предоставляет кабелям колеса достаточную ширину для обеспечения эффективности системы ветровых связей при сведении к минимуму установочной площади конструкции. Для определения требований, связанных с ветровым движением, и условий, необходимых для гашения колебаний, были произведены соответствующие аэродинамические испытания. В результате опоры были оборудованы 13 резонансными виброгасителями, предотвращающими эффект вибрации, который мог бы негативно сказаться на ощущениях пассажиров во время катания.

Во время вращения колеса у пассажиров складывается впечатление, что они плывут по воздуху. Сферическая форма кабины надежно защищает их и в то же время обладает просторным интерьером и предоставляет неограниченную обзорность. Во время проектирования необходимо было решить задачу регулирования температуры внутри кабин, связанную с предотвращением их чрезмерного нагревания, вызванного высокой температурой окружающей среды и солнечной энергией, поступающей через остекление. Инженеры Arup оптимизировали систему кондиционирования и остекления кабин, снабдив сферические панели двойным остеклением, ограничивающим силовую нагрузку кондиционера.

Выбор правильных инструментов

Еще на стадии проектного замысла, как только геометрические характеристики конструкции приобрели более определенные контуры, Arup создала ее параметрическую модель, использовав для этого ассоциативную систему параметрического моделирования GenerativeComponents компании Bentley. Это способствовало автоматизации проектировочной деятельности и ускорению процесса повторного проектирования. Параметрическая модель помогла установить все переменные в геометрии колеса и определить размеры, обуславливающие его конструкцию. Затем геометрические параметры были экспортированы в GSA Suite для осуществления структурного анализа.

Анализ показал, что во время нормальной работы различные секторы колеса будут находиться в условиях переменного механического напряжения. Элементы, подверженные критическому разрушающему напряжению, включали обод, на котором в положении 6 часов создавалось сильное напряжение, а в положении 12 часов — легкое. С помощью программы расчета методом конечных элементов общего назначения LS-DYNA корпорации Livermore Software Technology Arup создала детальные конечно-элементные модели, позволяющие определить диапазон и расположение участков, на которых по мере осуществления поворота колеса возникало напряжение.

Совместимость программных приложений имела решающее значение для создания точных расчетов усталостного напряжения. Например, в детальной модели обода колеса был учтен каждый болт, кабельный ввод, осветительный прибор, эксплуатационный люк и пр. Модель обода колеса была создана в Rhinoceros, затем перенесена в AECOsim Building Designer для проектирования, импортирована в Altair HyperMesh (высокопроизводительный препроцессор конечных элементов) и, наконец, проанализирована в LS-DYNA. С помощью этого процесса удалось выявить точки, на которых необходимо было уменьшить напряжение, после чего процесс был проведен повторно.

Координация трехмерного проектирования

Полностью интегрированная общая геометрическая модель упростила координацию между различными областями и сторонами-участниками проекта. В результате пространственные коллизии удалось идентифицировать и устранить на начальной стадии процесса проектирования, еще до изготовления конструкции, что позволило сэкономить время и деньги заказчика. В ходе выездных проверок элементов стальных конструкций инженеры отказались от использования бумажных чертежей, заменив их приложением Bentley Navigator Mobile, предназначенном для работы с трехмерными моделями и документами на Apple iPad.

Документирование проекта производилось средствами AECOsim Building Designer, что позволило командам различной специализации проектировать, анализировать, строить, документировать и отображать сооружения любого размера, формы и сложности. Для создания проекций всех компонентов колеса были использованы инструменты динамического просмотра. Это позволило Arup ускорить рабочий процесс и таким образом реализовать такой сложный проект в строго установленные сроки.

Символ инженерного искусства, призванный выдержать испытание временем

«Моделирование в 3D было жизненно важным для объединения в одно целое всех элементов конструкции, созданных по индивидуальному заказу, — сказал Стивен Корни (Stephen Corney), старший техник Arup по BIM. — Интеграция продуктов Bentley с другим программным обеспечением способствовала укреплению сотрудничества между членами проектной группы. Возможность импорта и экспорта файлов в различных форматах, полученных от других консультантов, участвующих в процессе проектирования, сыграла важную роль в обеспечении координации в 3D и реализации проекта».

Дизайн «High Roller» не только эффективен в конструктивном отношении, но и позволяет достичь более совершенных усталостных характеристик, что является крайне важным фактором для колеса обозрения в ярмарочном стиле. Колесо, которое, как планируется, будет работать по 18 часов в день в течение 50 лет, призвано противостоять усталости на всех швах, технологических входах и креплениях. Долгие годы оно будет оставаться символом инженерного искусства и станет туристической достопримечательностью мирового класса на Лас-Вегас-Стрип. Создание полностью интегрированной общей модели упростило координацию между различными областями и сторонами - участниками проекта

Резюме проекта

Организация: Arup Расположение: Лас-Вегас (Невада, США)

Цель проекта:

Продукты, использованные в ходе реализации проекта:

Основные факты:

Рентабельность инвестиций:

Цитаты:

«Моделирование в 3D было жизненно важным для объединения в одно целое всех элементов конструкции, созданных по индивидуальному заказу. Интеграция продуктов Bentley с другим программным обеспечением также способствовала укреплению сотрудничества между членами проектной группы. Возможность импорта и экспорта файлов в различных форматах, полученных от других консультантов, участвующих в процессе проектирования, сыграла важную роль в обеспечении координации в 3D и реализации проекта.»
Стивен Корни (Stephen Corney), старший техник Arup по BIM