Интегрированное проектирование в строительстве

Ю.Р.Рэммет (J.P.Rammat)

Интероперабельность (взаимосовместимость)

IFC-связь между CAD- и CAE-системами

Интегрированное проектирование (законченный цикл проектирования)

От проектирования к оценке стоимости, к строительству и к изготовлению

Решения для строительной отрасли с использованием интегрированного проектирования

Заключение

SCIA

В данной статье описана технология интегрированного проектирования, разработанная компаниями SCIA и Nemetschek, в плане ее сравнения и связи с другими технологиями взаимосовместимости программных средств (IFC), применяемыми в настоящее время при создании информационных моделей строительных объектов.

Интероперабельность (взаимосовместимость)

Основное преимущество в строительном мире достигается посредством слаженной скоординированной работы специалистов различных направлений. Доступ и обмен строительной информацией, касающейся всего жизненного цикла здания, реализуется  за счет внедрения в проектно-строительный процесс технологии BIM (Building Information Modelling — информационная строительная модель). Использование интеллектуальных 3D-моделей приводит к лучшему документированию строительного объекта (чертежи, спецификации, отчеты, сметы и пр.) и более продуктивной совместной работе специалистов за счет передачи моделей от одних участников проекта к другим. Схема совместной работы, с использованием BIM  показана на приведенной во врезке иллюстрации.

Многочисленные задания, выполняемые различными участниками проектно-строительного процесса, связываются между собой за счет обмена информацией, накапливающейся в 3D-модели строительного объекта. Преимущество концепции BIM заключается в том, что решение отдельных задач (например, связь между деталировочным чертежом и чертежом на изготовление либо связь между архитектурной и конструкционной моделью) мгновенно приносит результаты.

IFC-связь между CAD- и CAE-системами

Учитывая количество и разнообразие программного обеспечения, используемого архитекторами и конструкторами, международная группа специалистов в области строительной информатики направила свои усилия на разработку такой методологии обмена данными, которая позволила бы обеспечить передачу максимально полного объема строительной информации. Одной из главных составляющих этого процесса стал формат IFC — Industry Foundation Classes. Инициатором его разработки и внедрения  выступил Международный альянс по интероперабельности (International Alliance for Interoperability), основанный в 1995 году. Формат IFC описывает строительный объект, его составляющие, а также взаимосвязи между ними в одной общей модели, используемой различными приложениями. Текущая версия IFC 2x3 поддерживается большим количеством разработчиков программного обеспечения, в частности Autodesk, Graphisoft, Nemetschek, Robobat, Tekla, Bentley и SCIA. Однако следует учитывать некоторые существенные особенности, касающиеся возможности импорта/экспорта IFC, внедряемого различными разработчиками в свои программные продукты:

•  существует несколько «доменов» в формате обмена IFC; к строительной отрасли относятся архитектурный, конструкционный, расчетный и деталировочный домены. Большинство разработчиков для представления своих данных внедряют только один или два из них.

•  функциональные возможности основополагающих классов и объектов постоянно расширяются, то есть добавляется все больше конструкционных объектов. Для создания полного описания конструкционной модели, которое смогли бы прочитать все программные продукты, требуется очень много времени, поэтому подробные дополнительные данные строительных моделей пока еще остаются недоступными — например модель раскладки арматуры в конструкционной модели пока еще весьма ограниченна и т.д.;

•  IFC позволяет импортировать и экспортировать данные модели; однако отсутствует механизм автоматического обновления данных; тем не менее вполне возможно предоставить приемлемые инструменты для обновления объектов, которые представляются в двух независимых приложениях посредством UUID (Universal Unique IDentifier — универсальный уникальный идентификатор). Подобные инструменты способны осуществлять корректные операции по обновлению объекта, удалению, добавлению нового и пр.

•  модели импортируются и экспортируются из одного и того же домена: то есть архитектурная модель может быть передана в другое приложение только при условии, что оно тоже читает архитектурные модели.

Мы абсолютно убеждены, что каждый серьезный разработчик программного обеспечения должен поддерживать IFC. Компании Nemetschek и SCIA являются активными участниками рабочей группы внедрения IFC. В нескольких программных модулях обеих компаний постепенно внедряются различные домены IFC (архитектурный, конструкционный, расчетный, деталировочный):

•  Nemetschek поддерживает архитектурный домен IFC 2x3 (версия Allplan 2006);

•  SCIA поддерживает конструкционный домен IFC 2x3 (версия SCIA ESA PT 2006.1); внутри SCIA ESA PT из конструкционной модели автоматически генерируется расчетная.

Между Allplan (архитектурная модель) и SCIA ESA PT (конструкционная модель) обеспечена прямая связь, за счет чего цикл проектирования является законченным (см. далее).

Большинство разработчиков CAE-систем поддерживают только расчетную модель IFC 2x3, которая позволяет передавать данные в другие CAE-приложения. Связь между моделями одного домена не означает связь между CAD и CAE, как зачастую ошибочно представляют.

Интегрированное проектирование (законченный цикл проектирования)

Наиболее интегрированная и проработанная технология взаимодействия специалистов в проекте называется «Интегрированное проектирование». Схематически это выглядит следующим образом:

Прямое проектирование -> CAD/CAE -> Проектная модель/Геометрическая модель -> Обратное проектирование.

Практически каждый проект представляет собой итерационный процесс, включающий уточнения, пересмотр решений, изменения архитектурных и конструктивных решений, а также способов изготовления конструкций и возведения здания. Таким образом, интегрированное решение, при котором проектировщик или техник-деталировщик могут начать создавать или редактировать модель на любом этапе, является наиболее близким к действительности и приводит к сокращению времени между проектной и строительной фазой жизни строительного объекта.

Обратное проектирование реконструирует проектную модель в соответствии с геометрической CAD-моделью, что также является дополнительным преимуществом.

Реализация технологии интегрированного проектирования в SCIA была тесно связана с совместной работой с Nemetschek — разработкой единого интерфейса между двумя программными платформами, одна для CAE, а другая для CAD. Сложные CAE-расчеты могут быть скрыты для обычного пользователя CAD.

Платформа SCIA ESA PT (Professional Technology профессиональная технология) относится к CAE-моделированию, в том числе и полной конструкционной и расчетной модели элементов и конструкций бетонных и металлических сооружений. Конструкционные элементы SCIA непосредственно связаны с соответствующими элементами внутри платформы Allplan, за счет  Nemetschek Object Interface (NOI). Сечения профиля металлопроката и железобетонные конструкционные элементы передаются один к одному.

В противоположность основанному на формате IFC интерфейсу между моделями одного домена, здесь был реализован обмен данными между CAD- и CAE-моделями (в обоих направлениях).

Интеграция представляет собой нечто большее, чем просто импорт/экспорт. Назовем несколько дополнительных преимуществ, которые появились благодаря такой интеграции:

•  механизм обновления сохраняет CAE-и CAD- модели совместимыми; внешние данные (например, проектные данные) сохраняются как Blob-свойства (Binary Large Objects);

•  метки элементов, помещенные в ассоциативные виды, сохраняются и обновляются после изменений;

•  уточнение и изменение возможно в отдельных выбранных частях конструкции; они будут переданы в другое приложение:

-  изменение крюков или диаметров арматурных стержней влечет за собой быстрое перепроектирование конструкции (или ее перерасчет),

-  изменение типа узла металлоконструкции ведет к ее перепроектированию;

•  техника быстрого моделирования в одной платформе сказывается в другой:

-  параметрическое моделирование строительных конструкций (модуль в SCIA ESA PT),

-  определяемые пользователем шаблоны конструкций (модуль в SCIA ESA PT),

-  копирование, перемещение, отражение (CAD-инструменты) для конструктивных моделей (в Allplan),

-  SCIA обращается к функциональным возможностям платформы Allplan в случае раскладки арматуры.

С другими CAD-системами, например с Revit (Autodesk), SCIA также разрабатывает высокофункциональный интерфейс; Revit предоставляет API (интерфейс программирования), который позволяет лишь частично внедрить технологию интегрированного проектирования. SCIA создает интерфейс между Revit Structures и расчетной моделью SCIA ESA PT. Это означает, что начальная геометрия и нагрузки будут передаваться из Revit Structures прямо в SCIA ESA PT. Изменения в конструктивной модели могут быть импортированы в конструкционную модель Revit.

От проектирования к оценке стоимости, к строительству и к изготовлению

Интеграция между расчетным/проектным и геометрическим моделированием сокращает процесс проектирования, одновременно повышая его эффективность. Более того: создание полной модели строительного объекта в будущем обеспечивает дополнительные преимущества — от автоматизации рабочих процессов до конечной реализации проекта. Сильной стороной интеллектуальной BIM-модели, такой как она реализована в Allplan, является интеграция множества дополнительных функциональных возможностей на одной платформе. Вот лишь небольшой их перечень:

•  подсчет объемов;

•  календарное планирование;

•  сборный железобетон: автоматизированное создание чертежей на изготовление и полное планирование процесса изготовления сборных элементов;

•  изготовление металлоконструкций: автоматизированное создание чертежей и спецификаций материалов;

•  планирование строительства: график, связанный с 3D-моделью;

•  управление недвижимостью: документирование процессов и задач, управление изменениями, техническое обслуживание и пр.

Приведенные примеры иллюстрируют возможности работы со сборным железобетоном, объединенные на платформе Allplan. Взаимосовместимость различных процессов иллюстрируется здесь следующим образом: архитектурное перекрытие разделяется на сборные элементы; сборные элементы перекрытий рассчитываются на прочность и на основе результатов расчета автоматически размещаются арматурные изделия-сетки и стержни; далее автоматически генерируются чертежи на изготовление сборных элементов; полученные данные передаются в программу управления сварочными роботами, изготавливающими арматурные сетки. Исходя из этого становится очевидным, что интегрированное проектирование, связанное с пакетами автоматизированного управления процессом изготовления изделий, дает потрясающие возможности для виртуальной имитации процесса «от проектирования до изготовления».

Решения для строительной отрасли с использованием интегрированного проектирования

Строительство, на самом деле, представляет  собой гораздо большее, чем просто возведение зданий и сооружений. В любом уголке земного шара постоянно есть что-то, что находится в стадии  строительства или реконструирования инфраструктуры (мосты, дороги, порты).

Во всех сегментах рынка, особенно в промышленности, колоссальная выгода вполне может быть достигнута за счет соответствующих интегрированных решений.

Факторы успеха формируются благодаря комбинации факторов:

•  от запроса клиента до проектного предложения и далее до поставки проходит очень короткое время;

•  на рассмотрение должны быть представлены как чертежи, так и конструктивные отчеты;

•  в прошлом стандартизации было вполне достаточно, теперь проекты нуждаются в настройке;

•  во многих случаях используются повторяющиеся из раза в раз структуры (или их части);

•  необходима очень тщательная подготовка к строительству (деталировочные чертежи, спецификации материалов и пр.);

•  требуется связь с логистическими и ERP-системами;

•  первостепенное значение имеет конструкционная надежность.

В последние несколько лет компания Nemetschek была вовлечена в несколько проектов по автоматизации предприятий, где интегрированное проектирование имело решающее значение: промышленные стеллажи (сталь, алюминий), системы быстровозводимых сборных зданий из металлоконструкций (например, www.astron.biz) или железобетона, строительные леса, системы технологического проектирования предприятий, мачтовые конструкции, стенды и временные сооружения (концертные, спортивные площадки), системы изолированной кровли, тенты и пр.

Наиболее подробная иллюстрация дается для строительных лесов — здесь могут быть рассмотрены все аспекты интегрированного проектирования: быстрое моделирование (параметрические детали конструкций), расчет на прочность и проверка конструкционной надежности, автоматически генерируемые чертежи и спецификации материалов/ведомости изделий.

Заключение

Интегрированное проектирование радикально меняет и усовершенствует процесс проектирования; это наиболее полная реализация внедрения технологии информационной строительной модели. Интегрированные открытые основные CAE/CAD-платформы предоставляют настраиваемые решения, не требующие специализированного программирования. Простота использования и высокая степень автоматизации являются ключевыми элементами успеха.

САПР и графика 8`2006