AECOsim Building Designer координирует трехмерное проектирование самого высокого колеса обозрения в мире

Кэти Чатфилд-Тейлор (Cathy Chatfield-Taylor)

В ходе проектирования колеса обозрения High Roller в Лас-Вегасе Arup интегрировала решения Bentley с программным обеспечением сторонних разработчиков.

Колесо обозрения становится символом района The LINQ

168­метровое колесо обозрения под названием High Roller — основная достопримечательность нового торгово­развлекательного района The LINQ в Лас­Вегас­Стрип (Невада), раскинувшегося на четверть мили. 28 сферических кабин, подвешенных на ободе колеса, вмещают до 1120 человек. 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 млн долл., компания Arup вошла в проектную группу как организация, ответственная за авторский надзор. В рамках проекта строительства колеса обозрения, расположенного напротив Caesars Palace, компания предоставила инженерно­консультационные 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

В соответствии с пожеланиями заказчика колесо High Roller, открытое в марте 2014 года, стало самым высоким колесом обозрения в мире, превзойдя London Eye и Singapore Flyer. За 50 лет, по истечении которых колесо диаметром в 161 метр исчерпает проектный срок службы, оно повернется вокруг своей оси 650 тыс. раз. Его усталостно­прочная конструкция позволяет выдерживать сосредоточенную нагрузку на подшипники, стальной каркас, кабели и арматуру, вызываемую вращением 28 кабин весом в 44 000 фунтов каждая, а также вес пассажиров, при том, что один оборот колеса занимает 30 мин. Чтобы максимально расширить обзор из кабин, следовало предельно уменьшить элементы обода и видимой опорной конструкции. В результате колесо было спроектировано с натянутыми спицами и единственным постоянно сжатым ободом. В целях оптимизации установки на ободе дополнительных элементов, необходимых для подключения электропитания, связи, освещения и обеспечения безопасности, проектная группа провела многократные подробные расчеты напряжений. Все элементы и опорные кронштейны были смоделированы в приложении AECOsim Building Designer еще до создания сборочных чертежей.

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 м 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, которая связана 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

Использование целого ряда пакетов программного обеспечения и подбор соответствующих приложений для решения определенных задач позволили Arup решить все проблемы, связанные с проектированием. На ранних стадиях проектирования для обеспечения быстрого и точного концептуального моделирования было выбрано ПО произвольного моделирования Rhinoceros McNeel. Для предварительного анализа упрощенных моделей балочных элементов был использован пакет ПО для структурного проектирования и анализа GSA Suite компании Oasys (разработчик ПО в составе Arup). Когда в ходе проекта потребовалось использование высокотехнологичного приложения BIM, Arup остановила свой выбор на AECOsim Building Designer компании Bentley. По мере продвижения проекта были применены и другие программы.

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, обусловливающие 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 ч создавалось сильное напряжение, а в положении 12 ч — легкое. С помощью программы расчета методом конечных элементов общего назначения
LS­DYNA корпорации Livermore Software Technology Arup создала детальные конечно­элементные 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 LS­DYNA. С помощью этого процесса удалось выявить точки, на которых необходимо было уменьшить напряжение, после чего процесс был проведен повторно.

Координация трехмерного проектирования

Выходные данные, полученные с помощью программ сторонних разработчиков, были объединены в глобальную согласованную модель с помощью AECOsim Building Designer. Даже сложные производственные модели для приводных систем, созданных с помощью продуктов Dassault Systèmes’ SolidWorks, были органично импортированы с помощью функции импорта файлов Parasolid. Общая модель координации проекта была экспортирована из программного обеспечения Bentley в ПО для анализа проекта Navisworks Autodesk.

Создание полностью интегрированной общей модели упростило координацию между различными областями и сторонами —
участниками проекта

Полностью интегрированная общая геометрическая модель упростила координацию между различными областями и сторонами­участниками 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, предназначенным 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 столь сложный проект в строго установленные сроки.

Символ инженерного искусства, призванный выдержать испытание временем

ПО AECOsim Building Designer, используемое в качестве основного приложения для информационного моделирования сооружений, обеспечило точность, необходимую для создания сложной нестандартной конструкции. «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 ч 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 Лас­Вегас­Стрип.

САПР и графика 11`2014