Tekla Structures. Монолитные железобетонные конструкции от проекта до стройплощадки

Денис Купцов
Коммерческий директор Tekla (Россия и СНГ)
Павел Храпкин
Директор по развитию Бюро ESG
Антон Антонов
Начальник отдела САПР Бюро ESG

Программный продукт Tekla Structures получил наибольшую известность среди проектировщиков и производителей металлоконструкций. Это не случайно — более 20 лет назад он был создан именно для решения задач проектирования металлоконструкций. Однако за эти годы функционал Tekla Structures существенно увеличился. Сегодня внушительная его часть нацелена на решение задач по проектированию железобетонных конструкций (как сборных, так и монолитных). Данная статья раскроет основные возможности ПО для работы с монолитным железобетоном.

Работы по монолитному железобетону можно разделить на три стадии: проектирование (создание модели и получение документации), планирование и непосредственное выполнение работ на стройплощадке (рис. 1).

Рис. 1. Три этапа проекта: создание модели, планирование и заливка

Рис. 2. Накопление информации в проекте во времени — сравнение с подходом BIM

Стоит отметить, что, как только разговор заходит об автоматизации, фокус традиционно смещается именно на первый этап — проектирование.

Сложившаяся ситуация, на наш взгляд, — отличительная особенность российских реалий. Сложно не согласиться с тезисом, что новые технологии внедряются в первую очередь для экономии средств, а основные денежные и трудовые затраты приходятся не на этап проектирования, а на этап строительства (или эксплуатации, если речь идет о сложных технологических объектах). Именно поэтому представляется разумным в данной статье говорить об автоматизации на основе технологии BIM (Building Information Modeling), захватывая и планирование, и работы на стройплощадке, и эксплуатацию объектов.

Рис. 3. Инструменты для планирования бетонных работ

Большинство руководителей понимают важность детального планирования всех этапов возведения железобетонных конструкций. Сюда входит составление графика производства работ, оценка объемов и стоимости строительных материалов, заказ, изготовление и доставка на площадку необходимых материалов, закладных изделий и иных элементов конструкций в соответствии с графиком строительных работ. Любые недоработки и просчеты в планировании немедленно приводят к серьезным потерям в стоимости проекта. Однако уже не так очевидно, что именно наличие информационной модели позволит выполнить планирование более точно и оперативно.

Помимо проектировщиков модель нужна и другим специалистам, работающим над проектом. Каждый из них предъявляет свои, специфические для его части проекта требования, каждый наполняет модель данными из своего раздела (рис. 2). Эти возможности как раз и предоставляет технология BIM.

В случае если каждый этап проектирования выполняется без тесной связи с проектировщиками смежных дисциплин, занятыми на предыдущих этапах проекта, значительная часть информации теряется, и многое приходится начинать заново (синяя линия). Если удается накапливать данные в общей модели, используя на отдельных участках лишь необходимую часть данных (красная линия на рис. 2), это заметно экономит время, а значит, снижает стоимость всего проекта. Конечно, это идеализированное условное изображение; в реальной жизни ситуация гораздо сложнее. Однако тенденции этот рисунок отражает верно — подход BIM действительно позволяет снизить общую стоимость проекта и время его реализации, а также повысить качество выполнения работ.

Рис. 4. Люди, занятые в планировании бетонных работ, отмечают монотонность, длительность и ручной характер подготовительных работ,
связанных с низким качеством входных чертежей и необходимостью непрерывно вносить изменения

В частности, когда вместо часто используемых «плоских» чертежей с самого начала используется 3D­модель, обогащенная накапливаемыми атрибутивными данными (классы бетона и арматуры, масса и количество элементов конструкций), многие коллизии становятся настолько очевидными, что их удается избежать или устранить на ранних этапах проектирования.

Tekla Structures — специализированная САПР, предоставляющая широкие возможности по проектированию несущих конструкций, связи с производством, планированию строительства. Для создания модели несущих конструкций входной служит информация, полученная от смежных разделов проектирования. Это могут быть как плоские чертежи, так и трехмерные информационные модели из других систем проектирования (продукты Autodesk, MagiCAD, SmartPlant3D, Bentley и т.п.) — рис. 3. Следствием относительно узкой специализации ПО Tekla Structures является необычайно богатый набор средств взаимодействия (импорт/экспорт) со сторонними САПР и открытость для написания собственных приложений (Tekla Open API). В качестве опорной модели в Tekla можно загрузить данные в форматах DWG, DGN, IFC, STP и др., перенося с предыдущих этапов проектирования значительную часть атрибутивной информации. А можно загрузить и PDF или сканированное изображение объекта или бумажных чертежей.

Естественно, не все входные данные удается точно и однозначно распознать и ввести в модель, например текстовую информацию с бумажных чертежей учесть чрезвычайно трудно. Поэтому потери информации и ручной труд здесь по­прежнему неизбежны. Да и опробованный специалистами InterCAD перенос данных из моделей в Autodesk Revit, Intergraph SmartPlant3D, Bently STAAD.Pro и AutoPipe через приложения­связки, предоставляемые Tekla, ограничен и не может полностью избавить от необходимости чтения и распознавания, а затем «ручного» ввода информации. Тем не менее применение перечисленных выше инструментов Tekla Structures значительно сокращает общее время проектных работ и трудозатраты (рис. 4).

Рис. 5. Некоторые компоненты, используемые
при работе с бетоном в Tekla Structures

Для проектирования монолитного железобетона Tekla предоставляет следующий инструментарий:

• работа с бетоном — объемы бетона вместе с другими атрибутами, такими, как прочность, марки смесей, технологии заливки, могут быть смоделированы и вычислены в Tekla Structures независимо от уровня сложности геометрии конструкции;
• армирование — Tekla Structures предлагает инструменты для ручного армирования (отдельными стержнями, группами, сетками) и армирования параметрическими компонентами, обеспечивает наличие российских классов арматуры, автоматическое получение спецификаций и отчетов;
• закладные изделия — Tekla Structures предоставляет возможность создания и пополнения баз закладных изделий, обеспечивает наполнение баз атрибутивной информацией и получение всех необходимых отчетов и спецификаций;
• проектирование опалубки — кроме проектирования непосредственно монолитных железобетонных конструкций, в Tekla Structures есть инструменты для расстановки опалубки, подсчета количества щитов и т.д.

Основные возможности Tekla Structures для монолитного бетона:

• быстрое и точное моделирование возможно:

- начиная с чистого листа,

- по 2D­чертежам (PDF, DWG, DXF),

- по опорным моделям (IFC из Revit, ArchiCAD и т.п.);

• количественные расчеты:

- Organizer — Организатор,

- Template Editor — Редактор шаблонов,

- Редактор символов;

• Связь с существующими решениями:

- Microsoft Excel,

- другие доступные решения.

В качестве иллюстрации компонентов Tekla Structures, демонстрирующих этот подход, на рис. 5 приведены практические отчеты, полученные результирующие таблицы Excel и некоторые экранные формы для работы с атрибутами объектов, составляющих модель.

Следует признать, что для проектирования железобетонных конструкций программный продукт Tekla Structures на данный момент используется в основном иностранными компаниями. В рамках этой статьи их мнением и придется ограничиться (рис. 6­9).

Рис. 6. Джаред Шлейфер (Weitz Company/США): «Моделирование при проведении бетонных работ означает новое качество проектирования. Более чем вероятно, что вы найдете детали, которые бы никогда не заметили при работе с чертежами без программного обеспечения»

Рис. 7. Эрве Дискли (Vinci, Франция): «Мы стали использовать 3D-модель вместо чертежей для координации и обсуждения проекта со всеми участниками. Обсуждения стали более эффективными. Это действительно улучшает общее понимание между участниками проекта»

Рис. 8. Компания Aldar (OAЭ) реализовала первый BIM-проект на Ближнем Востоке. Подрядчик, компания William Hare из Лондона, около 10 лет применяет Tekla Structures для реализации проектов в нефтехимической отрасли. Информация из модели была использована на ранней стадии проекта для организации процесса закупок и оптимизации использования строительных материалов

Обратите внимание — в приведенных примерах акцент был сделан на наглядность 3D­моделей, удобство координации на основе моделей, планирование. Там, где конкретные исполнители могут не почувствовать выгоды, она может проявиться для руководящего состава организации.

Возвращаясь к российским реалиям, стоит отметить, что именно перенос внимания на формальные требования, выдвигаемые перед непосредственными создателями проектно­сметной документации, является одной из основных проблем, препятствующих успешному внедрению технологии информационного моделирования в нашей стране. Перед проектировщиком стоит четко очерченная задача: выпустить к конкретной дате требуемое количество листов чертежей, оформленных по определенным правилам. Проектировщикам не только не важно, удастся ли обес­печить эффективный процесс строительства — зачастую их не касается, насколько успешно и комфортно работается коллегам в смежной специальности. Ключевой фокус смещается на оформление документации: быстро, просто, автоматически, по ГОСТу, и даже не строго по ГОСТу, а по тому, как ГОСТ понимается в конкретной организации.

Рис. 9. Глубоководная гавань в Rautaruukki (Финляндия). Проект завершен осенью 2011 года. Центральная часть проекта — три цилиндрические башни для грузов с подведенными к ним надземными и подземными конвейерами. Общий вес арматурных конструкций составил 1650 т. Подводные элементы тоннеля, ЖБИ заводского изготовления и заливка бетона по месту сооружались открытым способом. Первоначальный рельеф дна сканировался, и данные сканирования загружались непосредственно в Tekla Structures

Однако основная выгода от BIM лежит в совершенно иной плоскости — это в первую очередь экономия средств, и выражена она будет сильнее всего отнюдь не на стадии проектирования, а, как было сказано в начале статьи, при строительстве и эксплуатации. Заметим, что эта отложенная экономия обеспечивается во многом на стадии проектирования за счет дополнительного труда проектировщиков. Стоимость же этого этапа в рамках всего проекта относительно невысока. Еще одно принципиальное отличие локальной ситуации по внедрению BIM от глобальной состоит в том, что информация, накопленная в трехмерной модели на стадии проектирования, часто просто не используется на следующих этапах: при производстве, при строительстве, для решения логистических задач. Реальный экономический эффект от применения технологии BIM удалось бы получить, просто используя разработанную BIM (да и просто трехмерную) модель для решения широчайшего круга следующих за проектированием задач.

Подведем итог. Компании, использующие Tekla Structures при моделировании и планировании бетонных работ, в первую очередь отмечают удобство координации проекта, планирования закупок и процесса строительства, снижение количества ошибок в проектной документации. Для ряда проектов достижение обозначенной планки эффективности — опциональная возможность, но определенные категории объектов, например некоторые наиболее сложные гидротехнические сооружения, исключительно трудно реализовать без соответствующего проекту программного обеспечения BIM и возможностей, которое оно предоставляет.

Всё это заставляет посмотреть на внедрение и использование САПР гораздо шире, чем просто на инструменты по автоматизированному выпуску проектной документации. В связи с этим Tekla Structures фактически определяет стандарт проектирования сложных железобетонных и монолитных конструкций. 

САПР и графика 7`2015