Параметрическое проектирование и высокотехнологичное информационное моделирование строительных конструкций на основе программного решения Tekla и Grasshopper

Евгений Лещенко
Инженер, «НИП-Информатика».

Научно­техническое развитие строительной отрасли на данный момент позволяет архитекторам использовать сложные геометрические формы для реализации своих идей не только при проектировании уникальных зданий и сооружений, но и в массовых проектах, таких, например, как торговые центры и офисные здания, для которых инженеру­конструктору предстоит спроектировать конструкцию. Примером утилитарного проекта со сложными архитектурно­конструкторскими решениями может служить станция по переработке мусора в электроэнергию в Дании — Amager Resource Center (рис. 1), кровля которой одновременно является искусственным лыжным склоном.

Рис. 1. Amager Resource Center. Внешний вид в ходе строительства (а) и модель Tekla (б)

Проектирование подобных объектов, а также пролетных строений мостов, покрытий стадионов, фасадных конструкций современных небоскребов ставит перед конструктором, использующим Tekla и другие BIM­решения, трудную задачу построения сложной трехмерной геометрии, ее расчета и дальнейшего разбиения этой геометрии на монтажные элементы.

Для построения сложных геометрических форм архитекторы используют программные решения для параметрического (алгоритмического) моделирования, например Grasshopper, без которых создание объектов, подобных Amager Resource Center, «Лахта Центр» (Россия), Morpheus Hotel (Китай) — рис. 2, в современных рыночных условиях практически невозможно. Параметрическое моделирование основано на определении параметров, методов и правил (алгоритмов) обработки этих параметров и связей между ними для построения модели. Пользователь программирует построение модели, строя граф из параметров и компонентов­формообразователей, графически проводя связи между ними. Представляется естественным использовать полученный алгоритм построения, например формы фасада, для последующего создания конструкторской модели поддерживающих конструкций, повторяющих форму этого фасада.

Рис. 2. Morpheus Hotel

Данный подход, при котором алгоритм в Grasshopper являлся центральным формообразователем при создании архитектурной модели и конструкторской модели Tekla, был использован в следующих проектах: мост Elizabeth Quay (Австралия), электростанция Amager Resource Center (Дания), ТЦ Forum Des Halles (Франция), ТРЦ «Мега Плаза» (Казахстан).

При выполнении проекта ТРЦ «Мега Плаза» (Казахстан) инженерами компании Renaissance Construction Павлом Олесиком, Андреем Голенкиным и Омером Мунганом Grasshopper использовался для подготовки модели конструкций центральной части покрытия, что в дальнейшем позволило выполнить ровную раскладку профилированного настила, остекления, а также подготовить документацию в Tekla (рис. 3).

Рис. 3. ТРЦ «Мега Плаза», внешний вид (а) и модель Tekla (б)

В рассматриваемом программном решении Tekla выполняет роль инструмента для создания модели металлических или железобетонных конструкций уровня проработки LOD400 и выпуска конструкторской документации стадии «Р». Grasshopper при этом является формообразователем, который, используя алгоритм построения криволинейной поверхности архитектурной модели, позволяет создать конструктивные элементы по этой поверхности напрямую в модели Tekla. В результате конструктор начинает работу не с подложкой, на которой выполняет построение конструктивных элементов вручную, а с алгоритмом в Grasshopper, который формирует конструктивную модель автоматически и, что более важно, позволяет контролировать ход этого построения, а также рассмотреть несколько различных конструктивных исполнений.

Совместная работа Tekla и Grasshopper обеспечивается посредством компонентов Grasshopper, которые строят такие конструктивные элементы, как балки, колонны и пластины, а также оперируют их свойствами в модели Tekla. Используя язык программирования Visual C# или Python, пользователь также может создавать собственные подобные компоненты для расширения функциональных возможностей существующей связки (рис. 4).

Рис. 4. Построение обечайки резервуара в Tekla с использованием Grasshopper

Связка Tekla и Grasshopper интегрирована в BIM­среду лидирующих международных проектных и строительных организаций, таких как Thornton Tomasetti, ARUP, Renaissance Construction и др. При интеграции связка Tekla и Grasshopper расширяет функционал существующих в BIM­среде других программ и программных решений. Так, Grasshopper, кроме построения архитектурной (Revit, Archicad) и конструкторской модели (Tekla), может быть использован для построения аналитической модели в расчетном комплексе, например ETABS или SAP2000. При этом эволюционный решатель, входящий в Grasshopper, позволит автоматически выбрать решения по заданным критериям, например конфигурацию решетки фермы, исходя из максимально допустимого прогиба. При создании инфраструктурных проектов, таких как мосты или развязки магистралей, данные из AutoCAD Civil 3D в виде ведомости разбивки осей моста могут быть обработаны в Grasshopper для перестроения модели в Tekla, чтобы избежать ручного перестроения конструктивной модели по подложке. Grasshopper также может быть использован с целью подготовки параметрических расчетных моделей подземных конструкций для PLAXIS 3D.

Очевидно, что параметрическое моделирование строительных конструкций на основе Tekla и Grasshopper позволяет организовать бесшовное взаимодействие между архитекторами и конструкторами не только при работе над объектами сложных геометрических форм, но и при создании типовых конструкций. При этом стоит отметить гибкость Grasshopper, как вспомогательного инструмента, дополняющего функционал уже имеющихся в информационной среде предприятия программ.