4 - 2018

Система визуального программирования САПФИР-ГЕНЕРАТОР — компонент BIM-технологии

Дмитрий Тищенко, 
главный конструктор ООО «ДАКК»
Дмитрий Тищенко,
главный конструктор ООО «ДАКК»

Если ты всю жизнь делаешь примерно одно и то же (а расчет монолитных зданий — не слишком разнообразная работа), то зачастую очень трудно взглянуть на проблему со стороны. Из­за этого, как правило, специалисты замыкаются внутри тех способов решения задач, которые им привычны. Даже если они не всегда удобны и приводят к затратам времени — сила привычки оказывается непреодолимой.

В связи с этим мы, пользователи, не всегда довольны прогрессом тех программ, в которых работаем. Нам всегда хочется чего­то нового, что может существенно упростить наши задачи. Но вместо этого мы зачастую получаем улучшения уже существующих инструментов. И, разумеется, эти улучшения тоже остаются внутри традиционных подходов. Ведь для того, чтобы в хорошо развитом программном комплексе, с длительной историей развития, появилось что­то новое — нужен грамотно сформулированный запрос от пользователей! Притом, не от одного­двух человек! А откуда ему взяться, если… (смотри первый абзац)?

Разрывать этот порочный круг нам, в ДАКК, обычно помогают новые объекты. Новые в таких масштабах, что выход из зоны комфорта гарантирован. Наработанные таким образом подходы закладываются в существующие потоки. И спустя пару лет никто уже и не помнит: как оно было до того? Но самое страшное — это сделать первый шаг.

Такой объект недавно у нас и случился. Это проект наших давних партнеров — Архиматики. Ребята из Архиматики никогда не боялись экспериментировать и предлагать интересные решения, неизменно при этом доводя их до совершенства — независимо от того, сколько труда в это надо вложить. В общем, всем стало понятно — что­то нужно менять. В том числе команде разработчиков ЛИРА­САПР. Этот объект показан на рис. 1.

Рис. 1. Эскиз комплекса, который позвал нас в дорогу

Рис. 1. Эскиз комплекса, который позвал нас в дорогу

Объем работы при традиционных способах расчета, с учетом вариантной части, предполагался колоссальный. А главное — архитекторы тоже будут экспериментировать! И время реакции конструкторов в 2­3 недели минимум их тоже не устроит.

К счастью, разработчики программных комплексов не стоят на месте. Современный тренд развития компьютерных технологий создания моделей представляет собой эволюцию от текстового файла, интерактивной графической среды — до инструментария визуального программирования. В минувшем тысячелетии проектировщики создавали расчетную схему здания в виде текстового файла, в котором с помощью цифр и знаков описывали узлы, конечные элементы, нагрузки и граничные условия. Прогресс автоматизации проектирования двигался шаг за шагом. В результате появились интерактивные графические среды для создания схем. Затем настала пора 3D­моделирования и архитектурных препроцессоров, когда уже нет необходимости задавать отдельные конечные элементы (КЭ). Затем пришел черед параметрических информационных моделей в проектировании. Логичным шагом эволюции стала визуальная параметризация. Развитый инструмент параметрического моделирования — визуальное программирование помогает с легкостью осуществить формообразование разной сложности, при этом позволяет выполнить вариативные расчеты, давая возможность полета мысли не только архитектору, но и конструктору. Объекты, созданные на основании формообразующей, сохраняют свою связь с исходной формой и при ее изменении, перестраивают собственную геометрию, что существенно ускоряет проведение вариантных расчетов и уменьшает вероятность ошибок.

Так в САПФИР­3D (препроцессор ПК ЛИРА­САПР) появилась новая система работы с формообразованием — САПФИР­ГЕНЕРАТОР.

И сразу вопрос — где лучше всего взять форму? Правильно — там, где она уже есть! А что генерирует формы лучше Rhino в связке с Grasshopper? Лучше — точно ничего! Вот и архитекторы так говорят…

Поэтому САПФИР­ГЕНЕРАТОР имеет свой плагин для Grasshopper + Rhinoceros. Этот инструмент позволяет Rhino, Grasshopper и САПФИР­3D совместно работать с целью создания и управления BIM­моделью через визуальный интерфейс сценариев Grasshopper.

Так из одного объекта выросла идея для новой подсистемы устоявшегося, известного всем программного комплекса.

Рассмотрим последовательность работы по получению расчетной схемы на примере финальной версии одного из зданий комплекса, который и заставил нас менять подходы.

Итак, делаем форму в Rhino (на самом деле это можно делать и в самом САПФИР­3D, но Rhino, помимо всего, еще связан и с другими программами, такими как ARCHICAD и Tekla Structures, — таким образом, меняя формообразующие элементы в Rhino, вы получаете новые модели сразу в трех программных комплексах) или берем уже готовую у архитектора. На рис. 2 приведена форма в Rhino, на рис. 3 — ее код в Grasshopper.

Рис. 2. Общий вид контуров перекрытий здания (Рибальская) в Rhino

Рис. 2. Общий вид контуров перекрытий здания (Рибальская) в Rhino

Рис. 3. Общий вид программного кода в Grasshopper

Рис. 3. Общий вид программного кода в Grasshopper

Забираем форму в САПФИР­3D, назначаем сценарии формирования колонн, стен, плит перекрытия (рис. 4) и получаем готовую архитектурную (иными словами — позиционную или объектную) модель.

Рис. 4. Готовая параметрическая модель в САПФИР-3D с фрагментом программного кода в САПФИР-ГЕНЕРАТОР (здесь некоторые ноды имеют связь с алгоритмом в Grasshopper)

Рис. 4. Готовая параметрическая модель в САПФИР-3D с фрагментом программного кода в САПФИР-ГЕНЕРАТОР (здесь некоторые ноды имеют связь с алгоритмом в Grasshopper)

Генерируем нагрузки (рис. 5). Причем разные нагрузки (по площади, по линиям) зависят от различных образующих и контуров помещений (пространств).

Рис. 5. Пример генерации нагрузок в САПФИР-3D при помощи нодов (нагрузки по площади помещений и погонные нагрузки по контурам наружных ограждающих стен)

Рис. 5. Пример генерации нагрузок в САПФИР-3D при помощи нодов (нагрузки по площади помещений и погонные нагрузки по контурам наружных ограждающих стен)

Рис. 6. МКЭ-модель в ВИЗОРе ЛИРА-САПР

Рис. 6. МКЭ-модель в ВИЗОРе ЛИРА-САПР

Передаем в МКЭ­редактор ПК ЛИРА­САПР — ВИЗОР (рис. 6). Получаем готовую конечно­элементную модель с уже назначенными нагрузками, триангуляцией, материалами конструирования и т.п. Поскольку в препроцессоре САПФИР­3D вся эта информация уже задана, нет необходимости в МКЭ­редакторе что­то корректировать или повторно вводить.

Посчитали, получили напряженно­деформированное состояние (НДС) несущих конструкций, проанализировали крены и осадки, усилия и напряжения (рис. 7).

Рис. 7. Деформированная схема с мозаикой вертикальных перемещений 
и мозаика продольных усилий в колоннах

Рис. 7. Деформированная схема с мозаикой вертикальных перемещений
и мозаика продольных усилий в колоннах

Подбираем армирование железобетонных конструкций (рис. 8), проверяем и/или подбираем стальные сечения, если такие есть в расчетной схеме.

Рис. 8. Нижнее армирование по Х плиты перекрытия на отм. 81.350

Рис. 8. Нижнее армирование по Х плиты перекрытия на отм. 81.350

Что­то не проходит, «не несет» — можно откорректировать габариты конструкций, передвинуть их, убрать проем и т.п. Делаем это в САПФИР­3D, и снова передаем на расчет. Теперь мы уже ничего не теряем, в препроцессоре уже всё задано.

Кстати, как насчет отверстий в плитах? Инженерные, лифтовые, лестничные? Задавать, следить, менять? А теперь задаем контуры, указываем, на каких плитах, — и всё. Отверстия нарисованы (рис. 9). Нужно откорректировать отверстия сразу на всех плитах — меняем один раз, меняется везде.

Рис. 9. Пример создания отверстий в плитах в САПФИР-3D при помощи нодов по подложке DXF

Рис. 9. Пример создания отверстий в плитах в САПФИР-3D при помощи нодов по подложке DXF

Звучит слишком просто? Но это на самом деле просто. Всего лишь современный подход. И он работает, хотя нужно, конечно, потратить время на то, чтобы разобраться с идеологией графического программирования. Она вам все равно пригодится в будущем.

Фактически, мы видим новый сценарий работы в ЛИРЕ­САПР. Когда пользователи получают удобную среду, забывают о самостоятельной триангуляции, работают примерно так же, как в современных иностранных расчетных комплексах. Ранее этому мешало то, что в ЛИРЕ­САПР приходилось добавлять много информации, касающейся только расчетов. Каждый вариант расчетной схемы необходимо было пополнять одними и теми же данными для расчета, которых нет в архитектурной программе. Это сдерживало пользователя в полном обновлении модели из объектной программы, заставляя каждый раз вручную что­то доделывать… Как говорится — всегда не хватает времени, чтобы сделать работу хорошо, но чтобы переделывать ее, время всегда находится.

Современные версии САПФИР­3D генерируют для ЛИРЫ­САПР уже далеко не «пустые» файлы с треугольниками (конечными элементами) — но многие ли уже опробовали такой подход? В таком случае обратите внимание, что теперь этот подход получает решающее преимущество в виде формообразования и возможностей визуального программирования. Всё вместе это должно помочь расчетчикам сломать стереотипы и перейти к новым, более удобным формам работы. Пара часов вместо двух­трех дней, плюс повышение надежности расчета, плюс расширение возможностей вариантного проектирования — почему нет?

Кстати, о надежности работы. Почему она должна всенепременно вырасти? Да очень просто — внимание человека (даже расчетчика!) ограниченно. Надежно мы способны следить за весьма небольшим числом параметров модели. И когда наша модель рассыпается на кучу плит, треугольников, балок, стен — нам бывает трудно уследить за корректностью всех параметров. Зато теперь, например, мы можем не гоняться за отдельными плитами или КЭ, а просто задать объем, описывающий собой зоны дополнительных нагрузок на плиты, описать его свойства, проследить, чтобы этот объем пересекался с нужным количеством плит этажей — и всё (рис. 9). Остальное сделает программа. Это не только повышает скорость — это позволяет быть уверенней в результатах расчета и сосредоточиться на значимых вещах, а не судорожно «прокликивать» все отметки в поисках ошибок.

В процессе проектирования менялось многое. И каждый раз мы спокойно пересчитывали здания комплекса, обрабатывали новые вылеты консолей, новые сечения колонн. Иногда мы за неделю прогоняли несколько версий подобной геометрии вместе со всеми подвариантами и всеми прелестями обратной связи с архитекторами. Я не очень представляю, как бы мы это сделали с помощью любого другого инструмента на рынке. Все же хорошо иметь возможность раннего тестирования технологий, еще не вышедших на коммерческий рынок (спасибо разработчикам ПК ЛИРА­САПР).

Поэтому, конечно, мы теперь влюблены в эту технологию. И будем ее использовать для всех работ, поскольку эффективность внесения корректировок даже на простых объектах все равно высока, а значит «игра стоит свеч».

Единственное, о чем мы жалеем, — что мы не металлисты. Вообще­то мы, конечно, «поиграли» со всеми вариантами металлических конструкций, которые сейчас в своих статьях приводят авторы комплекса (можно ознакомиться в статье «САПФИР­Генератор. Система визуального программирования» в базе знаний на сайте www.help.liraland.ru), и были очень впечатлены. Но, к сожалению, мы просто не профессионалы в этом. А то бы мы сейчас сделали парочку пространственных структур. Все­таки формообразование позволяет получать дивные формы. При этом можно не создавать самому, а получать готовую форму у архитектора, насыщать реальным конструктивом, проводить полный спектр расчетов и создавать конструкции, которые будут поражать воображение.