схеме Кулона) и материала конструкции; учесть, что временные нагрузки могут действовать не одновременно и многое другое.

Еще целый пласт возможных расчетных моделей образуется на основе стохастического (вероятностного) подхода, в котором параметры, описывающие геометрию конструкции и характери­ стики материала, являются случайными величинами, а описания нагрузок, особенно таких как ветровые или сейсмические, выпол­ няется на основе случайных (в общем случае нестационарных) процессов.

Методы компьютерного моделирования во многом решают проблему численной реализации вероятностного подхода. Но ин­ женерная практика расчета и проектирования конструкций пока остается на прежних позициях детерминированного подхода. Это объясняется, с одной стороны, устоявшимся, хорошо разработан­ ным аппаратом расчета детерминированных моделей, с другой стороны, сложностью изучения вероятностных свойств нагрузок

иматериала с выработкой практических рекомендаций, а также удобного инженерного аппарата учета этих свойств в практиче­ ских расчетах.

Ряд возможных расчетных моделей может быть продолжен. И специалисту при выполнении конкретного расчета необходимо разобраться в этом огромном количестве расчетных схем и моде­ лей. Одним из наиболее эффективных способов установить дейст­ вительный характер работы конструкций, зданий и сооружений,

иво многих ситуациях единственным, является численное моде­ лирование их работы на ЭВМ. Современные средства компьютер­ ного моделирования позволяют путем относительно невысоких затрат детально исследовать работу самых сложных сооружений, находящихся в разнообразных условиях эксплуатации и внешних воздействий.

Контрольные вопросы

1.Что входит в состав математического обеспечения САПР?

2.Раскройте понятия «математическая модель объекта», «принцип селективности», «принцип причинности».

3.Приведите классификацию ММ, имеющих место в САПР объектов строительства.

4.Назовите методы реализации математических моделей в

САПР.

5.Назовите составные части технического расчета любого зда­ ния, сооружения или отдельной конструкции.

6.В чем заключается формирование расчетной схемы соору­

жения?

7.Что включает в себя математическая обработка и анализ

расчетной схемы?

8.В чем заключается анализ результатов расчетов строитель­ ных конструкций?

9.Дайте понятие предельного состояния конструкции.

10.Что включает в себя схематизация геометрической формы проектируемого объекта, назначение граничных условий?

11.Расскажите о схематизации (моделировании) свойств строи­ тельных материалов.

ЛЕКЦИЯ 10

ПРИКЛАДНОЕ ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ.

ПРОГРАММЫ МАШИННОЙ ГРАФИКИ

Прикладное программное обеспечение (ППО), описывающее предметную область деятельности, представляет собой набор про­ грамм и программных комплексов, при помощи которых можно моделировать конкретные процессы проектной деятельности, тех­ нологии и производства.

ППО должно обладать следующими свойствами:

♦содержать набор модулей для ведения основных видов про­ ектных работ;

♦иметь возможность включения вновь разрабатываемых при­ кладных модулей в действующую систему и оперативной реконфи­ гурации системы;

♦иметь гибкий аппарат параметризации;

♦предоставлять возможность получения оперативной инфор­

мации;

♦содержать открытый набор средств для подготовки отчетно­ сти и выходных документов и другие.

§1. К л а с с и ф и к а ц и я п р о г р а м м д л я с т р о и т е л ь н о г о

П Р О Е К Т И Р О В А Н И Я

Специалисты строительной отрасли не могут пожаловаться на отсутствие специализированного программного обеспечения для автоматизации архитектурно-строительного проектирования (АЕС) 12. Каталоги компаний, занимающихся распространением программ для строительного проектирования, насчитывают сотни программ21

12 А Е С - аббревиатура программ архитектурно-строительного проек­

тирования.

отечественных и зарубежных производителей по всем разделам проекта. В силу значительного числа предложений по таким про­ граммам целесообразно ввести (хотя бы достаточно условную) их классификацию.

Так, в современном программном обеспечении САПР в зави­ симости от вида выполняемы работ можно выделить программ­ ные средства:

♦автоматизации проектно-графических работ или программы машинной графики;

♦автоматизации расчетов.

По возможности обмена информацией программные средст­ ва можно подразделить на:

-отдельные программы, с помощью которых процесс автома­ тизации сводится к решению конкретных задач приемлемой слож­ ности без обмена данными с другими программами;

-пакеты прикладных программ (ППГ1), представляющие собой совокупность программ, объединенных общностью области прило­ жений. Например, некоторые пакеты машинной графики или про­ граммы автоматизированного проектирования конкретных конст­ рукций;

-технологические линии проектирования со сквозной автома­ тизацией, ориентированные на проектирование объекта на одной или нескольких стадиях проектирования на единой информацион­ ной платформе и обеспечивающие выпуск проектной документации для соответствующих стадий.

Взависимости от специализации в промышленном и граж­ данском строительстве можно выделить программные комплексы (ПК):

♦архитектурного проектирования;

♦конструкторского проектирования;

♦проектирования инженерного оборудования;

♦организационно-технологического проектирования.

♦для решения задач изысканий, генплана, транспорта;

♦управления проектами и документооборота.

Теория автоматизации проектирования непрерывно развивает­ ся, поэтому существующие схемы классификаций САПР будут также непрерывно видоизменяться и совершенствоваться.

Далее мы рассмотрим некоторые программные системы, полу­ чившие в настоящее время наибольшее применение в практике про­ ектирования конструкций зданий и сооружений для расчета, проек­ тирования и выпуска рабочих чертежей. В первую очередь речь пойдет о так называемых базовых программах, на основе которых строятся различные специализированные приложения. Такие про­ граммы еще называют промышленными программными продукта­ ми. Они относятся к программам массового применения, которые эксплуатируются без участия их разработчиков и снабжены деталь­ ными руководствами по установке и применению.

§1. С и с т е м а м а ш и н н о й г р а ф и к и A U T O C A D

По оценкам зарубежных КБ в процессе традиционного проек­ тирования на разработку и оформление чертежей приходится около 70 % общих трудозатрат конструкторских работ, и естественно стремление автоматизировать самую трудоемкую часть работы

спомощью ЭВМ.

Вданном разделе рассматриваются системы автоматизации проектно-графических работ на примерах наиболее популярной на сегодняшний день системы AutoCAD фирмы Autodesk (г. Сан-Рафаэль,

игг. Калифорния, США), некоторые ее отраслевые приложения и другие базовые программы.

Система AutoCAD была разработана в начале 80-х годов аме­ риканской фирмой Autodesk. Первоначально она была ориентирова­ на на существовавшие в то время достаточно слабые персональные компьютеры (PC XT, PC АТ без сопроцессора и т.п.). Тем не менее эта система вызвала интерес у конструкторов и чертежников, же­ лавших автоматизировать свой труд хотя бы в части рисования на листе бумаги. Первые варианты системы содержали в основном ин­ струменты для простого двумерного рисования, которые постепен­ но, от версии к версии, дополнялись и развивались. В результате AutoCAD стал очень удобным «электронным кульманом».

В настоящее время AutoCAD является практически мировым стандартом в области САПР, реализованных на персональных компьютерах. Форматы файлов DWG и DXF системы AutoCAD стали стандартом обмена данных для большинства программ.

1.К раткая история развития AutoCAD

Внепрерывном развитии продукт прошел уже более 20 версий.

Широкое распространение системы AutoCAD в России началось с 10-й версии, которая работала в операционной среде MS DOS как в английском, так и русском вариантах. Ввод команд осуществлялся из командной строки или экранных и падающих меню. Система по­ зволяла выполнить достаточно сложные трехмерные построения в любой плоскости пространства и отображать их на разных видо­ вых экранах с различных точек зрения, т.е она уже являлась инст­ рументом трехмерного (и тем более двумерного) моделирования. Формат файла чертежа - DWG.

11- я версия прошла сравнительно незаметно. В ней появил механизм пространства листа и видовых экранов.

12- я версия стала переломной. Она обладала диалоговы окнами даже в варианте для MS DOS (вариант для Windows 3.1

и Windows 95 тоже существовал, но не переводился на русский язык), позволила работать с расширенной памятью. (486DX 66 с ОП 8 Мбайт и свободными 100 Мбайт на HDD).

13- я версия существовала сразу в двух вариантах (для MS D и Windows 95), причем на стадии инсталляции (установки на ком­ пьютер) можно было выбрать один вариант системы или установить сразу оба. Но для этой версии уже требовалось не менее 24 Мб ОП.

14- я версия, более компактная и быстрая, чем предыдущ ОС Windows (Windows 95 или Windows NT). (ОП - 32 Мб).

В 1999 году началось внедрение 15-й версии, которой, отдавая дань моде, присвоили номер 2000. Эта версия стала очередным ша­ гом вперед как в простом двумерном рисовании, так и в трехмерном моделировании. Произошли заметные изменения в средствах управления выводом на плоттер и принтер, переход от командно­ ориентированного интерфейса к проектно-ориентированному; поя­

вились: возможность удаленного доступа к чертежам в сети, много­ задачная среда проектирования, Visual LISP для многозадачной среды проектирования, толщина линий и непрямоугольные видовые экраны.

AutoCAD 2002. Это программный продукт с новыми инстру­ ментами и с новым мощным графическим ядром, опирающимся на современные аппаратные графические ускорители и двухпроцес­ сорные системы (повышение производительности на 30 %). Это ба­ зовая система проектирования, на основе которой построено новое семейство программных комплексов для решения предметных задач в области архитектуры и строительства, инженерного анализа, землеустройства и землепользования (Autodesk Architectural Desktop, Autodesk Land Development Desktop, Autodesk Map). Формат файла DWG не изменился, и файлы, созданные в AutoCAD 2000, 2000i и 2002, совместимы без каких-либо ограничений. Интеллектуаль­ ные (ассоциативные) размеры; улучшенная работа с атрибутами и со слоями между чертежами одного проекта. Совместная работа над проектом в рамках локальной сети или с использованием Internet; автоматически формируется полный html-кол страниц с изображениями чертежей; технология i-drop обеспечивает прямой перенос проектных данных с сайта в файл чертежа. Технология eTransmit позволяет автоматически архивировать выбранные файлы вместе со всеми их внешними ссылками и связанными файлами для отправки проекта заказчикам или партнерам.

AutoCAD 2004. Переработан формат DWG, благодаря чему резко повышается скорость работы. В сравнении с AutoCAD 2002 размер файла уменьшен на 52 %, скорость открытия документа - на 33 %, а сохранения - на 66 %. Новый пользовательский интер­ фейс упрощает работу непосредственно с чертежом. Переработан Центр управления (DesignCenter) для работы с пользовательскими

и/nteraer-библиотеками. Переработаны команды редактирования полилиний, копирования свойств, быстрого образмеривания, по­ строения сопряжения и работы с OLE-объектами. Включены воз­ можности градиентных заливок, подготовки презентационных чер­ тежей и печать видов с раскраской. Усилена безопасность доступа к чертежу: введена возможность использования цифровых подписей

изащита данных паролем.

C AutoCAD 2004 поставляется бесплатный просмотрщик фор­ мата DWF, который обеспечивает возможность передачи проектной документации или ее публикации в Internet в компактном виде с возможностями внесения замечаний и печати. Многостраничные DWF-файлы.

AutoCAD 2006. вобрал в себя всю мощь и производительность предыдущих версий. Он охватывает весь спектр инженерных задач: создание трехмерных моделей, разработку и оформление чертежей, выполнение различного рода расчетов, инженерный анализ, форми­ рование фотореалистичных изображений готовых объектов. По срав­ нению с предыдущей версией здесь добавлен «Диспетчер подши­ вок» - новый инструмент для организации коллективной работы над проектом. Появилась возможность создания динамических бло­ ков, что позволяет существенно снизить размеры библиотек. Таб­ лицы, созданные средствами MS Excel, теперь можно разместить на чертеже AutoCAD и связывать данные в этих таблицах. Размеры объектов и опции команд здесь доступны в области курсора. Команда Штриховка позволяет штриховать нескольких областей одной ко­ мандой и выполнять быстрое добавление и удаление границ, а также автоматическое вычислять площади заштрихованных областей. Реа­ лизован новый интерфейс доступа к функциям калькулятора.

AutoCAD является постоянно развивающейся средой проекти­ рования. Это базовый продукт, который не предназначен для спе­ циалистов какой-то определенной отрасли, но, являясь открытой системой, позволяет создавать на его основе различные отрасле­ вые приложения, включающие инструменты и библиотеки для оп­ ределенных областей применения: архитектуры и строительства, изысканий, генплана и транспорта, геоинформационных систем, машиностроения и других.

2.Общие принципы работы и подходы

кконструированию в системе AutoCAD

Графический редактор AutoCAD основан на векторной гра­ фике и позволяет создавать графические модели строительных (и машиностроительных) объектов любых размеров в заданных масштабах. Чаще всего все элементы чертежа в AutoCAD строятся

внатуральную величину. Чертежи в AutoCAD выполняются с вы­ сокой степенью точности до 16-го знака после десятичной точки.

AutoCAD - диалоговая система. Общение пользователя с AutoCAD происходит с помощью команд, которые могут вводиться различны­ ми способами: набором с клавиатуры, выбором из текстового, пикто­ графического или контекстного (вызываемого правой клавишей мыши) меню. В ответ на команду программа выводит на экран подсказки относительно возможностей данной команды и запросы относительно информации, которую необходимо предоставить для дальнейшей работы. Результатом работы являются построенные

впроцессе диалога графические объекты. Однотипные команды (рисования, редактирования, настроек и т.п.) обычно сосредоточены

водном подменю.

Чертеж в AutoCAD - это файл с информацией, описывающей графический объект в векторном формате, имеющий расширеHne.DWG. Для экспорта файлов в другие программные комплексы чаще всего используется формат DXF. Шаблоны графических объек­ тов, которыми можно многократно пользоваться, обычно хранятся в формате DWT.

Чертеж создается с помощью базового набора примитивов, для изображения каждого из которых имеется своя команда. Команды предоставляют пользователю несколько способов (опций) построе­ ния одного и того же объекта по заданным геометрическим пара­ метрам. Примитивы могут быть простыми (точка, линия, круг, дуга и т.п.) и сложными, состоящими из нескольких простых элементов (штриховка, размер). Кроме того, пользователь может примитивом объявить какой-то фрагмент чертежа или целый чертеж, используя команду БЛОК и ее аналоги.

В AutoCAD используется понятие слоя. Весь чертеж может представлять собой набор слоев типа прозрачных калек. В каждом слое могут быть изображены те или иные объекты или группы объ­ ектов. С отдельными слоями можно делать разнообразные опера­ ции: создавать и уничтожать слои, изменять цвета и типы линий объектов, расположенных на слое, включать или выключать ото­ бражение определенных слоев.

Элементы чертежа могут выполняться различными типами линий, а также разными цветами. Графический редактор предлага­ ет пользователю ряд стандартных типов линий, использующихся в техническом черчении. Кроме того, пользователь может созда­ вать свои типы линий.

Базовый набор команд редактирования чертежа позволяет любую часть изображения стирать, перемещать, размножать, растя­ гивать, уменьшать, зеркально отображать и т.д. AutoCAD дает воз­ можность осуществлять над чертежом такие операции, которые не­ возможно выполнять обычными средствами. Это работа с целыми фрагментами чертежа, увеличение, уменьшение, панорамирование изображения и т.п., построение как плоскостного изображения, так и трехмерных объектов.

Описание техники работы с системой автоматизированного проектирования AutoCAD приведено во многих учебных и справоч­ ных руководствах [9, 20, 74] и здесь не рассматривается.

В настоящее время можно выделить 2 подхода к конструиро­ ванию объектов на основе AutoCAD и его отраслевых приложений.

1- й подход базируется на двумерной геометрической мод ли, как в традиционной технологии конструирования с помощью карандаша и кульмана. Компьютер здесь используется, как инст­ рум ент- «электронный кульман», ускоряющий процесс создания чертежа. Чертеж в этом подходе занимает центральное место. Этот поход рационален, если созданное графическое изображение используется многократно. Трехмерное изображение объекта соз­ дается на основе чертежа.

2- й подход базируется на создании пространственной ге метрической модели проектируемого объекта - более наглядно­ го способа представления оригинала. Чертеж здесь играет вспо­ могательную роль, а способы его создания основаны на методах компьютерной графики и отображения пространственной моде­ ли. Это современная и более совершенная технология, в которой наиболее эффективно функционирует программное обеспечение САПР.

§2. П р о г р а м м н ы е п р о д у к т ы д л я п р о м ы ш л е н н о г о

И ГР А Ж Д А Н С КО ГО СТРО ИТЕЛЬС ТВ А

Универсальность системы AutoCAD обеспечивается большим количеством специализированных программных приложений, соз­ даваемых многими независимыми разработчиками. Например, система архитектурно-строительного проектирования Project Studio (Consistent Software (CS), Москва), архитектурно-строительная линия МАЭСТРО (Группа Маэстро, Киев), приложения для оформления архитектурно-строительных чертежей СПДС Graphics (CS) и другие.

Кроме того, самой фирмой Autodesk созданы системы, бази­ рующиеся на платформе AutoCAD, такие как Autodesk Architectural Desktop (ADT), Autodesk Revit Series Building [52]- для архитек­ турно-строительного проектирования, Autodesk Building Systemсистема для проектирования инженерных коммуникаций, Autodesk Civil 3D - для обработки инженерно-геодезических изысканий, про­ ектирования генплана и автомобильных дорог, а также для проекти­ рования инженерных коммуникаций, Autodesk Мар 3D - геоинформационная система. Все эти программные продукты являются систе­ мами трехмерного (3D) моделирования.

Широкое применение в практике проектирования конструкций зданий и сооружений нашли также программные комплексы, не свя­ занные с AutoCAD, такие как ArchiCAD (Graphisoft, Венгрия) [72], Allplan (Nemetschek, Германия) [43], КОМПАС (АСКОН, Россия),

которые используют собственную графическую среду.

Для создания новых приложений указанные системы в своем составе имеют специальные программные средства, называемые

интерфейсом прикладных программ - Application Program Interface

(API). Эти средства используются разработчиками программного обеспечения, и с их помощью создаются программы для передачи геометрии здания в системы расчета и проектирования конструк­ ций, инженерных коммуникаций (пространственной трассировки систем воздуховодов и кондиционирования, разводки по зданию сетей электроснабжения) и многие другие.

Далее мы рассмотрим несколько типичных графических сис­ тем, используемых в практике проектирования конструкций зданий и сооружений, их ключевые возможности и особенности.