Рис. 12.25. График зависимости относительных нормальных напряжений на левом торце стены по высоте здания для разных размеров сетки конечных элементов:

Контрольные вопросы

1.Перечислите основные свойства конечных элементов, исполь­ зуемых для дискретизации конструкции.

2.Назовите этапы практической реализации метода конечных элементов.

3.Какие проблемы могут возникать на этапе постановки задачи

икаковы пути их преодоления.

4.Какие проблемы (ошибки и погрешности) могут возникать на этапе дискретизации модели и каковы пути их преодоления.

5.Какие проблемы могут возникать на этапе численной реали­ зации и каковы пути их преодоления.

6.Какие проблемы могут возникать на этапе анализа (оценки) результатов компьютерного моделирования?

ЛЕКЦИЯ 13

КОМПЛЕКСНАЯ АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА

ПРОЕКТИРОВАНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ

Внедрение современных компьютерных технологий на россий­ ских предприятиях строительного комплекса позволяет им выжить и преуспеть в условиях жесткой конкуренции. Современные миро­ вые тенденции развития диктуют свои условия. Уже закончилось то время, когда потребности проектно-конструкторских отделов огра­ ничивались CAD-системами, действующими по образу и подобию кульмана. В строительном проектировании на сегодняшний день основной упор делается на обеспечение сквозного проектирования GIS/CAD/CAE, т.е. на автоматизации переноса проектных данных из одного этапа проектирования в другой, из одной системы авто­ матизации в другую. Поэтому все чаще предпочтение отдается про­ дуктам, интегрированным между собой. Это позволяет сохранять ассоциативные связи между документами по всей цепочке проекта и подготовки производства и исключать таким образом «случай­ ное» несоответствие в документации. Именно такой подход, бази­ рующийся на единых компьютерных технологических платформах, накоплении и использовании данных в электронном виде по всем разделам без дублирования, на возможностях обмена данными на всех этапах проекта и использовании типовых проектных решений в среде Интернета должен представлять собой современный уро­ вень проектных работ.

Реализация сквозного проектирования осуществляется двумя путями.

П ервой путь - это создание так называемых «тяжелых» или интегрированных систем, обеспечивающих автоматизированное проектирование всех основных частей проекта. Примерами такого подхода могут служить современные системы сквозного проекти­ рования строительных объектов: М АЭСТРО, P ro ject Studio,

A llplan и другие, часто называемые технологическими линиями проектирования (ТЛП). В этих системах упор сделан прежде всего на CAD-составляющую.

В интегрированных расчетных CAE-системах: ЛИРА, SCAD, MicroFE предусмотрены возможности импорта графической инфор­ мации о здании из архитектурно-строительных CAD-систем, а также обратный экспорт с полученными материалами, сечениями и т.п.

Второй путь реализации сквозного проектированияэто сближение форматов данных между различными системами авто­ матизированного проектирования. В этом направлении работают многие научно-исследовательские центры мира. Международным альянсом Industry Alliance for Interoperability16 разработаны перечень основных требований к такому формату и глобальная спецификация IFC (Industrial Foundation Classes - базовых промышленных классов), являющаяся «общим языком» определения строительного проекта

ипредоставляющая метод совместного использования информации

встроительной промышленности.

IFC использует объектно-ориентированные программные тех­ нологии, обеспечивающие настройку объектов, несущих полную информацию о строительных элементах, а также о концепциях ди­ зайна, конструирования и управления. Прикладные программы АЕС, разработанные любой компанией и базирующиеся на открытой объектной технологии, должны работать вместе подобно офисным программным пакетам, без необходимости их приобретения у одного и того же разработчика. Проектные фирмы смогут самостоятельно формировать свою систему автоматизации проектирования, т.е. вы­ бирать наиболее подходящий программный пакет, зная, что он спо­ собен взаимодействовать с существующим программным обеспе­ чением, используемым на всех этапах проектирования и строи­ тельства здания.

16 Ассоциация компаний, работающих в области АЕС (<архитектурностроительного проектирования), включающая в себя фирмы-производители,

дизайнерские и конструкторские бюро, строительные фирмы и разработчиков программ АЕС.

Строительной индустрии в настоящее время предлагается ог­ ромное количество средств автоматизации - систем архитектурностроительного проектирования, аналитических пакетов для инже- неров-проектировщиков, средств планирования и оценки стоимости работ для строителей и т.д., основной недостаток которых - слабая совместимость. Поэтому крупные производители программных продуктов постоянно усовершенствуют свои программы, вводя в них новые модули и разделы и обеспечивая тем самым сквозное проектирование на нескольких стадиях и этапах проекта. Этим самым они привязывают пользователя к своему программному ком­ плексу, и при желании приобрести дополнительный модуль необ­ ходимо обращаться к разработчику основного продукта, а тут, как говорится, «торг неуместен».

На отечественном рынке в настоящее время представлено не­ сколько подобных интегрированных систем, обладающих примерно одинаковыми возможностями и пользующихся спросом в проект­ ных организациях.

1. Технологическая линия проектирования МАЭСТРО

МАЭСТРО {Маэстро, Киев, http://www.maestrogroup.com.ua/)-

автоматизированная технологическая линия проектирования, предна­ значенная для выпуска чертежей на стадиях «Эскизный проект», «Рабочий проект» и «Рабочая документация» при проектировании объектов жилищно-гражданского строительства, работающая в среде AutoCAD. На единой технологической и информационной основе объединены рабочие места архитектора, конструктора и сантехника.

Состоит из трех разделов: Маэстро-A, Маэстро-К, Маэстро-С. Все разделы МАЭСТРО увязаны между собой, что дает возмож­ ность проектировщикам работать в единой технологической среде

и создавать чертежи в соответствии с отечественными стандартами. Маэстро содержит Администратор Проектов - систему

управления проектами и чертежами; предлагает разнообразные сервисные функции общего назначения, значительно облегчающие

работу проектировщика; ускоряет процесс создания чертежей по сравнению с работой в «чистом» AutoCAD в десятки раз, избавля­ ет от рутинной работы и осваивается проектировщиком за несколько дней благодаря дружественному интерфейсу.

Маэстро-А - система архитектурного проектирования, рабо­ тающая в режиме объемного трехмерного моделирования и предна­ значенная для создания объемных моделей и чертежей всех стадий проектирования любых видов зданий и сооружений.

Система архитектурного проектирования позволяет:

♦оформлять чертежи в соответствии с действующими норма­ тивными документами;

♦производить разбивку и маркировку осей;

♦вычерчивать стены произвольной конфигурации с проемами, углублениями и выступами любой формы, толщины и высоты;

♦отрисовывать оконные и дверные проемы с выбором элемен­ тов заполнения из соответствующей базы;

♦маркировать элементы заполнения проемов и получать их спецификации;

♦отрисовывать колонны, лестницы, лифтовые шахты;

♦выполнять скатные кровли и их детали;

♦создавать и модифицировать базу собственных символов (блоков);

♦автоматически получать трехмерную модель здания;

♦получать фасады и разрезы непосредственно из объемной модели здания;

♦создавать разнообразные интерьеры с использованием спе­ циальной базы мебели и оборудования;

♦конвертировать двумерные элементы интерьеров в трехмер­ ные, и наоборот;

♦маркировать помещения;

♦вводить информацию о наименованиях, отделке и площадях помещений;

♦получать экспликации помещений и ведомости отделки;

♦создавать экспозиционный материал к проектам в виде слайдов и фильмов с возможностью просмотра запроектированных объектов с разных точек.

Маэстро-К - система конструкторского проектирования,

предназначенная для создания рабочих чертежей марки КЖ, позво­ ляющая получать схемы расположения перемычек, плит перекрытия, ленточных и свайных фундаментов, а также соответствующие спе­ цификации и ведомости. Маэстро-К имеет модульную структуру:

♦ Перекрытия - общая база сборных изделий, создание базы плит перекрытия по объекту, их раскладка, получение локальных и сводных спецификаций плит по всему объекту или по его отдель­ ным частям, возможность корректировки и перенумерации всех изде­

♦ Перемычки — общая база стандартных и нестандартных наборов перемычек, создание базы по объекту, отрисовка планов перемычек для стен любой толщины, получение локальных и свод­ ных ведомостей и спецификаций по всему объекту или по частям, для любых сочетаний этажей, возможность корректировки и пере­ нумерации всех марок проемов;

♦ Ленточные и свайные фундаменты - создание и ведение баз сборных изделий, расчет ширины фундамента, расчетного со­ противления грунта, раскладка фундаментных плит и блоков, от­ рисовка монолитных участков, получение спецификации сборных изделий и монолитных участков по всему объекту или по отдель­ ным частям; расстановка и нумерация, спецификация и создание ведомости свай; расчёт, конструирование и вычерчивание роствер­ ков; спецификация ростверков, каркасов; создание ведомости рас­ хода стали; отрисовка деталей сопряжения ростверка со сваей, стыков каркасов.

♦Сечения фундаментов - конструирование и отрисовка се­ чений ленточных и свайных фундаментов (геометрия считывается

сплана), отрисовка обозначений сечений на плане, упрощенный подсчет блоков стен подвалов.

♦Монолитные железобетонные конструкции - расчеты, конструирование, создание ведомости расхода стали, специфика­ ции.

М аэстро-С - система сантехнического проектирования, пред­ назначенная для разработки и выпуска рабочих сантехнических чер­ тежей для жилищно-гражданского строительства. Имеет модульную структуру, выполняет в автоматизированном режиме работу по раз­ делам «ОТОПЛЕНИЕ», «ВОДОПРОВОД И КАНАЛИЗАЦИЯ», «ГАЗОСНАБЖЕНИЕ»:

♦отрисовку систем отопления, водопровода и канализации, газопровода в планах чертежей;

♦автоматическое получение аксонометрической проекции схем отопления, водопровода и канализации, газоснабжения каждо­ го этажа и всего здания в целом;

♦содержит гибкую базу данных по оборудованию, пополняе­ мую непосредственно с чертежа;

♦подготовку информации (об ограждениях) для расчета теплопотерь каждого этажа, всего здания в целом для расчетного мо­ дуля АРС.

Модули дополняются и комплектуются по мере разработки.

2. Программный комплекс Project Studiocs

Комплексная система Project Studiocs на базе AutoCAD, являет­ ся логическим продолжением популярной архитектурно-строитель­ ной системы проектирования «АРКО» и включает в себя программ­ ные модули: Project Studiocs Архитектура, Project Studiocs Конст­ рукцииу Project Studiocs Фундаменты и Project Studiocs Электрика (Consistent Software, Москва, www.projectstudio.ru).

Project Studiocs Архитектура - специальный пакет для разра­ ботки архитектурных моделей и рабочих чертежей (АР, АИ) в стро­ гом соответствии с отечественными стандартами. Работает в режи­ мах двумерного и трехмерного моделирования, создает чертежи на всех стадиях проектирования, формирует законченную модель зда­ ния с расстановкой мебели и оборудования. Project Studiocs Архи­ тектура может применяться совместно с линейкой программ серии GeoniCS для решения задач вертикальной и горизонтальной плани­ ровки, размещения зданий и сооружений на генплане, определения проектных отметок, построения красных горизонталей, получения картограмм земляных масс и т.д.

Project Studiocs Конструкции - специализированное графиче­ ское приложение, предназначенное для проектирования сборных

имонолитных железобетонных конструкций: перемычек и плит пе­ рекрытий, фундаментных плит, сварных изделий. Разрабатываются комплекты рабочих чертежей марки КЖ (конструкции железобе­ тонные) и КЖИ в строгом соответствии с отечественными нормами

истандартами.

Выполняется автоматизированная раскладка плит перекрытий, подбор и проектирование перемычек, автоматизированная отрисовка арматурных изделий (хомутов, шпилек, спиралей, фиксаторов), создание чертежей плоских и объемных сварных каркасов.

Средствами модуля вычерчиваются схемы армирования, узлы

ифрагменты армирования, арматурные детали и изделия в разных масштабах. Выполняется автоматическая генерация спецификаций

иведомостей по ГОСТу.

Project Studiocs Фундаменты - модуль, предназначенный для подготовки чертежей схем расположения практически всех типов фундаментов на свайном и естественном основаниях, включая рас­ чет основания по деформациям для фундаментов колонн промыш­ ленных и гражданских зданий и ленточных сплошных и прерыви­ стых фундаментов под кирпичные стены, расчет свайного куста на прочность по несущей способности сваи.

Выполняется генерация чертежей КЖ, КЖИ с полным комплек­ том спецификаций и ведомостью расхода.

Ключевой концепцией является разумная минимизация исход­ ных данных при максимальном объеме получаемых результатов.

Project Studiocs Электрика - модуль, предназначенный для автоматизации проектирования системы электроснабжения объек­ тов гражданского и промышленного строительства.

3. Программный комплекс Allplan

Allplan (фирмы Nemetschek, Германия, www.nemetschek.ru)

представляет собой комплексную программу, использующую об­ щую трехмерную базу, единую для модели и инструментов. Техно­ логия, реализованная в Allplan, - это программное решение для всех

фаз жизненного цикла строительного проекта: с самого раннего на­ броска от руки до всеобъемлющей проектной документации.

Allplan предоставляет фундамент для серии архитектурностроительных приложений, таких как:

-архитектурное проектирование;

-конструкторское проектирование;

-отопление, вентиляция и кондиционирование;

-ландшафтное проектирование;

-городское планирование;

-проектирование интерьеров;

-цифровая модель местности.

Allplan, основанный на объектно-ориентированной базе простых ЗБ-объектов, создает и поддерживает взаимосвязь между 2D- и 3Dчертежами, разрезами, проекциями и т.д. Все эти виды - просто различные представления одних и тех же трехмерных объектноориентированных данных. При внесении изменений в один из видов Allplan автоматически обновляет базу так, что изменения отража­ ются во всех остальных видах, чертежах, спецификациях. При этом практически исключаются ошибки согласования.

В процессе проектирования модель строительного объекта расширяется и усовершенствуется. Allplan значительно увеличивает эффективность проектирования путем интеллектуальной автома­ тизации проектных работ. Вместо использования таких ординар­ ных геометрических элементов, как линии, окружности, дуги, про­ ектирование здесь осуществляется с помощью интеллектуальных объектов - стен, дверей, окон, лестниц, крыш и т.д. При вставке двери в стену проем для нее создается автоматически, дверь авто­ матически встает на пол, а оконный проем вписывается в толщину стены. Проемы также автоматически удаляются в случае удаления двери или окна. Объекты автоматически просчитываются при вставке или изменении связанных с ними объектов на любом этапе проектирования.

Allplan также предлагает систему пользовательских поверхно­ стей, используемых для задания этажей, потолков, крыш и т.п. Поль­ зовательские поверхности могут иметь как простую, так и сложную форму.

Allplan владеет автоматическим интеллектуальным образмериванием и штриховкой, автоматически обновляемыми при измене­ нии размеров и форм. Кроме того, поддерживаются специальные режимы просмотра, позволяющие детальность прорисовки ставить в зависимость от текущего масштаба изображения.

Allplan предлагает сложные инструменты рендеринга с разно­ образными параметрами обработки полутонов, поддерживаются солнечный свет, различные типы источников света, включая «быст­ рый луч». Анимационные ролики могут быть созданы в формате VRML для использования в мультимедиа-презентациях или публи­ кации в Интернете.

Allplan поддерживает работу нескольких пользователей в сети, позволяя многим проектировщикам работать одновременно над од­ ним проектом. Кроме того, он имеет встроенную систему управле­ ния доступом и аудита, а также возможность устанавливать стан­ дарты на трех уровнях: бюро, проект, личный.

Allplan совместим со всеми основными программами, включая другие пакеты САПР, через DXF, DWG, DGN и другие форматы. Экспорт спецификаций материалов в Excel или сметные программы осуществляется нажатием одной кнопки.

§2. К о м п л е к с н ы е с и с т е м ы п р о е к т и р о в а н и я

Строительная промышленность включает ряд специализиро­ ванных отраслей, каждая из которых предъявляет свои требования к САПР. Как правило, десятки разных компаний принимают уча­ стие в создании проекта, используют собственные специализиро­ ванные инструменты разработки, анализа и управления своей ча­ стью строительного процесса. Необходимость сдерживания роста расходов на конструирование побуждает специалистов к увеличе­ нию кооперации. В связи с этим требуется высокая степень коорди­ нации работ различных исполнителей. Последовательный обмен данными между отдельными специалистами должен удовлетворять все требования строительного процесса. Требуются программные системы, обеспечивающие согласованный дизайн, более быстрое реагирование на изменения в проекте, т.е. системы, слаженно коор­ динирующие разработку и строительство.

Другая проблема строительной индустрии - владельцы зда­ ний теперь требуют от проектировщиков интегрированных дан­ ных разработки. Предоставляемая информация о здании должна включать изменения, сделанные на каждом этапе проектирова­ ния, а также модификации, внесенные во время строительства. Полный отчет, содержащий всю строительную информацию, яв­ ляется исходной базой данных для программ управления здания­ ми, что делает необходимой более высокую степень интеграции коллективов разработчиков и является одновременно стимулом для внедрения новых технологий описания строительных объек­ тов в САПР.

Совместное использование информации необходимо для про­ мышленности, чтобы справиться с возрастающей сложностью строи­ тельных проектов, а для отдельных фирм - чтобы выжить в условиях растущей конкуренции.

Исторически проблема обмена данными складывалась пример­ но так. Вначале был разработан формат данных IGES, позволяющий передавать данные в объектном виде из одного графического фор­ мата в другой. Но на рынок вышел Autodesk с новым очень простым и легко автоматизируемым способом переноса данных из програм­ мы в программу с помощью формата DXF. Эти и некоторые другие форматы обмена информацией САПР описывают низший уровень моделей. В них содержится описание геометрических примитивов: точек, линий, дуг, никак не соотносящееся с прикладными объекта­ ми. Позднее компания Graphisoft предложила новый формат DXF, способный передавать данные не только примитивные, но и объ­ ектные (информацию о стенах, окнах, лестницах и т.п.) из одной системы в другую.

В настоящее время на базе систем AutoCAD и ArchiCAD раз­ рабатываются комплексные решения для выполнения проектных работ разных групп специалистов на всех этапах проектирования и эксплуатации гражданских и промышленных сооружений. Приве­ дем некоторые примеры совместного использования информации, где каждый участник проекта работает с одной и той же разделяе­ мой моделью здания или сооружения.

1. Комплексная система Autodesk Building Systems

Autodesk Building Systems представляет собой комплексную систему для выполнения крупных проектов по проектированию внутренних инженерных коммуникаций в промышленном и граж­ данском строительстве и включает следующие пакеты:

♦AutoCAD;

♦Autodesk Architectural Desktop — проектирование архитек­ турно-строительной части;

♦Autodesk Building Mechanical - проектирование систем вентиляции и кондиционирования, а также любых трубопровод­ ных систем;

♦Autodesk Building Plumbing - проектирование внутренних систем водопровода и канализации;

♦Autodesk Building Electrical - проектирование внутренних систем электроснабжения и электроосвещения;

♦Viz Render- приложение для создания презентационных материалов.

2. Комплексная система Autodesk Land Desktop (ALD)

Autodesk Land Desktop - платформа, обеспечивающая совмест­ ную работу с данными, необходимыми для решения задач изыска­ ний, картографии, построения трехмерных моделей, генерального плана, кадастра, проектирования площадных и линейных объктов. Включает в себя все базовые возможности AutoCAD и геоинформационной системы AutoCAD Мар 3D и два приложения:

♦ Autodesk Civil Design расширяет возможности базового продукта, предлагая эффективные и гибкие инструменты для разра­ ботки генеральных планов и создания проектов строительства и ре­ конструкции дорог любых категорий, магистральных трубопроводов, других сооружений линейного типа.

♦ Autodesk Survey - дополнительный модуль LDD, предназна­ ченный для обработки результатов инженерно-геодезических изы­ сканий, адресован геодезистам и топографам.