Статья опубликована в №137 (январь) 2025
Разделы: Строительство
Размещена 12.01.2025. Последняя правка: 26.02.2025.
Просмотров - 207

Преимущества использования семейства 2D армирования для плит перекрытий и плитных фундаментов в среде BIM в сравнении со стандартными инструментами

Бойчин Роман Евгеньевич

Магистр

ООО Ами-Матом инженеры и консультанты

Инженер

Васильев Алексей Сергеевич, кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедры технических дисциплин, Приамурский государственный университет имени Шолом-Алейхема

УДК 624

Введение. В данной работе рассмотрена одна из основных проблем, с которой сталкиваются проектные организации при переходе с программного обеспечения САПР на BIM, а именно слабое компьютерное оборудование [1]. Технологии BIM позволяют проектировщику обрабатывать огромный массив данных, связанных с геометрией, при работе над крупными объектами, экономя время и избегая ошибок проектирования [2]. Но возникает и другая проблема — слабое компьютерное оборудование, которое необходимо модернизировать, что может привести к увеличению затрат компании на модернизацию [3]. В связи с вышеизложенными обстоятельствами было принято решение отойти от стандартных инструментов и методов 3D-моделирования армирования плоских горизонтальных элементов в среде BIM в пользу семейства 2D динамических аннотаций, которое было специально разработано для этих нужд в среде BIM. В данной статье представлен пример использования 2D семейств в сравнении с традиционными методами и инструментами армирования [4], наглядно показаны преимущества [5]. К преимуществам можно отнести простоту и интуитивность использования, малый вес и отсутствие дополнительных аннотаций. Такой подход в полной мере отражает цели и задачи, поставленные перед инженером-конструктором по управлению крупными проектами, связанными с использованием аннотационных семейств при проектировании армирования плоских горизонтальных элементов [6]. Результаты данного исследования можно применить к проектам любой сложности, а также в дальнейшем развивать данную технологию, разработав дополнительный модуль, который будет отвечать за расчет [7] и представление в табличной форме всей арматуры, используемой для армирования плит перекрытий и фундаментов [8]. Так же стоит отметить, что в настоящее время обеспечение сейсмостойкости зданий и сооружений является актуальной задачей при строительстве высотных зданий и сооружений. А инновационные решения BIM специально разработаны для того, чтобы дать специалистам и проектировщикам больше возможностей, а инструменты BIM предоставляют среду 3D-моделирования, которая улучшает структурный анализ, облегчает совместную работу и оптимизирует выбор материалов — все это важные аспекты для проектирования зданий, способных выдерживать сейсмические нагрузки. 3D-модели BIM дают четкую и подробную картину всей конструкции здания, что позволяет инженерам визуализировать поведение здания при моделируемых сейсмических нагрузках, выявляя потенциально слабые места и области, требующие дополнительного усиления еще до начала строительства [9]. BIM не только поддерживает инженеров-строителей при подготовке планов с нуля, но и гарантирует, что конструкция будет реконструирована так, как это было до землетрясения, а также при работе по модернизации зданий и инфраструктуры, поврежденных землетрясениями [10].

Актуальность. Сегодня процесс перевода опытных инженеров с CAD на BIM платформы для автоматизации проектирования является важной задачей, стоящей перед проектной отраслью. Перевод опытных конструкторов на BIM платформы позволит не только сократить время проектирования, но и обеспечит визуальную восприимчивость графической части проектной документации, а также сведет к минимуму количество ошибок в спецификациях.

Цели. При разработке и обкатке семейства армирования плоских железобетонных конструкций и модуля автоматизации для подсчета количества армирования с дальнейшим графическим представлением результат в табличном виде преследовалось множество целей. Одна из таких целей как сокращение трудозатрат при производстве и выпуске проектной документации, высвободившиеся проектные мощности в виде человеко-часов планируется рационально использовать в новых проектах за счет расширения портфеля заказов.

Задачи. Главной задачей является не только разработка семейства армирования и расчетного модуля, а также практическая обкатка на реальном проекте с проверкой на стабильность работы. В ходе обкатки необходимо выявить неточности работы как семейства, так и модуля с последующей доработкой и разработкой BIM стандарта для быстрого обучения специалистов, которые ранее не имели опыта работы на BIM платформах.

Материалы и методы. Для проведения исследования необходимо определить типы арматурных элементов, используемых при проектировании плит перекрытий и фундаментов. Чаще всего в качестве элемента армирования плоских плит перекрытий используют либо плоские сетки, либо отдельные стержни если это касается фундаментов. Например, в такой BIM-среде, как Revit, чаще всего используется инструмент формирования области армирования, который позволяет армировать выбранную область. После завершения армирования программа автоматически наносит теги аннотаций армирования, которые не всегда корректны и не в полной мере отражают те данные, которые инженер должен указать при выполнении проекта. Чтобы избежать подобных ошибок, было принято решение разработать новое 2D семейство арматуры для плоских горизонтальных элементов несущих конструкций, таких как плиты перекрытий и фундаментные плиты, в редакторе семейств, что позволит исключить необходимость в тяжелом трехмерном армировании. Использование трехмерного армирования приводит к увеличению объема данных в модели, что негативно сказывается на производительности при использовании маломощных компьютеров. В нашем случае в качестве рабочей модели было разработано семейство, которое состоит из элемента арматурного стержня и прямой направляющей линии, которая указывает направление укладки стержней.

Рисунок 1. Показано разработанное 2D семейство для армирования плоских конструкций

В разделе параметров можно задать необходимые параметры, такие как геометрия стержня, его шаг, диаметр, номер стержня для дальнейшего отображения в спецификации, а также задать слой и направление его укладки.

Рисунок 2. Панель свойств разработанного 2D семейства для армирования плоских железобетонных конструкций в среде Revit

Рассмотрим пример. Заармируем бетонную плиту размером 100 на 100 см.

Рисунок 3. Показана бетонная плита перекрытия размерами 10000x10000 мм, высотой 300 мм для последующего армирования

При армировании плиты инженеру нужно только разместить семейство и растянуть края области армирования или задать параметры в свойствах зоны армирования. Эта операция занимает не более 30 секунд. В результате получается зона армирования, которая уже включает необходимые обозначения для дальнейшего ее отображения на чертеже при печати.

​​
Рисунок 4. Бетонная плита перекрытия размерами 10000x10000 мм после армирования с применением разработанного семейства

При выполнении аналогичной задачи в среде BIM, такой как Revit, инженеру нужно нарисовать область армирования замкнутым контуром и дополнительно задать необходимые свойства в параметрах армирования. После построения арматуры таким способом необходимо заменить теги со стандартных на требуемые в соответствии со стандартами. Эта процедура занимает около минуты. Данный способ армирования немного более трудоемкий, чем тот, который был разработан для дальнейшего практического применения, но его существенным недостатком является то, что он приводит к увеличению веса моделей за счет большего объема данных, так как в структурную 3D-модель добавляется 3D-армирование, что негативно сказывается на производительности вычислительных машин и модернизации оборудования, что в дальнейшем приведет к увеличению затрат. В связи с этим можно сделать следующий вывод, что использование стандартных инструментов в среде BIM при проектировании высотных зданий не актуально. Новизна нового способа армирования с использованием плоского семейства заключается не только в возможности визуального армирования чертежа, но и в использовании модуля автоматизации, который автоматически рассчитывает арматуру в табличном виде. Для этого был разработан MSI модуль, который встроен в виде вкладки в программный комплекс Revit.

Рисунок 5. Разработанный модуль для создания спецификаций арматуры

Данный модуль производит расчет количества арматурных элементов, их формы и веса, с последующим формированием результатов в табличном виде на основе технического плана, на котором размещается разработанное семейство арматуры с параметрами, указанными согласно ранее выполненному подсчету.

Рисунок 6. Сформированная в среде Revit спецификация арматуры

Использование стандартных инструментов, встроенных в среду BIM, к сожалению, не всегда находит практическое применение ввиду многообразия задач. Одной из основных проблем армирования плоских плит перекрытий является некорректная раскладка плоских сеток или стержней на торцах криволинейных плит перекрытий. Использование нового разработанного плоского семейства является решением этой проблемы. Также использование данного семейства решает еще одну не менее значимую проблему — переход специалистов из среды САПР в BIM. Интуитивность данного семейства и схожесть работ в САПР-системах позволяют быстро интегрировать специалиста в работу в среде BIM.

Научная новизна. Разработанное семейство армирования, а также модуль подсчета арматуры с последующим представлением результатов в табличном виде являются уникальными инженерными решениями в связи с тем, что большинство инженеров, работающих в BIM среде, используют стандартные инструменты 3D армирования, которые по умолчанию встроены в интерфейс программы сталкиваясь с множеством проблем при моделировании. Уникальность применения данного способа армирования плит перекрытий и фундаментов заключается в гибкости применения данной технологии, существует возможность применения данного семейства не только для армирования плоских конструкций, но и несущих железобетонных балок.

Заключение. Разработанное семейство и модуль соответствует всем необходимым в работе требованиям со стороны инженеров проектировщиков, также эффективность применения данного семейства и модуля была апробирована на практике что привело к сокращению количества ошибок в проектной документации и увеличению производительности труда.

Результаты. Результатом разработки данного семейства стало его прямое применение в среде BIM. Использование данного семейства позволило не только сократить сроки выполнения проектной документации, но и привести ее к требуемым нормам. Также удалось перевести часть опытных специалистов, работающих в САПР, в среду BIM, что существенно сократило сроки изготовления проектной документации и повысило ее качество. Немаловажным фактором является внесение изменений в проектную документацию – использование данного семейства позволяет оперативно вносить изменения в проектную документацию в кратчайшие сроки, не нарушая целостности чертежей с последующим обновлением данных в спецификации. Разработанный модуль автоматизации расчета арматуры, упрощает и ускоряет работу инженера за счет сокращения математических ошибок, которые впоследствии могут привести к увеличению стоимости проекта.

Выводы. Неоспоримым преимуществом использования разработанного семейства стало то, что появилась возможность снизить вес итоговой BIM-модели при работе над крупными проектами без физической замены или усовершенствования компьютерного оборудования. Разработанный модуль позволяет в автоматическом режиме производить подсчет количества армирования с последующим представлением в табличном виде, а также осуществлять пересчет при внесении изменений в проектную документацию.

1. Pavel F. Designing with Autodesk Revit [Электронный ресурс] // University College's Arcada. с. 1-52. URL: https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-201805249906 (дата обращения: 25.12.24)
2. Rifky A., Faris R.A., Sandi W. Modelling of building information modelling (BIM) on construction projects in Malang [Электронный ресурс] // 2nd International conference on technology, informatics, and engineering. 2927(1). URL: https://doi.org/10.1063/5.0193445 (дата обращения: 23.12.24)
3. Lien L.C., Zhang P.C., Chen S.B., Liao Z.C., Liu Y.N. Study on BIM Family Self-create for Steel Reinforcing Bar Detail Construction Design and Information Extraction. [Электронный ресурс] // ISARC. Proceedings of the International Symposium on Automation and Robotics in Construction. с. 1-7. URL: https://www.proquest.com/docview/1943517591?pq-origsite=gscholar&fromopenview=true&sourcetype=Conference%20Papers%20&%20Proceedings (дата обращения: 26.12.24)
4. Fubin Z., Yebo S., Li R., Yu H. Research on Self-adaptive Reinforcement Plug-in of Prefabricated Concrete Component Based on BIM [Электронный ресурс] // KSCE Journal of Civil Engineering. с. 2588-2599. URL: https://doi.org/10.1007/s12205-024-2450-0 (дата обращения: 22.12.24)
5. Bedilu H., Eyosias G. Application of BIM for structural engineering: a case study using Revit and customary structural analysis and design software [Электронный ресурс] // Journal of Information Technology in Construction. с. 1009-1022. URL: https://itcon.org/paper/2021/53 (дата обращения: 24.12.24)
6. Kossakowski P. Application of programs based on Building Information Modelling (BIM) system to design objects of steel-reinforced concrete construction [Электронный ресурс] // Kielce University of Technology Publishing House. с. 20-29. URL: https://yadda.icm.edu.pl/baztech/element/bwmeta1.element.baztech-article-BSW1-0110-0003 (дата обращения: 25.12.24)
7. Alcinia Z.S., Augusto M.G. BIM Structural Project Applied in A Case Study: Interoperability Analyses, Reinforcement Detailing Drawings and Quantity Take-off [Электронный ресурс] // The Open Construction & Building Technology Journal. с. 196-220. URL: https://openconstructionbuildingtechnologyjournal.com/VOLUME/15/PAGE/196/ (дата обращения: 23.12.24)
8. Wenjun T. Application of BIM technology in the reinforcement and renovation of existing building inspection projects [Электронный ресурс] // Alexandria Engineering Journal. с. 240-247. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1110016823008736 (дата обращения: 26.12.24)
9. Earthquake-Proof Buildings: How BIM Empowers Seismic-Resistant Design [Электронный ресурс] // Harmony AT Advanced Technologies. URL: https://www.harmony-at.com/en/blog/bim-earthquake-proof-buildings-design (дата обращения: 26.02.25)
10. Building Design for Earthquake Resistance: How can BIM Help Structural Engineers? [Электронный ресурс] // BIMPACT Designs Pvt Ltd. URL: https://www.linkedin.com/pulse/building-design-earthquake-resistance-how-can/ (дата обращения: 26.02.25)

Рецензии:

25.02.2025, 16:04 Ашрапов Улугбек Товфикович
Рецензия: BIM (Building Information Model) – информационная модель здания или информационное моделирование зданий, если речь идет о процессе или технологии. BIM-модель- это копия здания в виртуальной компьютерной среде. Построение BIМ-модели происходит по принципу объектного проектирования, т.е. сборки сложной модели из элементов, каждый из которых относится к своему классу – окна, стены, перекрытия, арматура и т.д. Класс элемента определяет набор свойств и поведение элемента. В статье "Преимущества использования семейства 2D армирования для плит перекрытий и плитных фундаментов в среде BIM в сравнении со стандартными инструментами" автор пишет "В структурную 3D-модель добавляется 3D-армирование, что негативно сказывается на производительности вычислительных машин и модернизации оборудования, что в дальнейшем приведет к увеличению затрат. В связи с этим можно сделать следующий вывод, что использование стандартных инструментов в среде BIM при проектировании высотных зданий не актуально". Однако, изучение литературных работ показывает, что в настоящее время обеспечение сейсмостойкости зданий и сооружений является актуальной задачей при строительстве высотных зданий и сооружений. А инновационные решения BIM специально разработаны для того, чтобы дать специалистам и проектировщикам больше возможностей, а инструменты BIM предоставляют среду 3D-моделирования, которая улучшает структурный анализ, облегчает совместную работу и оптимизирует выбор материалов — все это важные аспекты для проектирования зданий, способных выдерживать сейсмические нагрузки. 3D-модели BIM дают четкую и подробную картину всей конструкции здания, что позволяет инженерам визуализировать поведение здания при моделируемых сейсмических нагрузках, выявляя потенциально слабые места и области, требующие дополнительного усиления еще до начала строительства [https://www.harmony-at.com/en/blog/bim-earthquake-proof-buildings-design]. BIM не только поддерживает инженеров-строителей при подготовке планов с нуля, но и гарантирует, что конструкция будет реконструирована так, как это было до землетрясения, а также при работе по модернизации зданий и инфраструктуры, поврежденных землетрясениями [https://www.linkedin.com/pulse/building-design-earthquake-resistance-how-can]. Статью "Преимущества использования семейства 2D армирования для плит перекрытий и плитных фундаментов в среде BIM в сравнении со стандартными инструментами" рекомендую к публикации после доработки на основание вышеуказанных литературных данных.

Комментарии пользователей:

Оставить комментарий