Digitální budovy: BIM a interoperabilita v programu Scia Engineer

• Foto

SCIA ENGINEER

Firma SCIA je producentem software pro stavební inženýry SCIA Engineer, což je univerzální programový systém, umožňující modelování ve 3D s intuitivním uživatelským rozhraním. Obsahuje velmi rychlý řešič soustavy rovnic pracující na základě metody konečných prvků s integrovanými návrhovými normami pro různé materiály a nástroji pro tvorbu statických posudků a dokumentace o výpočtech. Všechny uvedené funkce jsou sdružené v jednotném prostředí, což umožňuje velmi rychlý a efektivní pracovní postup. Software lze použít pro navrhování ocelových, dřevěných, hliníkových a železobetonových konstrukcí, i spřažených a předpjatých.

Kromě pokročilých výpočtů metodou konečných prvků a návrhů a posudků podle technických norem nabízí program integrované nástroje pro modelování, výměnu dat s aplikacemi třetích stran (BIM) a snadnou tvorbu projektové dokumentace a přípravu výkresů.

BIM A OPEN BIM

V současné době dochází k rozmachu spolupráce mezi jednotlivými účastníky zapojenými do návrhu konstrukce. Tato spolupráce je zastřešena Informačním modelem budovy (BIM), který popisuje standard a prostředí pro spolupráci.

Filozofie Open BIM je založena na datovém standardu IFC (Industry Foundation Classes), který byl definován skupinou buildingSMART. Tento standard definuje jednotlivé kategorie pro popis budovy a jejích částí. Standard je využíván zejména v CAD programech. SCIA Engineer je jedním z mála výpočetních programů, který obdržel certifikaci pro import a export ve formátu IFC 2×3 CV a prvním výpočetním programem, který podporuje import formátu IFC4. Nevýhodou formátu IFC CV pro jeho použití výpočtovými programy je skutečnost, že je založen na objemové definici prvků konstrukce. To je vhodné pro architektonické modely, ale nevhodné pro modely výpočtové, které jsou založeny na definici prvků idealizovaných pomocí střednic prutů a střednicových ploch plošných prvků.

Je proto nutné uplatnit pracovní postup, který demonstruje export modelu z CAD programu Allplan do programu SCIA Engineer. V programu Allplan je architektem vymodelován objekt hotelu se čtyřmi nadzemními podlažími.

Architekt provede export modelu do formátu IFC a výsledný soubor předá statikovi. Statik v programu SCIA Engineer provede import souboru ve formátu IFC. Model je v programu SCIA Engineer po importu ze souboru IFC definován pomocí obecných těles. 

Model složený z obecných těles je třeba pro výpočet převést pomocí BIM nástrojů na model analytický, který bude obsahovat výpočtové objekty stěn, desek, sloupů a nosníků. Prvním krokem je rozpoznávání prutových prvků.

Dalším krokem postupu je rozpoznání stěnových a deskových prvků. Na to vhodné použít pro nástroj pro rozpoznání 2D prvků. V některých případech je nutné v rámci rozpoznání prvku tento prvek i rozdělit na např. sloup, nosník a stěnu. I to je v programu SCIA Engineer možné. Uživatel má možnost si vybrat i rozpoznání pouze části obecného tělesa.

Další komplikací je nespojitost některých částí modelu, která vznikla převodem obecných těles na plošné prvky a pruty. Tato nespojitost modelu by později vedla k nestabilitě výpočtu metodou konečných prvků z důvodu singulární matice tuhosti konstrukce. Po procesu rozpoznávání prvků proto přichází na řadu zarovnání některých částí vznikajícího modelu. S využitím nástroje zarovnání je tento proces velmi jednoduchý a intuitivní.

Program SCIA Engineer zarovnává prvky dle nastavení v dialogu. Lze zarovnat a propojit stěny se stěnami a stropní desky se stěnami. Dále je možné propojit pruty s 2D prvky, např. stropní desku s nosníky tak, aby výsledkem byla žebrová stropní deska.

Po definování geometrie modelu, musí uživatel na tento model zadat veškerá zatížení. Program SCIA Engineer automaticky vytváří zatěžovací stav vlastní tíhy. Ostatní zatěžovací stavy musí uživatel definovat sám. V případě zatížení větrem může využít generátor zatížení, který na základě tvaru budovy a ostatních parametrů vygeneruje zatěžovací stavy, které obsahují zatížení větrem dle Eurokódu. Po definování všech potřebných zatížení se uživatel nemusí starat o normové kombinace, protože program je automaticky generuje na pozadí na základě typu zatěžovacího stavu. Jejich obsah může uživatel později editovat.

Po zadání zatížení uživatel definuje v modelu podepření konstrukce. Vedle standardních typů podepření může uživatel zadat nelineární chování podpor např. přenos pouze tlakových sil, tření atp. Uživatel též může použít modul interakce konstrukce s podložím a simulovat tak jeho reálné chování pro známé základové poměry.

PROPOJENÍ SCIA ENGINEER – TEKLA STRUCTURES

Vedle možnosti importu modelu pomocí formátu IFC existuje možnost přímého obousměrného propojení s programem TEKLA Structures. Program TEKLA Structures dokáže na základě nastavených pravidel vygenerovat analytický model.

Tento model je pak možné exportovat pomocí přídavného modulu do programu SCIA Engineer. Z programu TEKLA Structures je možné exportovat rovinné i zakřivené prutové prvky, 2D plošné prvky, tuhá ramena, klouby a podpory. Průřezy a materiály se přenášejí pomocí mapovacích tabulek, které vzájemně propojují databáze materiálů a průřezů definované v programech TEKLA Structures a SCIA Engineer.

Z programu TEKLA Structures je možné model exportovat pomocí souboru nebo přímým propojením. V případě přímého propojení je model exportován z programu TEKLA Structures, do spuštěného programu SCIA Engineer, kam je importován.

V tomto případě je model již zarovnán a propojen. Není nutné použít BIM nástroje tak jako při IFC importu. Po provedení výpočtu je možné výsledky vybraného zatěžovacího stavu nebo kombinace exportovat ze SCIA Engineer zpět do TEKLA Structures, je také možné exportovat změny geometrie, průřezů a materiálů.

PROPOJENÍ SCIA ENGINEER – REVIT

Také s programem Revit existuje možnost přímého obousměrného propojení. Podobně jako TEKLA Structures i program Revit vytvoří na základě definovaných pravidel analytický model.

Opět jde o obousměrné propojení. Propojení je opět možné provést prostřednictvím souboru nebo přímým propojením, tak jako v případě programu TEKLA Structures.

Pro materiály a průřezy jsou opět definovány mapovací tabulky. Propojení podporuje prutové a plošné konstrukce s otvory, podpory, zatížení a zatěžovací stavy. Uživatel tak může vytvořit kompletní model v programu Revit a výpočet provést ve SCIA Engineer. 

Po výpočtu lze v programu SCIA Engineer provést posouzení konstrukce a změny odeslat spolu s výsledky zpět do programu Revit.

ZÁVĚR

Existují v principu dva způsoby importu a exportu modelu z různých programů do a z programu SCIA Engineer. Volba typu importu a exportu závisí na mnoha okolnostech. Jednotlivé přístupy mají svá pro a proti. Open BIM přístup s využitím datového formátu IFC je vhodný pro komunikaci s různými stranami využívajícími CAD systémy. Přímé propojení s programy TEKLA Structures, Revit nebo IDEA Connections je vhodné pro použití v rámci jedné projekční kanceláře, jednoho uzavřeného týmu. Výhodou přímého propojení je také definice analytického modelu.

Autoři

• Ing. Brož Jaroslav Ph.D.
• Ing. Příbramský Vladimír