Возможности управления жизненным циклом объекта строительства с применением ТИМ

Использование технологий информационного моделирования (ТИМ) в строительной отрасли сегодня уже является привычной практикой [1–3]. В настоящее время 3D информационная цифровая модель рассматривается не только как источник данных и эффективный инструмент при формировании проектной документации, но также как инструмент для управления объектом на последующих этапах его жизненного цикла: строительство, эксплуатация, реконструкция и т. д. [4].

Всё больше проектных организаций разрабатывают полноценные 3D- модели, наполняют их массивом необходимых данных, затрачивая при этом значительное время. Весьма актуальным становится поиск возможностей оптимизации рабочего процесса и внедрения средств автоматизации для выполнения рутинных задач специалиста [5– 14]. При описанном подходе предлагаемая технология работы может быть доступна проектировщикам, специалистам по строительному контролю и техническому обследованию независимо от того, знакомы они или нет с принципами программирования [15].

Цель данной статьи – представить актуальный инструмент автоматизации, технологию и опыт его применения.

Алгоритм расчета реализован при помощи платформы визуального программирования Dynamo совместно с Autodesk Revit 2021 , с минимальным использованием нодов Python Script [16, 17].

Скрипт «Контуры продавливания»

Выбор данного варианта расчета обоснован простотой вычислений. Необходимо выполнять анализ усилий, которые передаются со стен (пилонов, колонн) на перекрытие, геометрических характеристик элементов, их толщин и местоположений. Перечисленные данные при 3D- проектировании уже имеются в модели здания или сооружения.

Скрипт выполняет отрисовку контуров продавливания, формирует на виде текстовые примечания о периметре контура и предельных усилиях для пилонов/колон без капителей длиной меньше 1200 мм (для создания сплошного контура продавливания), «тонких» плит перекрытия. На текущий момент предполагается, что значения усилий будут вводиться пользователем вручную на основа- нии результатов расчетов из стороннего ПО. В дальнейшем планируется автоматический экспорт данных в модель. Общий алгоритм работы скрипта представлен на рис. 1.

Использование данного скрипта рекомендуется:

• •    при разработке проектной документации для оценки подобранных сечений;

• •    при выполнении поверочных расчетов в ходе строительного контроля или технического обследования для оценки влияния построечных или эксплуатационных дефектов на несущую способность конструкций.

Параметры, необходимые для расчета на продавливание:

• •    габариты и местоположение вертикальных несущих конструкций;

• •    толщина и материал плиты перекрытия, габариты отверстий и их привязка к вертикальным конструкциям;

• •    диаметр фонового армирования плиты, значение защитных слоев бетона;

• •    сосредоточенные усилия от расчетных сочетаний внешней нагрузки.

В методике работы скрипта можно выделить 4 этапа:

• 1)    построение геометрии стены и перекрытия;

• 2)    отрисовка вспомогательной геометрии;

• 3)    создание контура продавливания;

• 4)    расчет на продавливание с выводом текстовых примечаний на вид.

Рассмотрим этапы подробнее.

1.    Построение геометрии стеныи перекрытия

При выборе вертикальной конструкции скрипт выполняет проверку длины стены, при обнаружении значения более 1200 мм фиксируется ошибка и процесс останавливается (для колонны ограничений нет). При помощи нода Ele-ment.GetParameterValueByName происходит считывание параметра вертикальной конструкции «Зависимость сверху» для нахождения плиты перекрытия, построенной на том же уровне, что и стена/колонна.

Необходимо, чтобы у стен/колонн был корректно заполнен данный параметр, не было значения «Неприсоединенная» [18].

На основе параметров «Толщина», «Защитный слой арматуры – Нижняя грань» и введенного

Начало

Конец

Стена находится :близи перекрыта:

'Образуется' одна линия .пересечения тЗблизи стены есть отверста:

геометрия пересекает перекрытие /

^^Стена\_ :ересекает гранк перекрытия в "\. плане

Нет

Нет

Нет

Нет

1вод вычисленных усилий

Вывод текстовых аннотаций на вид

Создание расчетного контура продавливания

Вычисление периметра контура продавливания

Вычисление геометрических характеристик сечения

Создание «первичного» контура продавливания

Нет

Нахождение требуемого перекрытия по параметрам стены

Построение касательных от отверстий к центру стены

Определение необходимости поперечного армирования

Удаление линий периметра между касательными

Замкнутый контур продавливания

Разомкнутый контур продавливания

Создание вспомогательной геометрии

Вычисление предельных усилий

2-й вариант контура продавливания

1-й вариант контура продавливания

4-й вариант контура продавливания

3-и вариант контура продавливания

Выбор стены

Рис. 1. Блок-схема скрипта «Контуры продавливания»

пользователем диаметра фонового армирования плиты происходит вычисление базового параметра расчета на продавливание согласно СП 63.13330.2018 и СП 430.1325800.2018 – рабочей высоты сечения h₀ [19, 20]. Данное значение определяется как средняя величина размера от верхней грани перекрытия до центра тяжести нижней арматуры в обоих направлениях. В скрипте результат округляется кратно 5 мм в меньшую сторону.

2.    Отрисовка вспомогательной геометрии

Базовый сплошной контур продавливания формируется путем смещения контура стены на расстояние 0,5 h 0 .

Для генерирования не только сплошного, но и разомкнутого контура продавливания для ко- лонн/пилонов, находящихся вблизи края плиты, в скрипте создается вспомогательная геометрия в виде прямоугольника, размеры которого зависят от размеров и положения стены. Если данный прямоугольник пересекает перекрытие, то наихудшим вариантом при расчете (наименьшим периметром продавливания) будет обладать разомкнутый контур. В алгоритме рассмотрены три варианта создания контура для стен вблизи перекрытия (см. рис. 2).

3.    Создание контура продавливания

Для выявления факторов ослабления несущей способности плиты на продавливание – отверстий – скрипт строит поверхность в пределах 6 h₀ от площадки приложения нагрузки (рис. 3).

Рис. 2. Варианты пересечения вспомогательной геометрии с плитой перекрытия и варианты отрисовки контуров продавливания: a – пилон располагается у угла плиты; б, в – пилон располагается вблизи края плиты короткой или длинной стороной соответственно (красным показана вспомогательная геометрия, представленная кривыми, зеленым – линии пересечения плиты перекрытия и вспомогательной геометрии, желтым – контур продавливания )

Рис. 3. Граница поверхности расположения отверстий в плите относительно стены

Если в пределах данной поверхности расположены отверстия, то строятся вспомогательные линии – касательные к центру тяжести площадки. Линия контура продавливания, находящаяся между касательными с максимальным углом в расчете на продавливание, не учитывается. Данное дейст- вие реализовано при помощи нода List.Combinations в сочетании с пользовательским нодом FindLinePair (рис. 4).

На основе результатов расчета выполняется автоматическое построение четырех касательных. Нод List.Combinations перебирает комбинации из

Рис. 4. Часть кода по нахождению касательных с максимальным углом между ними

двух возможных линий, FindLinePair – вычисляет угол между парными линиями и выводит те, которые имеют максимальное значение угла.

Часть контура продавливания, которая находится между двумя касательными, в расчете не учитывается и вычитается из базового контура продавливания. Некоторые варианты отрисовки контуров продавливания с ослаблением отверстиями представлены на рис. 5.

На основании полученного ослабленного контура продавливания происходит вычисление расчетного периметра контура продавливания – u , м.

Для корректной отработки скрипта отверстия должны относиться к категории «Обобщенная модель» с параметрами «Рзм.Длина», «Рзм.Ширина».

4.    Расчет на продавливание с выводом текстовой информации на вид

По вычисленным характеристикам u , h₀ и введенному пользователем значению сопротивления бетона осевому растяжению R bt определяется предельное усилие сосредоточенной силы на продавливание. Оно сравнивается с введенным проектировщиком значением усилий F , M x , M y , полученных из расчетного комплекса.

Расчет геометрических характеристик производится как для замкнутого, так и для разомкнуто- го контуров. В скрипте рассмотрены три варианта взаимного расположения плиты и стены:

• •    краевой вариант: стена расположена вблизи грани плиты перекрытия одной из сторон либо пересекает ее;

• •    угловой вариант: стена расположена вблизи граней плиты перекрытия двумя сторонами либо пересекает ее;

• •    центральный варианты: стена располагается вдали от граней плиты перекрытия.

В алгоритме реализован расчет на продавливание при совместном действии сосредоточенной силы с изгибающими моментами, если последние не равны нулю.

Пользователю необязательно открывать Dynamo для запуска кода. Взаимодействие со скриптом в Revit организовано через Dynamo Player .

В диалоговом окне представлены пять входных параметров, для которых достаточно ввести необходимые значения, выбрать требуемую вертикальную несущую конструкцию. Затем необходимо нажать кнопку Play для запуска скрипта на исполнение. Результатом будут два выходных сообщения: вывод результата анализа на необходимость армирования и значение длины стены (рис. 6).

Непосредственно в модели на заранее созданном виде аннотационными линиями строится кон-

Рис. 5. Варианты отрисовки контуров продавливания с ослаблением отверстиями (черными линиями показан контур продавливания, красными линиями – касательные от отверстий)

тур продавливания, текстом выводится значение вычисленного периметра с предельными усилиями в правом верхнем углу относительно сте-ны/колонны (рис. 7).

В результате пользователь получает информацию для каждого расчетного контура продавливания по несущей способности и периметру контура продавливания на одном плане. Данными характеристиками можно воспользоваться в любой момент, так как они сохраняются в модели.

Вывод

В данной статье рассмотрен практический опыт управления жизненным циклом здания, который можно применять как в проектировании, при поверочных расчетах на этапе строительного контроля, так и при обследовании несущего остова на этапе эксплуатации. Разработан скрипт, в котором реализована автоматизация расчета на продавливание «тонких» плит перекрытия в программе Autodesk Revit .

Рис. 6. Интерфейс пользователя скрипта «Контуры продавливания»

и.1.73м

Fbult=290.64KH

Мх1Ш=21.84кНм

МуиН.77.28кНм

11.2.83м __________

Fbulf=475.44KH

MxuLF=18.48kHm

Myult.162 96кНм и=2.05м

Fbulf.344.4KH

MxuLF=25.2kHm

МуиИ=164.64кНм

Рис. 7. Результат работы скрипта «Контуры продавливания»

На выполнение расчета с использованием скрипта для одной стены уходит не более 30– 40 секунд, на ручной расчет квалифицированному конструктору понадобится примерно 4–5 минут. Важно помнить, что для отработки скрипта необходимо корректно сделать 3D- модель остова здания или сооружения и выполнить ее статический расчет.

В статье подробно описана методика работы скрипта, показан результат каждого этапа алгоритма, указаны нюансы, при которых в коде может возникать ошибка. У проектировщиков, специали- стов по строительному контролю и техническому обследованию, знакомых с принципами технологии информационного моделирования (ТИМ), не должно возникнуть сложностей с использованием данной программы.

Алгоритм, разработанный в рамках статьи, имеет большой потенциал, но требует доработки: расчет на продавливание для стен больше 1200 мм, для перекрытий с капителями, для фундаментных плит. Для усовершенствования метода необходимы более глубокие знания программирования, возможностей нодов Dynamo будет недостаточно.