Технология BIM: что можно считать по модели, созданной в Revit.

Технология BIM: что можно считать по модели, созданной в Revit.

Принципиальная основа концепции BIM – единая информационная модель здания, содержащая необходимую (в идеале – всю) информацию об объекте. Поэтому развитие BIMидет по двум направлениям: разработка комплексов, моделирующих объект, и создание специализированных программ, использующих информацию из единой модели для решения частных задач проектирования. И хотя в настоящее время наблюдается тенденция объединения BIM-программ в большие комплексы, как создающие модель, так и проводящие необходимые проектные вычисления, необходимость в программах, использующих модель, также растет.

 

Эта публикация является попыткой сделать некоторый обзор программ второго направления, то есть работающих с информацией из единой модели. Вернее, немного разобраться в их многообразии. В качестве основного средства моделирования взят комплекс AutodeskRevit, являющийся в нашей стране одним из наиболее распространенных и эффективных BIM-инструментов и состоящий из Revit Architecture, Revit Structure и Revit MEP.

 

 

Часть 1.  Архитектура

 

Концептуальное проектирование.

Правильный подбор формы будущего здания имеет для проектирования принципиальное значение. По сложившейся традиции архитекторы для решения этого вопроса используют самый широкий набор технических средств: ручной эскиз на салфетке, картонный макет, модель в модной дизайнерской программе и т.п. Причем трехмерные модели практически из всех современных дизайнерских программ можно затем использовать в Revit в качестве основы для информационной модели здания. Но если трехмерный эскиз сразу выполнять в Revit Architecture, то уже при поиске формы здания можно сразу  вычислять столь важные для проекта характеристики, как площади и объемы, причем их значения будут автоматически меняться в зависимости от хода эскизирования.

 

 

 

 

Рис. 1. Поиск формы нового здания в Revit Architecture можно сопровождать автоматическим вычислением площадей и объемов, чтобы укладываться в рамки задания на проектирование.

 

 

Визуализация.

Встроенный в Revit Architecture модуль визуализации mentalrayпозволяет проектировщику без особых усилий получать фотореалистичные изображения, не выходя из программы, причем качество этих изображений вполне соответствует требованиям, предъявляемым к проектам.

 

 

 

 

Рис. 2. Софья Аникеева, Алексей Савватеев. Визуализация интерьеров, выполненная в Revit Architecture.

 

Однако часто архитекторы предпочитают передавать модель из Revit в 3ds MAX и выполнять визуализацию уже там. Такая передача модели в формате FBX предусмотрена обеими программами и проходит весьма эффективно.

 

 

Рис. 3. Татьяна Козлова. «Дом композиторов» в Новосибирске. Слева – использование «стандартных» материалов Revit, справа – изменение материалов в 3ds MAX. Работа выполнена еще в Revit Architecture 2009.

 

Среди наиболее распространенных причин такого перехода от Revit к 3ds MAX сегодня следует отметить:

- желание редактировать материалы, источники света, использовать различные спецэффекты и другие (весьма немалые) возможности 3ds MAX;

- необходимость ускорить или распараллелить процесс тонирования (в 3ds MAX это происходит намного быстрее);

- силу привычки и наработанные за многие годы пользовательские навыки.

 

 

 

Рис. 4. Александр Егоров. Проект комплекса зданий. Модель выполнена в Revit Architecture, визуализация – в 3ds MAX. Работа удостоена специального приза на конкурсе «Золотая Капитель». НГАСУ (Сибстрин), 2011.

 

 

По этим же причинам (в первую очередь – скорость вычислений) архитекторы часто используют и другие визуализационные программы, среди которых особенно хочется отметить Lumion 2.5. Эта программа хорошо интегрирована с Revit(передача данных осуществляется напрямую с помощью специального плагина) и впечатляюще быстро работает, хотя и не лишена мелких недостатков (например, нельзя пользоваться заранее установленными камерами).

 

 

 

Рис. 5. Софья Аникеева. Проект комплекса жилых зданий. Модель выполнена в Revit Architecture 2012, визуализация – в Lumion 2.5 (слева вверху показан интерфейс программы).

 

 

Архитекторы в своей работе обычно используют не только фотореалистичную, но и «графическую» подачу материала, придающую проекту художественную индивидуальность. Для достижения этих целей можно, например, модель из Revit  (вернее, ее геометрию) передавать в формате DWG в SketchUp и там уже доводить до «графического совершенства», используя богатый арсенал имеющихся в этой программе стилей визуализации и средств «ручной графики».

 

 

 

Рис. 6. Ульяна Горбачева. Визуализация проекта микрорайона выполнена в SketchUp по модели из Revit Architecture. НГАСУ (Сибстрин), 2010.

 

 

Расчет экологических характеристик здания.

К экологическим характеристикам зданий обычно относят их теплотехнические, акустические и световоспринимающие качества, определяющие комфортность и экономичность создаваемой для человека среды обитания. В наше время стало особенно актуальным «зеленое проектирование», поэтому расчеты таких параметров будущего проекта стали достаточно значимыми и часто осуществляемыми.

 

На сегодняшний день для подобных расчетов кроме средств самого комплекса Revitможно привлекать программу AutodeskEcotectAnalysis. Данные в нее передаются двумя путями: в формате DXF (геометрия) и gb XML(характеристики помещений). В дальнейшем работа с моделью (уточнение, дополнительное задание и настройка параметров) ведется уже в самой программе Ecotectи дает довольно хорошие результаты.

 

 

 

Рис. 7. Зоя Мишенова. Проект многофункционального концертного зала. Модель выполнена в Revit Architecture, расчет акустики по этой модели - в Autodesk Ecotect Analysis. НГАСУ (Сибстрин), 2011.

 

Работа с рельефом местности.

Программа Revit хорошо интегрирована с Autodesk AutoCAD Civil3D, фактически работает с ним в одном BIM-комплексе, обмениваясь данными в формате ADSK. Из Revit в Civil 3D можно передавать как здания, так и рельеф местности.

 

В частности, такой экспорт первоначальной и итоговой топоповерхностей делает возможным при работе в Revit Architecture осуществлять в Civil 3D расчет перемещения грунта при решении задач вертикальной планировки прилегающей к зданию территории, поскольку имеющиеся в Revit инструменты работы с поверхностями существенно уступают тому, что есть в Civil 3D.

 

 

 

Рис. 8. Расчет объемов перемещаемого грунта в AutoCAD Civil 3D.

 

 

Расчет отделочных материалов: расширение Roombook для Revit Architecture.

Созданное разработчиками из Германии расширение Roombook является бесплатным приложением к Revit Architecture, начиная с версии 2011, и доступно по подписке. Оно работает на нескольких языках, в том числе и на русском.

 

Его основное предназначение – вычисление по модели здания площадей под отделку и определение потребности в материалах. Площади могут считаться для стен, полов, потолков, помещений и мебели. При этом программа учитывает как видимую отделку, так и находящиеся под ней технологические слои (стяжка, грунтовка и т.п.). Современная версия Roombook при расчете площадей учитывает профили стен, балки, всевозможные проемы, в том числе вертикальные (шахты) и многое другое.

 

Важную роль при такой работе играет предусмотренная в программе  проверка результатов: при завершении расчета предоставляется подробный отчет по каждой грани помещения, при этом грань маркируется на плане, что позволяет легко осуществить сверку с отчетом. А на 3D виде можно проконтролировать переданную для расчета геометрию визуально.

 

Экспорт полученных в Roombook результатов может осуществляться как непосредственно в спецификацию Revit, так и в форматы MS Excel, CSV, DWF.

 

 

 

Рис. 9. Работа с отделкой помещений в приложении Roombook 2013.

 

 

Часть 2.  Строительные конструкции

 

Вторая часть обзора посвящена программам создания и расчета строительных конструкций. Поскольку ни один проект здания без конструктивных расчетов не обходится, эти программы являются важнейшим компонентом любой архитектурно-строительной САПР, в частности BIM. Эти программы мы отбирали по двум признакам: имеют определенное распространение и используются в России и каким-то образом работают с Revit (в данном случае с Revit Structure).

 

Ключевые моменты, связанные с расчетом конструкций.

Главной особенностью проектирования строительных конструкций является необходимость в процессе работы проводить их прочностные расчеты. Методика и технология таких расчетов, с одной стороны, хорошо известны, с другой стороны, постоянно совершенствуются, но неизменным остается лежащий в их основе метод конечных элементов (FEM или по-русски МКЭ).

 

Сама модель строительных конструкций создается в Revitкак неотъемлемая часть информационной модели здания. В Revit Structure она дополняется заданием характера элементов, связей и материалов, сбором нагрузок. Все это совершенно естественно хранится в единой модели и может быть извлечено из нее по мере надобности.

 

Все необходимые расчеты строительных конструкций осуществляются в специальных расчетных программах. Этих программ довольно много и они создавались в разное время, так что их список представляет практически весь спектр соответствия (чаще несоответствия) этих программ технологии BIM. Однако именно с этими расчетными программами приходится иметь дело при нынешнем начале массового внедрения в проектирование информационного моделирования зданий.

 

При классическом подходе к проектированию инженер-конструктор задавал в такой расчетной программе общую схему каркаса здания, определял связи, устанавливал материалы и собирал нагрузки. Затем он задавал разбиение исследуемых объектов конечно-элементной сеткой (как правило, расчетная программа может автоматически генерировать такую сетку, но ее ручное уточнение в критических местах является обязательным). Это составляло расчетную модель (расчетную схему) здания.

 

Если оценивать степень интеграции той или иной расчетной программы в технологическую цепочку BIM, то ключевым здесь является количество информации, которое эта программа берет из единой модели для создания расчетной схемы, а также возможность «обратной реакции» - автоматическое внесения по результатам расчетов изменений в единую модель здания.

 

В случае с Revit Structure единую информационную модель здания можно с помощью многочисленных фильтров представлять в разных видах, которые по сложившейся традиции продолжают называть различными «моделями»:

Конструктивная модель– все конструктивные элементы здания показываются как они есть, и «ничего лишнего».

 

Аналитическая модель– все конструктивные элементы показываются условными линиями, у которых заданы связи и прочностные характеристики, а также указываются все установленные нагрузки. При этом «аналитические» линии не являются «тенями» элементов конструктивной модели, они определяют расчетное размещение элементов и их положение можно корректировать. Насколько нам известно, ни одна другая BIM-программа подобную модель не создает.

 

 

Интеграция с Autodesk Robot Structural Analysis и AutoCAD Structural Detailing.

Такая связка с «родными» программами полностью соответствует технологии BIM.  Программа Robot получает напрямую из Revit Structure аналитическую модель здания. Переданную модель можно затем подкорректировать (при необходимости такую модель можно и создать самому без участия Revit, но сегодня речь не об этом).

 

 

Рис. 10. Модель несущих конструкций с нагрузками и граничными условиями в Revit Structure готова для передачи в Robot.

 

 

 

Рис. 11. Расчетная схема многоэтажного здания на объемном грунтовом основании в Robot Structural Analysis 2012.

 

 

 

Рис. 12. Поля армирования типовой плиты многоэтажного здания в Robot Structural Analysis 2012.

 

 

После задания в Robotсетки конечных элементов и определения других расчетных параметров производятся необходимые вычисления, результаты которых, в частности, можно «возвращать» в Revit Structure, то есть в информационную модель. Например, по результатам вычислений можно автоматически поменять в модели сечения конструктивных элементов на те, которые соответствуют расчетам, что минимизирует возможные ошибки, вызванные «человеческим фактором».

 

 

 

Рис. 13. Поля площадей верхнего и нижнего армирования, импортированные из Robot Structural Analysis в AutoCAD Structural Detailing и готовые для армирования.

 

 

Модель из Robot Structural Analysis можно затем передавать в AutoCAD Structura lDetailing для проработки узлов и создания чертежей. В этом видится главное предназначение AutoCAD Structural Detailing, хотя эта программа может выступать и как самостоятельное средство проектирования, о чем мы уже писали.

 

 

 

Рис. 14. Расчетная схема для металлоконструкций в Robot Structural Analysis.

 

 

 

Рис. 15. Модель, импортированная из Robot Structural Analysisв AutoCAD Structural Detailing для проработки узлов и создания чертежей КМ, КМД.

 

 

Интеграция с расчетным комплексом SOFiSTiK.

При расчетах высотных, большепролетных и специальных зданий и сооружений каждый инженер сталкивался с проблемой корректного соблюдения технического регламента и пунктов СП о проектировании зданий. Наиболее популярные в нашей стране расчетные комплексы не в полной мере реализуют алгоритмы расчета различных видов нелинейности. Почти всегда, за малым исключением, расчет систем «здание - грунтовое основание» проводится с помощью коэффициентов жесткости основания, что не в полной мере и не совсем корректно отражает работу таких систем. На сегодняшний день сложные геотехнические задачи решаются в основном в узкоспециализированных расчетных комплексах, с огромным числом допущений.

 

Другой большой проблемой для конструкторов является корректный учет динамических воздействий на уникальные здания и сооружения (пульсация ветрового потока, сейсмика).

Указанные проблемы позволяет эффективно решать программный комплекс SOFiSTiK компании SOFiSTiKAG.  Он дает возможность учитывать в расчете все виды нелинейности и моделировать системы «здание - грунтовое основание» с различными  динамическими нагрузками.

 

При этом SOFiSTiK отлично вписывается в технологию BIM и прекрасно интегрирован с Revit. Установленная с помощью специального плагина двусторонняя связь позволяет передавать из Revit Structure SOFiSTiK на расчет сооружения с жесткостями, нагрузками и граничными условиями. При этом пользователь может провести глубокую настройку передаваемой информации и даже задать сетку разбиения на конечные элементы, так что пришедшая в SOFiSTiK модель уже готова к вычислениям. После выполнения расчета возможна и обратная передача данных в информационную модель здания. Например, по данным из SOFiSTiK в Revit Structure можно выполнить армирование железобетонных элементов.

 

 

 

Рис. 16. Пример передачи модели из Revit Structure в SOFiSTiK с жесткостью элементов, нагрузками и граничными условиями. На нижнем рисунке показано последующее автоматическое разбиение модели сеткой конечных элементов.

 

 

Передача модели в Advance Steel.

Одной из проблем внедрения BIM, особенно в нашей стране, является слабое сопровождение программ библиотеками конструктивных и иных объектов. И хотя, например, в Revit нужно создавать пользовательские библиотеки семейств металлоконструкций для получения корректных чертежей КМ и КМД, для ментальности российских проектировщиков это не очень подходит – им лучше сразу на все готовое.

 

Удачным выходом из этой ситуации является применение разработанной компанией GRAITEC программы Advance Steel, полностью реализующей технологию BIM для проектирования и создания строительных конструкций. Эта программа работает, как на графическом ядре AutoCAD, так и, начиная с версии 2012, на своем собственном графическом ядре (интерфейс полностью повторят интерфейс AutoCAD) и полностью адаптирована для России (русский язык, российская база металлопроката, оформление по ГОСТ и многое другое).

 

 

 

Рис. 17. Экспорт/импорт модели из Revit Structure в Advance Steel.

 

 

Advance Steel обладает обширной базой параметрических узлов металлоконструкций (на сегодняшний день это – лучшая база в данном классе программ), которая позволяет прорабатывать модель, импортированную, например, с помощью специального плагина из RevitStructureс дальнейшим получением чертежей КМ, КМД и файлов для станков с ЧПУ.

 

Еще одно достоинство программы – встроенная возможность передавать модель металлоконструкций из Advance Steel в SCAD, где она после некоторой доводки пригодна для расчетов. После расчетов в SCAD модель с новыми сечениями можно вернуть в Advance Steel. Если к этому добавить, что из Advance Steel модель можно возвращать в Revit Structure, то в итоге получается почти полноценная двусторонняя связка Revit Structure со SCAD Office, но пока только для металлоконструкций.

 

Практически по такой же схеме, но через формат STP, происходит обмен данными с расчетной программой ЛИРА-САПР.

 

 

 

Рис. 18. Параметрические узлы металлоконструкций в Advance Steel 2012.

 

 

Компания GRAITEC также разрабатывает BIM-решение и для проектирования монолитного и сборного железобетона - программу Advance Concrete, которая в этом году появилась в русской локализации. Эта программа тоже работает с моделью из Revit.

 

Использование ЛИРА-САПР в качестве расчетного процессора для Revit.

В настоящее время разработчики ЛИРА-САПР взяли курс на создание собственного BIM-комплекса на основе программ САПФИР, ЛИРА-САПР, МОНОМАХ, ЭЛЬФ. Но они и не забывают об интеграции со сторонними продуктами, реализующими технологию BIM. В частности, ЛИРА-САПР хорошо импортирует модели из Revit Structure.

 

 

 

Рис. 19. Передача модели из Revit Structure ЛИРА-САПР 2012.

 

 

Переход из Revit к расчетам в SCAD Office.

SCAD Office - самый старый, а потому наиболее известный и используемый расчетный комплекс в России и СНГ, разработанный компанией SCAD Soft,и он тоже делает шаги в сторону BIM. SCAD Office при использовании сателлитов SCAD  (программ ФОРУМ и МОНОЛИТ) может выстроить некое отдаленное подобие информационного моделирования строительных конструкций. Также SCAD Office при помощи программы ФОРУМ может импортировать модели из Revit Structure.

 

Импорт из Revit Structure можно осуществить тремя способами. Первый - это использование плагина от SCAD Soft, который импортирует модель из RevitStructureв текстовый файл, загружаемый затем в SCADOffice. Но у такого способа есть особенности - стрежневые и пластинчатые элементы надо экспортировать в отдельные файлы, а затем эти файлы собирать вручную. Также придется корректировать некоторые жесткости и переназначать в SCADнагрузки и граничные условия.

 

Второй способ - если вы счастливый обладатель сразу двух расчетных комплексов: SCAD Office и ЛИРА-САПР, то вы можете импортировать в автоматическом режиме модель из Revit Structure в ЛИРА-САПР, а затем, сохранив проект в виде текстового файла, перенести его в SCAD. В этом случае жесткости и нагрузки передадутся в SCAD корректно.

 

Третий способ, связанный с Advance Steel, был уже описан выше.

 

 

 

Рис. 20. Пример передачи модели из Revit Structure 2012 в SCAD Office11.5.

 

 

Интеграция Autodesk Revit с Bentley STAAD.Pro.

Результатом многолетней совместной работы компаний Autodeskи BentleySystemsстало появление в Revit 2013 возможности экспорта модели в формат DGN, который затем загружается в программы Bentley, причем отзывы пользователей о такой связке довольно хорошие.

 

Но для более эффективной работы с информационной моделью здания в рамках технологии BIMпри переходе с одной платформы на другую фирма StructuralIntegrators разработала плагин SIXchangefor Revit. Он устанавливается на Revit Structure и позволяет напрямую экспортировать модель в STAAD.Pro для проведения расчетов и дополнительной доработки (это делает версия SIXchangefor Revit Lite, доступная бесплатно). Программа позволяет устанавливать параметры передачи данных, детально настраивать сеанс передачи, ведет подробный журнал, отслеживает ход передачи и сообщает об ошибках.

 

 

 

Рис. 21. Передача модели из Revit Structure2013 в STAAD.ProV8i.

 

 

Измененную модель можно затем вернуть в RevitStructure(если у вас уже коммерческая версия программы SIXchangefor Revit Pro), причем процесс передачи данных очень похож на переход Robot– Revit.  Первый вариант плагина SIXchangeпоявился еще для Revit Structure 2010.

 

Для SIXchangefor Revit Pro возможна и обратная последовательность действий: модель из STAAD.Proэкспортируется в RevitStructure, а после выполнения расчетов и внесения изменений возвращается в STAAD.Pro.

 

Такой переход позволяет решать давнюю проблему: часто в своей работе проектировщики-конструкторы сталкиваются с тем, что 3D-схема собирается только в расчетной МКЭ-программе по 2D чертежам.  Программа же SIXchangefor Revit Pro при таком переходе позволяет по конечно-элементной модели "возродить" в BIM-программе общую модель конструктивной части здания.

 

Интересно отметить, что фирма StructuralIntegrators имеет двойной статус разработчика: Authorized Developer компании Autodesk и Technology Partner компании Bentley Systems.

 

 

 

Рис. 22. Уже сегодня Autodesk и Bentle yдостигли весьма высокого уровня интероперабельности для своих BIM-программ.

 

Часть 3.  Общие расчеты

 

Вычисления в Autodesk Simulation.

У проектировщиков часто возникают вопросы, связанные с обтеканием здания воздушным потоком на разных уровнях, комфортностью пешеходной зоны, покрытием прилегающей к зданию территории снегом, шумовыми воздействиями, организацией воздухообмена внутри здания и т.п. Для решения подобных задач модель здания (вернее, требуемую геометрию) из Revit экспортируется двумя способамив весьма мощную расчетную программу Autodesk Simulation CFD, где и могут быть проведены все необходимые исследования и вычисления. Первым способ – передача данных в формате STEP. 

 

 

 

Рис. 23. Кирилл Пищинский. Фрагменты моделирования воздушных потоков и теплообмена в здании в Autodesk Simulation.

 

 

Второй способ передачи данных реализован разработчиками Autodesk Revitи Autodesk Simulation CFD на уровне API надстройки. Пользователю необходимо лишь произвести настройку и некоторые манипуляции с файлами надстройки на Revit. Эта надстройка поставляется как есть в виде файлов с расширением DLL и позволяет экспортировать модель из  Revit в Simulation CFD без потери данных, а также обновлять данные по геометрии конструкции после расчета в Simulation CFD.

 

 

 

Рис. 24. Пример передачи модели здания из Revit в Simulation: расчет элементов здания и последующее обновление элементов в Revit.

 

Вычисления в ANSYS.

Аналогичные и более сложные вычисления можно проводить в расчетной программе ANSYS, которая считает вообще все. При этом геометрию здания удобнее всего передавать из Revit в ANSYS в формате DWG.

 

 

Рис. 25. Светлана Вальгер. Моделирование ветрового воздействия на здание высотой 40 метров с учетом атмосферного пограничного слоя: показаны поля давления и завихренности в расчетной области. Работа выполнена в ANSYSFluent14.0. НГАСУ (Сибстрин), 2012.

 

 

Создание сметной документации.

Данные модели из Revit Architecture можно с помощью специального плагина напрямую передавать в программу «Госстройсмета» - комплекс расчета строительных смет. Приятно осознавать, что это - одна из первых российских BIM-программ, причем в одной из самых «рутинных» областей проектирования – сметной деятельности.

 

В случае дальнейших изменение модели данные из Revitвновь передаются в уже составленную смету и приводят к ее корректировке. Таким образом, первоначально создав смету и ее связь с BIM-моделью в Revit, вы можете без особых усилий корректировать модель и соответствующую ей смету хоть по несколько раз в день.

 

 

 

 

Рис. 26. Выход в «Госстройсмету» через интерфейс Revit  Architecture и диалоговые  окна передачи и обновления данных.