Автоматизированные системы проектирования объектов строительства решают задачи топологии объектов

Общая характеристика современных систем автоматизированного проектирования

Система автоматизированного проектирования (также система автоматизации проектных работ, САПР) — сложная организационно-техническая система, реализующая информационную модель объекта и определенную технологию проектирования, предназначенная для автоматизации процесса проектирования и состоящая из персонала, комплекса технических, программных и других средств автоматизации его деятельности.

Компьютерные программы САПР (Autodesk Revit, Autodesk Navisworks, Digital Project, Bently Architecture, Allplan, ArchiCAD и др.) — это инструменты реализации информационной модели объекта, которые постоянно развиваются и совершенствуются. Именно они определяют современный уровень развития информационного моделирования объектов, без них технология BIM лишена какого-либо смысла.

Рассмотрим наиболее распространенные системы автоматизированного проектирования объектов капитального строительства.

• 1 .Autodesk Revit — платформа для информационного моделирования зданий, разрабатываемая известной компанией Autodesk. Приложения Autodesk Revit дают возможность организовать совместную работу над проектом, начиная от концепции проекта и заканчивая выпуском рабочих чертежей и заказных спецификаций оборудования, изделий и материалов. В семейство Autodesk Revit входят комплекс Revit Architecture, обеспечивающий автоматизацию проектирования и подготовки исполнительной документации, Revit Structure — интегрированная система проектирования металлоконструкций и Revit МЕР — решение для проектирования систем ИТО зданий. Система Revit была создана компанией Revit Technology Corporation, которая интегрировалась в Autodesk в 2002 г.
• 2. Программные решения системы Autodesk Navisworks, которые позволяют повысить эффективность совместной работы проектировщиков и строителей, давая участникам проекта возможность обмениваться детализированными ЗБ-моделями и обеспечивая совместное использование проектных данных, подготовленных в продуктах семейств Autodesk Revit и AutoCAD, независимо от формата. Семейство Autodesk Navisworks создано на основе программных продуктов компании NavisWorks, которая была поглощена корпорацией Autodesk в 2007 г.
• 3. Digital Project представляет собой набор мощных средств 3D информационного моделирования зданий и управления данными на основе CATIA (Computer Aided Three-dimensional Interactive Application) — одной из самых распространенных САПР высокого уровня компании Dassault Systemes. Это комплексная система автоматизированного проектирования (CAD), технологической подготовки производства (САМ) и инженерного анализа (САЕ), включающая мощный инструментарий трехмерного моделирования, подсистемы программной имитации сложных технологических процессов, развитые средства инженерного анализа и единую базу данных текстовой и графической информации.

Автоматизированное проектирование (проектирование с помощью компьютера, Computer-Aided Design, CAD) — термин, используемый для обозначения широкого перечня компьютерных инструментов, которые помогают инженерам-проектировщикам, архитекторам и другим специалистам создавать, изменять, анализировать и оптимизировать концептуальные, инженерные, архитектурные и строительные проекты. В основе CADсистем лежат технологии геометрического моделирования и параметрического проектирования.

Л05 Стадии проектирования систем управления

Онлайн-курс «Системы автоматизированного проектирования объектов нефтегазовой отрасли»

4. Bentley Architecture обеспечивает все этапы архитектурно-строительного проектирования объекта — от концептуального проекта до создания проектной документации, используя интуитивно понятный пользовательский интерфейс, расширенные библиотеки конструктивных элементов зданий и сооружений, а также мощные инструменты моделирования, проектирования и составления отчетов. Объединив проектирование, визуализацию, генерацию чертежей и составление отчетов, Bentley Architecture стал частью BIM — способом объединения приложений, решающих задачи проектирования, инженерных расчетов и управления для полного обеспечения жизненного цикла объекта.

Система автоматизированного проектирования Bentley Architecture специально создана для обеспечения работы как локальных, так и территориально-распределенных групп в единой информационной среде, позволяющей архитекторам, инженерам-проектировщикам и заказчикам работать над одним проектом. Она позволяет автоматически координировать процессы архитектурного проектирования и создания проектной документации на всех этапах разработки проекта и управлять элементами и характеристиками зданий, необходимыми для проектирования, выпуска чертежей, проектного анализа и других процессов.

5. Allplan — очень мощная система архитектурно-строительного проектирования, обеспечивающая современный интегрированный подход к проектированию жилых, общественных и промышленных зданий. Пакет формируется в различных конфигурациях — для архитектурного дизайна, строительного конструирования, проектирования инженерных систем, ландшафтного дизайна, интерьера и других объектов. Разработчик — компания Nemetschek AG.

В настоящее время Allplan распространяется в следующих версиях:

• • Allplan Architecture — универсальный пакет для архитектурно-строительного проектирования;
• • Allplan Engineering — пакет для проектирования металлоконструкций и инженерных систем зданий;
• • Allplan Cost Management — пакет для оценки объема и стоимости материалов;
• • Allplan Facility Management поддерживает работы по эксплуатации зданий, управлению площадями, энергетикой, а также контролю затрат и управлению запасами.
• 6. ArchiCAD — система класса АЕС CAD, разработанная и поддерживаемая с 1982 г. компанией Graphisoft, которая входит в группу компаний Nemetschek с 2007 г. Одно из самых популярных средств архитектурного проектирования, основанное на технологии так называемого Виртуального здания и охватывающее полный жизненный цикл здания. В настоящее время более 100 тыс. архитекторов пользуются этим продуктом. Система доступна для платформ Windows и Mac OS X. Поддерживает импорт и экспорт файлов в форматах DWG, DXF, SKP. Отличается тем, что оформление строительных и архитектурных чертежей, а также других проектных документов осуществляется в соответствии с межгосударственным стандартом СПДС;
• • АЕС CAD (Architectureу Engineering and Construction Computer-Aided Design или архитектурно-строительное проектирование с помощью компьютера) — система, используемая для проектирования зданий, промышленных объектов, дорог, мостов и некоторых других объектов. Находит применение в интеграции цифрового производства и управления производственными процессами (МРМ), которое является важной частью концепции управления жизненным циклом изделия (PLM);
• • ArchiCAD включает революционные решения, направленные на открытое взаимодействие со всеми передовыми приложениями архитектурно- строительного проектирования. Сервер, использующий технологию Delta Server, значительно снижающую размеры передаваемых по сети данных, позволяет всем участникам проекта осуществлять совместную работу в масштабе реального времени. Безопасные технологии резервного копирования гарантируют сохранность проектных данных в различных ситуациях. Функция пакета перемещения ТМ позволяет организовать работу над проектом Teamwork из любой точки мира. Поддержка множества международных стандартов IFC обеспечивает возможность глобального использования IFC- файлов, созданных в ArchiCAD. Поддержка обмена данными в формате DXF/DWG позволяет организовать полноценное взаимодействие со смежниками, использующими эти форматы. Сочетание всех этих возможностей делает ArchiCAD эффективным инструментом управления проектами.

Встроенная в ArchiCAD функция управления изменениями постоянно отслеживает и документирует изменения модели проектируемого здания, что устраняет возможность возникновения вопросов, связанных с какими- либо изменениями проекта.

Источник

Системы автоматизированного проектирования объектов строительства

CAD, CAE, CAM системы предназначены для комплексной автоматизации проектирования, конструирования и изготовления продукции. В них фактически объединены три системы разного назначения, разработанные на единой базе, аббревиатуры которых расшифровываются следующим образом:

CAD — Computer Aided Design — компьютерная поддержка конструирования;

САЕ — Computer Aided Engineering — компьютерная поддержка инженерного анализа;

САМ — Computer Aided Manufacturing — компьютерная поддержка изготовления;

Этап конструирования (CAD, САЕ) предполагает объемное и плоское геометрическое моделирование, инженерный анализ на расчётных моделях высокого уровня, оценку проектных решений, получение чертежей.

Этап технологической подготовки производства (АСТПП) — на Западе называют САРР (Computer Automated Process Planing) — предполагает разработку технологических процессов, технологической оснастки, управляющих программ (УП) для оборудования с ЧПУ. Сюда входит задача САПР ТП — разработка технологической документации (маршрутной, операционной), доводимой до рабочих мест и регламентирующей процесс изготовления детали. Конкретное описание обработки на оборудовании с ЧПУ в виде управляющих программ вводится в систему автоматизированного управления производственным оборудованием (АСУПР), которую на Западе называют САМ.

САЕ системы, используемые для анализа и оценки функциональных свойств проектируемых узлов и деталей, охватывают широкий круг задач моделирования упругонапряженного, деформированного, теплового состояния, колебаний конструкции, стационарного и нестационарного газодинамического и теплового моделирования с учетом вязкости, турбулентных явлений, пограничного слоя и т.п. Наиболее распространены САЕ-системы, использующие решение систем дифференциальных уравнений в частных производных методом конечных элементов (МКЭ). Они делятся на универсальные системы анализа с использованием МКЭ и специализированные.

В зависимости от функциональных возможностей, набора модулей и структурной организации CAD, CAE, CAM системы можно условно разделить на три группы: легкие, средние и тяжелые системы.

Легкие системы. Это первый в сложившемся историческом развитии класс систем. К этой категории можно отнести такие системы, как AutoCAD, CAD-KEY, Personal Designer, ADEM, КОМПАС. Они, как правило, используются на персональных компьютерах отдельными пользователями. Такие системы предназначены в основном для качественного выполнения чертежей.

Также они могут использоваться для двухмерного (2D) моделирования и трёхмерных построений. Эти системы достигли в последнее время высокого уровня совершенства. Они просты в использовании, содержат множество библиотек стандартных элементов, поддерживают различные стандарты оформления графической документации.

Системы среднего класса. Сравнительно недавно появившийся класс относительно недорогих трёхмерных CAD систем. К нему относятся системы AMD, Solid Edge, Solid Works и т.д. Их появление связано с увеличением мощности персональных компьютеров и развитием операционной системы.

С их помощью можно решать до 80% типичных машиностроительных задач, не привлекая мощные и дорогие CAD,CAM системы тяжёлого класса. Большинство систем среднего класса основываются на трёхмерном твёрдотельном моделировании. Они позволяют проектировать большинство деталей, сборочные единицы среднего уровня сложности, выполнять совместную работу группам конструкторов. В этих системах возможно производить анализ пересечений и зазоров в сборках

Системы тяжёлого класса. Такие системы предоставляют полный набор интегрированных средств проектирования, производства, анализа изделий. В эту категорию систем попадают CATIA, Unigraphics, Pro/ENGENEER, CADDS5, EUCLID, Cimatron, Ansys, LS-Dyna, Adams, Nastran, ABAQUS. Они используют мощные аппаратные средства, как правило, рабочие станции с операционной системой UNIX. Системы тяжёлого класса позволяют решать широкий спектр конструкторско-технологических задач. Кроме функций, доступных системам среднего класса, тяжёлым CAD,CAM системам доступно:

-проектирование деталей самого сложного типа, содержащих очень сложные поверхности;

-выполнение построения поверхностей по результатам обмера реальной детали, выполнения сглаживания поверхностей и сложных сопряжении;

-проектирование массивных сборок, требующих тщательной компоновки и содержащих элементы инфраструктуры (кабельные жгуты, трубопроводы);

-работа со сложными сборками в режиме вариантного анализа для быстрого просмотра и оценки качества компоновки изделия.

Отдельно можно выделить PDM системы. PDM — Product Data Management — системы управления проектными и инженерными данными. CAD, CAE, CAM системы и системы класса PDM позволяют организовать параллельное проектирование — коллективный режим работы над проектом, когда одновременно большое количество специалистов работает над различными частями и стадиями проекта изделия как в рамках ОКБ, так и в рамках виртуальной корпорации (с распределёнными смежниками). Все это дает новое качество — проектирование и изготовление превращается в виртуальную технологию изготовления компьютерного макета изделия.

Источник

Проектирование топологии объектов

Автоматизированные системы проектирования объектов строительства (АСПОС) в общем случае решают задачи топологии объектов:

— для региона – в виде зональных схем размещения объектов с указанием транспортных коммуникаций;

— для города – в виде генплана;

— для зданий – в виде объемно-планировочных решений этих зданий (ОПР).

Место этих задач в АСПОС показано на рис. 3.1.

Рисунок 3.1 – Схема АСПОС

Решение задач топологии проектирования объектов сводится к человеко-машинной процедуре (рис. 3.2).

Рисунок 3.2 – Человеко-машинная процедура проектирования топологии объектов

Разработка вариантов компоновки, архитектуры объектов включает большой объем работ творческого характера, осуществляется без четкого описания исходных данных (часто в условиях неопределенности), зависит от ситуации, опыта и личностных качеств проектировщика. Такая деятельность практически не поддается формализации, и ее проще выполнять человеку, чем поручать ЭВМ.

То же можно сказать о выборе критериев для оценки вариантов и тем более – о принятии решения. Достаточно просто поручить машине хранение информации о построенных или проектировавшихся ранее объектах, произвести оценку вариантов по заданным критериям и оформить графически проектное решение. Для оценки вариантов генплана пользователь должен ввести в ЭВМ четыре группы исходных данных. Это информация о местности, размещаемых объектах, разрывах между объектами и коммуникациях.

Информация о местности представляет собой цифровую модель местности (ЦММ) – план местности с цифровыми или символьными кодами о ситуации в отдельных ее зонах, участках. ЦММ может быть модульная (блочная) с разбивкой плана наложением сетки и полигонная, на которой участки местности показываются в виде полигонов (зон).

Модульная ЦММ удобнее в математическом описании информации, но требует довольно частую сетку для сложной ситуации на местности. На полигонной ЦММ значительно удобнее описывать линейные объекты (коммуникации), поскольку для этого достаточно задать уравнения прямых участков, проходящие через определенные точки.

В настоящее время разработаны геодезические приборы, имеющие встроенные ЭВМ и позволяющие получить ЦММ в процессе геодезической съемки местности.

Информация о размещаемых объектах представляется с помощью реляционной модели базы данных в виде таблицы с описанием наименования объектов, их назначения и основных технико-экономических показателей. Информация по отдельному объекту в цифровых кодах представляет собой цифровую модель объекта (ЦМО).

Информация о разрывах содержит требования к расположению объектов с учетом технологии работ, экологические, противопожарные и требования социального характера.

Информация о коммуникациях включает в себя описание сети автомобильных и железных дорог, станций примыкания, водных и воздушных путей сообщения, линий электропередач, трансформаторных подстанций.

В качестве примеров рассмотрим задачи проектирования вертикальной планировки участка строительства, размещения объектов на генплане и разработки объемно-планировочного решения здания.

Рисунок 3.3 – ДЦ для проектирования водоотвода

1. Вертикальная планировка участка, водоотвод

Вертикальная планировка местности осуществляется для обеспечения нормального водоотвода с участка путем создания необходимых уклонов поверхности или устройства дренажной системы открытого типа (канав) или закрытого типа (дренажные трубы). На рис. 3.3 показано ДЦ для проектирования водоотвода.

Вертикальная планировка с созданием уклонов поверхности осуществляется по сетке квадратов 40 40 м или 10 10 м или же исправлением горизонталей. При проектировании по квадратам в узлах указываются черные, красные и рабочие отметки. Красная (проектная) поверхность должна обеспечить нормальный водоотвод, при этом объем земляных работ должен быть минимальным и с минимальным перемещением грунта.

Рисунок 3.4 – Продольный профиль дороги

При проектировании дорог вертикальную планировку удобно производить по продольным и поперечным профилям с черными, красными и рабочими отметками (рис. 3.4).

Дренажные системы открытого типа представляют собой систему канав, обычно без крепления откосов, расположенных в плане таким образом, чтобы общий уклон по дну канав и их сечения обеспечивали водоотвод.

Дренажные системы закрытого типа – это те же канавы (траншеи), заполненные фильтрующей засыпкой из щебня или гравия. Для улучшения водоотвода по дну траншей могут укладываться трубы – деревянные, асбоцементные, керамические или железобетонные (при больших диаметрах). Дренажные трубы отводят воду к коллекторам – заглубленным трубам с большим диаметром. По длине коллектора устраиваются ливнеприемные и смотровые колодцы (рис. 3.5).

Рисунок 3.5 – Дренажная система водоотвода

Смотровые колодцы служат для периодического осмотра и очистки коллектора. Ливнеприемные колодцы закрыты сверху решеткой, обеспечивающей прием поверхностных вод, предусмотренных вертикальной планировкой участка.

В системе водоотвода часто возникает потребность отвести воду под дорожным полотном на другую сторону дороги. В этих случаях устраиваются перепуски воды из железобетонных труб диаметром 0,5…0,8 м.

Торцевые части перепуска укрепляют железобетонными оголовками (рис. 3.6).

Рисунок 3.6 – Перепуски под дорожным полотном

Лучшее проектное решение для водоотвода найдется после анализа ДЦ (см. рис. 3.3) с оценкой глобального оптимума по заданному критерию.

Минимальным по стоимости и трудоемкости является устройство водоотвода в виде системы открытых канав с перепусками под дорогами. Обычно такое решение применяется в качестве временного для осушения участка.

Максимальным по стоимости, но и наилучшим для эксплуатации является решение с насыпью 0,5 м из щебня (гравия) с песком после удаления растительного грунта с устройством дренажной системы закрытого типа. Такое упрощенное решение в местах интенсивных нагрузок от транспорта может иметь дорожную одежду из асфальто- или цементобетона.

3.2 Размещение объектов на генплане

Для разработки и оценки вариантов городской застройки применяется «Координатный метод» и метод с использованием «транспортной задачи».

Наиболее простым является «Координатный метод». Вариант с планировкой города покрывается прямоугольной координатной сеткой и далее, с помощью ЭВМ, подсчитываются критерии – число жителей в микрорайонах, объем перевозок пассажиров в пункты обслуживания, протяженность коммуникаций и т. д. Подсчет производится с использованием координат объектов застройки.

Несколько сложнее метод с использованием «транспортной задачи» линейного программирования. Пусть:

n – число жилых домов (объектов или пунктов обслуживания);

A – население района;

ai – население дома (i 1, 2, . n);

B – численность населения, обслуживаемого культурно-бытовыми учреждениями;

bj – численность населения, обслуживаемого в пункте j ( j 1, 2, . m);

Cij – затраты материальных ресурсов на перемещение одного человека к пункту обслуживания;

xij – число человек, перемещающихся из пункта i в пункт j .

На рис. 3.7 показана схема компоновки района при n = 3 и m = 2. Область допустимых значений исходных параметров xij определяется уравнениями:

Рисунок 3.7 – Пример компоновки объектов

Критерием оценки вариантов компоновки является целевая функция для минимума затрат ресурсов:

Решение задачи может быть получено с использованием программы, реализующей симплекс-метод. Определив значения неизвестных Xij , получаем ответ на вопрос, где и в каком количестве должно проживать население города, где должны размещаться пункты обслуживания, чтобы затраты ресурсов на перемещение людей были минимальными.

Рисунок 3.8 – Размещение котельных

Аналогичным образом решается транспортная задача при размещении районных котельных на генплане городской застройки. Далее приведен пример решения такой задачи с использованием метода минимальной стоимости, заимствованный из работы. Схема расположения котельных и потребителей тепла показана на рис. 3.8.

Расстояния от потребителей тепла до котельных:

Потребности потребителей тепла:

а1 = 4 Гкал/ч; а2 = 3 Гкал/ч; а3 = 6 Гкал/ч; а4 = 2 Гкал/ч; а5 = 5 Гкал/ч.

Требуется определить мощности котельных B1 и B2 при указанном расположении потребителей тепла, обеспечить их теплом с минимальными потерями. Обозначим Xij количество тепла, поставляемое из котельной Bi к потребителю a j (i=1,2; j=1-5). Решение получаем в табличной форме (табл. 3.1).

Под таблицей приведены потребности в тепле всех потребителей.

В ячейках таблицы вначале записываются неизвестные Xij, подлежащие определению, а под ними указывается расстояние lij. Полагая, что потери тепла пропорциональны этому расстоянию, заполнение таблицы значениями Xij производится следующим образом.

В первом столбце тепло к потребителю a можно подать от котельной B1 на расстояние 1,5 км и от котельной B2 на расстояние 4 км. Поставляя тепло на меньшее расстояние, принимаем X11=4 Гкал/ч и X21=0. Стоимость отопления будет при этом меньше за счет уменьшения потерь тепла. Отсюда название метода (наименьшей стоимости).

Таким же образом заполняем остальные столбцы таблицы. После этого определяем мощности котельных, Гкал/ч:

Полученное решение проверим подсчетом целевой функции:

Для решения, приведенного в таблице, значение целевой функции Zо=32,5 Гкал км/ч.

Если все потребители получают тепло от первой котельной, целевая функция Z1=51,5 Гкал км/ч больше Zо на 70 %.

При отоплении всех потребителей от второй котельной Z2=44 Гкал км/ч больше на 30 %.

Таким образом, меняя расположение котельных на генплане городской застройки, можно добиться минимальной стоимости транспортировки тепла к его потребителям. Заметим, что всю вычислительную работу по обоснованию расположения котельных удобно выполнять с использованием электронных таблиц Excel.

4 Занятие № 4. Проектирование объемно-планировочного решения зданий

4.1 Объемно-планировочное решение зданий

В данной работе рассматривается объемно-планировочное решение (ОПР) для промышленного здания из сборных железобетонных элементов. Исходными данными являются площадь здания и нагрузки на покрытие и на междуэтажное перекрытие (для многоэтажных зданий). По площади здания формируется план здания с сеткой колонн с шагом 6 или 12 м и типовыми пролетами несущих конструкций – 6, 9, 12, 18 и 24 м.

Для выбора лучшего варианта ОПР используется автоматизированная информационно-поисковая система (АИПС), в которой для принятого плана здания определяется потребность всех элементов каркаса из числа предлагаемых в базе данных типовых элементов с последующим автоматическим определением общей потребности железобетона на устройство каркаса здания.

На рис. 4.1 приведен план одноэтажного здания с площадью A=1584 м2 с нагрузкой на покрытие q=7 кН/м2. В табл. 4.1 приведены данные подсчета потребности железобетона. Расход железобетона на устройство одного элемента заимствован из работы.

Разделив общий расход железобетона на площадь здания, получим приведенную толщину железобетона на 1 м2 его площади, по которой можно определить лучший вариант объемно-планировочного решения с минимальным расходом железобетона.

Рисунок 4.1 – План одноэтажного здания

Таблица 4.1 – Подсчет потребности в железобетоне

Примечание. Строки 2 и 4 пропущены, поскольку здание одноэтажное. Для зданий с несколькими этажами в этих строках содержатся данные здания для этажей ниже верхнего. Общий объем железобетона для здания составил 330,13 м3, приведенный к единице площади расход железобетона:

В МГСУ разработана программа ВАРТ, с помощью которой делается оценка вариантов ОПР по следующим критериям:

— коэффициенты компоновки здания:

где Aр.п – площадь рабочих помещений;

Aо – общая площадь здания;

Vзд – объем здания;

Aпов – площадь поверхности здания;

— затраты на строительство здания;

— затраты на эксплуатацию здания;

— расход основных строительных материалов;

— трудоемкость возведения здания;

— интенсивность «людских потоков»:

где i = 1, . n – количество помещений в здании;

j = 1, . m – число связей между помещениями; Kij – количество человек в людских потоках;

Zij – расстояние между помещениями.

Лучший вариант ОПР находится либо методом ранжирования критериев, либо методом комплексного критерия с весовыми коэффициентами, заданными для каждого критерия экспертным путем.

Источник