Et BIM-workflow for optimering af konstruktioner
Jo mere man benytter BIM-projektet og især 3D-modellen, jo mere værdi får man ud af at benytte BIM. Et oplagt sted at benytte arkitektens modellering er ved optimering af konstruktioner i kombination med ingeniørens simulering af kræfter og spændinger. Vi har testet workflowet ved brug af OpenBIM til at udveksle BIM på tværs af fagdiscipliner og softwareplatforme.
VELUX Project Development Guide
Aktuelt arbejder vi sammen med VELUX på en Project Development Guide, der gennemgår, hvordan rådgivere bedst muligt designer et mindre byggeprojekt med moderne digitale værktøjer. Formålet med projektet – hvis indsigter vi glæder os til dele med jer i den kommende tid – er at udvikle en hands-on guide som demonstrerer det optimale BIM-baserede projekt-workflow for BIM-baseret bygningsdesign. Projektet beskriver bl.a. skitsering, visualisering, detaljering, modellering af konstruktioner og installationer, optimering af konstruktions-dimensioner og kollisionskontrol. Udover selve designprocessen gennemgår vi også, hvordan rådgivere lettest muligt kan lave LCA-bregninger, dagslys- og indeklimasimuleringer for at opnå den bedste building performance, samt mulighederne for at sammenarbejde og formidle byggeprojektet. Læs mere om VELUX Project Development Guide hér »
Som del af arbejdet med VELUX Project Development Guide har vi arbejdet sammen med ingeniør Ákos Rechtorisz, som er civilingeniør og BIM-specialist hos Strusoft, der står bag programmet FEM-Design, som vil blive benyttet til simulering og beregning af konstruktioner herunder.
Arkitektens model
I vores eksempel arbejder arkitekten i Archicad, og har modelleret en ret detaljeret model af bygningen, med bærende trækonstruktion, samt stålbjælker i dækket i forbindelse med en udkragning.
Det er vigtigt at markere de bærende bygningsdele som ”Load-Bearing Elements” under Structral Function i fanen ”ID and Categories” i elementernes instillinger.
Når man modellerer i Archicad, vil programmet automatik selv modellere en analytisk konstruktionsmodel uden man behøver at lægge mærke til det. Den analytiske model repræsenterer de bærende bygningsdele som linjer for søjler og bjælker, samt flader for de vægge og dæk, som har en konstruktiv funktion. Det er den analytiske model, som konstruktionsingeniøren skal bruge til sine beregninger.
Det er vigtigt at forstå, at kvaliteten af den analytiske model afhænger direkte af kvaliteten af BIM-modellen. Jo mere konsekvent og struktureret modellen er opbygget, desto bedre bliver grundlaget for den videre konstruktionsanalyse. I praksis betyder det blandt andet:
Korrekt klassificering af elementer
Konsistente materialedefinitioner
Entydige konstruktionssystemer
Rigtig brug af BIM-objekter
Gennemtænkte etage- og referenceplaner
Archicad giver her en stor fordel, fordi arkitektmodellen kan indeholde både høj geometrisk kvalitet og strukturerede BIM-data.
Selv om den analytiske model genereres automatisk, er det ikke altid, at bærelinjerne lykkes med at sammenkobles. Derfor kan det være en god idé at gennemgå alle samlinger, som vises med en grøn kube, hvis de er forbundet korrekt.
Det er også muligt at placere understøtninger, hvor konstruktionerne f.eks. rammer fundament. Understøtningerne vises med en orange pyramide.
Til sidst placeres laster – altså den vægt som konstruktionerne skal kunne bære. De kan automatisk generes fra de rum, der er placeret i bygningens, eller som i dette eksempel på altanen. Laster vises som en blå pyramide.
Når arkitektmodellens indlejrede analytiske model er på plads, skal den eksporteres fra Archicad som SAF-fil, hvilket er en international standard fra buidlingSMART, der bl.a. også står bag udvekslings-standarderne IFC, BCF og IDS.
Under eksporten benyttes en SAF Translator, hvor Archicads materialer og søjler/bjælkers tværsnitsprofiler mappes til at repræsentere lokale konstruktions-standarder, som f.eks. EuroCode.
SAF står for Structural Analysis Format. Det er en nyere åben standard udviklet specifikt til udveksling af analytiske konstruktionsmodeller mellem BIM-software og FEM-analyseværktøjer. Hvor IFC ofte fokuserer på den geometriske BIM-model, er SAF målrettet den analytiske model. Det betyder blandt andet bedre håndtering af:
Lastforhold
Analytiske akser
Konstruktive forbindelser
Tværsnit
Materialedata
Beregningsrelevante egenskaber
Ingeniørens beregninger
For at kunne simulere de spændinger, som konstruktionen bliver udsat for, importeres den analytiske konstruktionsmodel i programmet FEM-Design, som er udviklet af Strusoft.
Ved importen vælges igen de lokaler konstruktions-standarder, og her er FEM-Design lidt mere præcis og tilbyder en dansk tilpasning af EuroCode, hvilket er nok til at den analytiske model både fremgår med bærelinjer og -flader, men samtidig har de korrekte materialer og geometri baseret på SAF-filens informationer, som sågar fremgår som labels på hvert element.
Hvis man ønsker at se den analytiske konstruktionsmodel sammen med resten af bygningen, kan man også importere en IFC-fil af projektet, så ingeniøren har mest mulig viden tilgængelig for sine beregninger.
Simulering af udbøjninger
Uden at gøre mere kan FEM-Desing nu beregne udbøjningerne i konstruktionerne, som visualiseres som en video i 3D, hvor hele model bøjes i takt med der skrues op for lasterne.
Ud fra en liste med de maksimale tværsnitsprofiler, som arkitekten kan acceptere i forhold til bygningens udtryk, finder FEM-Design selv de profiler med den mindste mængde materiale, som kan bære den nødvendige last. Det vil sige, at konstruktionerne ikke bare optimeres til at benytte mindst muligt materiale, men også genere den mindst mulige klimapåvirkning og udgift for bygherre.
For at dokumentere de optimerede konstruktioner, loades en dansk template i FEM-Design, og med et enkelt klip udfyldes tegningsdokumentation, beregninger og styklister på A4-ark, som er lige til at printe eller sende som PDF. Men for at gøre arbejdet med at tilrette arkitektmodellen lettest muligt, eksporteres den optimerede model igen som SAF-fil, der kan importeres i Archicad.
Opdatering af arkitektens model
Inden importen kan man i Archicad benytte funktionen ”Compare Models” til at vise hvilke dele af projektet som er ændret i forhold til ens nuværende projekt-fil. Ændringerne vises med rødt for de ændrede elementer og blåt for de bygningsdele som ikke er berørt. I den analytiske konstruktionsmodel ses de gamle tværsnitsprofiler med blå og de nye optimerede tværsnit med rød. I dette eksempel er de fleste profiler blevet mindre, mens nogle få er blevet større. I alt er der 9 elementer ændret i projektet.
Nu kan hver ændring oprettes som et ”Issue” – altså en fejl – som tildeles den medarbejder, der skal udbedre den med en tekst, som f.eks. ” Please accept the profile suggested by analysis.” Næste gang medarbejderen åbner projektet, vil disse opgaver stå på vedkommenes ”To do”-liste i Archicad.
At have styr på sine processor sparer tid og minimerer risiko for fejl
Dette workflow for samarbejdet mellem arkitekt og ingeniør er yderst effektivt, da man udveksler så meget information på en intelligent måde, at en stor del af arbejdet kan automatiseres. Man undgår derved, behovet for at genindtaste eller genmodellere data fra den anden part både ved overlevering fra arkitekt til ingeniør, og når det optimerede projekt leveres tilbage igen. Det sikrer også imod fejl, som ville (!) ske, når data skulle manuelt overføres til et andet program. Effektivitet og færre fejl medfører mindre omkostninger for rådgiverne og et bedre projekt for bygherre.
Den optimerede model i Archicad, vist med grøn for de profiler, som er blevet mindre og rød for de profiler, som er blevet større.
En anden mulighed ses desværre ofte: at hvis ikke arkitekten og ingeniørens workflow fungerer nemt og effektivt, så data let udveksles mellem de forskellige software-platforme som tillader automatisering, vil det kræve så meget arbejde, at ingeniøren vælger at basere sine beregninger på generaliseringer, så bygningen ikke bliver optimeret i forhold til at minimere konstruktionerne. Det medfører mere byggemateriale, hvilket er dyrere og generere et større CO2-aftryk. Samtidig er rådgiver-honoraret det samme, da man ikke får gevinsten af automatiseringerne.
Har man ikke styr på sine processer, skaber det risiko for:
Dobbeltarbejde
Versionsproblemer
Manglende koordinering
Forkerte dimensioner i projektmaterialet
Uoverensstemmelser mellem analyser og BIM-model
Det interessante er, at workflowet ikke kun handler om softwareintegration. Det handler i virkeligheden om at skabe et mere sammenhængende samarbejde mellem fagdiscipliner.
Når modeller, analyser og ændringer kan flyde struktureret mellem platforme, bliver BIM-modellen et aktivt beslutningsværktøj – ikke bare en 3D-tegning.
Webinar om konstruktions- og installationsingeniørens BIM-proces
Som del af VELUX Project Development Guide har vi lavet et webinar, hvor vi gennemgår det ovenstående workflow, og samtidig også bringer installationsingeniørens BIM-proces med i samtalen. Se optagelsen af webinaret her:
