Większość współczesnych inwestycji jest niewątpliwie wyzwaniem dla projektanta strukturalnego. Musi on pogodzić bezbłędność i dokładność dokumentacji z ograniczeniami czasu, jak również uwzględnić np. elementy projektów z innych branż czy harmonogram montażu. Z pomocą przychodzą rozwiązania BIM.
Rys. 1. Przewaga rozwiązań 3D dla skomplikowanych struktur na przykładzie modelu Tekla Structures – pawilon niemiecki na Expo 2010
Rys. Construsoft
Modelowanie Informacji o Budynku (BIM – Building Information Modeling) jest najwyższym poziomem kontroli projektowania i produkcji. Oprogramowanie Tekla Structures jest przykładem samodzielnego systemu BIM, przeznaczonego do zintegrowanego modelowania i zarządzania, od projektu koncepcyjnego do powstania konstrukcji. Tekla Structures jest przeznaczona nie tylko dla konstrukcji stalowych, posiada również najefektywniejsze na rynku, kompletne rozwiązania dla struktur betonowych montowanych z prefabrykatów i elementów zbrojonych na budowie.
Tekla Structures to wiele narzędzi w jednym produkcie, za pomocą których użytkownik może w intuicyjny sposób projektować i detalować struktury różnego rodzaju, i przeznaczenia. Potwierdzeniem tych atutów może być wykorzystanie Tekla Structures przy realizacji dwunastu pawilonów na targach World Expo, które odbyło się w Szanghaju w 2010 roku. Projekty pawilonów różnych krajów z całego świata, m.in. Szwecji, Chin, Włoch, Holandii, charakteryzowały się dużą różnorodnością i złożonością konstrukcji. Każda z konstrukcji odnosiła się w pewien sposób do ekologii starając się przy tym zachować unikalny wygląd. Takie założenia spełniano poprzez wykorzystanie innowacyjnych rozwiązań konstrukcyjnych (rys. 1) oraz nowoczesnych materiałów jak np. tekstylnej, pokrytej srebrem membrany. Na szczególną uwagę zasługuje pawilon fiński znany pod nazwą Kirnu, którą można przetłumaczyć jako „kocioł giganta”. Oprogramowanie Tekla Structures zostało wykorzystane do modelowania oraz zarządzania informacjami o tej konstrukcji przez cały proces powstawania, jak również wykorzystania jej jako pole doświadczalne dla budownictwa zrównoważonego. Celem było stworzenie energooszczędnego, niskoemisyjnego i przyjaznego środowisku budynku. Konstrukcja jest w większości stalowa (o wadze ok. 750 ton), połączona śrubami w taki sposób, aby istniała możliwość rozłożenia jej i przeniesienia do innej lokalizacji po Expo (rys. 2). Podłogi i wewnętrzne panele są drewniane a zewnętrzną powłokę wykonano z plastikowo-papierowego kompozytowego materiału otrzymanego z recyklingu. Wykorzystanie wielu założeń BIM przyczyniło się do sukcesu tej konstrukcji. Jedną z takich koncepcji jest możliwość wymiany informacji. W tym wypadku model architektoniczny został wyeksportowany z ArchiCAD-a i wykorzystany w Tekla Structures w formacie IFC. Niezbędne obliczenia dokonano z kolei w programie SAP2000 i połączono bezpośrednio z modelem Tekla. Moduł Tekla Structures – „Construction Menagement” umożliwił właściwe zarządzanie placem budowy oraz zaplanowanie montażu każdego elementu. Pozwolił także na wymianę informacji pomiędzy biurem projektowym z Finlandii a wykonawcami z Chin.
Rys. 2. Przykład połączenia zastosowanego w pawilonie Kirnu
Rys. Construsoft
Kolejnym ciekawym przykładem owocnej współpracy projektantów strukturalnych i architektonicznych jest projekt rezydencji Solaris w Vailo, Colorado, który polegał na rozbudowie istniejącego od 1970 roku obiektu. Współpraca pomiędzy zespołami architektonicznymi i strukturalnymi była możliwa dzięki wykorzystaniu standardu IFC, który jest rozwijany przez międzynarodową organizację buildingSmart. Ten standard wymiany danych obejmuje interdyscyplinarne informacje o budynku wykorzystywane przez cały cykl jego życia – od planowania po realizację. Każdego tygodnia następowała wymiana modeli 3D pomiędzy Tekla Structures a oprogramowaniem architektonicznym. Architekci stosowali modele strukturalne do różnych celów. Było to m.in. śledzenie zmian w modelu, umieszczenie elementów strukturalnych w rysunkach architektonicznych oraz koordynacja skomplikowanych detali – np. złożonej struktury dachu. Przy współpracy zespołów z różnych dziedzin niezbędne jest narzędzie pozwalające na łatwą wymianę informacji. Doskonałym a przy tym darmowym rozwiązaniem pozwalającym łączyć i współdzielić modele pochodzące z różnego oprogramowania (np. modele strukturalne, architektoniczne, MEP, rysunki itp.) w jednym projekcie jest Tekla BIMsight, który można pobrać ze strony internetowej www.teklabimsight.com. Patrząc na dużą ilość przeróbek dokumentacji wynikających z sytuacji na budowie, presji czasu i ograniczonych funduszy można jednoznacznie stwierdzić, że standardowe rozwiązania 2D na pewno nie pozwoliłyby zrealizować tego skomplikowanego budynku w takim samym czasie jak przy wykorzystaniu BIM. W tym przypadku użycie Tekla Structures pozwoliło zaoferować dodatkowe korzyści dla właściciela w trakcie realizacji projektu i budowy.
Rys. 3. Serce - największy węzeł w konstrukcji Exposure artysty Antonyego Gormleya
Rys. Construsoft
BIM można stosować z sukcesem nie tylko przy konstrukcjach przemysłowych czy budowlach użyteczności publicznej, lecz również w sztuce. Flagowym tego przykładem jest rzeźba Exposure artysty Antonego Gormleya. Ta ponad 25-metrowa konstrukcja stalowa nie powstała by bez wykorzystania oprogramowania BIM – Tekla Structures, które oprócz modelowania 3D pozwala także na wytworzenie danych do maszyn numerycznych CNC. Wysoki stopień skomplikowania połączeń i elementów konstrukcji nie pozostawał złudzeń, że uda się ją zrealizować w technologii 2D. Konstrukcja jest zbudowana z walcowanych kątowników stalowych. Tekla Structures była wykorzystana do modelowania poszczególnych węzłów, z których największy miał masę 280 kg (rys. 3). Następnie, na podstawie danych umieszczonych w modelu przystąpiono do automatycznej obróbki nośników. Wykorzystano do tego najnowsze maszyny CNC, które przycięły elementy do odpowiedniej długości oraz wykonały w sumie 32000 otworów. Elementy te połączono ze sobą za pomocą śrub i spawów. Realizacja projektu, którego całkowita masa wyniosła 60 ton, zajęła 18 miesięcy.
Na podstawie tych kilku przykładów z całego świata można stwierdzić, że Tekla Structures ze swoim prawdziwym środowiskiem 3D z powodzeniem spełnia wszystkie założenia BIM: łatwe modelowanie konstrukcji, gromadzenie i zarządzanie informacjami, oraz ich wymianę z innymi uczestnikami czy oprogramowaniem. Tekla Structures pozwala urzeczywistnić realizację dużych czy małych pomysłów projektanta i przyczynić się do sukcesu.
(dr inż. Tomasz Olszewski
Construsoft Sp. z o.o.)