Архитекторы, инженеры и другие специалисты строительной отрасли сталкиваются с растущим на них давлением, по вопросам соответствия стандартамэнергоэффективности и понижения уровня выбросов углекислого газа при сохранении затрат. Значительное ускорение процесса проектирования зданий при наименьших затратах наилучшим образом достигается за счёт использования новых технологий. Появившийся класс инструментов на базе численного моделирования, моделирование зданий и моделирование физических процессов достигли новых высот скорости и точности, совершенствуя процесс проектирования зданий и другие рабочие процессы с помощью новых возможностей. Численное моделирование открывает мир моделирования для фирм любого размера, работающих над проектами любого масштаба.

Ниже приведены все стадии процесса моделирования строительства (адаптированные с плана работ 2020 Королевского института британских архитекторов (RIBA Plan of Work 2020)), которые показывают как, на каждом шаге, архитекторы и инженеры имеют возможность использовать инструменты численного моделирования для количественной оценки производительности строительства, верификации дизайна, а также проверки соответствия нормативным требованиям. 

Стадия первая. Разработка концепт-проекта

Стадия разработки концепт-проекта одна из первых точек, на которой клиенты получают визуальное представление об идее проекта и представление о планировке. На данном этапе процесса проектирования здания моделирование может быть использовано для проведения анализа микроклимата, который позволяет определить оптимальную форму, ориентацию и особенности участка для проекта.

Моделирования позволяет получать информацию о вопросах экологии и окружающей среды на ранних стадиях, когда изменения могут быть внесены без больших финансовых и временных потерь.

Использование моделирования на ранних стадиях обеспечивает быструю итеративность процесса проектирования, позволяет проверить новые направления проектирования, тем самым обеспечивая конкурентоспособность. Например, в одном из проектов моделирование нескольких конструкций башни параллельно показало оптимальную форму здания, при которой воздействие сил ветра уменьшается на 35%.

Стадия вторая. Пространственное планирование

На данном этапе процесса проектирования проект воплощается в жизнь в CAD-формате и далее оценивается с различных точек зрения, включая проектирование конструкции, обслуживание строительства, экологичность и стоимость. На этой стадии моделирование может предоставить результаты расчёта ветровой нагрузки, которые позволяют выявить проблемы размещения объектов и определить ветровое давление на элементы конструкции.

Более быстрая итеративность проектирования на данной стадии может помочь инженерам и архитекторам добиться соответствия требованиям и получить разрешение на проектирование быстрее.

Примером такого проекта является расчёт ветровой нагрузки на уникальное сооружение – лыжный трамплин спортивного комплекса «Воробьёвы горы», выполненный специалистами АО «ЦИФРА». 

Стадия третья. Техническое проектирование

По мере приближения к данному этапу в процесс вовлекаются специалисты разных субподрядчиков. Тех, которые отвечают за остекление, теплогазоснабжение, вентиляцию. По итогам их консультации может потребоваться дальнейшая доработка существующей конструкции. 

Консультанты по вопросам энергетики и экологии в дальнейшем оценивают варианты и эксплуатационные характеристики строительства по различным рейтинговым системам, таким как LEED/BREEAM.

На данном этапе CFD моделирование – это мощный инструмент для количественной оценки таких аспектов, как температурный режим, качество воздуха в помещение, внешние условия комфорта работы на объекте и исследование влияния изменений, вносимых в проект с использованием совместного подхода.

Стадия четвертая. Строительство

Эта стадия представляет собой фазу физического строительства, когда некогда цифровой проект обретает форму в реальности. Моделирование тут все ещё играет важную роль. Подрядчики и менеджеры проектов могут использовать CFD анализ для проверки, оценки рисков и их снижение для обеспечения безопасности рабочих на проекте.

Высокие скорости ветра и ветровые нагрузки являются основными факторами риска в строительстве, и являются причиной утверждения новых правил безопасности для защиты рабочих и пешеходов. В результате проведения расчёта ветровой нагрузки можно спланировать оптимальный процесс строительства и минимизировать пессимистичные сценарии в случае шторма. Результат можно получить для нескольких направлений ветра одновременно. Некоторые классы расчётов выполняются за минуты, а их результаты и доступны в режиме реального времени.

Стадия пятая. Эксплуатация

Завершение строительства ещё не конец истории. Часто реконструкция или реновация зданий может потребоваться в зависимости от того, как используется здание, или как оно использовалось на протяжении времени. Причиной необходимости внесения подобных изменений может быть не только потребность жильцов здания, но также и возникновение внешних факторов. Например, новые требования к вентиляции появились в целях снижения распространения COVID-19 и оказывают влияние на то, как владельцы зданий реализуют вентилирование своих помещений. На этой стадии строительства CFD может быть использовано для оценки производительности различных типов вентиляционного и отопительного оборудования и помогает определить оптимальную схему вентиляции.

Моделирование для процесса проектирования строительства

Профессионалы, работающие в архитектуре, инжиниринге и проектировании могут использовать моделирование на ранних стадиях процесса проектирования. Моделирование становится стандартной практикой для оптимизации проекта и производительности процесса строительства начиная с оценки внешних ветровых нагрузок до обеспечения качества внутреннего воздуха, а также оценки эксплуатационных факторов и факторов безопасности на проекте 

Программное обеспечение для моделирования — это мощный инструмент, который сейчас стал более доступным, чем когда-либо прежде, позволивший проводить CFD анализ инженерам, определяющим будущее строительства.