Блог

Проектирование зданий и сооружений. Моделирование процесса строительства на каждом его этапе

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. 

 

Связанные новости
19 апреля 2022 года состоялось заседание секции №6 «Прочность и надежность строительных конструкций зданий и сооружений» Экспертного совета по аттестации программ для ЭВМ при Научно-техническом центре по ядерной и радиационной безопасности (ФБУ «НТЦ ЯРБ») Ростехнадзора.
АО «ЦИФРА» приняла участие в треке «Математическое моделирование» в рамках образовательного форума "Phygital universe", который проходил в Санкт-Петербургском политехническом университете Петра Великого. 27 апреля руководитель инженерной группы АО «ЦИФРА» Юрий Лавров, а также инженеры Рубцов Иван и Васильева Дарья выступили в Высшей школе теоретической механики с презентацией проектов из инженерной практики. 29 апреля Юрий и Дарья оценивали навыки математического моделирования и инженерного мышления участников форума при решении практического кейса от АО «ЦИФРА». По результатам защиты кейсов выбрано 5 победителей, которые получат дополнительные 10 баллов при поступлении в магистратуру в СПбПУ.
Связанные публикации в блоге
Бронеодеждой или БО согласно ГОСТ 34286-2017 называют средства индивидуальной броневой защиты, выполненные в виде пальто, накидок, плащей, костюмов, курток, брюк, комбинезонов, жилетов и т.п., предназначенные для периодического ношения с целью защиты туловища и (или) конечностей человека (за исключением стоп ног и кистей рук) от воздействия холодного оружия и огнестрельного стрелкового оружия, а также поражения осколками (далее - средства поражения). БО применяется тогда, когда может потребоваться защита жизни и здоровья человека. Она классифицируется и для нее проводятся испытания согласно назначенным классам.
Основной эксплуатационной характеристикой судна, определяющей возможности работы судна в ледовых условиях, является его ледовый класс. В прошлом каждое классификационное общество имело свою уникальную систему классификации судов ледового плавания, и, как следствие – свои нормативные требования к таким судам, однако в начале 2000-х годов Международной ассоциацией классификационных обществ (МАКО) была проведена работа по унификации этих требований, результатом которой стало введение двух систем классификации судов ледового плавания: системы балтийских ледовых классов (для плавания в Балтийском море и схожих по ледовым условиям морях) и системы полярных классов (для плавания в полярных водах), при этом требования каждого классификационного общества-члена МАКО остались в силе. Со вступлением в силу в 2017 году Международного кодекса для судов, эксплуатирующихся в полярных водах (Полярного кодекса) особенно актуальным стал вопрос присвоения судну полярного класса. Несмотря на то, что МАКО была определена приблизительная эквивалентность ледовых классов различных систем классификации (см. рис. 1), на практике для получения полярного класса необходимо подтверждение соответствия судна требованиям IACS UR I – requirements concerning Polar Class. Эти требования разделяются на корпус и механические установки. Рассмотрим пример выполнения анализа соответствия механических установок судна полярному классу.
Связанные вебинары
В рамках Договора о научно-техническом сотрудничестве между АО «ЦНИИМФ» и АО «ЦИФРА» на данном вебинаре заведующий отделом конструктивной надежности и защиты судов от коррозии АО «ЦНИИМФ» Алексей Петров расскажет об имеющемся опыте и перспективах использования компьютерного моделирования для решения различных задач, связанных с ремонтом или модернизацией судов в эксплуатации.
АО "ЦИФРА" объявляет о проведении серии лекций-вебинаров от ведущих приглашенных экспертов в области численного моделирования. В ходе первого вебинара данной серии будут рассмотрены вопросы прочностного анализа «легких» (lightweight) композитных конструкций при динамическом нагружении с использованием явных решателей (сеточного и бессеточного) ПО LS-DYNA.

Закажите расчет

Команде профессионалов
Изменить файл
Поля, отмеченные звездочкой (*) обязательны для заполнения.