В данной статье разобраны требования, предъявляемые к ПО для BIM-моделирования мостовых сооружений и функционал, необходимый для эффективной реализации инженерных задач. Также демонстрируются некоторые возможности программного комплекса midas CIM.

BIM-технологии для транспортных сооружений

Активное развитие технологий информационного моделирования является одним из ключевых факторов, влияющих на современную строительную индустрию. Скорее всего, вы уже знакомы с термином BIM (Building Information Modeling или «информационное моделирование зданий»), который широко используется инженерами уже более 20 лет. BIM представляет собой комплексный подход к проектированию, строительству и эксплуатации зданий, позволяющий создавать цифровую модель объекта, содержащую всю необходимую информацию.

Всё ПО для BIM, доступное сейчас на рынке, в основном ориентировано на промышленные и гражданские здания и часто не подходит для задач моделирования объектов транспортной инфраструктуры. Дело в том, что объекты промышленного и гражданского строительства имеют фиксированную привязку к площадке строительства и легко определяемые геометрические параметры. Взаимное положение основных несущих конструкций определяется координационными осями, в большинстве случаев имеющими ортогональное расположение (см. рис. 1).

Рис. 1 Пример расположения координационных осей на плане здания и изменение уровня отметок этажей

Довольно часто такие сооружения имеют «вертикальную» ориентацию, при которой имеются строго зафиксированные высотные отметки несущих конструкций (см. рис. 1), а акценты при проектировании смещены на поэтажную плановую разработку.

Такие предпосылки существенно облегчают процесс задания геометрии модели, параметризации и типизации элементов. Пример 3D-вида информационной модели здания приведен ниже.

Рис. 2 Пример информационной модели здания (3D-вид)

В отличие от ПГС объектов мостовые конструкции имеют нелинейную геометрию, которая должна учитывать свои особенности и ограничения.

Особенности моделирования транспортных сооружений

• Интеграция в структуру автомобильной или железной дороги

Особенностью моделирования транспортных сооружений является необходимость их интеграции в структуру автомобильной или железной дороги. Пример моделей линейного объекта — автомобильной дороги с входящими в ее состав транспортными сооружениями и участками примыканий приведен ниже.

В большинстве случаев ось линейного сооружения может иметь большую протяженность и сложную геометрию трассы в плане и профиле. Например, ось может состоять из участков, расположенных на прямых, круговых кривых и клотоидах (см рис. 3). Также линейные транспортные объекты могут иметь различные пересечения, уширения и примыкания к другим линейным объектам.

Следствием сложной геометрии сооружения является необходимость задания взаимосвязей между положением конструктивных элементов и планово-высотным положением оси, что не реализовано в большинстве текущих решений для BIM-моделирования. Например, такие элементы как мостовое полотно, пролетное строение, ограждающие конструкции нужно привязывать непосредственно к оси сооружения.

Рис. 3 Пример задания осей транспортных сооружений при проектировании транспортной развязки

• Проложение трассы с учетом рельефа местности, его влияние на конструктивные решения и стоимость

Еще одной особенностью транспортных сооружений является проложение трассы с учетом рельефа местности, а также существенное его влияние на конструктивные решения и итоговую стоимость объекта. То есть, среди требований к программному обеспечению для BIM-моделирования линейных объектов есть требования к моделированию грунтовых элементов (выемки, насыпи, котлованы), что значительно ограничивает область применения большинства программных комплексов общестроительного назначения.

Рис. 4 Пример BIM-модели линейного объекта, включающей дорожные насыпи и выемки

• Создание и параметризация конструктивных элементов с привязкой к криволинейной оси трассы

Также можно сказать, что специфика проектирования транспортных сооружений требует соответствующего функционала по созданию и параметризации конструктивных элементов с привязкой к криволинейной оси трассы (см. рис. 5)

Рис. 5 Пример привязки сооружения к криволинейной оси трассы

Платформа midas CIM

Инженерам компании MIDAS удалось обобщить свой многолетний опыт проектирования транспортных сооружений и создать специализированный продукт для BIM-моделирования линейных объектов — midas CIM.

Создание платформы для объектно-ориентированного линейно-параметрического моделирования с возможностью задания цифрового рельефа, геологии и стадий строительства, а также ее интеграция с профильными расчетными программами, например с midas Civil NX, и встроенной системой автоматизированного проектирования является переходом к новому поколению продуктов для комплексного информационного проектирования.

Рис. 6 Функционал платформы midas CIM

Общая логика работы программы предусматривает создание единой информационной 3D-модели сооружения с последующим ее использованием в процессе проектирования: моделирование — расчет — проектирование — оформление чертежей (см. рис. 7).

Базовым компонентом является моделер midas CIM, который служит непосредственно для создания 3D-модели сооружения, на основе которой осуществляется информационный обмен. Проработка модели до уровня LOD 400 с возможностью параметризации, задание этапов строительства, создание чертежей, подсчет объемов, создание расчетной модели МКЭ — все эти процессы объединены на одной платформе.

Рис. 7 Процессы использования платформы midas CIM

Использование готовых библиотек CIM

Одно из главных преимуществ CIM как транспортного BIMа заключается в том, что модель легко модифицировать благодаря четкой иерархической структуре связей между элементами библиотек. При внесении изменений в библиотеку более низкого режима все зависимые библиотеки высшего порядка перестраиваются автоматически.

Рис. 8 Иерархическая структура элементов библиотек CIM

Работа в midas CIM предполагает создание библиотек элементов или использование уже готовых библиотек или даже специальных мастеров создания конструкций (см. видео № 2).

Готовые библиотеки содержат предварительно разработанные элементы, что позволяет существенно сократить время на создание модели. Инженеры могут сосредоточиться на уникальных аспектах проекта, вместо того чтобы тратить ресурсы на ручное создание стандартных компонентов. Мастера конструкций позволяют эффективно создавать распространенные типовые конструкции по ранее созданному шаблону, автоматически создавая все необходимые для этого библиотеки.

Готовые библиотеки регулярно обновляются, в том числе и за счет растущего пользовательского сообщества. Это обеспечивает актуальность моделей и их соответствие последним изменениям в стандартах и технологиях. Применение проверенных элементов снижает вероятность ошибок и несоответствий в проекте.

Гибкость и адаптация моделей CIM

Наличие специализированных линейных библиотечных элементов, параметрически связанных с осью трассы, позволяет легко адаптировать вашу модель при внесении изменений в положение оси.

Итоговый результат изменения оси отражен ниже.

Заключение

Отсутствие специализированного функционала для моделирования объектов транспортной инфраструктуры в BIM-комплексах, предназначенных для моделирования зданий, создает значительные трудности для инженеров. Им приходится прибегать к использованию различных «костылей» и неэффективных методов в работе над проектом, что приводит к ошибкам и увеличению сроков.

Для эффективного решения этой проблемы необходимо использовать программы, имеющие встроенный функционал и специализированные инструменты для работы с линейными объектами. К такому функционалу можно отнести возможность привязки конструкции к оси трассы, удобные инструменты для работы с криволинейными структурами и адаптации конструкции под изменения оси, возможности моделирования рельефа и грунтовых объектов, наличие встроенных специализированных библиотек.

Примером программного комплекса, решающего данные задачи является midas CIM. Для знакомства с данной платформой в ближайшее время мы планируем выпустить курс обучающих видеороликов с разбором практических задач, а пока вы можете ознакомиться с возможностями программного комплекса через бесплатный вводный курс или видеообзор возможностей специализированного ПО.