现阶段,建筑行业的痛点源自于大量的数据孤岛,如设计环节内部之间、设计与建造之间、施工总包与分包商/供应商之间、CAD/CAE/CAM/PM之间,存在图模不一致、数模不一致、模模不一致、物模不一致的问题。尤其是设计院与总包之间的数据孤岛导致没有人为设计院的BIM模型“买单”。 为了解决当前痛点,就需要建筑行业引入高端制造业的理念。在制造业,如飞机、汽车、船舶等,产品设计和工艺设计是一体化的,而建筑行业却是彻底分开。产品设计由设计院完成,工艺设计由总包单位完成。近年来,我国出台了一系列政策,如装配式建筑、EPC、全过程咨询和建筑师负责制,其内在的共同逻辑都是将碎片化的建筑行业转型为一体化的制造业。 基于单一数据源的协同平台、保障数字主线(Digital Thread)、打破“烟囱”实现并行物理设计:
1.3D占位与空间定义 ▪基于岛别、设计流程和操作通道等因素来规划空间; ▪围绕单一数据结构(如GBS)来定义的空间分配; ▪在早期对总体布局进行3D规划;在项目团队和承包商之间分配工作区域; ▪定义未来设备或组件占位的空间要求; ▪为未来运行电厂的操作和维修预留安全空间。
2.土方工程和土建设计 ▪通过建筑师、工程师、规划师、供应商和业主的协同设计平台来强化设计流程: ▪创建精准的三维地形模型;创建符合建筑行业标准(IFC)的建筑信息模型(BIM); ▪管理和执行从设计到制造的全部项目阶段;为各种规模和复杂度的项目提供可扩展性; ▪快速实现基础设施组件建模; ▪直观化的3D建模流程; ▪自动化输出施工文档。
3.钢结构设计 ▪优化复杂结构组件的开发成本,对相关成本和材料的替代方案在早期进行估算; ▪全参数化设计并与仿真工具集成;与后期制造无缝结合,实现精确、准确的细部设计; ▪根据模板和规则自动生成图纸和报告; ▪以最少化手动操作,自动化批量输出文档。
4.主设备设计 ▪覆盖机械设备设计的全流程;捕获建模方法并重用关联模板; ▪通过3D数据过滤功能,保护所属企业专有技术和知识产权(IP); ▪配备STEP和IGES格式转换器;可重用2D定义模板来支持三维设计; ▪自动化生成具有多视图、标注和BOM表的图纸; ▪强化设计和采购团队之间的标准化流程优化组件需求,提高合格部件制造厂商的可视化程度,并重用审核过的部件,避免重复工作。
5.管路设计 精确且灵活的三维管路系统设计: ▪以交互方式或通过编辑节点表格来修改和调整管道路径; ▪基于用户选项来调整管路网; ▪配备智能三维操纵杆; ▪根据技术规格自动安置弯头、支管、管件和保温等。
6.暖通空调设计 通过非标准件和尺寸来设计需要的HVAC系统,以符合空气流通规格: ▪与管路设计功能类似;根据风管自动调整组件尺寸; ▪组件方向;管理截面轮廓;优化管理标准件和定制件; ▪嵌入三维通用组件、制造图纸和规则,自动化生成制造文件。
7.布线设计 将电气原理图与三维设计同步,以保障设计质量和一致性: ▪三维布置电缆,以获得准确的线束直径长度; ▪自动分析线路上的元素,不符合条件时自动选择备选路线; ▪根据报表模板自动化生成报表。
8.电缆槽设计 电缆槽桥架的智能设计和布置,用于在虚拟三维实体模型背景下实现布线: ▪创建并管理电缆槽布局,在布局中配置组件,并定义设备间的电缆槽路径; ▪基于符合行业标准的电缆槽组件;基于项目特定需求调取组件目录; ▪自动化生成详图和报告。
9.干涉/碰撞管理 实时反馈大型复杂3D模型上的干涉: ▪基于可视化平台可以自动反馈整体或特定区域中潜在的间隙、接触和碰撞,并与团队共享; ▪通过规范重用来优化干涉验证; ▪通过服务器的异步处理冲突计算来提高设计效率。
10.3D协同设计评审 在企业生态圈中共享三维模型,同时保障信息安全: ▪项目中的有需求的人都可以访问3D模型,而无需额外的设计软件许可证; ▪从任意设备或任意位置实时分析3D设计,以便在设计早期发现问题; ▪用3D标注或注释来即时传递信息; ▪可视化的审查、详图和总图预览。
11.问题管理流程(Issue management) 组织、管理和跟进协同设计评审中的问题: ▪评审人员可以在设计早期识别问题,以便推进设计成熟度; ▪支持异构设计工具问题上报; ▪发现的问题可直接在三维设计和行动项上描述,有助于缩短设计周期。
12.材料清单与技术规格书 获取企业知识和工程知识,以特定规格来驱动二维和三维设计,使对象能够以智能和自动化的方式与行业设计规则进行交互,如:定义管道、HVAC暖通空调、保温的规格。
仿真的作用 在建筑设计领域,虚拟或图形仿真模型能帮助完成概念设计,将多种标准纳入考虑范围,例如布局、位置、景观和光照。此外逼真渲染能用于提高设计表达的真实度,增加它们对客户的价值。 在工程领域,虚拟表达能用于改善结构的几何构型。这些构型随后能用在计算分析中,以预测施加载荷和支撑条件下的结构变形与应力。在这样的仿真分析完成后,可以显示和核验预测的数值。以这些数值为依据,工程师就能确定计划结构的强度、稳定性和安全性,然后完成结构设计。 在施工领域,最终设计随后用于使用合适的仿真工具进行材料评估、规划施工顺序、管理施工过程。 可以看出,仿真对土木工程项目的三个阶段,即概念与建筑设计阶段、工程设计阶段和施工阶段都有帮助。尽管这三个阶段各有单独的仿真工具可供选择使用,但在项目的不同阶段间传递信息时,可能发生信息缺失。因此土木工程项目需要能够无缝地连接建筑、工程与施工阶段的仿真工具。达索系统就能提供这样的仿真工具。 桥梁仿真 美国明尼苏达州I-35号高速公路跨越密西西比河的钢桁架拱桥长1,907英尺、共八车道,该桥于2007年8月1日倒塌。美国运输安全委员会和其他机构细致地调查了这次坍塌事故,并且开展了详细的有限元分析。下图是坍塌开始时一段该桥梁的特写照。使用Abaqus仿真软件对节点板和连接进行了详细分析。分析得出的结论认为倒塌发生的原因是节点板厚度不够,不足以承担增大的载荷。载荷增大的原因包括对桥梁本身的改造以及坍塌当日桥梁上的建筑活动造成的集中载荷增加。图中云图显示的是冯·米塞斯(Von Mises)应力值。
建筑物仿真 下面的例子展现的是使用Abaqus仿真软件开展的考虑了材料屈服与损伤的建筑物动态时程分析。对大连小平岛单元楼的试设计展开分析,并对下图所示的剪力墙特性变化的特定楼层的塑性应变进行了初步调查。本图中的云图是主塑性应变值。
下图是为2010年上海世博会建造的“阳光谷”建筑之一。这些建筑为单层钢网壳结构,由矩形截面的空心钢管组成,顶环的钢构件为实心。这样的结构的稳定性必须通过详细的分析予以确定。下图所示的是“阳光谷”建筑之一在典型荷载条件下的塑性应变云图。Abaqus仿真软件对于这些类型的分析的优势在于能够用同时考虑几何非线性和材料非线性的非线性求解器,同时还能够考虑材料的受损累积。
建筑CFD仿真 利用Xflow软件,对城市街区尺度范围风环境进行仿真分析,评估不同季节以及极端天气条件下城市通风廊道、街道风环境以及拟建设项目受台风的影响程度。通过城市尺度-建筑场地尺度耦合分析,从不同精细度可视化建筑周围风环境分布,为建筑方案设计、城市气候适应性规划与调节提供有力微气候评估技术参考。
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现阶段,建筑行业的痛点源自于大量的数据孤岛,如设计环节内部之间、设计与建造之间、施工总包与分包商/供应商之间、CAD/CAE/CAM/PM之间,存在图模不一致、数模不一致、模模不一致、物模不一致的问题。尤其是设计院与总包之间的数据孤岛导致没有人为设计院的BIM模型“买单”。
为了解决当前痛点,就需要建筑行业引入高端制造业的理念。在制造业,如飞机、汽车、船舶等,产品设计和工艺设计是一体化的,而建筑行业却是彻底分开。产品设计由设计院完成,工艺设计由总包单位完成。近年来,我国出台了一系列政策,如装配式建筑、EPC、全过程咨询和建筑师负责制,其内在的共同逻辑都是将碎片化的建筑行业转型为一体化的制造业。
基于单一数据源的协同平台、保障数字主线(Digital Thread)、打破“烟囱”实现并行物理设计:
1.3D占位与空间定义
基于岛别、设计流程和操作通道等因素来规划空间:围绕单一数据结构(如GBS)来定义的空间分配;在早期对总体布局进行3D规划;在项目团队和承包商之间分配工作区域;定义未来设备或组件占位的空间要求;为未来运行电厂的操作和维修预留安全空间。
2.土方工程和土建设计
通过建筑师、工程师、规划师、供应商和业主的协同设计平台来强化设计流程:创建精准的三维地形模型;创建符合建筑行业标准(IFC)的建筑信息模型(BIM);管理和执行从设计到制造的全部项目阶段;为各种规模和复杂度的项目提供可扩展性;快速实现基础设施组件建模;直观化的3D建模流程;自动化输出施工文档。
3.钢结构设计
优化复杂结构组件的开发成本,对相关成本和材料的替代方案在早期进行估算;全参数化设计并与仿真工具集成;与后期制造无缝结合,实现精确、准确的细部设计;根据模板和规则自动生成图纸和报告;以最少化手动操作,自动化批量输出文档。
4.主设备设计
覆盖机械设备设计的全流程;捕获建模方法并重用关联模板;通过3D数据过滤功能,保护所属企业专有技术和知识产权(IP);配备STEP和IGES格式转换器;可重用2D定义模板来支持三维设计;自动化生成具有多视图、标注和BOM表的图纸。强化设计和采购团队之间的标准化流程优化组件需求,提高合格部件制造厂商的可视化程度,并重用审核过的部件,避免重复工作。
5.管路设计
精确且灵活的三维管路系统设计:以交互方式或通过编辑节点表格来修改和调整管道路径;基于用户选项来调整管路网;配备智能三维操纵杆;根据技术规格自动安置弯头、支管、管件和保温等。
6.暖通空调设计
通过非标准件和尺寸来设计需要的HVAC系统,以符合空气流通规格:与管路设计功能类似;根据风管自动调整组件尺寸;组件方向;管理截面轮廓;优化管理标准件和定制件;嵌入三维通用组件、制造图纸和规则,自动化生成制造文件。
7.布线设计
将电气原理图与三维设计同步,以保障设计质量和一致性;三维布置电缆,以获得准确的线束直径长度;自动分析线路上的元素,不符合条件时自动选择备选路线;根据报表模板自动化生成报表。
8.电缆槽设计
电缆槽桥架的智能设计和布置,用于在虚拟三维实体模型背景下实现布线:创建并管理电缆槽布局,在布局中配置组件,并定义设备间的电缆槽路径;基于符合行业标准的电缆槽组件;基于项目特定需求调取组件目录;自动化生成详图和报告。
9.干涉/碰撞管理
实时反馈大型复杂3D模型上的干涉:基于可视化平台可以自动反馈整体或特定区域中潜在的间隙、接触和碰撞,并与团队共享;通过规范重用来优化干涉验证;通过服务器的异步处理冲突计算来提高设计效率。
10.3D协同设计评审
在企业生态圈中共享三维模型,同时保障信息安全:项目中的有需求的人都可以访问3D模型,而无需额外的设计软件许可证;从任意设备或任意位置实时分析3D设计,以便在设计早期发现问题;用3D标注或注释来即时传递信息;可视化的审查、详图和总图预览。
11.问题管理流程(Issue management)
组织、管理和跟进协同设计评审中的问题:评审人员可以在设计早期识别问题,以便推进设计成熟度;支持异构设计工具问题上报;发现的问题可直接在三维设计和行动项上描述,有助于缩短设计周期。
12.材料清单与技术规格书
获取企业知识和工程知识,以特定规格来驱动二维和三维设计,使对象能够以智能和自动化的方式与行业设计规则进行交互,如:定义管道、HVAC暖通空调、保温的规格。
仿真的作用
在建筑设计领域,虚拟或图形仿真模型能帮助完成概念设计,将多种标准纳入考虑范围,例如布局、位置、景观和光照。此外逼真渲染能用于提高设计表达的真实度,增加它们对客户的价值。
在工程领域,虚拟表达能用于改善结构的几何构型。这些构型随后能用在计算分析中,以预测施加载荷和支撑条件下的结构变形与应力。在这样的仿真分析完成后,可以显示和核验预测的数值。以这些数值为依据,工程师就能确定计划结构的强度、稳定性和安全性,然后完成结构设计。
在施工领域,最终设计随后用于使用合适的仿真工具进行材料评估、规划施工顺序、管理施工过程。
可以看出,仿真对土木工程项目的三个阶段,即概念与建筑设计阶段、工程设计阶段和施工阶段都有帮助。尽管这三个阶段各有单独的仿真工具可供选择使用,但在项目的不同阶段间传递信息时,可能发生信息缺失。因此土木工程项目需要能够无缝地连接建筑、工程与施工阶段的仿真工具。达索系统就能提供这样的仿真工具。
桥梁仿真
美国明尼苏达州I-35号高速公路跨越密西西比河的钢桁架拱桥长1,907英尺、共八车道,该桥于2007年8月1日倒塌。美国运输安全委员会和其他机构细致地调查了这次坍塌事故,并且开展了详细的有限元分析。下图是坍塌开始时一段该桥梁的特写照。使用Abaqus仿真软件对节点板和连接进行了详细分析。分析得出的结论认为倒塌发生的原因是节点板厚度不够,不足以承担增大的载荷。载荷增大的原因包括对桥梁本身的改造以及坍塌当日桥梁上的建筑活动造成的集中载荷增加。图中云图显示的是冯·米塞斯(Von Mises)应力值。
建筑物仿真
下面的例子展现的是使用Abaqus仿真软件开展的考虑了材料屈服与损伤的建筑物动态时程分析。对大连小平岛单元楼的试设计展开分析,并对下图所示的剪力墙特性变化的特定楼层的塑性应变进行了初步调查。本图中的云图是主塑性应变值。
下图是为2010年上海世博会建造的“阳光谷”建筑之一。这些建筑为单层钢网壳结构,由矩形截面的空心钢管组成,顶环的钢构件为实心。这样的结构的稳定性必须通过详细的分析予以确定。下图所示的是“阳光谷”建筑之一在典型荷载条件下的塑性应变云图。Abaqus仿真软件对于这些类型的分析的优势在于能够用同时考虑几何非线性和材料非线性的非线性求解器,同时还能够考虑材料的受损累积。
建筑CFD仿真
利用Xflow软件,对城市街区尺度范围风环境进行仿真分析,评估不同季节以及极端天气条件下城市通风廊道、街道风环境以及拟建设项目受台风的影响程度。通过城市尺度-建筑场地尺度耦合分析,从不同精细度可视化建筑周围风环境分布,为建筑方案设计、城市气候适应性规划与调节提供有力微气候评估技术参考。