BIM: ontwerp tot fabricage

22-12-2009

Voor het ontwerpen van constructies maken architecten steeds meer gebruik van 3D-systemen. Ook bij vrijwel elk ingenieursbureau is de laatste jaren het gebruik van 3D-rekensoftware geïntroduceerd. De volgende stap is het 3D-modelleren van de constructie om foutloze tekeningen te maken en de werkvoorbereiding aan te sturen. Voor constructeur en fabrikant wordt hier de basis gelegd voor een zuiver model waarvan de constructie kan worden gebouwd.

Over het algemeen is er een groot verschil tussen architectenmodellen en constructiemodellen. Architectenmodellen bevatten informatie over bijvoorbeeld volumes, globale kosten, kleuren en energie. In constructiemodellen wordt vastgelegd hoe gebouwd gaat worden en worden de materiaalkeuzes, afmetingen en posities exact vastgelegd. Tevens worden de bouwdelen en stortnaden vastgelegd. Het constructiemodel wordt daarmee nauwkeuriger dan de constructie-informatie in het architectenmodel.

Tekla Structures

Binnen het 3D constructie- en detailleerpakket Tekla Structures kan het architectenmodel als referentie achter het constructiepakket worden gelegd. Hierna kunnen geselecteerde elementen, zoals kolommen, worden overgezet naar objecten. Prefab kolommen die in het architectenmodel bijvoorbeeld 60 m lang zijn, worden in het constructiemodel omgezet naar realistische afmetingen.

Objecten, zoals leidingen en meubilair, kunnen onzichtbaar worden gemaakt. De referentiemodellen kunnen worden ingelezen als DWG, DXF, DGN, Step of IFC-files. De IFC-files bevatten automatisch de informatie over naam en kwaliteit, die kan worden hergebruikt. In de praktijk blijken de meeste modelleurs het constructiemodel echter opnieuw op te bouwen; gebrek aan goede ervaring, vertrouwen en controle zijn hiervoor de redenen. Bij het modelleren kan het architectenmodel zichtbaar worden gemaakt en kan het als referentie voor de maatvoering worden gebruikt.
 Het constructiemodel kan vervolgens via IFC in het architectenpakket worden ingelezen. Met onder meer ArchiCAD en Revit Architecture zijn hiermee goede ervaringen opgedaan 1).

Meer disciplines, installatie, staal en beton

Verdere integratie is mogelijk door de modellen van meer disciplines binnen Tekla Structures in te lezen. Hierdoor kunnen tijdens het modelleren problemen worden geconstateerd en verholpen. Installatiemodellen worden via IFC ingelezen. Op de verschillende modellen kan een automatische botsingcontrole worden uitgevoerd, waarmee fouten worden voorkomen.
In figuur 3 is de workflow tijdens het constructieve ontwerpproces weergegeven.

Integratie rekensoftware

Uit dit model kan een rekenmodel worden gemaakt dat door een externe constructeur kan worden gebruikt om in rekensoftware te worden ingelezen. Alternatief is dat geïntegreerd wordt gewerkt met een rekenpakket dat vanuit het modelleerpakket wordt opgestart. Het is dan wel vereist dat een constructeur het model controleert en opgeeft hoe het geschematiseerde rekenmodel eruit moet zien. Hiervoor kunnen parameters worden opgegeven over de positie van de as van de staaf voor het maken van de berekening in een constructie. Bij excentrische aansluitingen kunnen al of niet automatisch starre verbindingen worden gegenereerd. De randvoorwaarden en belastingen kunnen in Tekla Structures of in het rekenpakket worden opgegeven. Specifieke rekenparameters als elementtype, tweede orde of niet-lineaire berekeningen, moeten in het rekenpakket worden opgegeven.
 Voordeel is dat vanuit één model snel een rekenmodel voor verschillende rekenapplicaties kan worden gegenereerd. Het spaart tijd en controle ten opzichte van het traditioneel maken van een nieuw rekenmodel.

Voor het integreren met rekensoftware wordt gebruikgemaakt van een Application Programming Interface (API). Deze API is vrijgegeven voor de verschillende leveranciers van rekenprogrammatuur, waardoor zij een integratie kunnen maken. Bij de integratie kan in twee richtingen worden gecommuniceerd. Een Tekla Structures model kan bijvoorbeeld worden doorgestuurd naar het rekenpakket; gewijzigde en toegevoegde balken en kolommen kunnen vanaf het rekenpakket weer naar Tekla Structures worden teruggestuurd. Op die manier wordt een volledige roundtrip bereikt, waarbij steeds meer informatie in beide modellen wordt toegevoegd. De schematisatie komt direct uit het constructiemodel en is gelijktijdig zichtbaar met de complete betonelementen op de werkelijke positie. Door meer inzicht in de constructie kunnen hierdoor schematisatiefouten worden voorkomen. Duidelijk zijn de starre verbindingen die worden gegenereerd tussen de knopen die bij elkaar in de buurt liggen.
 Het 3D-model hoeft gelukkig niet volledig te worden gebruikt om de rekenmodellen te genereren. Uit één Tekla-model kunnen verschillende 2D- en 3D-rekenmodellen worden gegenereerd. Selecties uit het 3D-model kunnen interactief of door middel van filters worden gemaakt. Een filter geeft bijvoorbeeld uitsluitend de constructiedelen weer van een bepaalde fase.

Detailberekeningen

Detailberekeningen, zoals de wapeningsberekening van een betontrap, kunnen direct aan het model worden gekoppeld. Afhankelijk van een aantal parameters wordt op deze manier een complete trap gemodelleerd en gewapend, waarbij automatisch een rekensheet wordt gegenereerd. Diverse ingenieursbureaus hebben een rekenapplicatie ontwikkeld voor trapwapening en deze aan Tekla Structures gekoppeld. Op dezelfde manier kunnen andere wapeningsberekeningen van details gestandaardiseerd aan het model worden gekoppeld.

Detailleren: volledig virtueel bouwen

Bij het detailleren van de constructie kunnen in het constructiemodel alle wapening, instortvoorzieningen en andere detaillering worden aangebracht. Dit kan voor zowel prefab en in het werk gestort beton als voor andere materialen zoals hout en glas. Voordeel van het volledig detailleren is dat hiermee faalkosten sterk worden verlaagd en montage veel sneller gaat. Bij een volledig en exact model kan het model worden gebruikt voor het ondersteunen van het bouw- en montageproces. Zowel het bestellen als het plannen kan met de modeldata worden gedaan.
 Bij het volledig 3D-wapenen wordt kennis over oplossingen en sparingen in het model ondubbelzinnig vastgelegd. De wapening past eenvoudig direct in de kist. Ruimtes voor sparingen en instortdelen kunnen direct worden voorzien. Aansluitingen en ankers voor hoedliggers en andere stalen onderdelen kunnen direct mee worden gemodelleerd, zodat het staal direct in de betonconstructie past.

Belangrijk is dat geen concessies worden gedaan bij het modelleren. Alle informatie moet ondubbelzinnig in het model worden opgeslagen en niet op de tekeningen. Hierdoor kunnen tekeningen, werkvoorbereidinggegevens, CNC-data en buigstaten automatisch vanuit het model worden gegenereerd. Als het model goed is gemaakt, moet de volledige constructie-informatie in het model zijn opgeslagen en zijn de tekeningen alleen afgeleide weergaven van het model. Belangrijk is wel dat de tekening lay-out aan hoge standaards voldoet; arceringen, lijntypes en aanduidingen zijn hierbij afhankelijk van de modeldata. Zowel utilitair als civiel werk kan volledig worden gemodelleerd. Het ontwerpprincipe is bij beide gelijk.

In figuren 5 en 6 is te zien hoe het model evolueert van globaal constructiemodel tot en met volledig gewapend model waaruit de werktekeningen worden gehaald. Met deze systematiek is ruim vijftien jaar ervaring opgedaan met het automatisch genereren van grote hoeveelheden staal-werktekeningen uit een model. Alle informatie komt uit het model, tekeningen zijn alleen van het model afgeleid. Sinds 2004 is deze techniek nu ook doorontwikkeld voor beton, zowel prefab als in het werk gestort. Ingenieursbureaus, prefab-betonbedrijven én aannemers kunnen de techniek gebruiken om hun rol in het bouwproces te verbeteren. Constructief ontwerp en bouwbaarheid kunnen worden verbeterd bij een ontwerp waarbij het modelleren wordt gedaan uit oogpunt van het bouwproces in plaats van het ontwerp. Het Tekla-model kan worden gebruikt vanuit verschillende invalshoeken om het bouwproces te optimaliseren, van ontwerp tot montage.
 Voor in het werk gestort beton wordt informatie over wapening en bekisting geïntegreerd met materiaalinformatie. Buigstaten en andere werkvoorbereidinggegevens kunnen direct uit het model worden gehaald. Interfaces met diverse rekenpakketten zijn beschikbaar en applicaties van architect, aannemer en fabrikant zijn goed inpasbaar.

Bron: Cement

« terug naar overzicht