Интеграция данных между системой расчета на прочность СТАРТ-ПРОФ и форматом IFC

Передача данных из систем трехмерного проектирования (BIM-систем) в расчетные программы и обратно является многогранной задачей, включающей в себя как технические, так и организационные аспекты.

Процесс обмена данными между этими двумя типами программного обеспечения имеет большое значение для повышения эффективности проектирования, интеграции процессов и минимизации ошибок, связанных с человеческим фактором. Рассмотрим ключевые моменты, связанные с этой проблемой.

Трехмерное проектирование и расчетные программы: особенности данных

Системы трехмерного проектирования фокусируются на создании детализированных моделей элементов и объектов, включающих геометрические, пространственные и функциональные характеристики объектов. Эти системы активно используют концепцию информационного моделирования зданий (BIM), что позволяет на всех этапах жизненного цикла объекта интегрировать данные о конструкции, материалах, инженерных системах и других аспектах проекта.

В свою очередь, расчетные программы ориентированы на выполнение прочностных, теплотехнических, гидравлических и многих других видов расчетов. Основное внимание в этих системах уделяется математическим моделям и алгоритмам, которые позволяют вычислить прочность, устойчивость и другие важные характеристики объектов.

Таким образом, ключевым различием между этими типами ПО является то, что расчетные программы более фокусируются на физических и механических свойствах объектов, а BIM-системы — на их функциональной и геометрической информации.

Передача данных из BIM-систем в расчетные программы

Процесс передачи данных из трехмерных проектных моделей в расчетные программы и обратно включает несколько этапов, каждый из которых сопряжен с различными задачами.

• Конвертация геометрии и топологии. Одним из первых шагов является конвертация трехмерной геометрической модели из формата BIM в формат, пригодный для обработки расчетными программами. Для этого часто используются открытые стандарты, такие как IFC (о котором речь пойдет ниже), позволяющие представлять не только геометрические данные, но и информацию о материалах, элементах и связях между объектами. Важно, чтобы конвертированные данные сохраняли точность и полноту исходной модели, поскольку ошибки на этом этапе могут привести к некорректным расчетам.

• Преобразование данных о материалах и свойствах. В BIM-системах часто хранятся данные о материалах, но они могут быть представлены в разных единицах измерения или форматах, что требует дополнительной обработки перед импортом в расчетную программу или экспортом из нее. Это особенно актуально для специфичных данных, таких как прочностные характеристики, модуль упругости, теплопроводность и другие параметры, необходимые для расчетов, или те, которые необходимо получить на выходе в BIM-модели.

• Учет связей и граничных условий. При передаче данных важно правильно интерпретировать связи между элементами модели, такие как соединения и узлы, а также учесть граничные условия (например, условия закрепления, нагрузки и т.д.), которые могут варьироваться в зависимости от конкретной расчетной задачи.

Интероперабельность и стандарты передачи данных

Для эффективной передачи данных между BIM-системами и расчетными программами необходимы стандарты, которые обеспечивают их совместимость и минимизируют ошибки. Одним из таких стандартов является IFC (Industry Foundation Classes), который позволяет унифицировать структуру и формат данных между различными программными продуктами.

Однако, несмотря на популярность IFC, передача данных между BIM-системами и расчетным ПО требует дополнительных шагов по адаптации, поскольку не все программы могут полноценно работать с их полным набором, содержащимся в формате IFC.

Формат обмена данными IFC имеет несколько значительных плюсов, особенно в контексте проектирования, строительства и управления жизненным циклом зданий. Назовем некоторые из них.

• Стандартизованный формат. IFC является открытым и стандартизированным форматом, признанным в международной практике (например, в рамках ISO). Это позволяет использовать его для обмена данными между различными программами и системами, что важно для интеграции различных участников проекта (монтажников, архитекторов, инженеров, строителей и др.).

• Кроссплатформенность. Благодаря открытости формата и поддержке большинства программных продуктов для трехмерного моделирования данные в формате IFC могут быть использованы на разных платформах, что снижает их зависимость от конкретных программных решений.

• Поддержка данных о проекте на протяжении всего жизненного цикла. Формат IFC позволяет включать не только геометрические, но и структурные, функциональные и эксплуатационные данные о составляющих объекта, что важно для последующего управления этим объектом, ремонта, эксплуатации и модернизации (как тут не вспомнить вечную задачу о паспортизации трубопроводов!).

• Поддержка различных дисциплин проектирования. В формате IFC могут быть представлены данные о различных дисциплинах проектирования: инженерные (монтажные, трубопроводные), КМ/КЖ-конструкции, а также данные о материалах, стоимости, сроках и т.д.

• Автоматизация и повышение эффективности. Использование IFC позволяет автоматизировать различные процессы, такие как создание спецификаций, расчет стоимости, генерация документации и т.д., что экономит время и ресурсы.

Система СТАРТ-ПРОФ — это современный программный комплекс для проектирования, расчета и анализа прочности трубопроводов и оборудования. Она обладает интуитивно понятным интерфейсом, широким функционалом для расчета на прочность, устойчивость и сейсмостойкость, а также обширными возможностями интеграции с САПР.

Программа учитывает актуальные нормативные требования и стандарты, что делает ее удобным инструментом для инженеров и проектировщиков. Благодаря высокой точности расчетов и автоматизации процессов, СТАРТ-ПРОФ позволяет значительно сократить время проектирования и повысить надежность конструкций.

Для организации обмена данными между СТАРТ-ПРОФ и форматом IFC мы использовали API (Application Program Interface) системы СТАРТ-ПРОФ и библиотеку XBim для .NET-платформы, которая позволяет читать, создавать и просматривать BIM-модели в IFC-формате.

Данная библиотека полностью поддерживает геометрические и топологические операции, а также визуализацию последующего результата. В качестве версии IFC была выбрана IFC4, поскольку она способна осуществлять полную поддержку трубопроводных систем (IfcPipeFitting, IfcPipeSegment).

В формате IFC есть множество способов представления геометрических данных модели, основными из которых являются:

• примитивная конструктивная твердотельная геометрия (IfcCsgPrimitive3D):

• блок (IfcBlock);

• пирамида (IfcRectangularPyramid);

• конус (IfcRightCircularCone);

• цилиндр (IfcRightCircularCylinder);

• сфера (IfcSphere);

• твердотельное представление (IfcSolidModel):

• конструктивная твердотельная геометрия (IfcCsgSolid);

• выдавливание профиля (IfcSweptAreaSolid):

• выдавливание по прямой (IfcExtrudedAreaSolid);

• выдавливание по дуге (IfcRevolvedAreaSolid);

• выдавливание по кривой на поверхности (IfcSurfaceCurveSweptAreaSolid);

• выдавливание круга по кривой (IfcSweptDiskSolid);

• многообразное твердое тело. Граничное представление BREP (IfcManifoldSolidBrep):

• тело в виде плоских многоугольников (IfcFacetedBrep);

• тело с продвинутой геометрией граней (IfcAdvancedBrep);

• поверхностное представление (IfcTesselatedFaceSet):

• набор граней в виде многоугольников (IfcPolygonalFaceSet);

• набор граней в виде треугольников (IfcTriangulatedFaceSet).

В качестве основных способов представления модели были выбраны граничное представление BREP в виде плоских многоугольников (IfcFacetedBrep) и представление посредством выдавливания (IfcSweptAreaSolid).

После многочисленных тестов выяснилось, что не все программы, рассчитанные на чтение IFC-формата, способны представлять некоторые виды выдавливания вдоль оси, но почти все они способны читать граничное представление.

Для решения этой проблемы конечному пользователю предоставлен выбор способа представления геометрической модели, позволяющий отдать предпочтение производительности либо совместимости конечного IFC-файла.

Первоначальная задача заключалась в переводе сегментов труб в формат IFC (IfcPipeSegment). В качестве геометрической модели для сегментов было выбрано выдавливание по прямой (IfcExtrudedAreaSolid), так как данный способ наиболее хорошо подходит для отображения сегментов труб.

Для отображения отводов выбрано гибридное решение: пользователю предоставлен выбор между граничным представлением, если ему нужна совместимость со многими программами, и представлением посредством выдавливания (IfcSweptDiskSolid), если для него важны конечный размер файла IFC и производительность последующего чтения.

Построение тройников выполняется посредством объединения нескольких сегментов труб в один объект IFC. Таким образом сохраняется не только целостность объекта, но и структура тройника (магистраль, головной патрубок).

Второстепенной задачей является конвертация всех остальных элементов, а также косметические и логические изменения модели. В последней стабильной версии конвертера (STARTtoIFC v.1.0.2.0) был реализован экспорт всех объектов: сегментов труб, отводов, тройников, оборудования, креплений, переходов и компенсаторов, включая нестандартные элементы. Также сохранена цветовая схема СТАРТ-ПРОФ.

Данный вектор развития IFC-конвертации был выбран, исходя из того, что сегменты труб, отводы и тройники занимают большую часть BIM-проекта.

Все экспортируемые объекты имеют идентификатор IFC — tag, который позволяет однозначно определить тип объекта СТАРТ-ПРОФ. Характеристики объектов в экспортируемом файле IFC представляются в массиве типа «ключ-значение» в международной системе единиц СИ, что позволяет другим программам получить доступ к значениям объекта.

В итоге разработки и тестирования перевода в формат IFC был получен результат, представленный на рис. 1 и 2.

Рис. 1. Пример проекта в системе СТАРТ-ПРОФ «CJJT 81−2013 District heating»

Рис. 2. Экспорт проекта из системы СТАРТ-ПРОФ «CJJT 81−2013 District heating» в формат IFC

Механизм экспорта из системы СТАРТ-ПРОФ уже включен в последний на сегодня стабильный дистрибутив программы и может быть использован для бесшовной интеграции СТАРТ-ПРОФ в ваш проектный ИТ-ландшафт.

Сейчас в разработке добавление импорта из формата IFC в систему СТАРТ-ПРОФ, что позволит также организовать оперативную передачу данных в систему прочностного расчета. Это является довольно сложной и нетривиальной задачей.

Система СТАРТ-ПРОФ имеет собственную уникальную систему отображения объектов, а также обладает намного большим числом объектов, чем формат IFC. Таким образом, первостепенной задачей является разработка конвертации всех основных типов отображения геометрии формата IFC в систему отображения СТАРТ-ПРОФ.

На данный момент доступен импорт сегментов труб (IfcPipeSegment), отводов и тройников (IfcPipeFitting), геометрическое представление которых является выдавливанием по прямой (IfcExtrudedAreaSolid). Исходя из параметров геометрии и стандартного набора значений объекта IFC, вычисляются все параметры. Затем посредством API создаются объекты в системе СТАРТ-ПРОФ.

Также в планах разработки приоритетом является добавление экспорта материалов элементов в формат IFC для более точного воспроизведения BIM-модели.

Авторы статьи: Николай Максименко, директор по САПР, ООО «НТП Трубопровод»

Глеб Французов, инженер Team37 Technologies LLC

источник: https://www.cadmaster.ru/magazin/articles/cm_104_19.html