Проектирование мостов с WSP Finland
Компания WSP Finland стремится применять передовые методики для эффективного и оптимального проектирования стальных и железобетонных мостов. Поэтому за последние годы в нескольких своих проектах были испытаны возможности 3D-проектирования с Tekla Structures и компания готовится к переходу на стопроцентное использования этого программного обеспечения в ближайшие пару лет.
Компания WSP Finland заработала хорошую репутацию в направлении проектирования мостов на местном рынке. Компания проектирует мостовые конструкции, — как для небольших, так и для масштабных объектов — а также считается ведущим финским экспертом по совместный технологическим разработкам в 3D-проектирования с университетами и отраслевыми партнёрами.
По словам менеджера по ИТ-развитию WSP Finland Антти Карьялайнена, 3D-проектирование — это естественное направление развития для данной отрасли. «3D-проектирование в строительстве сопоставимо со сравнением перехода от печатной машинки к персональному компьютеру, — сравнивает он. — Нас интересуют современные методики для эффективного и оптимизированного проектирования мостов как из стали, так и из бетона, включая мониторинг мостов, расчет ветровых и вибрационных нагрузок. Именно поэтому мы решили использовать возможности 3D-проектирования Tekla Structures в нескольких проектах, и планируем в ближайшие года полностью перейти на это программное обеспечение».
Преимущества современных технологий и совместной работы с моделями
С такими новыми технологиями, например, с лазерным сканированием или другими способами можно получить дополнительную пользу с 3D-моделью, используя это для создания строительной информационной модели (BIM-модели) моста. Данные о строительстве, которые закладываются в модель, могут пригодиться различным участникам проекта, например строительной организации (генеральному подрядчику) и ее субподрядчикам. Модель можно использовать для как ввода, так и вывода измерений и размеров, а в сочетании с лазерным сканированием — для создания исходной модели, которая, например, поможет ускорить реконструкцию старых мостов.
«Будучи лидером в 3D-проектировании и моделировании мостов, мы внесли свой вклад в преодоление проблем, существующих в нашей отрасли, — продолжает Карьялайнен. — Первые результаты уже есть: несколько подрядчиков в Финляндии понимают, какие преимущества способно обеспечить моделирование конструкций».
Инициативы и результаты исследований в пользу 3D-моделирования
Проект под названием Intelligent Bridge, который в 2001–2003 годах стал одной из первых инициатив по цифровизации процесса проектирования мостов, где участие принимали WSP Finland и Tekla. Целью этого проекта была разработка новых методов 3D-проектирования железобетонных мостов для дальнейшего использования проектных моделей, как исходной информации, получаемой путем замеров со стройплощадки. В ходе проекта выработана новая концепция 3D-проектирования железобетонных мостов, которая прошла тестовое испытание. В результате испытания работа в трехмерном пространстве дала преимущества как в проектировании, так на площадке. Кроме того, было изучено влияние 3D-методик на работу специалистов других дисциплин, участвующих в проектировании и строительстве мостов, а также разработаны программные (САПР) средства для сравнения требований, предъявляемых к точности.
Результаты ряда исследований подтверждают пользу применения 3D-визуализации при проектировании мостов. Так, по мнению научно-исследовательской группы по строительным технологиям в Университете Оулу, где 2005 года занимаются изучением этого вопроса, 3D-визуализация — это комплексный инструмент для проектирования мостов. Качественная визуализация упрощает процессы проектирования и делает их эффективнее. Крайне важно, чтобы процесс визуализации, САПР инструменты и методы проектирования были интегрированы на изначальном уровне.
Tekla Structures — одно из программных решений, фигурировавших в исследованиях, которые проводились на проектах мостов WSP. Было доказано, что работа в трехмерном пространстве снижает вероятность ошибок проектирования, а также повышает производительность труда инженеров. Но важнее то, что она дает возможность объединять модели непосредственно с результатами замеров, сделанных на стройплощадке. Это снижает вероятность ошибок, связанных с человеческим фактором и преобразованием данных из одного формата в другой.
С 2005 года в продолжение проекта Intelligent Bridge создан Консорциум 5D Bridge, как форум для дискуссий и разработок в проектировании мостов. Цель консорциума — научиться использовать информацию за пределами трех измерений, этап за этапом на протяжении всего процесса проектирования и строительства моста. К средствам, которые позволяют это реализовать, относятся трехмерное лазерное сканирование, георадиолокация, а также использование Tekla Structures и другого совместимого программного обеспечения. Работа по выявлению преимуществ этого подхода продолжается: эксперименты с 5D-моделированием проводятся в рамках примерно десятка пилотных проектов по строительству автомобильных и железнодорожных мостов. Согласно последним опубликованным консорциумом данным, 3D-моделирование на сегодняшний день приобрело значительно более широкое распространение. Несколько крупных игроков отрасли выразили заинтересованность в том, чтобы стать участниками консорциума.
Подтверждение преимуществ на пилотных проектах
В настоящее время ведется строительство самого высокого в мире железнодорожного моста — через реку Чинаб в Индии. Из-за сложного рельефа и климата проект является крайне непростым, требуя высокой квалификации подрядчиков, тщательного планирования и продуманной логистики. Ведущим проектировщиком металлических конструкций выступает WSP Finland, причем компания решила использовать Tekla Structures в качестве программного обеспечения для 3D-проектирования. Передовые методики проектирования позволили сделать этот не имеющий аналогов проект значительно эффективнее за счет оптимизации многих процедур. В состав Tekla Structures входит огромный ассортимент соединений, а автоматическая проверка на конфликты позволяет выявлять проблемы на ранних стадиях, когда их можно легко устранить.
«Проектирование металлоконструкций путем моделирования всегда оправдывает себя», — говорит руководитель мостостроительного подразделения WSP Finland Пекка Пулккинен. Из-за неровного рельефа и плохих дорог в Индии сооружение моста через Чинаб представляет особую сложность с логистической точки зрения. Использование Tekla Structures дало возможность оптимизировать логистику листовых материалов. Кроме того, программное обеспечение позволило упростить согласование проекта с местными властями: точная визуализированная 3D-модель наглядно отражает реальное положение дел, против двумерных чертежей. Кроме того, возникла необходимость использовать специальные функции, например поправку на температуру (сталь +20ºC, бетон 0ºC). В Tekla Structures легко моделировать железобетонные конструкции — раскосы, элементы и блоки. Благодаря высокой точности размеров и достоверным координатам проектировщик всегда может быть уверен, что результат его работы будет соответствовать ожиданиям.
Другой проект реконструкции моста над депо в городе Каяани на севере Финляндии предполагал снос ранее расширенной старой боковой конструкции моста вместе со зданием депо под мостом, образующим его неотъемлемую часть. Это железобетонный мост с изгибом в горизонтальной плоскости и постоянным поперечным сечением. Отверстие моста составляет 15,3+14,8+14,8+11,0+8,3 м при полезной ширине около 15,4 м. Железобетонная конструкция была полностью смоделирована в Tekla Structures, включая опорные конструкции и части существующего сооружения, с которыми будут соединяться новые элементы моста. При создании геометрии модели для ее размещения в земной системе координат и в правильном положении по отношению к существующим смежным конструкциям использовались данные, полученные методом лазерного сканирования. Моделирование бетонного настила с изгибом не вызвало затруднений, однако потребовалась проделать дополнительную работу, чтобы группы арматурных канатов в точности следовали криволинейному контуру.
По словам специалистов WSP Finland, смоделировать опорные конструкции, концевую и промежуточные опоры удалось легко и быстро — как в части бетона, так и в части армирования. «Контрольные замеры геометрии моста проводились на разных стадиях строительства, и результаты сравнивались с моделью Tekla, — говорит Карьялайнен. — Одновременно мы использовали модель для измерения достигнутого качества геометрии. Так мы убедились, что моделирование в сочетании с новейшими методами измерений — функциональная и эффективная схема работы. Мы считаем, что в ближайшем будущем она будет использоваться повсеместно».
Еще один проект WSP Finland — железнодорожный мост в районе Мадекоски в городе Оулу, Финляндия. Этот мост, смоделированный в 3D с помощью Tekla Structures в 2006 году, представляет собой не разрезной трехпролетный мост шириной 7,2 м. из железобетонных плит. Его пролетное строение опирается на составные сваи из стальных труб через стальные соединительные элементы. При строительстве моста его настил соорудили рядом с железной дорогой. Затем, предварительно остановив движение поездов и обесточив перегон, его при помощи гидравлических подъемников установили на сваи, ранее забитые в железнодорожную насыпь. Сваи из стальных труб для концевых и промежуточных опор были забиты через железнодорожную насыпь и срезаны для придания нужной высоты во время остановки движения. Антти Карьялайнен рассказывает: «При подъеме или перемещении построенной конструкции моста решающее значение имеет проверка ее соответствия существующему основанию. Чтобы обеспечить успешную пригонку, мы обычно сравниваем натурные размеры с точной моделью Tekla».
Строительство моста имени Круселля в Хельсинки, которое началось весной 2008 года. Согласно требованиям муниципалитета Хельсинки, для обеспечения правильности размеров в этом проекте необходимо использовать моделирование. «Проект непростой, в том числе из-за монолитного бетонного настила, однако моделирование поможет с ним справиться», — говорит Карьялайнен.
Мост Круселля представляет собой асимметричную вантовую конструкцию с двумя пролетами. Программное обеспечение Tekla Structures использовалось для проектирования его стальных и бетонных составляющих, а также подпорных стен на набережной. Пролеты моста составляют 92,0 м и 51,5 м, с широким проходом для маломерных судов под главным пролетом. Подмостовой габарит пешеходных дорожек на берегу составляет 2,8 метра. Вантовая система моста представляет собой асимметричную арфу, где угол наклона задних вант круче, чем угол передних. Пилоны имеют наклон в 11 градусов.
Решаем задачи будущего вместе
Для Матти Маннонена, управляющего директора WSP Finland, тенденция очевидна: «Чтобы создавать для своих заказчиков коммерчески выгодные решения, мы должны оставаться на передовице технических инноваций. В проектировании металлоконструкций 3D-моделирование уже становится стандартом, а задачи с железобетоном решаются стремительными темпами. Не сомневаюсь, что в ближайшие пару лет мы полностью перейдем на 3D-модели при проектировании мостов».
По мнению Антти Карьялайнена, использование Tekla Structures для моделирования мостовых конструкций дает существенное преимущество при согласовании проектных решений с заказчиками. «Моделирование перестало быть просто модным трендом; оно гарантированно повышает качество проектной информации, становясь ценным инструментом для проектировщиков, строителей и отрасли в целом», — говорит Карьялайнен. Чтобы программное обеспечение можно было полноценно использовать при проектировании мостов, потребуется создать специализированные инструменты и библиотеки деталей, однако при тесном сотрудничестве это не проблема. «Моделировать в Tekla Structures очень удобно, — продолжает Карьялайнен. — Геометрия моста почти всегда сложнее геометрии других сооружений, поэтому решать подобные задачи лучше всего с помощью точного и эффективного 3D-моделирования». Проектировщиков WSP особенно радует явное снижение количества ошибок, достигаемое при использовании Tekla Structures.
«BIM уже обеспечивает огромные преимущества в строительстве, и мы рассчитываем на такую же революцию для инфраструктурных проектов, — говорит Томас Грёнхольм, менеджер по продажам в Tekla Building and Construction. — Ценность комплексной модели Tekla трудно переоценить: это не только эффективный и качественный инструмент для инженерной проработки, но и источник натурной информации для строителей и заказчиков о размерах, материалах, армировании, статусе проекта и так далее».
Одним из шагов в этом направлении является недавно начатая работа по считыванию данных непосредственно из программного обеспечения для проектирования организации дорожного движения, такого как Tekla Xstreet, в Tekla Structures», — продолжает он. — Основываясь на этой информации, проектировщик моста может очень быстро спроектировать в 3D альтернативные решения для участия в конкурсе. В будущем модель конструкций будет включать в себя данные для всего жизненного цикла сооружения: исполнительную информацию, информацию для обслуживания и ремонта».
«Тесное и активное сотрудничество с WSP приносит пользу обеим компаниям, — говорит в заключение Грёнхольм. — Хотя пока что мы работали главным образом с WSP Finland, в будущем мы надеемся работать пользователями и будущими пользователями Tekla Structures в офисах WSP по всему миру».