2.3. Программы для строительного проектирования

Как правило, проект включает большое количество разделов, в которых объект проектирования рассматривается с точки зрения технологии, архитектуры, несущих конструкций, инженерного оборудования, сетей и т.п. Эти материалы представляются в форме чертежей, схем, таблиц, графиков и текстов. Для разработки каждого из разделов проекта используется так называемое специализированное программное обеспечение. В некоторых случаях для создания раздела достаточно иметь только одну программу, например, для выпуска смет. В других случаях в рамках одного раздела проекта могут использоваться несколько различных программ, каждая из которых предназначена для решения своего класса задач. Например, для расчета конструкций и конструирования (включая выпуск рабочих чертежей) чаще всего используются разные программы.

Исторически первой графической системой считается программный продукт SAGE (Semi Automatic Ground Environment), который использовался в составе системы противовоздушной обороны в военно-воздушных силах США в середине 50-х гг. ХХ в.

Каталоги компаний, занимающихся в настоящее время распространением программ для строительного проектирования, насчитывают сотни наименований программ отечественных и зарубежных производителей по всем разделам проекта. Мы рассмотрим несколько типичных программных систем, используемых в практике проектирования конструкций зданий и сооружений для расчета, проектирования и выпуска рабочих чертежей. В первую очередь речь пойдет о базовых программах, на основе которых строятся различные специализированные приложения.

К числу универсальных базовых программ относится один из наиболее популярных инструментов для выпуска проектной документации – система AutoCAD компании Autodesk (США), а также системы КОМПАС-ГРАФИК российской компании АСКОН и Micro Station (Bentley Systems, США). Micro Station поддерживает форматы DWG, DGN, может подключать данные в растровом или векторном формате в один файл. В настоящее время AutoCAD является практически мировым стандартом в области систем автоматизированного проектирования, реализованных на персональных компьютерах. Форматы файлов DWG и DXF системы AutoCAD стали стандартом обмена данных для большинства программ. Универсальность системы, кроме того, обеспечивается большим количеством специализированных “надстроек”, создаваемых многими независимыми разработчиками и подключенных к AutoCAD. К таким надстройкам, например, относятся системы архитектурного проектирования Architectural Desctop (Autodesk) и Project Studio (Consistent Software (CS), Москва), архитектурно-строительная линия МАЭСТРО (Группа Маэстро, Киев), приложения для оформления архитектурно-строительных чертежей СПДС GraphiCS (CS) и ПАРКС (Мединвестпроект, Киев) и др.

К базовым, как правило, относятся и системы архитектурного проектирования. Это связано с тем, что разработка большинства разделов проекта выполняется на основе архитектурной модели (объемно-планировочного решения, являющегося его основой). Кроме указанных выше систем широкое применение в практике проектирования нашли системы ArchiCAD (Graphisoft, Венгрия) и ALLPLAN (Nemetschek, Германия), которые используют собственную графическую среду.

Для автоматизации проектирования металлических конструкций используются комплексы StruCAD (AceCAD Software, Великобритания, мировой лидер), HyperSteel (DSC CAD/CAM-Technologien GmbH, Германия), RealSteel (InRe, Литва) и др. (две последние из упомянутых программ являются приложением AutoCAD). Отличительной чертой этого вида программного обеспечения являются развитые средства трехмерного графического моделирования конструкции и автоматическое формирование на основе этой модели комплектов чертежей марок КМ и КМД. Более того, в качестве приложения к программе StruCAD разработчики предлагают дополнительные модули, среди которых модуль для создания программ управления станками с числовым программным управлением, на которых изготавливаются элементы металлоконструкций, т.е. осуществляется переход от CAD к CAM.

Современные промышленные программные продукты, ориентированные на решение задач проектирования конструкций, можно условно разделить на три группы:

1. вычислительные системы, предназначенные для прочностного анализа конструкций;

2. программы для выполнения проверок несущей способности элементов конструкций на соответствие действующим нормам проектирования;

3. проектирующие программы, выполняющие формирование и выпуск рабочих чертежей, спецификаций и других материалов, предусмотренных проектом.

Условность такого разделения объясняется тем, что в состав вычислительных систем могут входить, например, модули для подбора арматуры в элементах железобетонных конструкций или проверки сечений металлических конструкций, а в состав программ второй группы – модули выпуска рабочих чертежей.

Кроме того, существует большое количество вспомогательных программ (КоКон – справочник по коэффициентам концентрации напряжений в составе SCAD, КУСТ – расчетно-теоретический справочник в составе SCAD, ЭСПРИ – электронный справочник инженера, содержит программы для подбора и проверки сечений элементов, сортамент металлопроката и арматуры, производитель Лира софт), которые используются для информационной поддержки процесса проектирования. Например, базы данных материалов, сортаменты металлопроката, арматуры и т.п., электронные справочники с нормативной документацией, а также специализированные программы для формирования и расчета сечений, определения значений нагрузок и воздействий, вычисления коэффициентов упругого основания и др. Вспомогательные программы могут быть автономными или иметь информационную связь с другими программами.

Список программ первой группы, предназначенных для решения прочностных задач строительной механики, поражает своим разнообразием и широтой функциональных возможностей. Общим для всех этих программ является использование для расчета метода конечных элементов и развитых графических средств создания расчетной модели и анализа результатов. Это, например, универсальные вычислительные системы ANSYS (США), ADINA (США), COSMOS (Россия), NASTRAN (США), не привязанные к какой-то определенной сфере приложений. Их отличительной особенностью является ориентация на многодисциплинарность проблемы (упругость, пластичность, теплофизика, магнитодинамика, гидрогазодинамика и др.) и на решение задач с сотнями тысяч и миллионами неизвестных. Существует большое количество систем, ориентированных на прочностной анализ конструкций зданий и сооружений, например популярные в Украине ЛИРА и SCAD, а также зарубежные программы SAP 2000, GTSTRUDL, STAD, ROBOT и др. Их особенность заключается в том, что графические средства создания расчетной схемы (препроцессор) и анализа результатов (постпроцессор) ориентированы на специфику проектирования объектов строительства. Кроме того, к ним подключаются каталоги профилей и материалов, используемых в строительстве, они содержат специфические модули анализа конструкций (например, для построения линий влияния, вычислений с учетом сейсмических воздействий и пульсаций ветровой нагрузки и т.п.). Многие характеристики и функциональные возможности комплексов ЛИРА и SCAD весьма близки, в том числе круг решаемых задач, используемое математическое обеспечение, библиотека конечных элементов, развитая сервисная часть, мощная система автоматической диагностики ошибок.

Особую популярность у проектировщиков приобрели объектно ориентированные программы для проверки элементов конструкций на соответствие требованиям норм проектирования, т.н. “калькуляторы”. Например, КРИСТАЛЛ (для расчета элементов стальных конструкций), АРБАТ (для подбора арматуры), КАМИН (для расчета каменных и армокаменных конструкций), ПРУСК (для проектирования и расчета железобетонных конструкций), входящие в состав интегрированной системы SCAD Office, ОМ СНиП Железобетон (содержит все расчеты по СНиП для железобетонных конструкций, Россия), ЭСПРИ (Лира софт) и др. Достоинством таких программ является детальная разработка расчетных положений нормативных документов и простота обращения (удобство пользовательского интерфейса). Существуют и универсальные программы, в которых выполняются проверки элементов конструкций различного вида, например, Structural Engineering Library, СПИН. И те и другие программы могут иметь средства для выпуска чертежей, спецификаций и т.п., хотя это чаще всего эскизы высокого уровня готовности, а не готовая проектная документация.

Наконец, в третью группу входят так называемые проектирующие программы и системы, которые на основе результатов прочностного анализа конструкций и нормативных расчетов элементов формируют проектную документацию. Среди них можно выделить систему ALLPLOT (система проектирования в составе комплексной системы архитектурно-строительного проектирования ALLPLAN); программы МОНОЛИТ (проектирование монолитных ребристых перекрытий) и КОМЕТА (расчет и проектирование узлов стальных конструкций) - в составе SCAD Office; ФОК-ПК (серия программ для проектирования фундаментов под колонны каркасных зданий, ленточных фундаментов и подпорных стен, Киев); модули БАЛКА, КОЛОННА, ПЛИТА, СТЕНА (для конструирования) - в составе программного комплекса МОНОМАХ для проектирования железобетонных конструкций многоэтажных каркасных зданий из монолитного железобетона и с кирпичными стенами; Лир-АРМ, Лир-СТК (для стальных конструкций), Лир-ЛАРМ (локальное армирование) – в составе Лиры.

Рассмотрим более подробно вычислительные программы из первой группы программных продуктов.