Tự động hóa trong thiết kế kết cấu

Tính cấp thiết của đề tài: Theo các phương pháp truyền thống, khi thiết kế công trình, thông thường người thực hiện chỉ làm việc một cách rời rạc, độc lập từng bước tính toán rồi sử dụ

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài:

Theo các phương pháp truyền thống, khi thiết kế công trình, thông thường người thực hiện chỉ làm việc một cách rời rạc, độc lập từng bước tính toán rồi sử dụng phần mềm AutoCAD để thể hiện kết quả là các bản vẽ mà không có sự liên kết với nhau giữa các bước tính toán dẫn đến xảy ra nhiều sai sót, không khớp nhau trong hồ sơ thiết kế và thực tế thi công, công trình càng lớn thì sai sót xảy ra càng nhiều là điều không thể tránh khỏi Có nhiều nguyên nhân nhưng nguyên nhân chủ yếu là khâu thiết kế không có một công cụ tính toán khối lượng thiết kế một cách nhanh chóng và đáng tin cậy mà hầu như dựa hoàn toàn vào việc tính toán độc lập, thiếu tính liên kết

Bên cạnh đó, hiện nay, iệt Nam, khó có một phần mềm thiết kế thể hiện các bản vẽ công trình theo đúng quy định của Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) vì phần lớn phần mềm thiết kế là sản phẩm của các công ty nước ngoài

Chính vì vậy, nhóm tác giả nghiên cứu, phân tích, lựa chọn và liên kết những

phần mềm thiết kế ưu việt để xây dựng quy trình “Tự động hóa trong thiết kế kết cấu công trình xây dựng” nhưng vẫn đảm bảo thể hiện đúng và chuẩn theo TCVN,

đồng thời mang lại hiệu quả kinh tế

2 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài:

Những năm đầu của thập kỷ 70, một công nghệ mới với thuật ngữ là Building Information Modeling (BIM) đã xuất hiện trong ngành công nghiệp xây dựng, đó là công nghệ sử dụng mô hình ba chiều để tạo ra, phân tích và truyền đạt thông tin của công trình

Ngay từ giai đoạn ban đầu, BIM đã được xem như là một công cụ hiệu quả trong việc quản lý và chia sẻ thông tin giữa chủ đầu tư, kiến trúc sư, kỹ sư tư vấn, nhà cung ứng, và nhà thầu xây lắp Sử dụng BIM để quản lý và chia sẻ thông tin về công trình giúp tăng cường sự cộng tác, phối hợp giữa các thành viên của dự án, do

đó sẽ làm giảm lãng phí, tăng chất lượng, tăng tính hiệu quả của công việc Có thể

nói, cùng với sự ra đời của BIM, ranh giới phân chia công việc giữa các thành viên trong một dự án xây dựng ngày càng bị xóa mờ

Theo iện Kiến trúc Hoa Kỳ, tên gọi Building Information Modeling (BIM) được Autodesk đặt ra (Autodesk là một công ty lớn của Mỹ, chuyên cung cấp các phần mềm đồ họa phục vụ cho công tác thiết kế và thi công xây dựng) và được phổ biến rộng rãi b i Jery Laiserin (một chuyên gia phân tích công nghiệp người Mỹ) để miêu tả hệ thống máy tính sử dụng mô hình không gian ba chiều để thể hiện các vật thể Đây là một quá trình trao đổi và chia sẻ thông tin của công trình dưới dạng số hóa Các nhà tư vấn thiết kế cũng như các nhà thầu xây dựng có thể sử dụng các phần mềm BIM (chẳng hạn như Autodesk Revit Architectural, Revit Structure, Revit MEP, v.v.) để tạo nên một mô hình của công trình trên máy

vi tính mà mô hình này sẽ giống hệt như công trình thực tế ngoài công trường Mô hình không gian ba chiều này được liên kết với cơ s dữ liệu thông tin của dự án BIM thể hiện tất cả các mối liên hệ về mặt không gian, các thông tin hình học, kích thước, số lượng, và cả cấu tạo vật liệu của các cấu kiện, bộ phận của công trình Nó

có thể được sử dụng để thể hiện toàn bộ vòng đời của một công trình xây dựng từ khâu thiết kế, thi công, cho đến khâu vận hành sử dụng

Công nghệ không gian ba chiều này không bó hẹp trong khái niệm

“rendering” một thiết kế kiến trúc hay sự tạo ra một mô hình ba chiều trình bày phối cảnh của công trình sau khi công trình đã được thiết kế xong Đây là một quá trình bao gồm những thay đổi mang tính cách mạng trong việc thông tin của công trình xây dựng được tạo ra, thể hiện, và sau này được sử dụng trong quá trình xây dựng Do hợp nhất thông tin từ tất cả các khía cạnh của quá trình xây dựng công trình nên BIM có thể làm tăng tính hiệu quả về sử dụng và tính sẵn có của các thông tin này lên gấp nhiều lần

3 Mục tiêu nghiên cứu:

Trong những năm gần đây, do sự phát triển của công nghệ thông tin, ngày càng nhiều công nghệ mới đã được tạo ra và được ứng dụng vào trong ngành Xây dựng Những công nghệ mới này đã làm tăng năng suất lao động, cũng như tăng

nghệ mới này là Building Information Modeling (BIM), tạm dịch là Mô hình thông tin công trình

Tuy nhiên, các phần mềm được tạo ra để ứng dụng theo công nghệ BIM là rất đa dạng iệc nghiên cứu để hiểu rõ và sử dụng phù hợp từng chức năng của các phần mềm đó; từ đó, liên kết các nhóm phần mềm một cách hợp lý sẽ giải quyết được các bài toán thiết kế kết cấu phức tạp Đó cũng chính là mục đích nghiên cứu của đề tài này

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ BIM trong công tác thiết kế kết cấu công trình xây dựng

Phân tích tính năng và chọn lựa các phần mềm phục vụ tốt nhất cho công tác thiết kế kết cấu

Nghiên cứu và thiết lập các tùy chỉnh của phần mềm theo TC N

5 Phương pháp nghiên cứu:

Phân tích các tính năng ưu việt và liên kết các tính năng đặc thù của các phần mềm: Revit Structure 2012, Autodesk Robot Structural Analysis Professional 2012

và AutoCAD Structural Detailing 2012 để xây dựng quy trình tự động hóa trong thiết kế kết cấu công trình xây dựng nhưng vẫn đảm bảo việc thể hiện bản vẽ đúng

TCVN

6 Bố cục đề tài :

Chương 1: Tổng quan về công nghệ BIM

Chương 2: Phân tích tính năng bộ phần mềm Autodesk trong thiết kế kết cấu

công trình xây dựng

Chương 3: Nội dung tài liệu hướng dẫn sử dụng chương trình AutoCad Structural Detailing 2012

NỘI DUNG Chương 1: Tổng quan công nghệ BIM

1.1 Mục đích của thiết kế xây dựng:

Thông thường, khi nói đến thiết kế xây dựng, chúng ta thường hướng đến mục đích là tạo lập nên các bản vẽ để hướng dẫn công nhân xây dựng sao cho đúng với những yêu cầu của chủ đầu tư

Có thể hiểu, mục đích của thiết kế xây dựng chính là tạo lập để chuyển giao thông tin và hai hành động tạo lập và chuyển giao là không thể tách rời nhau được Không chỉ chuyển giao thông tin cho khách hàng, mà luồng thông tin còn được luân chuyển cho các bộ phận chuyên trách như: hạ tầng, kiến trúc, kết cấu, điện nước,…

để từ đó những bộ phận này có cơ s để tiến hành tạo lập thông tin do bộ phận đó đảm trách để từng bước hình thành thông tin hoàn chỉnh của công trình

1.2 Tạo lập thông tin với công cụ truyền thống:

ới công cụ lao động chủ yếu là bút và thước, người thiết kế thường làm việc theo quy trình như sau để hoàn thành một dự án:

Bản vẽ 2D (các hình chiếu thẳng góc) thuần túy chỉ được sử dụng trong ngành kỹ thuật với mục đích chuyển giao thông tin chuyên ngành ì vậy, người thiết kế và các bộ phận liên quan cần được trang bị kiến thức để nắm bắt được nội dung những thông tin này Nhưng chúng ta đặt ra câu hỏi: những người liên quan đến thiết kế lại không thể đọc bản vẽ? Họ chỉ còn biết dựa vào bản vẽ phối cảnh

Nhưng bản vẽ phối cảnh có phản ánh một cách chi tiết và chính xác những thông tin

mà người thiết kế muốn truyền tải không?

1.3 Thiết kế xây dựng với máy tính

Khi máy vi tính tr thánh công cụ lao động chủ yếu trong ngành thiết kế xây dựng, hầu hết người thiết kế vẫn sử dụng quy trình như khi thiết kế bằng phương pháp vẽ tay Nghĩa là, công việc thiết kế vẫn bắt đầu bằng những hình 2D, con chuột máy tính thay thế cây bút, màn hình là giấy vẽ,…

ấn đề chính là việc sử dụng phương thức sản xuất của công cụ lao động là cây viết khi sử dụng cho công cụ lao động là máy tính có phù hợp không?

1.4 Các hình thức thể hiện nội dung thiết kế xây dựng

Kết quả của thiết kế xây dựng được chuyển giao cho khách hàng dưới dạng:

 Các bản vẽ: thông tin được khai thác và thu nhận chủ yếu thông qua các hình

vẽ - thị giác tiếp nhận thông tin – ngành công nghệ thông tin gọi là thông tin hình học

 Các bản yêu cầu kỹ thuật, dự toán,…: thông tin được khai thác và thu nhận chủ yếu thông qua chữ viết – không chỉ thị giác mà cả thính giác cũng tiếp nhận thông tin – thông tin phi hình học

Giữa hai loại thông tin có mối liên hệ chặt chẽ với nhau, sự thay đổi của bên này sẽ ảnh hư ng bên kia í dụ: trong bản vẽ, chi tiết cửa đi có kích thước chiều ngang là 800mm và chiều cao là 2000mm thì trong bảng dự toán phải chi là Cửa đi 800mm x 2000mm Bất kỳ thay đổi kích thước của chi tiết cửa đi trong bản vẽ phải được hiệu chỉnh ngay trong bảng dự toán và ngược lại

1.5 Lịch sử các công nghệ và các phần mềm của Autodesk cho thiết kế xây dựng

Hiện nay, trên thế giới cũng như iệt Nam, có rất nhiều phần mềm phục vụ cho nhu cầu thiết kế xây dựng Tuy nhiên, với thị trường của iệt Nam thì những phần mềm của Hãng AutoDesk vẫn là những phần mềm được nhiều người sử dụng nhất ì vậy, dưới đây sẽ phân tích quá trình phát triển sản phần mềm có liên quan đến ngành thiết kế xây dựng của hãng này

1.5.1 Công nghệ thứ nhất: CAD

Cuối thế kỷ 20, CAD với ý nghĩa Computer Added Design (máy tính hỗ trợ thiết kế) đã cố gắng đáp ứng mong muốn trợ giúp con người trong thiết kế ới những sản phẩm như AutoCad (gọi tắt là ACAD), 3DS Max… bút kim và thước T

… dần dần biến mất trong phòng làm việc của người thiết kế và thay thế vào đó là những máy tính, máy in… Chúng ta cho ra đời những bản vẽ rất đẹp, rất thực nhưng cũng lắm sai sót

Tuy nhiên, đến thời điểm này, chúng ta cũng đều nhận ra rằng: phần mềm ACAD chỉ giúp chúng ta vẽ (Draw) là chính, chứ thiết kế (Design) thì chẳng có bao nhiêu ì vậy, CAD chỉ là Computer Added Draw Đứng trước những thực tế như vậy, một số người có khả năng lập trình bằng AutoLisp đã phát triển thêm một số lệnh chuyên ngành kíến trúc Tuy nhiên, sự phát triển này cũng không thể hơn nữa

vì thiếu những cơ s pháp lý mang tính vĩ mô Điều này được thể hiện cụ thể qua sự việc là đến nay, iệt Nam vẫn chưa có một quy chuẩn về đặt tên Layer (Hiệp Hội Kiến Trúc Sư Hoa Kỳ - AIA – đã ban hành tiêu chuẩn này từ năm 1994) hoặc quản

lý kỹ thuật của bản vẽ điện tử

Tuy nhiên, đối với một số ngành khác cần đến ACAD như là một công cụ vẽ

kỹ thuật thì ACAD vẫn còn những giá trị rất lớn ì vậy, nó vẫn tiếp tục được phát triển và phiên bản mới nhất hiện này là ACAD 2012 với những đặc điểm cơ bản:

 ACAD có giá trị rất lớn nếu chúng ta xem nó như là một công cụ để thể hiện

 Một vấn đề rất quan trọng khi thiết kế kiến trúc là tư duy hình học phải xuất hiện trước tư duy số học, tức là phải vẽ một hình chữ nhật trước rồi mới quyết định chiều dài và chiều rộng của nó bao nhiêu để đi đến quyết định quy mô của không gian Điều này rất khó thực hiện với ACAD Nếu không

có một con số cụ thể thì rất khó xuất hiện một thông tin hình học

 Trong thiết kế xây dựng, các hình chiếu của một công trình (thông tin hình học) mang tính khống chế hai chiều rất nghiêm ngặt Một sự thay đổi thông tin của một hình chiếu này phải được phản ánh đến các hình chiếu liên quan ACAD đến nay vẫn chưa có khả năng này để giúp đỡ cho người thiết kế Đây là nguyên nhân gây ra nhiều sai lệch trong một hồ sơ thiết kế của chúng

 Lãng phí thời gian do lập lại rất nhiều lần một động tác để đi đến cùng một kết quả í dụ: chỉ để vẽ 1 cửa ra vào phải vẽ 4 lần : trên mặt bằng, trên mặt đứng, trên mặt cắt, trên phối cảnh Điều này vi phạm nguyên lý tạo lập một

lần dùng nhiều lần

1.5.2 Công nghệ thứ hai: Object CAD

Trước khi xuất bản ACAD 2000, AutoDesk có thử nghiệm một phiên bản 14.1 gọi tên là Acad for Architecture Phần mềm này là sự kết hợp giữa hai phần mềm Acad và AEC (truớc đây của hãng SoftDesk) Đây là phiên bản dành riêng cho người thiết kế kiến trúc Người sử dụng đón nhận phiên bản này một các nồng nhiệt

vì họ thấy rằng đây đúng là một phần mềm CAD đúng nghĩa (Computer Aided Design) Phấn kh i trước kết quả đó, AutoDesk chính thức phát hành phần mềm Architectural Desktop 2.0 (gọi tắt là ADT 2.0) Tuy nhiên, càng sử dụng họ càng thấy thiếu những công cụ cần thiết AutoDesk tiếp tục phát triển cho đến phiên bản Architectural Desktop 2006 được xem như là phiên bản được sử dụng phổ biến nhất Hiện nay, phần mềm này đã đổi tên và phát hành dưới tên ACAD Architecture

2013 là phiên bản mới nhất

Công nghệ này được xuất phát từ ý tư ng: đối tượng nghiên cứu của Kiến Trúc Sư là không gian Đối tượng làm việc không còn là Line, Polylines … như với ACAD nữa, với ACAD Architecture chúng ta trực tiếp làm việc với các thành phần của một công trình như tường, cửa đi, cửa sổ … dưới hình thức mô hình 3D (3D Model) Các thành phần 2D như các hình chiếu thẳng góc (mặt đứng, mặt cắt …) đều do phần mềm sản sinh ra theo yêu cầu của người thiết kế ì vậy công nghệ này được gọi tên là Object CAD

Đây thực sự là một cuộc cách mạng Cuộc cách mạng này là nền móng để ra đời các phần mềm phục vụ chuyên ngành sâu như:

 ACAD Building: dành cho thiết kế MEP

 ACAD Detailing: hổ trợ cho thiết kế kết cấu

 ACAD Mechanical: dành cho thiết kế cơ khí

Điều này không chỉ xảy ra đối với phần mềm ector mà còn cả phần mềm Raster:

 3DS Max: dùng cho tạo hình phục vụ ngành giải trí, điện ảnh

 3DS Max Design: dùng cho thiết kế kiến trúc

Lúc này thuật ngữ CAD được biến thành CAADD ((Computer Aided Architectural Design and Database) So với công nghệ thứ nhất thì công nghệ này

đã tiến bộ rất lớn Hầu như những khiếm khuyết quan trọng của công nghệ thứ nhất

đã được khắc phục:

 ACAD Architecture là một phần mềm có ý tư ng rất hay, nhưng xử lý ý

tư ng để đưa vào thực tế thì còn lắm vấn đề

 Thông tin phi hình học đã được tạo lập tự động khi thông tin hình học xuất hiện

 Mối liên hệ giữa các hình chiếu được khống chế rất tốt nhưng không hoàn hảo

 Do cơ bản vẫn dựa trên các thuật toán của ACAD nên cần phải học ACAD trước khi học ACAD Architecture ì vậy, thời gian huấn luyện để sử dụng phải kéo dài Tuy có phần mềm đi kèm là iz Render đi kèm, nhưng việc nghiên cứu và tạo lập các thông tin hình học theo dạng Raster vẫn chưa thuận tiện

1.5.3 Công nghệ thứ 3: PBM

Trong lúc AutoDesk phát triển những phần mềm chuyên sâu như vậy, thì cũng có những hãng phần mềm khác cho ra đời những sản phẩm dựa trên ý tư ng của công nghệ thứ hai Tuy nhiên, đây có các điểm khác biệt:

 Xử lý theo cách khác với AutoDesk nên ý tư ng đi vào thực tế tốt hơn

 ận dụng một khuynh hướng đang diễn ra mạnh mẽ trong ngành công nghiệp xây dựng của thế giới từ đầu thập niên 80 của thế kỷ 20 là BIM

Cơ s lý luận của công nghệ này như sau: thông tin hình học chỉ là một hình thức thể hiện của thông tin phi hình học i vậy, với các giá trị khác nhau của thông tin phi hình học sẽ làm cho thông tin hình học có những biểu hiện khác nhau

Công nghệ thứ ba PBM xem một công trình như là tập hợp các thành phần (Element) Mỗi thành phần đều có các Parameter thích ứng ì vậy, một mô hình như vậy là mô hình công trình có chứa Parameter – Parametric Building Modeling

 Các thành phần đơn lẻ trong một thành phần chức năng của công trình đều có thể có Parameter Lúc đó thành phần chức năng được gọi là một Component

 Các ghi chú, ký hiệu … không phải là hình học có thể là riêng lẽ hay tổ hợp gọi là Annotation

 Các hình chiếu không kể là 2D (mặt bằng, mặt đứng, mặt cắt…) hay 3D (phối cảnh đẳng trắc hay kỵ mã) được gọi là iew

Engine này sẽ điều khiển chúng làm việc với nhau một cách hệ thống Bất cứ

sự thay đổi giá trị của Parameter bất kỳ yếu tố nào sẽ được Engine xem xét để thực hiện nhưng luôn luôn đảm bảo tính hệ thống ì vậy, sự thay đổi xảy ra một thành phần sẽ kéo theo sự thay đổi của những yếu tố liên quan

1.6 Khuynh hướng BIM trong lĩnh vực xây dựng

1.6.1 Hạn chế của hệ thống CAD 2D

Các dự án xây dựng hiện nay khá phức tạp, diễn ra nhanh, và mang tính đặc thù riêng của từng dự án Dưới áp lực của sự cạnh tranh cũng như thời hạn bàn giao công trình, các thành viên của dự án xây dựng đều cố gắng hoàn thành công việc của mình một cách nhanh nhất để chuyển giao cho các thành viên làm công việc tiếp theo, mà bỏ qua chất lượng của công việc

Mặt khác, sự cộng tác, phối hợp làm việc giữa các thành viên của dự án xây dựng vẫn còn rất hạn chế Hậu quả là các lỗi cũng như sự thiếu hiệu quả xáy

ra trong tất cả các giai đoạn của dự án xây dựng, từ khâu thiết kế, đấu thầu, cho đến khâu cung ứng vật tư, thi công Sự gia tăng các chi phí phát sinh và các công việc phải thực hiện lại trong dự án xây dựng chính là các minh chứng cho điều đó

Những thập kỷ trước, ngành công nghiệp xây dựng đã trải qua những thay đổi lớn với việc phát minh ra “máy tính phục vụ công tác thiết kế” (computer-aided design - CAD) Ngành xây dựng, vốn chỉ quen với việc vẽ bằng tay, nay làm quen với việc sử dụng máy tính như một công cụ mới để hỗ trợ cho việc thiết kế Tuy nhiên hệ thống CAD tồn tại nhiều hạn chế Sự rời rạc trong cách truyền tải thông tin của hệ thống CAD từ lâu đã là rào cản cho việc chia sẻ thông tin giữa các thành viên của dự án xây dựng Nó cổ vũ cho việc chuyên nghiệp hóa trong thiết kếtrong khi lại sao nhãng việc hỗ trợ trao đổi thông tin qua lại giữa các thành viên của dự

án Các bản vẽ được phát triển do một thành viên sẽ được các thành viên khác sử dụng nhưng thiếu sự đánh giá một cách cẩn trọng xem là bản vẽ này có phù hợp cho người khác sử dụng hay không Hơn thế nữa, các bản vẽ CAD chỉ đơn thuần là những hình vẽ minh họa Rất ít tự động hóa sản xuất và thiết kế được thể hiện qua

hệ thống CAD Nói cách khác, hệ thống CAD đơn thuần chỉ là thay thế bản

vẽ tay bằng máy vi tính

Có thể nhận thấy một cách rõ ràng rằng, trong quá trình làm việc với hệ thống bản vẽ hai chiều CAD, dòng chảy của thông tin và công việc giữa các thành viên dự án được thực hiện lặp đi lặp lại và gây ra lãng phí Thứ tự thực hiện một cách tuần tự theo cấp bậc trong quá trình này chính là một rào cản lớn làm hạn chế sự truyền tải thông tin một cách có hiệu quả giữa các thành viên của dự án

Thông tin được truyển tải từ các thành viên làm công việc trước (ví dụ như tư vấn kiến trúc) xuống các thành viên làm công việc tiếp theo (tư vấn kết cấu hoặc tư vấn cơ, điện, nước) và ngược lại làm cho toàn bộ quá trình bị rời rạc và không đồng nhất Công cụ để truyền tải thông tin là hệ thống các bản vẽ hai chiều rất cồng kềnh

và bất tiện Quá trình truyền tải thông tin này tiêu tốn nhiều nhân lực và là mảnh đất mầu mỡ cho các lỗi lầm xuất hiện và phát triển

Thông tin của công trình được truyền tải qua lại có thể bị mất mát, sai lệch trong suốt cả quá trình thực hiện Những thay đổi xuất phát từ phía chủ đầu tư sẽ kéo theo những thay đổi trong thiết kế kiến trúc Những thay đổi trong thiết kế kiến trúc này, đến lượt chúng, lại dẫn đến thay đổi trong thiết kế kết cấu và thiết kế cơ điện Hơn thế nữa, trong quá trình này, việc thực hiện và phê duyệt thiết kế cũng được thực hiện lặp đi lặp lại trong tất cả các giai đoạn của dự án cũng tiêu tốn nhiều thời gian, gây lãng phí Có thể nói, quá trình làm việc với hệ thống bản vẽ 2 chiều này gây lãng phí nhiều thời gian và công sức của các thành viên dự án xây dựng

1.6.2 Ứng dụng BIM trong các giai đoạn của dự án xây dựng

Trong giai đoạn thiết kế ý tư ng, BIM được sử dụng để truyền tải ý tư ng thiết kế đến chủ đầu tư Những hiệu ứng hình ảnh không gian ba chiều có sẵn trong BIM giúp cho việc truyền tải ý tư ng kiến trúc được thực hiện một cách có hiệu quả

cách hoàn chỉnh và đầy đủ về công trình cần xây dựng bao gồm hình dạng, kích thước, cấu tạo vật liệu, hoàn thiện, và nhiều thông tin khác nữa Thông qua BIM, chủ đầu tư của dự án có thể dễ dàng khái quát hình dạng của công trình, các khoảng không gian quan trọng, và sự hòa hợp của công trình với cảnh quan xung quanh

Chủ đầu tư có thể dễ dàng nhìn ra được công trình của mình sẽ thực tế trông như thế nào trong tương lai BIM giúp cho chủ đầu tư không chỉ hiểu được ý tư ng thiết kế một cách tốt hơn mà còn dễ dàng phản hồi thông tin đến nhà tư vấn kiến trúc để tư vấn kiến trúc có thể sửa đổi thiết kế sao cho đáp ứng yêu cầu của chủ đầu

tư Hơn thế nữa, BIM còn được sử dụng để đánh giá nhiều phương án thiết kế khác nhau, giúp cho việc xem xét và ra quyết định được chính xác hơn

Trong quá trình thiết kế kỹ thuật và thiết kế thi công, BIM được sử dụng để xây dựng các mô hình không gian ba chiều thiết kế riêng biệt Tư vấn kiến trúc phát triển mô hình kiến trúc riêng Tư vấn kết cấu xây dựng mô hình kết cấu Tư vấn điện, nước, cơ khí xây dựng mô hình cho mạng lưới kỹ thuật điện, nước, và điều hòa không khí Sau đó, các mô hình riêng biệt này được tích hợp vào một mô hình tổng hợp, thống nhất Tất cả các thành viên của dự án xây dựng sẽ làm việc cùng với nhau trong một phòng làm việc chung để tìm ra các xung đột giữa các bộ phận, cấu kiện của công trình, đồng thời tìm ra giải pháp cho các xung đột đó một cách thích hợp và hữu dụng nhất đểtạo ra được một hệ thống bản vẽ thi công có tính chính xác cao, dẫn đến việc giảm thiểu tối đa các chi phí phát sinh trên công trường Như vậy, với BIM, các thành viên của dự án xây dựng không còn làm việc một cách tách biệt trong môi trường riêng của mình nữa, mà làm việc trên khối thông tin thống nhất của công trình

Những thay đổi trên mô hình BIM tổng hợp sẽ được tự động cập nhật trên các mô hình thành phần, trên các bản vẽ, bảng thống kê, tiêu chuẩn, v.v., giúp duy trì tính thống nhất của dòng thông tin ới việc sử dụng BIM, các thành viên của dự

án có thể rõ ràng nắm bắt được các thành viên khác đang làm gì với công trình một cách rõ ràng và do đó họ có nhiều ảnh hư ng hơn đối với công việc của các thành viên khác

Hơn thế nữa, các thành viên của dự án có thể sử dụng BIM để khám phá các phương án thi công khác nhau, trình tự thi công, hoặc tính có thể thi công được của các bộ phận công trình cũng như toàn bộ công trình Đồng thời, do BIM là mô hình không gian 3 chiều với đầy đủ các thông tin về các bộ phận của công trình từ hình dạng, kích thước, cho đến cấu tạo vật liệu, hoàn thiện, nên các thành viêc của dự án

có thể dễ dàng tính toán khối lượng, giúp xây dựng dự toán và tiến đội của công trình BIM còn có thể được sử dụng để khám phá việc bố trí mặt bằng của thiết bị cẩu lắp, vật liệu, cũng như các công trình tạm trên công trường Muc tiêu là xây dựng nên một kế hoạch thi công công trình, trong khi vẫn làm tăng giá trị và làm

giảm lãng phí

Hình 1.1 Mô hình thông tin công trình

Chương 2: Phân tích tính năng bộ phần mềm Autodesk trong thiết kế kết cấu

 Revit Architecture (RAC) – thiết kế kiến trúc Tại phần mềm này, các kiến

trúc sư nên dùng các công cụ Structural Components (các thành phần kết cấu) như cột,tường, nền, dầm để thiết kế các thành phần chịu tải

 Revit Structure (RST) – thiết kế kết cấu công trình Tại đây các kỹ sư kết

cấu xây dựng lại toàn bộ công trình mà kiến trúc sư đã thiết kế ra Để tiết

kiệm thời gian, nên liên kết với file RAC và dùng công cụ để chuyển các thành phần RAC thành thành phần RST Tiến hành thiết lập và gán tải trọng

để chuyển sang các phần mềm tính toán kết cấu như Robot Strcutural

Analysis (Robot) RST không có khả năng tính toán

 Revit Structure Extensions – mô đun tăng cường Mô đun này có các công

cụ bố trí cốt thép, chuyển mô hình RST sang phần mềm Robot Strcutural Analysis (Robot) Nếu không có mô đun này, kỹ sư kết cấu chỉ có thể dùng

RST thiết kế cốt thép hoặc chọn tiết diện theo các kết quả đã biết hoặc tính độc lập từ các phần mềm khác rồi áp dụng

 Robot Strcutural Analysis (Robot) – phần mềm tính toán kết cấu cho các

khung, giàn, các công trình Phần mềm này có thể thực hiện tính toán cho rất

nhiều loại mô hình kết cấu một cách độc lập hoặc nhận chuyển giao từ RST Sau khi có kết quả có thể cập nhật lại các mô hình của RST thông qua Extensions

 AutoCAD Structure Detailing (ASD) – phần mềm vẽ các chi tiết và hình

mô tả bố trí cốt thép Tại đây, có thể nhập các mô hình kết cấu đã bố trí cốt

thép để chuyển thành các bản vẽ hình chiếu 2D chi tiết để in

 Revit MEP (RMEP) – phần mềm thiết kế hệ thống điện lạnh, thông gió, cấp

thoát nước Phần này do các kỹ sư điện lạnh và thông gió phụ trách Cũng

nhập các bản vẽ từ ACAD hoặc RAC vào để bố trí các thiết bị thông gió,

làm lạnh, cấp thoát nước cho công trình

Trong phạm vi nghiên cứu công tác thiết kế kết cấu công trình xây dựng, nhóm tác giả phân tích tính năng bộ phần mềm:

 Revit Structure 2012

 Autodesk Robot Structural Analysis Professional 2012

 AutoCAD Structural Detailing 2012

2.1 Các tính năng cơ bản của phần mềm Revit Structure

Hình 2.1 Revit Structure 2012

Nhập các bản thiết kế kiến trúc từ AutoCAD hoặc Revit Architecture (RAC) Khi liên kết với RAC, chúng ta có thể copy các thành phần của RAC như trục (Grids), vạch cao độ (levels), cột, tường, dầm và nền thành các thành phần kết cấu

Thiết kế bề mặt địa hình xây cất

Xây dựng mô hình các tòa nhà với hình dạng phong phú, tùy ý giống như trong Revit Architecture với các thành phần kết cấu (các mô hình chịu lực để xây dựng biểu đồ tính kết cấu) hoặc kiến trúc (các mô hình không chịu lực)

Tạo các cao độ tầng và lưới trục cột một cách nhanh chóng và chính xác Dựng các loại cột kiến trúc và cột kết cấu

Thiết kế cốt thép iệc thiết kế cốt thép chỉ giúp tạo ra cốt thép nhanh chóng phụ thuộc vài kiến thức kết cấu bê tông cốt thép của người dùng, không thể tạo ra tự động bằng việc đặt tải trọng Muốn có bản vẽ chi tiết việc đặt thép phải xuất qua AutoCAD Structural Detailing

Phân tích khung giàn Kiểm tra các mối liên kết, các gối đỡ

Gán các tải trọng đơn và thiết lập tải trọng tổ hợp iệc tính toán kết cấu không thực hiện được mà phải chuyển qua Robot Structural Analysis để tính toán thông qua một mô đun trung gian là Extensions

Revit Structure là phần mềm xây dựng mô hình kết cấu nên chỉ chú trọng đến các thành phần tạo nên kết cấu cho công trình, các thành phần khác bị lược bỏ Trong Revit Structure không có các mô hình đồ nội thất, đèn chiếu sáng Cửa và cửa sổ không hiện hình ảnh đầy đủ, chỉ hiện hốc khoét trên tường Cầu thang không

có lan can Lan can được vẽ như trong Revit Architecture nhưng không hiển thị tại bất cứ khung nhìn nào của Revit Structure Do đó không thể dùng Revit Structure

để thiết kế một công trình kiến trúc

Revit Structure là phần mềm xây dựng mô hình kết cấu nhưng không có khả năng tính toán kết cấu

2.2 Các tính năng cơ bản của phần mềm Autodesk Robot Structural Analysis Professional

Hình 2.2 Autodesk Robot Structural Analysis Professional

Liên kết hai chiều với Autodesk Revit Structure- iệc trao đổi kết quả phân tích kết cấu với mô hình kiến trúc cho các tài liệu dự án phối hợp tốt hơn

Khả năng tự động chia lưới để tính toán bằng phương pháp phần tử hữu Tạo các mắt lưới phần tử hữu hạn cho kết quả phân tích chính xác hơn

hạn-Tham chiếu nhiều quốc gia cụ thể, nhiều ngôn ngữ, đơn vị, và cho phép mã thiết kế số quốc gia cụ thể

Tích hợp thiết kế bê tông cốt thép và thiết kế thép theo mô-đun-Sử dụng mã thép quốc tế và bê tông cốt thép

Tiến trình thực hiện liên tục từ phân tích và thiết kế bản vẽ chế tạo-Chuyển giao mô hình và đưa kết quả sang AutoCAD Structural Detailing cho các bản vẽ chi tiết kết cấu chế tạo

Hình 2.3 Cửa sổ làm việc của Robot Structural Analysis Professional 2.3 Các tính năng cơ bản của phần mềm AutoCAD Structural Detailing AutoCAD Structural Detailing là phần mềm của hãng Autodesk, được phát

triển dựa trên nền tảng phần mềm ACAD

ASD là phần mềm mới du nhập vào iệt Nam trong những năm gần đây như ng

nó đã được một số lượng người dùng nhất định

Hình 2.4 AutoCAD Structural Detailing 2012

ASD có ưu điểm nổi bật hơn Auto CAD đó là nó chuyên dùng trong xây dựng,

có thể vẽ các chi tiết như cột, dầm, sàn, móng một cách nhanh chóng và thống kê cốt thép một cách hiệu quả mà không cần tới những phần mềm hỗ trợ khác Bên cạnh đó nó còn có thể kết hợp được với những phần mềm khác như Revit, Robot Structural Analysis … để có thể làm việc nhóm được

Hình 2.5 Sơ đồ mối quan hệ các công tác thiết kế kết cấu

Trong phạm vi đề tài này, nhóm tác giả sẽ tập trung khai thác các tính năng của phần mềm AutoCad Structural Detailing 2012 trước vì đây là phần mềm được xây dựng trên nền tảng của phần mềm ACAD 2012 - một phần mềm được sử dụng phổ biến nhất trong việc khai triển bản vẽ thiết kế nói chung và thiết kế kết cấu nói riêng Vì vậy, việc tiếp cận với chương trình mới sẽ dễ dàng và gần gũi với người

sử dụng hơn

Chương 3: Nội dung tài liệu hướng dẫn sử dụng chương trình AutoCad Structural Detailing 2012

3.1 Vẽ và bố trí cốt thép trong cấu kiện

3.1.1 Vẽ bố trí thép chịu lực

Bước 1 Ta vẽ một đoạn cặt ngang và 3 mặt cắt dọc dầm có kích thước

200x300, dài 3m như hình vê:

Bước 2 Chọn thẻ ADS-Reinforcement

Bước 3 Click phím trái chuột vào biểu tượng

Hộp thoại Reinfocement-elevation xuất hiện

4.Click chọn thông số như hình vẽ

Bước 4.Sau khi chọn thông số như hình vẽ , ta click chuột trái vào biểu tượng

Bước 5.Click chọn điểm số 1 như hình:

Bước 6.Click chọn điểm số 2 như hình:

Bước 7 Sau khi chọn xong điểm số 2, bảng Reinfocement description xuất

hiện,ta thực hiện ghi chú cho thanh thép vừa mới vẽ xong như hình sau:

Bước 8.Sau khi chọn thông số như hình trên ta click Ok, xuất hiện phần ghi

chú như hình và ta ghi chú phần cốt thép vừa mới vẽ xong

Bước 9 Ta tiếp tục vẽ cốt thép phía dưới, ta làm tương tự mục 2 và 3, nhưng phần thông số ta chọn như hình sau:

10 Ta click chọn biểu tượng , sau đó click chọn điểm 1 và 2 như hình sau:

Bước 11 Bảng Reinfocement description xuất hiện,ta thực hiện ghi chú cho

thanh thép vừa mới vẽ xong như hình sau:

Bước 12 Sau khi chọn thông số như hình trên ta click Ok, xuất hiện phần ghi

3.1.2 Vẽ thép đai trong các mặt cắt dọc

Bước 1 Chọn thẻ ADS-Reinforcement

Bước 2 Click chuột trái vào biểu tượng

Bước 3.Bảng Reinforcement-cross-section xuất hiện:

Bước 4 Ta chọn thông số như hình sau:

Bước 5.Sau có ta click chuột trái vào biểu tượng ,ta chọn điểm 1

và 2 như hình sau:

Bước 6.Sau khi click chọn điểm số 2, xuất hiện bảng Reinfocement

description, ta chọn Details…