Виды сапр в строительстве

Содержание

САПР — система автоматизированного проектирования
Возможности и области применения
Структура САПР
Классификация САПР
По отраслевому назначению
По целевому назначению
Англоязычный эквивалент
Популярные программы
Обзор средств САПР в архитектуре и строительстве

САПР — система автоматизированного проектирования

Текущее состояние рынка продукции и, обостряющаяся конкуренция межу производителями, накладывает жесткие условия на все этапы жизненного цикла производства изделий. В условиях постоянно сокращающегося времени между возникновением новой идеи и ее моральным устареванием конкурентоспособность производителя достигается за счет оптимизации, унификации и автоматизации стандартных процедур, сопутствующих выпуску новых товаров. Для реализации этих задач проектные организации используют специализированное программное обеспечение, являющееся частью САПР.

Аббревиатура САПР расшифровывается как система автоматизированного проектирования и, зачастую, воспринимается обывателями, как набор программ для черчения. Однако, согласно действующему ГОСТ 23501.101-87, термин САПР трактуется обширнее и подразумевает всю организационно-техническую инфраструктуру проектного отдела или организации. Затрачивая внушительную часть бюджета на развитие и поддержание структуры САПР, предприятия преследуют единственную цель — повышение качества выпускаемой продукции и оперативное реагирование на обратную связь от потребителей.

Возможности и области применения

Наиболее очевидной и востребованной функцией комплексов САПР является возможность построения компьютерной 2D- и 3D-модели разрабатываемого изделия. Однако, применение САПР не ограничивается только разработкой и каталогизацией проектной документации, хотя уже этот момент помогает экономить массу времени и трудозатрат инженера, позволяя в ходе работы менять элементы чертежей, ничуть не заботясь о влиянии этих изменений на проект в целом.

Пользователь современной САПР имеет в своем распоряжении богатый выбор стандартных элементов, избавляющий от необходимости многократно проделывать одну и ту же работу и унифицирующий стандартные проектные процедуры. Мощный математический аппарат упрощает инженерные расчеты, позволяя в режиме реального времени визуально оценивать контролируемую величину и ее зависимость от изменения проектируемой конструкции. Наиболее актуально эта задача проявляется в системах с распределенными параметрами, расчет которых крайне трудоемок. В качестве примеров можно привести анализ напряжений в узлах механических систем, строительных конструкций, тепловой расчет электронных устройств и т.д. Сложно переоценить возможности САПР в плане компьютерной анимации и симуляции разрабатываемых устройств, позволяющие увидеть их работу до изготовления прототипа и устранить ошибки и недочеты, сделанные при проектировании.

Исторически сложилось, что САПР получили широкое применение в машиностроении, автомобилестроении и строительстве. Однако, в настоящее время с их помощью можно автоматизировать практически любой процесс, начиная от раскроя и пошива одежды и, заканчивая разработкой поточной линии крупного завода.

Структура САПР

Являясь разновидностью информационных систем, классифицируемых по сфере применения, САПР относятся к сложным многоуровневым структурам, образуемым совокупностью средств вычислительной техники, различными видами обеспечения, а также обслуживающим их персоналом.

Структура САПР регламентирована ГОСТ 23501.101-87 и включает в себя два класса подсистем: проектирующие и обслуживающие. Основным назначением проектирующих модулей выступает решение конкретных проектных задач, а функции информационного обмена между ними возложены на подсистемы обслуживания, к задачам которых можно отнести:

Управление процессами проектирования.
Документирование процессов проектирования.
Реализация графического интерфейса.
Организация и ведение банка данных.

Согласно стандарту, компоненты САПР строятся на основе следующих видов обеспечения:

Техническое обеспечение объединяет вычислительное, телекоммуникационное оборудование и линии связи.
Программное обеспечение состоит из средств нижнего и верхнего уровней. Это операционная система с комплектом драйверов периферии и, собственно, сами компоненты САПР.
Совокупность данных, необходимых для реализации процесса разработки включается в информационное обеспечение САПР. Это нормативная информация, данные о прототипах проектируемых объектов, готовые шаблоны.
Математическое обеспечение объединяет в себе алгоритмы и математические модели, необходимые для реализаций проектных задач.
Лингвистическое обеспечение включает набор интерфейсов для организации межмодульного взаимодействия, а также специальные языки проблемно-ориентированного программирования.
К методическому обеспечению относится общая и внутренняя нормативная документация, регламентирующая процессы обслуживания и эксплуатации САПР.

Несмотря на разнообразие решений для автоматизации проектной деятельности, их архитектура также регламентирована. Разработка САПР должна вестись строго в соответствии с принципами создания информационных систем. Одним из них является принцип системного единства, согласно которому, разрабатываемая система должна иметь свойства целостности и взаимосвязанности отдельных компонентов и структуры, а сам процесс проектирования должен носить индуктивный характер, то есть вестись от частного к целому.

Функционирование подсистем и компонентов САПР должно быть подчинено принципу совместимости, в соответствии с которым составные части информационных систем должны решать свои задачи в строгом взаимодействии. Кроме того все элементы подлежат унификации, обеспечивая взаимозаменяемость и открытость.

САПР строится с учетом возможной интеграции с другими информационными системами, а также модификации и пополнения их компонентов.

Классификация САПР

Для более укрупненного описания систем автоматизированного проектирования принята классификация САПР по набору определенных отличительных особенностей. В отечественной практике применяется ГОСТ 23501.108-85, выделяющий среди таких особенностей тип, разновидность и сложность разрабатываемого объекта, уровень автоматизации и ее комплексность, номенклатура подготавливаемой документации, а также сложность структуры технического обеспечения.

Международные стандарты рассматривают такие комплексы в аспекте отраслевого и целевого назначения.

По отраслевому назначению

Признак классификации по отраслевому назначению отчасти перекликается с отечественным типом объекта проектирования и подразделяет все САПР на:

Машиностроительные — позволяют выполнять разработку элементов механических систем, а также создавать из них сборки, получая сложные механизмы.
Приборостроительные — используются для создания радиоэлектронного оборудования, интегральных микросхем и трассировки печатных плат.
Архитектурные — применяются в промышленном и гражданском строительстве, позволяют моделировать конструкции зданий и сооружений.

Следует отметить, что приведенная классификация несколько условна и не охватывает весь перечень отраслей, в которых применяются САПР. Комплексы не попавшие в общепринятую классификацию, трактуются стандартом как «Прочие».

По целевому назначению

Согласно данному классификационному признаку различают CAD-, CAE- и CAM-системы.

CAD-системы объединяют в себе инструментарий конструирования различных деталей, подготовки чертежей, спецификаций и сопутствующей документации. Большинство современных программ обладают функциями создания 3D-моделей, используемых в CAM и CAE-системах.
CAM-системы позволяют выполнять технологическую поддержку производства изделия. Примером может служить генерация управляющей программы для станков и обрабатывающих центров с ЧПУ.
CAE-системы обладают обширными средствами поддержки математического анализа. С помощью них моделируют и прогнозируют процессы в области теплотехники, гидравлики, механики; выполняют сложные расчеты с использованием расширенного математического аппарата. CAE системы позволяют оценить работоспособность проектируемого изделия до его производства.

Англоязычный эквивалент

С 1990 года в нашей стране англоязычный термин CAD нормативно закреплен за определением «автоматизированное проектирование», хотя и не соответствует в полной мере российскому значению САПР. По сути, под понятием CAD понимается применение информационных технологий для поддержки процесса конструирования. Зарубежные CAM системы эквивалентны отечественным автоматизированным системам технологической подготовки производства.

Наиболее полное соответствие прослеживается между определениями САПР и CAE, поскольку включают в себе обе вышеперечисленные системы и представляя собой более широкое понятие.

Обзор средств САПР в архитектуре и строительстве

Информационные технологии уже давно и уверенно вошли в нашу повседневную жизнь, и архитектурно-строительное проектирование не является здесь исключением. Несмотря на значительное отставание информатизации этого направления в нашей стране, российский рынок программных средств САПР фактически сформировался и продолжает непрерывно развиваться. Автоматизация проектирования требуется на всех стадиях проекта — от обоснования до сдачи объекта в эксплуатацию. Кроме того, электронная документация может потребоваться и при ремонте или реконструкции объекта.

Сегодня разработкой различных проектов занимается не один проектировщик, а группа или целый проектный институт. Когда несколько проектировщиков работают над одним проектом, им прежде всего необходимо обеспечить эффективное управление отдельными чертежами. Это означает, что жизненно необходима совместимость передаваемых данных для различных программ, их согласованность и своевременное обновление. Данная проблема решается по-разному, в частности путем формирования некой информационной модели, все изменения в которой автоматически передаются на связанные плоские чертежи. При этом проектировщики, работая над своим участком модели, в автоматическом режиме получают все изменения проекта от своих коллег.

Комплексная автоматизация процесса проектирования позволяет добиться максимальной эффективности. Автоматизировать решение только одной задачи проекта вовсе не означает автоматизировать процесс проектирования в целом, поскольку невозможно совместить в одной программе все требования ко всем стадиям проектирования. Различные программы способны передавать выходные данные (чертежи, таблицы, базы данных и пр.) в другие программы в качестве входных. Таким образом, организуя технологическую линию проектирования, когда многие задачи решаются не только последовательно, но и параллельно с другими, предприятие решает многие или даже все задачи разработки проектной документации.

При подготовке проектной документации необходимо не только обеспечить ее точность и полное соответствие различным нормативам, но и снизить себестоимость и сократить сроки разработки. Эти факторы часто являются решающими при проведении конкурса на строительство того или иного объекта и обусловливают постоянно растущие требования заказчика к программам для разработки проектной документации. Уже на этапе разработки он хочет видеть завершенную модель здания с полным комплектом взаимосвязанных чертежей, а иногда ему требуется трехмерная компьютерная модель здания или сооружения, вписанная в окружающий ландшафт. Программы САПР должны также обеспечивать легкое редактирование проекта и возможность сравнения нескольких вариантов, уметь обнаруживать и предупреждать различные ошибки проектирования.

«Русская Промышленная Компания» предоставляет всю линейку программ известнейшей американской фирмы Autodesk фактического лидера рынка САПР. В плане архитектурно-строительного проектирования мы рассмотрим продукты AutoCAD, Autodesk Architectural Desktop, Autodesk Building Systems и Autodesk Architectural Studio.

В России и странах СНГ наиболее широко распространен программный пакет AutoCAD, разработанный Autodesk более 20 лет назад и в течение долгого времени отвечавший самым взыскательным требованиям проектировщиков. Но на данный момент, обладая богатым инструментарием и возможностями адаптации к требованиям пользователя, он уже не удовлетворяет потребностям большинства проектировщиков. Этот пакет можно применять лишь при разработке небольших и простых проектов, так как он автоматизирует только рутинную работу за кульманом; современному проектировщику нужно гораздо больше, чем быстрое и красивое выполнение чертежей.

В связи с этим фирма Autodesk продолжила развитие линейки продуктов, выпустив замечательное приложение для архитектурно-строительного проектирования Autodesk Architectural Desktop, ориентированное на профессиональных архитекторов и специалистов в области промышленного и гражданского строительства. Autodesk Architectural Desktop включает все возможности AutoCAD и обладает особыми функциями поддержки всех стадий проектирования. При помощи инструментов Architectural Desktop проектировщик последовательно проходит основные этапы проектирования, используя данные, заложенные на каждом из предыдущих этапов. На начальном этапе выполняется концептуальное проектирование: создается архитектурная композиция виртуальная модель проектируемого здания. В дальнейшем результат концептуального моделирования можно использовать для создания единой трехмерной модели здания, которая служит основой для формирования всей выходной документации: спецификаций и плоских чертежей. Для проектирования используются специальные интеллектуальные объекты, обладающие такими свойствами, которые определяют их поведение на чертеже. Все выходные данные динамически связываются с моделью и автоматически обновляются. Средства управления элементами здания в модели существенно усовершенствованы в последней версии программы Autodesk Architectural Desktop 2004. Теперь проектировщики работают только с моделью и могут не беспокоиться о согласовании всех связанных с ней плоских чертежей и спецификаций. Мощные средства программы позволяют группам проектировщиков одновременно работать над одной моделью и автоматически собирать воедино различные компоненты здания, например этажи или секции. Начиная с этой версии в программу включен редактор VIZ Render, который разработан на основе Autodesk VIZ и позволяет работать с библиотекой материалов, освещением и сценами. Это дает возможность готовить реалистичную трехмерную модель для полноценного визуального представления проекта. Кроме того, эта программа русифицирована.

Дальнейшим развитием Autodesk Architectural Desktop стала программа Autodesk Building Systems, предназначенная для проектирования внутренних инженерных сетей. Обладая всеми средствами AutoCAD и Autodesk Architectural Desktop, она является мощным инструментом, включающим модули для проектирования вентиляции и отопления, электрических сетей, водопровода и канализации. В текущую версию АБС 2004 включено проектирование систем противопожарной безопасности. Управление моделью и составление выходной документации реализованы аналогично Autodesk Architectural Desktop. Основным преимуществом является наличие библиотеки инженерного оборудования интеллектуальные объекты, поведение которых на чертеже помогает проектировщику избежать многих ошибок. Например, при подсоединении труба автоматически закрепляется в нужном месте с помощью специальной объектной привязки. Также осуществляются автоматическая вставка фитингов, подсчет суммарной мощности электрической цепи и проверка коллизий. В Autodesk Building Systems имеется множество гибких настроек и инструментов редактирования коммуникаций. Пожалуй, единственным недостатком программы является то, что она пока не русифицирована.

Вопрос об адаптации библиотеки инженерного оборудования был решен фирмой НТЦ «Конструктор». Для этого была специально разработана STC библиотека элементов, включающая более 5 тыс. элементов инженерного оборудования, соответствующего российским стандартам. Библиотека подключается к программе автоматически и полностью готова к работе, имеются инструменты для создания собственных элементов библиотеки, что делает эту программу полностью пригодной к использованию на российском рынке.

Autodesk Architectural Studio инструмент концептуального проектирования и мультимедийной обработки проектных данных, предназначенный для архитекторов и других профессионалов в сфере строительства, дизайна и архитектуры. Architectural Studio воссоздает инструментарий и методы традиционной студии проектирования, повторяя в цифровом облике традиционную технику черчения от руки, принятую у художников и архитекторов, и делает их работу более продуктивной. Прямое воздействие на объекты с помощью уникальных инструментов позволяет интуитивно чувствовать поведение объектов и управлять ими в реальном времени в любой точке мира благодаря Web-технологиям.

Несмотря на наличие мощных средств проектирования и визуализации, главным достоинством любой САПР является именно получение выходной документации и ее оформление в соответствии с принятыми стандартами, и это неотъемлемая часть процесса проектирования. Для того чтобы автоматизировать рутинную работу при нанесении различных элементов оформления, «Русской Промышленной Компанией» была разработана программа auto.СПДС приложение для AutoCAD, Autodesk Architectural Desktop, Autodesk Building Systems и для многих других вертикальных решений на основе AutoCAD. Программа позволяет наносить различные условные обозначения, выноски, отметки, линии обрыва, виды, координационные оси, штриховку и т.д. При этом все объекты являются «интеллектуальными» и могут быть легко отредактированы как с помощью «ручек», так и посредством специальных диалоговых окон. В auto.СПДС поддерживаются все инструменты редактирования AutoCAD: команды редактирования, окно свойств и операция копирования свойств. Реализованы возможности создания и редактирования таблиц непосредственно на поле чертежа без использования диалоговых окон. В auto.СПДС можно создать таблицу любой сложности и отформатировать ячейки так же, как в редакторе MS Excel. Существует и множество других полезных инструментов, которые помогают проектировщику точно, легко и быстро завершить оформление чертежа. Программа очень проста в освоении даже для начинающих пользователей. Все элементы полностью соответствуют СПДС.

ArchiCAD от компании Graphisoft программный пакет, обеспечивающий разработку любых архитектурно-дизайнерских решений. В ArchiCAD можно одновременно работать над созданием проекта и составлять сопутствующую строительную документацию, так как программа хранит всю информацию о проектируемом здании: планы, разрезы, перспективы, перечень необходимых стройматериалов, а также замечания архитектора, сделанные в процессе работы. На любом этапе работы можно увидеть проектируемое здание в трехмерном виде, в разрезе, в перспективе, а также сделать анимационный ролик.

Российская фирма «Еврософт» предлагает программный продукт ArCon «Архитектура и дизайн» для архитекторов, дизайнеров, специалистов в области недвижимости, предназначенный для профессионального проектирования и оформления домов, квартир, помещений и внутренней обстановки. Программа включает множество полезных функций, например режим создания планов помещений, генерация общих планов после определения отдельных помещений (прямоугольных, L-образных, T-образных, трапециевидных, многоугольных). Помещения можно произвольно размещать, используя функцию drag&drop, причем внешние и внутренние стены создаются автоматически. Одной из важнейших возможностей режима создания планов помещений является последующее их редактирование. Поддерживаются интерактивный графический ввод окон, слуховых окон и дверей в режиме дизайна, редактирование элементов конструкции в режиме дизайна, интерактивное перемещение элементов (окон, лестниц, плит, колонн, дымоходов), а также возможность редактирования стен (разделение, удлинение, укорачивание и т.д.). В программу включены огромная библиотека моделей ландшафтов и специальный встроенный редактор. ArCon обладает мощными средствами визуализации и трехмерного представления модели здания и массой других функциональных возможностей.

Архитектурно-дизайнерский пакет ArfaCAD, разработанный в России, позволяет оперировать цельными двумерными и трехмерными строительными объектами: стенами, окнами и дверьми, витражами, лестницами, кровлями, перекрытиями, ограждениями, массивами грунта и воды и т.д. Технология предусматривает широчайшие возможности создания новых объектов без ограничений по форме и содержанию. Существует единая система трансформации двумерных планов зданий в целые трехмерные твердотельные этажи.

Allplan от немецкой фирмы Nemetschek является высокоэффективным решением для архитектурно-строительного проектирования. Эта простая в использовании, логически выстроенная САПР предлагает комплексный подход к черчению и строительному проектированию. Программа Allplan, основанная на объектно-ориентированной базе простых 3D-объектов, создает и поддерживает взаимосвязь между 2D- и 3D-чертежами, разрезами, проекциями и т.д. Все эти виды просто различные представления одних и тех же трехмерных объектно-ориентированных данных, так что для проектирования можно использовать те из них, которые больше всего подходят к особенностям конкретного стиля. Программа разработана специально для профессионалов в области строительного проектирования и предлагает оригинальные и эффективные подходы.

В процессе создания технической модели Allplan автоматически улучшает управление чертежами. Организована работа над проектом в целом, а не над набором файлов на диске. По мере развития проекта проектировщик размещает элементы здания (помещения, стены и т.д.) по слоям, наборам слоев и макетам чертежей (аналогично границам чертежа в AutoCAD). Интеллектуальная 3D-модель данных Allplan позволяет создавать чертежи и фотореалистичные изображения, а также содержит необходимую информацию для расчета помещений, спецификаций окон, дверей, материалов и пр. В Allplan нет искусственных барьеров между стадиями проекта в 2D и 3D. Проектировщик, работая над моделью, всегда имеет возможность видеть проект в 2D и 3D, в том числе одновременно, а также производить редактирование, вследствие чего процесс проектирования существенно ускоряется.

Для проектирования внутренних инженерных сетей фирма Nemetschek предлагает программу Allklima комплексное программное решение в области проектирования внутренних инженерных сетей. Будучи мощной САПР для ОВ/ВК, эта программа открывает новые перспективы и возможности в проектировании. Соответствующая поддержка проектировщика и исполнителя обеспечивается на всех этапах жизненного цикла проекта. Все важные и трудоемкие работы Allklima выполняет очень просто. В «сфере компетенции» Allklima находятся количественные характеристики объектов, спецификации с графическим представлением, алгоритмы расчетов, передача данных в сметные программы, например в Allright FT, и многое другое.

Главным достоинством Allklima является наличие средств для оптимизации конструирования, в частности обширных библиотек приборов и устройств, а также интеллектуальных символов, упрощающих работу пользователя. Выполняемые расчеты и возможность интеллектуального анализа создают полную прозрачность в работе над проектом. Выполнение трудоемкой рутинной работы становится простым благодаря широкому спектру функций для оптимизации процесса проектирования

Из этого краткого перечня представленных программ можно сделать вывод о том, что данное направление в строительной отрасли, а точнее в той ее части, которая относится к архитектуре и к собственно проектированию зданий и сооружений, развивается очень динамично. Кроме того, имеются многочисленные программы по расчету несущих конструкций, по организации строительного производства, по планированию работ и электрических расчетов, программы оптимизации транспортных задач, расчетов сетевых графиков и календарных планов, программы проектирования дорог, геодезических расчетов, технологического проектирования трубопроводов и т.д., которые представлены на российском рынке как иностранными, так и отечественными производителями и решают широкий круг задач в конкретных областях.

Строительство всегда шло в ногу с научно-техническим прогрессом, но порой совершенствование программных средств опережает квалификацию специалистов, призванных использовать их в своей работе. Сегодня часто наблюдается картина, когда современные многофункциональные комплексы простаивают или используются не в полной мере из-за низкого уровня подготовки пользователей.

Еще одна проблема заключается в применении пиратских копий программных продуктов. В этом случае пользователи лишают себя технической поддержки со стороны разработчиков в плане регулярного обновления программ, предоставления технической документации и квалифицированного обучения. Покупая нелицензионное программное обеспечение, пользователи уменьшают прибыли разработчиков, что, в свою очередь, тормозит развитие программ.

Вышеуказанные проблемы развития САПР могут быть причиной неправильного подбора программных средств автоматизации. Без предварительного исследования на предприятии и без квалифицированной помощи специалистов невозможно выбрать такие программные средства, которые способны решать поставленные задачи и обеспечивать полную комплексную автоматизацию, вследствие чего инвестиции в автоматизацию могут привести к простою программ или к решению только очень узких задач.

Весьма остро стоит и проблема локализации зарубежных программных средств под российские стандарты: многие программы не могут быть внедрены, поскольку в них не предусмотрены нормы проектирования и элементы, применяемые в России.

Для развития САПР, кроме решения указанных проблем, необходима тесная интеграция с программами смежных направлений. Сущность этого процесса заключается, в частности, во взаимосвязи между чертежными и расчетными программами. После проектирования здания необходимо рассчитать смету, передать данные в бухгалтерскую программу или произвести расчет каких-либо конструкций, поэтому программы должны быть взаимосвязаны. Такая интеграция позволяет в едином информационном пространстве автоматизировать все стадии строительства и проектирования. Эту сложную и ответственную работу берут на себя компании, занимающиеся поставкой специализированных вертикальных решений. Одним из признанных лидеров, успешно работающим на российском рынке, а также на рынке стран СНГ и государств Балтии, является «Русская Промышленная Компания». Специалистами РПК накоплен обширный опыт реализации комплексных решений в области САПР и ГИС. Компания предоставляет отлаженную систему продаж, доставки, обслуживания и обучения пользователей, систему гарантийной и послегарантийной поддержки клиентов, осуществляет выполнение работ по системе под ключ.

Источник