با ظهور مدلسازی اطلاعات ساختمان، روند طراحی، اجرا و بهرهبرداری از ساختمانها و بناها دستخوش تغییر شده است. قابلیتهای بالای سامانه فناوری بیم (BIM) در ایجاد هماهنگی و همکاریهای درون و برون گروهی و تبادل اطلاعات، امکان بهرهگیری از آن را با کاربردهای مختلف از جمله مدیریت اداره و نگهداری ساختمانها و بناها، فراهم کرده است. با ویژگی ثبت اطلاعات در مدلهای سامانه فناوری بیم (BIM) بهصورت گرافیکی، در کنار ارتباط آن با ابزارهای برداشت اطلاعات نظیر اسکنرهای لیزری، زمینه گسترش استفاده از فناوری بیم (BIM) را در مدیریت اداره و نگهداری بناهای تاریخی و میراث فرهنگی فراهم شده است.
چکیده
بیمانا: موضوع مطالعه موردی حاضر، تهیه مدل اطلاعاتی فناوری بیم (BIM) یک بنای تاریخی مربوط به قرن یازدهم به نام قلعه ماسگرا (Masegra) است. در این ساختمان از سامانه فناوری بیم (BIM) در تهیه مدل اجزای محدود و همچنین تحلیلهای سازهای برای مرمت و نگهداری بهرهبرداری میشود. اطلاعات تهیه شده و بدست آمده از این مدل اطلاعاتی بر اساس مطالعه رفتار سازهای این بنای قدیمی در طول تاریخ و مطابقت آن با شرایط حال حاضر است. در این صورت ضمن ایجاد امکان برنامهریزی برای پیادهسازی برنامه ترمیم و نگهداری این بنا، یک دارایی اطلاعاتی با ارزش، حاوی انواع اطلاعات هندسی، فنی، معماری و تاریخی را برای بهرهبرداران فراهم کند.
۱. مقدمه
قابلیت همکاری میان نرمافزاری در سامانه فناوری بیم (BIM) در حال ارتقا است. با تبادل اطلاعات بین بخشهای مختلف پروژه، میتوان از یک مدل، برای اهداف مختلفی استفاده کرد. ارتباط بین مدلهای مختلف اطلاعاتی در سامانه فناوری بیم (BIM) از جمله در زمینه تحلیل سازه نیز وجود دارد. که با آن میتوان ارتباط بین مدلهای هندسی-اطلاعاتی و مدلهای تحلیل سازهای را برقرار کرد. با این وجود، در حال حاضر ارتباط بین نرمافزاری، بین مدلهای اطلاعاتی و مدلهای تحلیل سازهای، عمدتاً مختص به اشیاء هندسی منظم و ساده است. لذا، به دلایل گوناگون از جمله پیچیدگی هندسه این روند برای سازههای موجود، خصوصاً سازههای تاریخی امکانپذیر نیست. در این مقاله در ابتدا یک روش برای تبدیل مدل سهبعدی به مدل تحلیل سازهای اجزای محدود به کمک ابزار مشبندی برای مدلسازی سازه تاریخی قلعه ماسگرا ارائه شده است. سپس با بررسی نتایج تحلیل سازهای و بررسی صحت مدل و فرضیات بکار رفته نشان داده شده است. روش پیشنهادی با دقت قابل قبولی وضعیت سازهای بنا را برای متولیان امر مرمت و نگهداری از بنا مشخص کرده است و میتوان از نتایج آن برای برنامهریزی مرمت بنا در طول سالهای بهرهبرداری استفاده کرد.
۲. جمعآوری اطلاعات تصویر
۱: قلعه ماسگرا (چپ) و ابر نقاط تولید شده توسط نقشهبردار اسکن لیزری (راست)
اطلاعات در دسترس از بنای قلعه ماسگرا محدود به اطلاعات تاریخی از گسترش بنا در طول تاریخ و نقشههای قدیمی موجود در شهرداری سوندرو (شهر مجاور قلعه) است. این اطلاعات بسیار سطحی، عملاً برای پیادهسازی یک برنامه مرمت و نگهداری جامع و تحلیلهای دقیق سازهای ناکافی است. بهعنوان اولین گام برای دستیابی به اطلاعات حداقلی برای این منظور، از روش اسکن لیزری برای برداشت اطلاعات هندسی بنا استفاده شد. هدف اصلی از عملیات نقشهبرداری قلعه ماسگرا، ساخت مدل سامانه فناوری بیم (BIM) و متعاقباً ایجاد مدل سهبعدی اجزا محدود از آن با توانایی به انعکاس حداکثری بینظمیهای هندسی سازه بوده است. با توجه به پیچیدگی هندسی و ابعاد عظیم قلعه، از اسکنر لیزری با بهرهگیری از یک شبکه مساحی بهمنظور دستیابی به بهترین برداشت ممکن از لحاظ دقت، کیفیت و قابلیت اطمینان استفاده شد.
برداشت اسکن لیزری به وسیله اسکنر Faro Focus3D انجام شد. حاصل کار شامل ۱۸۲ اسکن و ۴۴ میلیون نقطه برای هر اسکن (حدوداً ۷.۷ میلیارد نقطه) بود که به کمک ۲۶۹ نقطه مبنای مشخص شده با دوربین Total Station Leica TS30 به هم متصل شدند. ابر نقاط بدست آمده از برداشت اسکن لیزری، بعد از انجام عملیات تطابق با نقاط مرجع، نمای سهبعدی خارقالعادهای از هندسه اشیاء مورد تحلیل را ارائه کرد. با استفاده از نرمافزارهای مناسبی مانند SCENE و یا Leica Cyclone، امکان مشاهده تصویر واقعی از مدل حاصل از اسکن با تمام خصوصیات آن فراهم شد.
برای استفاده از ابرنقاط در ایجاد مدل، لازم است تا تمامی اطلاعاتی بدست آمده پالایش شده و اطلاعات از بین رفته اصلاح و اطلاعات بدون استفاده نیز از مدل حذف شود. اولین مرحله برای طی این روند، ساخت نقشههای دو بعدی از سازه مانند پلانها، مقاطع و نماها است. در این مرحله، اطلاعات مهمی از تصاویر در طول نقشهبرداری بدست آمد که نتایج بسیار مفیدی را در بر داشت و امکان تفسیر اطلاعات از دست رفته احتمالی در ابر نقاط میسر شد. خوشبختانه در نسخههای اخیر نرمافزار اتوکد، امکان وارد کردن و ویرایش ابر نقاط به وسیله ابزاری ویژه جهت جدا کردن و یا ایزوله کردن حوزه نقاط فراهم شده است. در هر دو روش، چه استفاده از ابزار ویژه درون نرمافزاری و چه استفاده از پلاگینی مانند Leica Cloudworks، تولید پلانها و مقاطع آسانتر شده است. شش پلان که نمایانگر چهار طبقه و سقف سازه هستند با سطحی در حدود ۲ هزار و ۷۰۰ مترمربع ارائه شد. نکته قابل توجه، تفاوت بسیار زیاد پلانهای قدیمی موجود در شهرداری سوندریو با این پلانها است. این امر، مزایای تکنولوژی اسکن لیزری در بازبرداشت اطلاعات هندسی چنین سازه پیچیدهای را برجسته میکند.
به محض اینکه پلانها ترسیم شدند، تصمیم برآن شد که به قسمت خاصی از قلعه، یعنی بال غربی آن پرداخته شود. این قسمت که متشکل از تالار نقاشی، سقف گنبدی، دیوارهای مورب و … است.
۳. ایجاد مدل سامانه فناوری بیم (BIM)
سامانه فناوری بیم (BIM) در بدو ظهور تنها برای مدیریت اجرای پروژههای جدید استفاده میشد. اما بهتازگی، در مستندسازی تاریخی و مدیریت حفاظت و نگهداری نیز امکان استفاده از آن میسر شده است. البته این امر همچنان نیاز به بحثهای نظری و آزمایشهای کاربردی به منظور دستیابی به مدلهای دقیق، از بناهای تاریخی نامنظم دارد که در بکارگیری اقدامات جهت حفظ و نگهداری آنان بسیار ثمربخش است.
به منظور پیادهسازی یک مدل پارامتریک و منطقی سامانه فناوری بیم (BIM) ضروری است که بین بخشهایی از سازه که دارای المانهای ساده هستند با بخشهای دارای المانهای پیچیده و نامنظم، تمایز قایل شد. ضرورت انجام این امر، عدم تکامل ابزارهای پیشرفته مدلسازی پارامتریک جهت مدیریت اشکال نامنظم و پیچیده است. بهعنوان نمونه در ساخت دیوارهای خارجی که دارای ضخامت متغیر هستند، بدلیل عدم امکان ترسیم آن بدلیل محدودیتهای ابزاری، تصمیم به ترسیم دو دیوار (تصویر۲) گرفته شد. نمای خارجی توسط ابزار “Wall by Face” در نرمافزار رویت ترسیم شد و وجه داخلی به وسیله یک دیوار مستقیم متعارف در هر طبقه سادهسازی شد. سپس بخشهای هر دو دیوار به یکدیگر متصل شدند و مدل سامانه فناوری بیم (BIM) را به وجود آوردند.
تصویر ۲: مدل گنبد چتر مانند (راست) – دیوار خارجی (چپ)
از آنجایی که ابزار”Wall by Face” ضخامت را به صورت یک پارامتر در نظر میگیرد، برای مدلسازی گنبد نیز مورد استفاده قرار گرفته است ( تصویر۲). از این ابزار در کلیه مواردی که ضخامت نامشخص است و یا تعیین آن با بازدید تنها دشوار است، استفاده میشود. زیرا تنها با تغییری ساده در میزان ضخامت، امکان بروزرسانی مدل را فراهم مینماید.
مدلسازی سطوح نامنظم و پیچیده مستقیماً در نرمافزار رویت امکانپذیر نیست. روشهای اعمال شده در موقعیتهای موجود به صورتهای الف) ایجاد پروفیل اختصاصی برای سطوح؛ ب) استخراج پروفیلهای تولیدی از ابر نقاط در نرمافزار اتوکد و ج) مدلسازی سطوح در نرمافزار راینو (Rhino) انجام میشود. پروفیلهای مناسب، بر اساس اشکال مختلف و بیمنظمیهای مورد نیاز برای ساخت بنا از جمله پروفیلهای تولیدی سطوح مثلثی گنبد باید ساخته شود. بر اساس این پروفیلها کل مدل قلعه ساخته شد (تصویر۳).
۴. از سامانه فناوری بیم (BIM) تا مدل سهبعدی اجزا محدود
هدف از ایجاد این مدل معماری، دستیابی به یک مدل سهبعدی اجزا محدود است. این مدل ضمن نمایش اشکال پیچیده با ویژگی المانهای باربر سازه تاریخی (مانند گنبدها و دیوارهای نامنظم) قابلیت تحلیل سازهای را داشته باشد. مسئله مهم این است که هنوز این امکان در ابزارهای پیشبینی شده در حوزه BIM وجود ندارد، و آنها با المانهای سهبعدی حجمی (Solid) تعامل ندارند. بنابراین برای دستیابی به مدل اجزا محدود، لازم است تا روش تبدیل مدل سهبعدی سامانه فناوری بیم (BIM) ساخته شده با اهداف معماری، به مدل اجزا محدود مشخص شود.
تصویر ۳: مقطع عرضی (چپ) و کل مدل BIM (راست)
برای این منظور استفاده از نرمافزار Midas FEA پیشنهاد شد. این نرمافزار ضمن هماهنگی با المانهای سهبعدی، امکان واردکردن هندسه سهبعدی پیشرفتهای به صورت مش را هم برای کاربران میسر کرده است. استفاده از مدل معماری بنا صرفهجویی زمانی زیادی در ایجاد مدل اجزا محدود فراهم میکند. برای ورود اطلاعات به نرمافزار Midas FEA، از میان فرمتهای مختلف، فرمت “STEP” بهعنوان سازگارترین فرمت برای انتقال اطلاعات مربوط به اشکال پیچیده انتخاب شد. مدل اجزا محدود به وسیله الگوریتم تولید مش سهبعدی خودکار در Midas FEA تهیه شد. تهیه مدل سهبعدی، بعد از انجام تستهای اولیه بر روی دو الگوریتم متفاوت مشزدن چهارضلعی و ششضلعی و انتخاب مش چهارضلعی با توجه به کیفیت بهتر آن صورت پذیرفت. برای حفظ کیفیت نتایج حداکثر اندازه مش روی ۰.۲ متر تنظیم شد. این تنظیم ایجاد حداقل ۳ یا ۴ المان در ضخامت دیوارهای باربر را تضمین کرد.
ایجاد مشهای درست نیاز به اصلاح مستمر مدلها به روش آزمون و خطا دارد و دستیابی به مدل مناسب اجزا محدود در یک مرحله امکانپذیر نیست. بر این اساس موارد اصلی که باعث ایجاد مش نامناسب میشود باید اصلاح گردند این موارد شامل سادهسازی بازشوها، اتصال قسمتهای مختلف دیوارها و لبه گنبدها است.
تصویر ۴: مش اجزا محدود (a) ،جزئیات مش گنبد (b) و سقف (c)
5.تحلیل شناختی
تعیین ویژگیهای مصالح سازههای معماری- تاریخی، برخلاف سازههای بتنی یا فولادی کار آسانی نیست و با مشکلات زیادی همراه است. علت آن اساساً وجود مصالح ناهمگن در سازههای معماری- تاریخی است. بدین معنی که انواع مختلفی از مواد مانند سنگ و آجر در ساخت آن بکار رفته و معمولاً بهوسیله لایههای ساروج و ملاتهای دیگر درکنار هم ثابت میشوند. علاوه بر اینها در مورد سازههای معماری- تاریخیِ سنگی، به دلیل استفاده از رجهای سنگ با ابعاد متفاوت معمولاً بافت نامنظمی ایجاد میشود. تمامی موارد ذکر شده ما را به این واقعیت سوق میدهد که ویژگیهای فیزیکی و مکانیکی سازههای معماری- تاریخی، میتواند از تنوع زیادی برخوردار باشد. این امر نه تنها از سازهای به سازه دیگر، بلکه در میان بخشهای مختلف یک سازه و یا حتی در خود المانهای یک سازه نیز مصداق دارد. بنابراین، اگرچه امری غیرممکن نیست، اما بسیار دشوار است که کلیه این پیچیدگیها را در قالب یک خصوصیت عددی مجزا در نظر بگیریم، به طوری که شاخص رفتار کلی سازه باربر معماری- تاریخی باشد.
در مورد سازههای تاریخی مانند قلعه ماسگرا، بررسی فرآیند افت مصالح بکاررفته (در ملاتها) و همچنین اعمال تاثیر سیر تاریخی تغییرات سازه به همراه تمامی اصلاحات و تعمیرات انجام شده در طول سالها (مانند پرکردنها، ایجاد بازشوهای جدید، تعمیرات یا تعویض المانهای معیوب با مصالح جدید) ضروری است. با این کار میتوان بنای معماری-تاریخی اولیه و رفتار سازهای آن را با دقت بالایی اصلاح کرد.
سازه تحلیل شده به منظور درک بهتر، هم از نظر ترکیببندی و هم از نظر سازهای، تحت یکسری آزمایشات غیر تخریبی و آزمایشات تخریبی جزیی قرار گرفت. مثلاً یک آزمون دمانگاری به وسیله کارشناسان دانشگاه پلیتکنیک میلان بر روی سازه قلعه انجام شد. هدف این بود که پدیده نشست غیرقابل رویت و شرایط دما و رطوبت لایههای سطحی سازه معماری – تاریخی تعیین شود. تحلیل شناختی دیگری نیز به وسیله یکی از انجمنهای مهندسی ایتالیا جهت تعیین ویژگیهای مکانیکی اسکلت سازه معماری – تاریخی قلعه صورت گرفت.
تستهای روی کار جک تخت تکی و دوتایی جهت بررسی وضعیت واقعی تنش در سازه معماری – تاریخی و اندازهگیری مقاومت و سختی واقعی آن انجام شد. علاوه بر آن، نمونههایی قائم و افقی به صورت کُرگیری برداشت شد تا درک بهتری از بافت، عمق فونداسیون و گونهشناسی سازه به وجود آید. نتایج بدست آمده نمایانگر ناهمگونیهای زیاد در مشخصات سازه و گونهشناسی فونداسیون است. دلیل آن نیز سیر تکامل تاریخی پیچیده قلعه و وضعیت مکانی آن است. درنهایت، بهمنظور تعیین ضخامت گنبدها، با برداشت بخشی از لایه نازک کاری روی گنبدهای موردنظر، بازرسی و بازبینی سادهای انجام شد.
۶. تحلیل سازه قلعه ماسگرا
برای تحلیل مدل اجزاء محدود بدست آمده از روش تحلیل الاستیک خطی استفاده شد. برای تحقق این امر، خصوصیات مواد، شرایط مرزی و بارهای وارده به مدل موجود اضافه شد.
۶-۱. خصوصیات مصالح
با توجه به هدف پروژه، خصوصیات مکانیکی سازه شامل ضریب الاستیسیته، ضریب پواسون و وزن مخصوص حاصل از آزمایشات انجام شده و بر مبنای قضاوت مهندسی و موقعیت قرار گیری تعیین گردید.
ضریب پواسون عدد رایج ۰.۲ فرض شد. وزن مخصوص با توجه به نتایج بررسی گونهشناسی سنگها، عدد محافظهکارانه ۲۲ کیلو نیوتون بر متر مکعب در نظر گرفته شد. برای دستیابی به تحلیلی قابل فهم از ضریب الاستیسیته، فرضیات متفاوتی در نظر گرفته شد. تحلیل اولیه برای کل سازه معماری-تاریخی با توجه به مقدار این خصوصیت در سنگ یعنی ۳ هزار نیوتون بر مترمربع طبق آییننامه طراحی ایتالیا انجام گرفت. در مورد دوم، نتایج حاصل از آزمایشهای درجای جکتخت در تحلیل (در محدوده مدول الاستیسیته ۷۲۲۰-۱۶۰۰ مگاپاسکال) لحاظ شد. در نهایت، تصمیم بر آن شد که ضریب الاستیسیته، استخراج شده از چرخههای بارگذاری – باربرداری باشد که با تقسیم قلعه به بخشهای دارای سیر تکامل تاریخی مختلف و مصالح یکسان آزمایش درجای جک تخت انجام پذیرفت و سختی بدست آمده از هر آزمایش به نواحی اطراف آن بسط داده شد.
۶-۲. بارگذاریها
وزن المانهای باربر، به وسیله نرمافزار اجزاء محدود، بهصورت خودکار محاسبه میشود. درمقابل، بارهای مرده مرتبط با وزن المانهایی که مدل نشدهاند بهصورت بارهای گسترده بر سازه اعمال شدهاند. المانهای اصلی که مدل نشدهاند و باید به بارهای مرده تبدیل شوند همان دالهای چوبی و مصالح پرکننده گنبدها هستند.برای اعمال بار مصالح پرکننده گنبدها، یک تابعی خطی متناسب با هر وجه المان گنبد اختصاص داده شد. وزن دالهای چوبی، محاسبه و به طور مناسب روی دیوارها مطابق با جهت دهانه توزیع شد. خصوصاً، بار مرده اعمال شده بر هر دیوار روی اولین نوار اجزا محدود در طول ضخامت دیوار در ارتفاع مناسب بازتوزیع شد (روی ۲۰ سانتیمتر ابتدایی دیوار). تمامی بار کفسازیها به صورت بارمرده روی گنبدها و دیوارهای اعمال شد.
علاوه بر این، فشار جانبی خاک هم در نظر گرفته شده و تغییر خطی آن همراه با عمق لحاظ گردید.. خصوصیات خاک با توجه به عدم وجود رس، با در نظر گرفتن مشخصات خاک شن و ماسهای اعمال شد.
۶-۳. شرایط مرزی
تنظیمات شرایط مرزی یکی از مهمترین موارد در تحلیل سازه است. در واقع، به علت ساخت قلعه روی صخرهها، قسمتهای مختلف آن ترازهای فونداسیون متفاوتی دارد و روی مصالح متفاوتی قرار گرفتهاند. تعدادی از دیوارها مستقیماً روی بیرونزدگی صخره واقع شدهاند؛ درحالی که دیوارهای دیگر روی فونداسیون سطحی خاک قرار گرفتهاند. اطلاعات توپوگرافی فونداسیون در طی عملیات نمونهبرداری در تحلیلهای تشخیصی، طی مشاهدات مستقیم پایه دیوارها، بر اساس توصیههای شهرداری سوندریو و همچنین بر اساس عملیات تعمیر و نگهداری قلعه بدست آمد. با این وجود در برخی موارد، اطلاعات کاملاً از دست رفته بود و لذا برای مشخص کردن وضعیت، شرایط محیطی اطراف ناحیه مورد نظر در نظر گرفته شد. به عنوان اولین فرض، تکیهگاههای گیردار به انتهای پایینی هر دیوار در تراز فونداسیون اختصاص یافت. با این وجود در مواردی نظیر قسمتهایی از قلعه که در شرایط ناهمگن و در ترازهای مختلف بنا شدهاند و تاثیر شرایط مرزی بر رفتار سازه، از فنرهای الاستیک Winkler برای شبیهسازی رفتار زمین استفاده شد. در این حالت، به علت فقدان اطلاعات آزمایشگاهی دقیق، ضریب عکسالعمل بستر به کمک اطلاعات جداول و توصیهنامههای مرتبط بر اساس جنس خاک فرض گردید و مورد استفاده قرار گرفت.
۶-۴. مراحل ساخت
از آنجایی که قلعه در یک مرحله ساخته نشده و حاصل تغییرات تاریخی پیچیده بیشماری است، قرار بر این شد که تکامل تاریخی به وسیله ایجاد تحلیل مرحلهای در تحلیل سازه وارد شود. قسمتهای مختلف قلعه به تدریج وارد مدل شد. برای هر مرحله، تحلیل با توجه به شرایط بارگذاری مربوط به همان دوره تاریخی اعضا انجام شد. قسمتهایی از قلعه نیز که مربوط به دوره تاریخی دیگری بود به مدل مرحله قبلی اضافه شد. این روش به سه دلیل مختلف در نظر گرفته شد:
به منظور بازتولید تکامل تاریخی مجموعه که میتواند روی توزیع بار و تنش موثر باشد؛ به منظور کاهش نتایج تمرکز تنش در ترازهای متفاوت فونداسیون، به این دلیل که فرضیات شرایط مرزی مدل در محلهای دارای تکیهگاههای گیردار اجازه هیچ نوع تغییر مکانی را نمیدهد؛ به منظور جلوگیری از تمرکز تنش غیرواقعی، در قسمتهای دارای خصوصیات مصالح متفاوت که در زمانهای مختلف ساخته شدهاند.
۶-۵. کالیبراسیون مدل: مقایسه با نتایج آزمایش جک تختتکی
به منظور تست قابلیت اطمینان مدل و کالیبراسیون فرضیات در نظر گرفته شده، تنشهای عمودی حاصل از یک موقعیت مشابه از آزمایش جک تخت تکی با نتایج حاصل از مدل مقایسه شد.
تصویر ۵: توالی مراحل ساخت
مقایسه نتایج در موقعیتهای M3 و M9 (به ترتیب متناظر با دیوار جنوبی در قسمت مدفون اتاق استوانهای گنبدی شکل و دیوار شمالی در ناحیه سقف اول) نشاندهنده تطابق محاسبات با نتایج تستهای در محل بود. همچنین، در قسمتهایی از مدل که از خصوصیات مکانیکی حاصل از تستهای درجا استفاده گردید نتایج بهتری در مقایسه با بخشهایی که پارامترهای تحلیل در آنها بر اساس فرضیات درج شده در استانداردها بود، بدست آمد. نتایج همچنین نشاندهنده اثر قابل ملاحظه شرایط مرزی در تغییر نتایج بود، به نحوی که با تغییر شرایط مرزی، نتایج مربوط به آزمایش موقعیت M3 بهبود بیشتری یافت درحالی که نتایج مربوط به آزمایش موقعیت M9 بدتر شدند.
برای دو موقعیت آزمایشی دیگر یعنی موقعیت M2 واقع در دیوار شمالی در قسمت مدفون اتاق استوانهای گنبدی شکل و موقعیت M4 واقع در دیوار غربی برج کبوترخانه، نتایج تحلیل مدل با مقادیر استخراج شده در آزمایشهای در محل تطابق نداشت. نتایج نامناسب بدست آمده در موقعیت آزمایش M4 میتواند اینگونه توجیه شود که برج کبوترخانه در جهت شرقی دچار پیچش ناشی از نشست سطحی در فونداسیون دیوار شرقی شده است. به این دلیل، دیوار غربی که عمیقاً در خاک بنا شده است، تحت گشتاور خمشی قرار دارد، که باعث میشود قسمت غربی تحت فشار باشد. برای نتایج آزمایش موقعیت M2، مشکل کم و بیش به همین شکل است. شرایط در این وضعیت پیچیدگی کمتری دارد، اما عمق فونداسیون بستر و مواد زیربنایی در این ناحیه نامشخص است. این ناحیهای است که در آن سنگ بستر از حیاط اصلی شروع به پایین رفتن میکند. به این علت، تحقیقات دقیقتری جهت درک بهتر از رفتار این ناحیه تحقیقات دقیقتری باید انجام شود.
در نهایت میتوان گفت که نتایج تحلیل مدل در نواحی که شرایط مرزی سادهتر و شناخته شده تری داشتهاند مناسبتر بوده است. در حالیکه مشکلات در نواحی با شرایط مرزی پیچیده بروز میکند که پشتوانه تحقیقاتی مناسبی ندارند. بنابراین، از نظر سازهای نتایج مدل قابل اعتماد است اما با توجه به تأثیر پارامترهای ژئوتکنیکی بر آن، برای بهبود نتایج لازم است در بخشهای فاقد اطلاعات دقیق ژئوتکنیکی آزمایشها و تستهای تکمیلی انجام پذیرد.
۶-۶. نتایج تحلیل
حوزههای تنش حاصل از تحلیل، معمولاً تنشهای پایینتری را نسبت به مقاومت نهایی سازه (آزمایش جک تخت) نشان میدهد. به طور خاص، تنشهای کششی ناشی از بار جانبی گنبدها بخصوص گنبد استوانهای در تصویر تنشهای اصلی مشخص شده است (تصویر۶). در این تصویر وجود تمرکز تنش نزدیک به تکیهگاه مهارهای کششی قابل مشاهده است.
نتیجه جالب دیگر، نحوه تغییر شکل متفاوت در قسمتهای دارای مصالح متفاوت است. که موید لزوم انجام تحلیلی مرحلهای ساخت به منظور پیروی از روند و توالی صحیح ساخت و دوری جستن از تحلیل شرایط غیرواقعی و بازتوزیع غیرواقعی نیروهای داخلی در المانها است.
تصویر ۶: تنشهای اصلی: وجه شمالی (چپ)، وجه جنوبی (راست)
تطابق نتایج تحلیل مدل با واقعیت، با مشاهده مطابقت نواحی دارای تنش کششی در مدل و الگوی ترک در بخشهای مختلف تأیید میشود. بعنوان مثال، میتوان به شبیهسازی تاثیر باربرداری قوس برج کبوترخانه بر روی دیوار شرقی نام برد که در آن وضعیت تنش اصلی با الگوی ترک در سایت تطابق دارد. مثال جالب دیگر، مربوط به اتاق نیمه مدفون جنوب غربی ، جایی که نتایج با موقعیت ترکها و جهت انتشار آنها تطابق دارد.
تصویر ۷: تنشهای کششی در دیواره برج کبوترخانه (a) و ترکها (b)
7.نتیجهگیری
در این مقاله چگونگی ایجاد مدل سامانه فناوری بیم (BIM) (در اینجا قلعه ماسگرا)، به کمک برداشت ابر نقاط با استفاده از اسکن- لیزری و تبدیل آن به مدل اجزا محدود سهبعدی دقیق با درنظر گرفتن کلیه اطلاعات هندسی همراه با تحلیل تاریخی و تحلیلی ارائه شد. این فرآیند، با تلاش بین گروهی گسترده برای بکارگیری از یک مدل واحد برای بررسی زمینههای مختلف امکانپذیر شد.
روش مورد استفاده نشان داد که میتوان با تلفیق انواع ابزارهای فناورانه در رشتهها و تخصصهای مختلف از امکانات بدست آمده مختلف به صورت یکپارچه و هماهنگ بهره برد. در این مقاله با تلفیق ابزارهای سامانه فناوری بیم (BIM) و تحلیل سازه، بررسی رفتار یک بنای تاریخی با در نظر گرفتن اتفاقات و تغییرات روی داده در آن در طول تاریخ میسر شد. ایجاد مدل اطلاعاتی در کنار مطالعه رفتار سازهای این بنای میراث فرهنگی در طول تاریخ، و مطابقت آن با شرایط حال حاضر، ضمن فراهم آوردن امکان برنامهریزی برای پیادهسازی برنامه ترمیم و نگهداری این بنا، یک دارایی اطلاعاتی از بنا را که حاوی انواع اطلاعات هندسی، فنی، معماری و تاریخی است، برای بهرهبرداران از آن فراهم کرد. این کار میتواند در طول سالیان متمادی مورد استفاده قرار گیرد.
تهیه شده توسط:علیرضا محمد علیزاده
با بهره گیری از فناوری بیم (BIM)، مرکزی در کشور بوتسوانا واقع در جنوب آفریقا طراحی شده است. طراحی مرکز نوآوری و خلاقیت هنری بوتسوانا توسط شرکت آمریکایی شاپ (SHoP Architects) با استفاده از راهکارهای ارائه شده توسط نرمافزارهای فناوری بیم (BIM) انجام شد
بیمانا: طراحی مرکز نوآوری و خلاقیت خود باید از ابزارهای نوآورانه بهره جوید. شرکت شاپ، پیمانکار این پروژه خلاقانه نیز بهخاطر ساختمانهایی کارآمد، جذاب و خاطرهانگیز شهرت دارد. برای همین مدتی است که شرکت “شاپ” از فناوری بیم (BIM) ، بهره گرفته و ایدههای خود را با مدلهای سهبعدی ارائه میکند.
معماری ” مرکز خلاقیت هنری بوتسوانا” نمونهای کامل و عینی از پیشرفت در طراحی و بهکارگیر فناوری بیم (BIM) است. میتوان این گونه بیان داشت که این مرکز شاهد مثالی برای ارائه پروژههای نوآورانه و خلاقانه است. مرکز” خلاقیتهای هنری بوتسوانا”در شهر گابورون یا همان پایتخت کشور بوتسوانا واقع شده است. این مرکز مساحتی بیش از ۳۲۰۰ مترمربع را جهت ساخت دفاتر اداری و مراکز تحقیقاتی، به خود اختصاص داده است.
به گفته ویلیام شارپلز (William Sharples) مدیر شرکت شاپ، «این مرکز بخشی از تلاشهای دولت بوتسوانا جهت حمایت از اقتصادی متنوع و توسعهیافته در جامعه است.»
“مرکز بهگونهای طراحی شده تا مورد توجه “مشتریان بالقوه” نیز قرار گیرد. یعنی آنچه که مورد نیاز “افراد خلاق” است، ازجمله دفاتر کار تا فضاهای تحقیقاتی در این مرکز فراهم شده است. استفاده از فناوری بیم (BIM)، ما را در ایده پردازی و نیز کاوش در مدلهای سهبعدی یاری کرد.”
وی افزود: « مرکز بهگونهای طراحی شده تا مورد توجه “مشتریان بالقوه” نیز قرار گیرد. یعنی آنچه که مورد نیاز “افراد خلاق” است، ازجمله دفاتر کار تا فضاهای تحقیقاتی در این مرکز فراهم شده است. استفاده از فناوری بیم (BIM)، ما را در ایدهپردازی و نیز کاوش در مدلهای سهبعدی یاری کرد. با بهرهگیری از قابلیت “تصویرسازی”، بعد زمان و فاصله را به یکدیگر پیوند میزنیم.»
چالشها
“بوتسوانا” کشوری محصور در خشکی و واقع در جنوب آفریقا است که در سال ۱۹۶۶ استقلال خود را به دست آورده است. این کشور قبلاً یکی از فقیرترین کشورهای جهان به شمار میآمد ولی اکنون ازجمله ثروتمندترین کشورهای جنوب آفریقا است. این کشور با معادن الماس و مواد معدنی خود به پیشرفت اقتصادی قابل توجهی دست یافته است. البته این کشور قصد ندارد که برای رشد و توسعه خود تنها بر منابع زیرزمینی خود اتکاء کند بلکه با تشویق و کارآفرینی در بخشهای دیگری مانند فناوری های نوین، صنایع سبز و تحقیقات دارویی ،گام در راه رشد و توسعه اقتصادی برداشته است.
“مرکز خلاقیتهای بوتسوانا” برای حمایت از رشد اقتصادی کشور، امکانات مدرن و جدیدی را جهت فعالیتهای تحقیقاتی و فناورانه عرضه میکند. رهبران سیاسی بوتسوانا براین باور بودند که این مرکز بهمنظور جذب افراد، نیاز به یک طراحی منحصربهفرد دارد تا نشانی از تعهد این کشور به مفهوم “نوآوری” باشد. بنابراین تصمیم گرفتند تا با برپایی یک رقابت جهانی برای معماری مرکز، پیمانکاران پروژه را تعیین نمایند.
به گفته مدیر اجرایی و توسعه مالی “مرکز خلاقیت های بوتسوانا” «این مرکز یک سرمایهگذاری مهم برای مردم کشور ما است. مسئولان کشور ما فقط به دنبال یک طراحی چشمگیر نبودند بلکه می خواستند شاهد بهترین ایدهها از طرف معماران جهانی باشند. درواقع یکی از معیارهای انتخابی ما بالابردن سطح کیفی کار با بهرهگیری از آخرین و بروزترین ابزارهای طراحی معماری بود.»
راهحلها با استفاده از فناوری بیم (BIM)
گزینش شرکت معماری “شاپ” به دلایل بسیاری شکل گرفت. طراحی صورت گرفته توسط این شرکت با الهام از ویژگیهای فرهنگی و محیطی کشور بوتسوانا انجام گرفته است. این طراحی به آن گونه است که این مرکز با مناطق مجاورش درهمآمیخته و چشمانداز تپههای شنی و رودخانه دلتا را در یادها زنده میسازد. همچنین گزینه های طراحی پایدار همچون استفاده از بام سبز یا سقف دارای پوشش گیاهی، با اهداف کلی ساختمان هماهنگی کامل دارد.
کوین فنل (Kevin Fennell) مدیر پروژه در این زمینه گفت: «البته طبیعی است برای انتقال بهتر ایده های تصاویر رندر شده سهبعدی در پیشنهادات ارائه گردید. با استفاده از فناوری بیم (BIM) و قدرت رندرینگ جزئیات کار در پیشنهاد ما آسانتر لحاظ شد. قابلیت تصویرسازی از طراحی، این امکان را به کارفرما میداد تا نحوه قرار گرفتن ساختمان و تطبیق آن با محیط پیرامونی را مشاهده نماید.»
شارپلز از دیگر طراحان شرکت نیز در مورد این طراحی گفت: «موجب افتخار است که شرکت ما برای طراحی این ساختمان انتخاب شد. برای مدل کردن ایدهها با تکیه بر فناوری بیم (BIM) بهره گرفتیم. این ابزار کمک زیادی به کاوش ایده ها توسط تیم طراحی کرد و همیاری با جامعه معماری بوتسوانا را ارتقاء بخشید.»
به اشتراکگذاری مزایای BIM
پیمانکار طراحی در شروع کار پروژه، میزبان جلسه ای با نمایندگان کارفرما درشهر نیویورک بود. برای بعضی از مدلهای موجود از فناوری بیم (BIM) استفاده شد و گزینههای مختلفی در آن جلسه مطرح شد.
کارفرما با بررسی مدل سهبعدی قادر شد تا به شکل شفاف تری به مفهوم طراحی پی برده و بازخورد سریعتری از خود نشان دهد. بنابراین، کارفرما قادر بود تا تجسم بهتری در مورد “چگونگی به نظر رسیدن ساختمان در آینده” و نیز “چگونگی قرارگیری تک تک المانها در کنار یکدیگر” داشته باشد.
مدیر پروژه در این زمینه گفت: «کارفرمایان ما تجارب مستقیم زیادی در مورد استفاده از فناوری بیم (BIM) نداشتند. اما در مورد طراحی ساختمان خود کاملاً توجیه بودند و میخواستند از جدیدترین ابزارهای طراحی بهره ببرند. آنها پس از مشاهده قابلیت های فناوری بیم (BIM) پیشنهاد کردند تا این فناوری را به مهندسان معمار کشور بوتسوانا معرفی کنیم. لذا قسمتی از کار طراحی با فناوری بیم (BIM) به یک شرکت مهندسی معماری محلی سپرده شد. برای همکاریهای بیشتر و بر اساس روال کاری نیز جلساتی با مهندسان معمار محلی در کشور “بوتسوانا” برگزار گردید.»
“کارفرمایان ما … پس از مشاهده قابلیت های فناوری بیم (BIM) پیشنهاد کردند تا این فناوری را به مهندسان معمار کشور بوتسوانا معرفی کنیم. لذا قسمتی از کار طراحی با فناوری بیم (BIM) به یک شرکت مهندسی معماری محلی سپرده شد.”
بینشی عمیقتر و تغییراتی سریعتر
چندین کار گروه معماری جهت ملاقات با مهندسان محلی کشور “بوتسوانا” راهی آفریقا شدند. در طول جلسات مهندسان سازه پیشنهادهایی مبنی بر “تغییرات فضا در پارکینگ” و “کاهش میزان فولاد مصرفی” داده شد.
استیون گارسیا (Steven Garcia) مدیر فنی پروژه بیان کرد: «با بررسی مدل ساختمانی دریافتیم که این تغییرات فوق کارساز خواهد بود. در پایان همان روز کاری در آفریقا از دفتر مرکزی خواستیم تا این تغییرات را در مدل اصلی بیم (BIM) ما اعمال کنند.»
وی افزود: «شما میتوانید مدلهای طراحی خود را خیلی سریع تغییر و اصلاح کنید. وقتی صبح روز بعد با کارفرما ملاقات کردیم، تغییرات اعمالشده بودند. ما همچنین میدانستیم که این تغییرات میتوانند هزینه ساختمانی را تا میزان ۵ درصد کاهش دهند.»
طراحی پایدار
آفتاب نیمروزی در کشور “بوتسوانا” بیرحم است و وجود سایه میتواند فضای خوشایندی را درکنار ساختمانها فراهم سازد. برای همین یک طاق نمای بزرگ برای مرکز طراحی شده است تا برروی پنجرههای متعدد این ساختمان سایه اندازد.
هنگام طراحی در محیط نرمافزار رویت، تیم طراح میتوانست مطالعات مقدماتی مربوط به این سایهاندازی را انجام دهد. سپس آنان با استفاده از نرمافزار اکوتکت (Ecotect) تحلیلهای دیگری همچون” چگونه سایهاندازی” و نیز “تأثیر جرم ساختمان روی بار حرارتی” را انجام دادند.
به گفته مدیر پروژه «سایه یکی از مهمترین ویژگیهای “طراحی پایدار” یک ساختمان است. انجام “طراحی پایدار” یک سازه قبل از پیشرفت کار مدلسازی معماری میتواند باعث صرفهجویی زیادی در زمان انجام کار شود. ما از ابتدای فرآیند کار، نسبت به چگونگی اجرای طاق نما آگاه بودیم. اما نرمافزار مورد استفاده درک بهتری برای استفاده از بهترین روش استفاده از پنل های نما به ما داد.»
نتیجه استفاده از فناوری بیم (BIM)
با توسعه ساخت “مرکز خلاقیت های هنری بوتسوانا” نقش فناوری بیم (BIM) در پروژهها بیشتر و بیشتر میشود. فناوری بیم (BIM) طراحی سهبعدی را چندین مرحله توسعهیافتهتر میکند. مثلاً در انجام همین پروژه، استفاده از فناوری بیم (BIM) درک بهتر از طراحی و امکان همکاری بیشتر و آسانتر را به ارمغان آورد. کارفرمای پروژه نیز به نتایج مثبتی که از فناوری بیم (BIM) حاصلشده است، اذعان دارد. قابلیت به “اشتراکگذاری مدلهای سهبعدی ساختمان” با مقامات کشور بوتسوانا باعث شد تا اشتیاق برای انجام این پروژه زیاد شود. سطح بالای اطلاعاتی که از مدل بیم (BIM) جمعآوری می شود بسیار تأثیرگذار است. مثلاً پیمانکار میتوانند بگویند چگونه با انتخاب طرحهای مختلف، میتوان بر میزان مصالح مصرفی جهت تکمیل پروژه تأثیر گذار بود. بنابراین کارفرما بهتر و زودتر درخواهد یافت که چگونه انتخابهای گوناگون میتواند بر نتایج نهایی کار تأثیرگذار باشد.»
تهیه شده توسط : شیدا محمودی
بیمانا: مرکز لن لی (Len Lye) موزه هنری برگزیده در نیوزلند بوده که بهرهگیری از نرمافزار ARCHICAD در آن هویدا است.
طراحی این موزه هنری به شدت تحت تاثیر زندگی، عقاید، آثار ادبی و هنری هنرمند مشهور و پرشور نیوزلندی «لن لی» است (۱۹۸۰-۱۹۰۱). لی معتقد بود که کار هنری بخشی از حس هوشیاری و آگاهی برقراری ارتباط با دنیای آینده است و از نور به عنوان ابزار اصلی خود استفاده میکند.
ساختمان مرکز لن لی در منطقه تاراناکی (Taranaki) در کشور نیوزیلند واقع شده است که بهخاطر محصولات فولاد ضدزنگ خود معروف است. نمای بیرونی این عمارت ۳ هزار مترمربعی، نور را انعکاس میدهد و این کار از زوایای گوناگون بهصورت هولوگرافی درمیآید که هم به این عمارت و هم به میدان شهر روح و زندگی بخشیده و آن را پر جنبوجوش نشان میدهد.
نمای خارجی مرکز دارای بیست ستون پیش ساخته بتنی منحنی شکل با ارتفاع ۱۴ متر میباشد. سطوح خارجی این نما مزین به سطحی صیقلی ساخته شده از فولاد ضدزنگ و شیشهکاری که بین ستونها پنهان شده است، خودنمایی میکند. ستونها طوری طراحی شدهاند که نور را از میان این شیشه کاریها، در ساعات روز به درون ساختمان و در هنگام شب به بیرون ساختمان منعکس کنند. مقیاس، مصالح، نور و اتمسفر این نمای خارجی به گونهای ترکیب شدهاند که همچون عوامل مختلف فیلم، صحنهها را میسازد و ابعاد خیالی را بوجود میآورند. نمای خارجی همانند یک منظره زنده و با روح است که فضاهای بیرونی و درونی سازه را به هم پیوند میدهد.
در این عمارت فضاهایی همچون سالنهای آموزشی، سینمایی دارای ۶۲ صندلی، آرشیو و یک اتاق کنترل اختصاصی جهت امور خاص این مرکز اختصاص یافته است. نتیجه آنکه فضایی به دست آمده که با خلق تجربه احساسی از نور به عنوان “پرستشگاهی” برای هنر قابل احترام، جلوهگری مینماید.
کار گروهی و استفاده از فناوری بیم (BIM)
کارفرمای این اثر برای طراحی این اثر پیچیده، دامنه وسیعی از تخصصهای معماری را دورهم گردآورد. این پروژه در سال ۲۰۱۰ میلادی و با استفاده از نرم افزار ARCHICAD 14 آغاز شد. بزرگترین چالش گروه طراحی مدلسازی نمای بیرونی این ساختمان بود. گروه طراحی به دلیل پیچیدگی نمای بیرونی، فرم ساده نمای بیرونی را با استفاده از نرم افزار Rhino ساختند و سپس به نرم افزار ARCHICAD منتقل کردند. سپس هنگامی که نرم افزارهای ARCHICAD 15 و ARCHICAD 16 به بازار عرضه شد، نمای بیرونی ساختمان دوباره با استفاده از ابزار Shell و Morph مدلسازی شد.
یک مدل سهبعدی جامع با قابلیت ارتباط مستقیم در چرخه فناوری بیم (BIM)، دارای جزئیات مبسوط شامل مدل ساختمانی سهبعدی سازه و المانهای مکانیکی و تأسیساتی، توسط تیم طراحی ساخته شد. از این مدل جهت استخراج مستندات پروژه، انتقال مفاد طراحی به کارفرما و روشن ساختن مشکلات ساخت در طول دو سال زمان انجام پروژه ساخت، استفاده شد.
استفاده از OPEN BIM یک مبنای مستحکم برای کارهای طراحی و ساخت بود و بهرهگیری از آن برای برنامهریزی جهت ساخت هندسه پیچیده ساختمان، امری اساسی بود. چراکه این کار، انتقال یکپارچه مدل بین مهندسین مشاور را از مرحله طراحی تا ساخت تضمین میکرد. از آنجایی که این یک پروژه آزمایشی بود، از مدل دادهها با فرمت IFC برای برخی مهندسین مشاور استفاده شده و تعداد زیادی مدلهای نمایشی بین مهندسین مشاور رد و بدل گردید تا انتقال مدلها در آینده بصورت یکپارچه تضمین شود. کار انتقال و به اشتراکگذاری دادهها بهصورت هفتگی انجام میگرفت.
به محض آنکه هندسه نمای خارجی سازه در نرمافزار ARCHICAD آماده گردید، به نرم افزار Ecotect 2011 (که خود متصل به نرم افزار Radiance میباشد) منتقل گردید تا بازتابهای مسیر نور خورشید، مستندسازی شود. مدل معماری از ستونهای تالار ستونگذاری شده مستقیماً به تولیدکنندگان ستون پیشساخته ارسال شد و این در حالی بود که اثرات انتقال نور، با المانهای نمونه در اندازه واقعی، در محل انجام پروژه نیز آزمایش شد.
تبادل دادهها با فرمت IFC برای کار سازه و تأسیسات و موفقیت پروژه امری ضروری بود. مدلهای سازهای و تأسیساتی وارد شده، فقط بهعنوان اطلاعات مرجع (در لایهای پنهان) در مدل معماری ذخیره میشد. سپس اجزا المانهای سازهای و تأسیساتی دوباره به مدل وارد میشد و در مدل فناوی بیم (BIM) تثبیت میشد.
مدل نهایی شده به نرمافزار SketchUp منتقل شد تا کارکنان گالری بتوانند آثار هنری را درون ساختمان قرار داده و برنامه نمایشگاه را دو سال زودتر از اینکه گالری عملا ً شروع به فعالیت کند، به پیش ببرند. مدل، جهت ارایه تصویر و انیمیشن به نرم افزار ۳DsMax شرکتAutodesk منتقل شد.
یکی از استفادههای بسیار جالب از فرآیندهای OPEN BIM، برنامهریزی آکوستیک/صوتی فضاهای نمایشگاه بود. از آنجایی که آثار هنر حرکتی لن لی بسیار مشهور است، طراحان میبایست هنگام طراحی فضاهای داخلی و جاگذاری آثار هنری وی، مولفه صدا را نیز به کار میافزودند. یکی از گزینهها، عایقبندی صوتی گالریها بود اما در آخر، مشاورین آکوستیک راهحل بسیار جالبی یافتند. راهکار این بود که قطعات موسیقی با صدای بلند در فواصل زمانی معینی اجرا شوند و این امر با توجه به زمانبندی خاصی برای لحظات سکوت و لحظات اجرای قطعات موسیقی انجام شود. همچنین آثار هنری به دقت انتخاب شده و با روشی خلاقانه (هدایت بازدیدکنندگان به فضاهای نمایشگاه با استفاده از صدا)، کار صورت می پذیرفت. مدل انتقال داده شده از نرم افزار ARCHICAD، انجام این کار را میسر کرد. مشاورین آکوستیک از نرمافزارهای Odeon و Iris استفاده کردند. یک آکوستیک اتاق و یک آکوستیک ۳D، نرم افزار را فعال میسازد تا اثرات صدا که از درون موزه و از قطعهای مخصوص که در گالری تعبیه شده و صادر می شود را ارزیابی کنند.
از آنجایی که مرکز لن لی بطور کامل مدل شده بود، بنابراین ساخت مدل BIMx از آن — شامل کل اطلاعات دوبعدی موجود در مدل– بسیار ساده و طبیعی بود. از مدل BIMx مرکز Len Lye در جریان بازدید و نظارت از سایت استفاده میشد و سازندگان از این مدل برای تجسم سهبعدی ساختمان و اتصالات بهره میگرفتند و استفاده از این مدل برای کارفرمایان برای دانستن طراحی فضاها بسیار ساده بود.
مدیریت ارزش توسط ARCHICAD
یک پروژه گالری هنری، همیشه به یک تهویه مطبوع مناسب نیاز دارد. چنین هوای ایدهآلی، با صرف هزینههای بسیار بالای برای سیستم تأسیسات، خصوصاً سیستم HVAC میسر میشود که میتواند تا ۲۵ درصد از کل هزینههای ساختمان را به خود اختصاص دهد. بنابراین بهرهگیری از نرمافزار ARCHICAD هنگامی که پروژه با مشکلات تأمین منابع مالی روبرو است. این نرمافزار سازندگان را قادر میسازد تا مهندسین و مشاورین مختلف در زمینه سیستمهای گرمایشی و تهویه هوا را با هم هماهنگ سازد به شکلی که بتوان این هزینه را به نحو قابل توجهی کاهش داد.
استاندارهای تخصیص وام بینالمللی برای امور هنری بسیار سختگیرانه هستند و باعث میشود موزهها با محدود کردن اندازه محیطی، خود را با این استانداردها تطبیق دهند. این بدان معناست که یک موزه هنری به این اندازه و وسعت، باید دارای دو تا سه اتاق تجهیزاتی باشد. اما شرکت سازنده به خاطر بهرهگیری از سامانه فناوری بیم (BIM) به یکباره تصمیم گرفت تا برنامهریزی جهت ساخت اولیه دو اتاق تجهیزات را به یک اتاق تجهیزات کاهش دهد. انجام این امر از طریق مبادله شیوه کار بین مهندسین مشاور بسیار سریع صورت گرفت و بخش عظیمی از بودجه ساختمان را حفظ کرد.
تهیه شده توسط:صابر صادقی
بیمانا: ساختمان آزمایشگاه و دفتری اداری که نمونهای از ساختمانهای فوق پیشرفته محسوب میشوند، در مجموعه پارکزیستی دانش بیولوژیک (BioCity complex) در همسایگی شهر ناتینگهام، قرار گرفته است. این ساختمان قرار است مرکزی برای جذب شرکتهای فعال در حوزه بیوشیمی و علومزیستی به شهر ناتینگهام باشد و ۲۵۰ فرصت شغلی تخصصی ایجاد کند.
کارفرما: شورای شهر ناتینگهام
بودجه: ۲۶ میلیون پوند
پیمانکار اصلی: شرکت ویلموت دیکسون Willmott Dixon
یکی از مشخصههای بارز این سازه ۶ هزار ۷۵۰ مترمربعی، پنجرههای آفتابی طراحی شده توسط ولفگانگ بوترس به ارتفاع ۴ طبقه است، که زمین سالن کنفرانس و دفاتر خلاقیت -نوآوری و مشاغل کوچک را به همراه چهار طبقه آزمایشگاهها و دفاتر وابسته به آنها حول یک هسته مرکزی در برمیگیرد.
فناوری بیم (BIM)در طراحی ساختمان
مجموعه این ساختمان توسط شورای شهر ناتینگهام خریداری شد و طی یک چهارچوب زمانی فشرده، توسط شرکت معماری CPMG با فناوری BIM طراحی شده است. کارفرمای این طرح، شرکت بزرگ ویلموت دیکسون بود و کار ساخت آن ابتدای سال ۲۰۱۵ آغاز شد و بهار ۲۰۱۷ به پایان رسید. شرکت CPMG به موازات مورگان توکر (Morgan Tucker) مهندس مشاور سازه و همچنین شرکت خدمات مهندسی بریجز و فورستر در سطح چهارم فنآوری BIM و تحت استاندارد PAS 1192 به کار طراحی پرداختند. این شرکت از مدلهای رویت (Revit) هدفدار که مرحله پایانی طرح را نشان میدهند و برای مدارک ساخت و ساز سنتی مناسب هستند نیز، استفاده کرد و همه اینها در بستر نرمافزار Navisworks با یکدیگر ادغام و همسانسازی شدند.
عموماً در این پروژه مدل اطلاعات ساختمان برای ایجاد هماهنگی در نقشهها و شناسایی تداخل ها، استفاده شده است اما جهت هماهنگی در برنامههای اجرایی پروژه، تهیه اطلاعات هزینه و یا مدل ارزیابیهای مالی که شامل اطلاعات تعمیر و نگهداری است، از آن استفاده نشده است.
مت گرینهالف از جمله معماران شرکت CPMG در این زمینه گفت: «ما مدلها را تا نقطه اجرا و ساخت، پیشبردیم. کارفرمایان ما نیز به مزیتهای بالقوه استفاده از مدل در مرحله بهرهبرداری پی بردهاند، اما فعلاً تمایلی به استفاده از آن ندارند. شرکت CPMG مسئولیت هماهنگ کردن مدلها و مدیریت مغایرتها را برعهده گرفت. بخشی از کار شامل انتشار برنامه اجرایی فناوری بیم (BIM) است که دامنه استفاده از فناوری بیم (BIM) و ماتریس مسئولیت هر بخش طراحی و در هر مرحله از طراحی را، مشخص میکند.
نهادینه شدن دانش فناوری بیم (BIM)
شرکت CPMG یک مدیر فناوری بیم (BIM) و چهل نفر رویتکار (Reviteers) را وقف این پروژه کرد؛ نتیجه اینکه دانش فناوری بیم (BIM) در این پروژه از سطح مدیر گرفته تا تکنسین نهادینه شده است. این سامانه سطح ارتباطات را بهبود بخشید و آگاهی بیشتری در مورد طراحی دیجیتال ایجاد کرده است.
گرینهالف در این زمینه گفت: «هنگام راهاندازی پروژه فناوری بیم (BIM) نگرانی اصلی ما تعریف درجات مختلف تطابقپذیری و همچنین سطح تخصص در میان اعضای گروه بود. گرچه شرکت CPMG از استانداردهای مشخصی برخوردار است، اما باید اطمینان حاصل میکردیم که میثاقها و نامگذاریها توسط تمامی گروه مشاوران در بالاترین سطح، فهمیده خواهد شد. موافقت در مورد مواردی مانند هماهنگکنندههای مشترک، این اطمینان را به ما میداد که اطلاعات یکنواخت خواهد بود و دادهها در مدلهای مستقل از هم، در محل مناسب جای خواهند گرفت.»
کار در حوزه فناوری بیم (BIM) از آغاز چند مشکل را در مورد توانمندی رویت با ویرایش قدیمیتر خود (Revit 2014 Edition)، برای طراحی ایدههای جدید، برجسته کرد. در هنگام مشاوره با کارفرما برای جستجوی امکانات جدید طراحی، گروه دریافت که نرمافزار رویت در برخی موارد واقعاً مایه زحمت است. برای مثال هنگام افزودن یک دیوار به دیوار دیگر، رویتکار مجبور بود فاکتورهای دیوار دوم را جدا کند تا آن را به دو دیوار تبدیل کند؛ در حالیکه باید بتوان تنها یک دیوار را به این فضا اضافه کرد.
گرینهالف در این زمینه گفت: «در ابتدای باید کارها به سرعت انجام میشد و برخی از مواقع ما حتی مجبور میشدیم از نرمافزار رویت خروجی بگیریم و آن را در اتوکد ترسیم کنیم. کاری که بخاطر تخطی از اصول فناوری بیم (BIM)، واقعاً مایه تأسف بود.»
وی ادامه داد: « این مسأله ممکن است بر روی تغییراتی که بعد از قرارداد اعمال میگردد تأثیر بگذارد، چراکه گاهی لازم است برخی فاکتورها به سرعت عوض شوند اما این تغییر نمیباید بر روی مدل اصلی اثری دائمی بگذارد؛ این مشکلات فرسایشی وقتی از نرمافزار Navisworks استفاده میکردیم نیز، به وجود میآمد.»
نکته کلیدی، ساده کردن امور است
طراحان در اکثر مواقع اطلاعات طراحی سازه را از پیمانکاران فرعی دریافت میکنند تا بتوانند نسبت به مطابقت آن با مدل فناوری بیم (BIM) اطمینان حاصل کنند و کار ساخت مطابق اهداف طرح، پیش رود.
گرینهالف در این زمینه توضیح داد: «مدلی که چهارچوب کلی را نشان میدهد، کار تشخیص محل دقیق مغایرت یا تداخل را برای کاربران دشوار میکند. این به معنای چاپ بخشهای اضافی و طراحی نقشههای دیگری است تا درک زمینه کار به شکل سادهتری، صورت بگیرد. همچنین مشخص میشود که چه کسی مسئول حل مشکلات احتمالی است. سادهتر کردن امور یکی از نکات کلیدی است که برای رسیدن به هماهنگی میان همه اعضاء در پروژههای فناوری بیم (BIM)، ضرورت دارد.
اما علیرغم نگرانیهای جزئی که بدان اشاره شد، هنگامیکه قرار است یک مدل سه بعدی هماهنگ شده، دوباره طراحی شود، انجام آن با نرم افزار اتودسک بسیار سریعتر از روشهای سنتی، انجام میگیرد.
ساختمان علوم زیستی مخصوصاً در فضاهای آزمایشگاهی از طراحی پیچیدهای برخوردار هستند. تعیین و تنظیمات دقیق فضاهای سهبعدی این ساختمان کار دشواری است و نیازمند شیوه خاصی است که متصدیان و اجارهکنندگان این ساختمان هنوز از آن اطمینان پیدا نکردهاند. یکی از کارشناسان حرفهای املاک، پیشنهادات خود را به آنها در مورد استفاده از فضاها، عنوان کرده اند. اما تا هنگامی که بهرهبرداران اصلی ساختمان را تحویل نگرفته اند و خواستههای خود را مطرح نکردهاند، نمیتوان کلیه این توصیهها را اجرایی کرد.
گرین هالف در این زمینه گفت: «تعداد خروجیهای دود جهت تهویه بخارات آزمایشگاهی افزایش یافته است که این امر سرویسدهی را تا حدود ۳۰ درصد افزایش داده است.»
وی افزود: «بخاطر استفاده از نرمافزار رویت ما به سرعت میتوانیم مدلهای سازه، معماری، تأسیسات برقی و مکانیکی را ارزیابی کنیم و دریابیم که آیا فضایی برای اعمال تغییرات در اختیار داریم یا خیر؛ حتی میتوانیم چگونگی جابجایی سقف را محاسبه کنیم. به همین دلیل، فرآیند تصمیمگیری بسیار سریعتر از محیط دوبعدی بوده و در سرعت کار نقش بسزایی دارد.»
تهیه شده توسط:رضا رجبی
بیمانا: سقف استادیوم سنگاپور با بیش از ۸۰ متر ارتفاع از سطح زمین، بزرگترین سازه گنبدی شکل جهان است. در متن پیشرو، به فرآیند یکپارچهسازی مدلهای معماری و سازهای، برای تحقق این پروژه بلند پروازانه، پرداخته شده است.
بر طبق اظهارات شرکت آروپ (Arup)، طراحی خلاقانه “مرکز ورزشی سنگاپور” با استادیومی به ظرفیت ۵۵ هزار نفر، الگویی مناسب در طراحی استادیومها در آینده میباشد. شرکت آروپ به واسطه سابقه درخشان خود در انجام پروژههای مختلف عمرانی برگزیده شد. این شرکت در ساخت پروژههای معتبر زیادی دست داشته است. از آن جمله میتوان به استادیوم ملی پکن، استادیوم آلیانس آرنا در شهر مونیخ و استادیوم شهر منچستر اشاره نمود.
همچنین میبایست به نقش مهمی که شرکت آروپ در فرآیند طرح جامع خلیج ماریانا (Marina) دارد، اشاره کرد. این طرح سنگاپور را به مکانی جذاب برای کار، زندگی و تفریح تبدیل خواهد نمود. نتیجه نهایی این کار منجر به ساخت بزرگترین مجموعه ورزشی جهان با مشارکت بخش خصوصی و دولتی شد. لازم به ذکر است که از ابتدای کار، اولویت اصلی طراحی، آسایش تماشاگران در آب و هوای استوایی سنگاپور بود. از این رو شرکت آروپ یک سازه گنبدی شکل با ضخامت بسیار کم و مجهز به سقف متحرک را طراحی کرد.
این روش طراحی نه تنها باعث ایجاد سایه در استادیوم میشود، بلکه یک سیستم سرمایش بسیار کارآمدی را بدون کاستن از کیفیت دید تمام تماشاگران (که برای تماشای بازیهای ورزشی و یا مراسم رژه روز ملی سنگاپور به ورزشگاه میآیند)، فراهم میکند.
سقف گنبدی ورزشگاه سنگاپور که مساحتی برابر سه زمین فوتبال داشته و ۸۰ متر ارتفاع از سطح زمین دارد، از مجموعهای شامل گروههای مختلف خرپاهای مثلثی شکل فضایی تشکیل شده است. خطوط منحنی سقف، که از منظر معماری دارای جذابیت ویژهای است، از مقاطع توخالی دایرهای شکل ساخته شده است. این خطوط منحنی، چالشهای بسیاری را پیش روی سازندگان قرار داد، اما آنها توانستند با استفاده از نرم افزار تکلا، بر این چالشها غلبه کنند.
لزوم همکاری بین گروهی
تیم طراح شرکت آروپ از نرمافزار فوق جهت بهینهسازی طراحی قطعات ثابت و متحرک سقف استفاده کرد. در ادامه با استفاده از این قطعات، سازه ای کارآمد، سبک و پیشرفته ساخته شد.
از همان ابتدا مشخص شد که رسیدن به طراحی یکپارچه معماری و سازهای، نیازمند همکاری جدی بین کلیه “کارگروههای مختلف مهندسی” میباشد. این امر به آن خاطر بود تا آرامش فکری مهندسین معماری و سازهای، پیمانکاران اصلی و کاربران نهایی فراهم شود. با توجه به آنکه طراحی فوق با استانداردهای ساختمانی مختلف نیز همخوانی دارد، خطر اعمال “هزینههای غیرضروری” نیز کاهش مییابد.
تیم طراحی شرکت آروپ، با استفاده از یک نرمافزار تحلیلی درون سازمانی که توسط یک پلاگین با مدل تجمیع شده در نرمافزار Tekla BIM در ارتباط بود، قادر به بروزرسانی خودکار مدل سهبعدی نرم افزار تکلا جهت مطابقت آن با آخرین تغییرات هندسی مدل اصلی فناوری بیم (BIM) شد. جالب آنکه این کار در روشهای متداول و مرسوم قبلی میسر نبود.
اصل موفقیت پروژه، در به “اشتراکگذاری دادههای مدل” در طول انجام پروژه بود. به این طریق تمام گروههای کاری میتوانستند تا در بخشهای مختلف پروژه همچون تأسیسات، سازه و معماری با یکدیگر همکاری کنند.
شرکت آروپ از ابتدا قادر بود که کلیه تداخلات احتمالی میان المانهای تأسیساتی و سازهای را شناسایی و طرح خود را اصلاح کند. بهعنوان نمونه میتوان به طولی در حدود ۴۲ کیلومتر از “سکویهای پیشساخته استادیوم” جهت نشستن تماشاگران، به همراه “المانهای تأسیساتی” همچون تجهیزات “تهویه مطبوع” اشاره کرد که لازم بود تا به شکل دقیقی در مکان خود جانمایی میشدند.
مایک کینگ (Mike King) یکی از مدیران شرکت آروپ در سنگاپور و سرپرست بخش سازه پروژه استادیوم سنگاپور، اظهار میکند که استفاده از راهکار فناوری بیم (BIM)، برای این پروژه با مشخصات ذاتی خود، بسیار اهمیت داشته است.
هنگامیکه هندسه و ابعاد قطعات سازه سقف با به همراه مدل سهبعدی مشخص گشت، حصول اطمینان از ورود دقیق “اطلاعات طراحی اتصالات” به مدل اصلی بسیار مهم بود.
به منظور اطمینان از این که تمامی اهداف تیم طراحی در مدل سهبعدی لحاظ شده باشد، نمایندگان پیمانکار ” اسکلت فلزی” پروژه، (شرکت یانگنام یا Yongnam)، سیستمی را توسعه دادند که تمامی اطلاعات مهم مدل و “اطلاعات طراحی” برای تمام نقاط تلاقی را بررسی و صحتسنجی میکرد. کینگ در این زمینه گفت: «شرکت یانگنام از این مدل برای مشخص نمودن توالی مراحل ساختوساز و نیز پاسخ به پرسشهای کارفرما استفاده نمود. پرسشهایی از قبیل “چگونه میتوان اجزای سازه را به محل پروژه منتقل کرد؟” و یا ” اجزاء و المانها در چه اندازههایی میتوانند در محل پروژه ساخته شوند؟” و نیز “چه المانهایی میبایست توسط جرثقیل حمل شود؟” مطرح بود که داشتن یک مدل سهبعدی برای پاسخ به همه این موارد بسیار الزامی و حیاتی بود.»
هم چنین پیمانکاران نمای ورزشگاه، برای پیادهسازی و حصول اطمینان از مطابقت و همخوانی “ساختار اجرایی” خود با “المانهای سازه” از مدل جامع فناوری بیم (BIM) استفاده کردند.
وزن سبکتر، کربن کمتر
یکی از چالشهای اساسی این پروژه، کاهش وزن سازه سقف تا کمترین مقدار ممکن بود. چرا که این کار نه تنها باعث کاهش هزینهها میشد، بلکه کاهش میزان کربن را نیز در پی داشت؛ اثری که عواقب ناگوار زیستمحیطی را در پی دارد. بیشترین بار بر روی سقف، ناشی از وزن خود “اسکلت سازه فلزی” بود که با فرآیند دقیق طراحی به حداقل خود رسید.
به گفته کینگ دلیل استفاده از نرم افزار تکلا برای چنین سازهای، وجود راهکارهایی است که استفاده از آنها میتواند کار را برای “سازندگان قطعات فلزی” آسان نماید. همچنین در ادامه میتوان علاوه بر “مستندسازی” پروژه، “مدل BIM” ایجاد شده را به هر سازندهای در سراسر دنیا ارسال نمود. از سوی دیگر پیمانکار نیز با استفاده از این نرمافزار قادر به توسعه مدل نهایی خود شده و نهایتاً در “زمان” صرفهجویی قابل توجهی میگردد. علاوه بر صرفهجویی در “زمان”، استفاده از رویکردی مبتنی بر “فناوری بیم (BIM)” در پروژه فوق، شرکت آروپ را قادر به دستیابی به “بهرهوری بیشتر” و کاهش میزان مصرف “مصالح اولیه” در فرآیند تولید این سازه نمود.
تهیه شده توسط:میثم کاظمی فرد