Технологии Spectrum R&D
Инновационный многоцелевой центр компьютерного моделирования Spectrum R&D специализируется на выполнении наукоёмких работ в области архитектурно-строительного проектирования: проведение высокотехнологичных компьютерных расчётов (задачи прочности, термодинамики, аэродинамики), решение задач строительной теплотехники, энергоэффективности и зелёного строительства, решение задач информационного и концептуального моделирования зданий и сооружений.
Команда центра имеет опыт моделирования высотных зданий, аэровокзальных комплексов, спортивных объектов, торгово-рекреационных центров и кинотеатров, мостов и тоннелей, промышленных предприятий, гидротехнических сооружений и электростанций. Возможность подключения экспертов ГК Спектрум по любому направлению строительства позволяет решить практически любую комплексную задачу современного строительства.
В ГК Спектрум на экспертном уровне применяется передовое программное обеспечение в области численного (математического) моделирования, компьютерных расчётов и BIM-технологий. Это позволяет разработать оптимальную стратегию работы применительно к решаемой задаче, а также выполнять сопоставительные расчёты в разных программах. Использование современной высокопроизводительной вычислительной техники позволяет решать наиболее сложные задачи математического моделирования в строительной отрасли.
В качестве базового инструмента численного моделирования в Spectrum R&D применяется универсальный программно-вычислительный комплекс ANSYS.
В центре выполняются работы по информационному моделированию зданий (BIM-моделирование, от англ. Building Information Modeling) на платформе Autodesk Revit, по концептуальному моделированию инфраструктуры на платформе Autodesk InfraWorks, по параметрическому моделированию и генеративному дизайну на платформе Rinocceros/Grasshopper, по визуализации в Autodesk 3ds Max.
Расчёты аэродинамики методом конечных объемов
(CFD-моделирование, Computational Fluid Dynamics)
Вычислительная архитектурно-строительная аэродинамика - это новейшее направление математического моделирования в строительстве.
Аэродинамика влияет не только на ветровые нагрузки, но и на комфорт людей внутри и снаружи здания, на экологическую обстановку. Раньше аэродинамические аспекты при проектировании учитывались приближенно. Основным способом исследования была и продолжает оставаться продувка масштабной модели здания в аэродинамической трубе. Однако этот способ исследования дорогостоящий и сложный. Обычно он применяется при проектировании зданий повышенной ответственности. Результаты продувки зачастую требуют дополнительной интерпретации.
Преимущество CFD-моделирования в том, что оно может использоваться практически в любом проекте. Это становится возможным благодаря сокращению стоимости аэродинамических исследований. Кроме того, CFD-моделирование обладает теми же преимуществами по эффективности работы и удобству представления результатов, что и другие виды компьютерных расчетов.
CFD-моделирование открывает новые возможности по проектированию светопрозрачных конструкций и навесных фасадных систем сложного очертания, по созданию комфортного и здорового микроклимата помещений, по повышению энергоэффективности зданий. CFD-моделирование - это универсальная технология, которая позволяет выполнять расчёты аэродинамики при любой форме зданий и сооружений, при любой окружающей застройке, при любом рельефе местности, при любой конфигурации объема внутренних помещений, с учетом любых дизайн-решений и архитектурных форм.
CFD-моделирование применяется для определения ветровых нагрузок, для оценки ветровой (пешеходной) комфортности, для повышения качества микроклимата помещений, для моделирования распространения загрязнений воздуха, для оценки ветропотенциала.
Расчеты термодинамики методом конечных элементов (МКЭ)
Компьютерные расчёты термодинамики (теплообмена) применяются во многих задачах строительства.
В энергоэффективном строительстве температурные поля и величины тепловых потоков определяются в узлах ограждающих конструкций в местах теплотехнических неоднородностей. Результаты расчетов используются для теплотехнической оптимизации узлов конструкций с целью снижения влияния тепловых мостов. Величина теплового потока через теплотехническую неоднородность (линейную или точечную) требуется для определения коэффициента теплотехнической однородности теплозащитной оболочки здания. В настоящее время повсеместно расширяются объемы применения компьютерного моделирования температурных полей в практике проектирования в рамках разработки разделов проектной документации по энергоэффективности в соответствии с требованиями СП 50.13330.2012 "Тепловая защита зданий".
Расчёты температурных полей необходимы также для прочностных расчетов с учетом температурных воздействий. Например, для расчетов массивных сооружений при сезонных температурных воздействиях, или при учёте температурного воздействия пожара.
Методика расчета температурных полей тесно связана с методикой расчета фильтрации в грунтах методом температурной аналогии.
Расчёты прочности (напряжённо-деформированного состояния, НДС) методом конечных элементов (МКЭ)
Компьютерные расчёты напряженно-деформированного состояния (НДС) конструкций и грунтов де-факто стали «золотым стандартом» проектирования с 1990-х годов и широко используются в рабочей практике.
Spectrum R&D специализируется на инновационных направлениях прочностных расчётов, таких как высоконелинейное моделирование узлов металлоконструкций и железобетонных конструкций, моделирование крупных техноприродных систем "здание/сооружение – основание".
Возможности численного моделирования позволяют воспроизводить расчётные схемы любых зданий и сооружений, выполнять статические и динамические расчёты, решать высоконелинейные задачи, моделировать поэтапность, прогрессирующее обрушение, трещинообразование бетона, пластические деформации стали, различные типы контактных взаимодействий. Значительным достижением численного моделирвоание стало возникновение технологии нелинейного композиционного моделирования железобетона с учётом физически самостоятельной работы бетона и арматуры.
Расчёты в связной мультифизичной постановке
Мультифизичный (междисциплинарный, связный) расчёт - это расчёт одновременно в двух и более областях физики, например, "напряжённо деформированное состояние + теплообмен", или "напряжённо деформированное состояние + аэродинамика". Реальные инженерно-строительные задачи по своей сути мультифизичны (и силовые нагрузки, и температура, и ветер действуют одновременно), поэтому внедрение мультифизичного моделирования является путем к построению более репрезентативных расчетных схем и выполнению более точных расчетов.
Мультифизичное численное моделирование открывает новые возможности в строительстве. Можно с уверенностью сказать, что отечественная школа специалистов в области численного (математического) моделирования и конструктивных расчётов зданий, сооружений и оснований, в сочетании с апробированными в мировой инженерной практике универсальными мультифизичными инструментами математического моделирования, как ANSYS, позволяют решить любую задачу расчётного обоснования проектов XIX века, в том числе уникальных сооружений, не имеющих аналогов в мире.
Решение нестандартных и уникальных задач расчетного обоснования проектов, информационного моделирования зданий и генеративного дизайна
Универсальность численного моделирования и возможность решения нестандартных задач обеспечивается применением прикладного программирования, что позволяет воспроизводить самые нестандартные нагрузки и законы их изменения во времени и пространстве, параметризовать модели, решать задачи импорта/экспорта информации. В Spectrum R&D накоплен большой опыт прикладного программирования с использованием различных языков программирования и технологий при решении практических задач архитектурно-строительного проектирвоания, от расчётов сооружений, до информационного моделирования зданий (BIM) и генеративного дизайна.
