В этой статье мы расскажем, как рабочий процесс, составленный под индивидуальную задачу, сократил рутинные операции по анализу вакуумных свай для компании Technip Energies и открыл более широкие возможности применения PLAXIS 3D на ранних этапах технико-экономического обоснования и проектирования. Наш новый инструмент обеспечивает более быстрые и точные результаты при меньших затратах и с экономией рабочего времени инженеров.
Для многих строительных проектов выполнение всех предстоящих проектных расчетов может показаться непосильной задачей, а объем усилий и времени — недооцененным.
«Эта работа всегда занимает больше времени, чем вы думаете, — признает руководитель геотехнического отдела подразделения наземного и морского строительства компании Technip Energies Франсуа Кост (François Coste). — Когда расчеты только начинаются, предстоящий числовой анализ кажется не слишком сложным, а потом вы осознаете весь его масштаб…»
Именно возможность «ужать» эту длительную процедуру побудила Technip Energies и Seequent исследовать новый способ использования PLAXIS 3D. В результате был создан менее продолжительный, более оперативный автоматизированный рабочий процесс, который снимает бремя рутинных расчетов при анализе вакуумных свай, экономит время старших инженеров и потенциально снижает расходы.
Универсальность PLAXIS 3D в действии
Находясь на начальном этапе проработки проекта плавучей морской ветроэлектростанции, компания Technip Energies установила, что необходимо спроектировать почти 600 анкеров, включая множество субмоделей. Каждый анкер обладал сложной индивидуальной геометрией, и эта задача потребовала бы значительных затрат времени специалистов.
Инструмент PLAXIS 3D может иметь неоценимое значение при выполнении расширенного числового анализа на поздних этапах проекта, когда критически важна проработка деталей. Зачастую именно так его и используют. Однако гораздо реже он задействуется на ранней, концептуальной стадии (как раз там, где компания Technip Energies нуждалась в помощи), даже в тех случаях, когда его применение могло бы помочь оценить техническую реализуемость проекта и обеспечить более точную оценку затрат.
Почему? Хотя PLAXIS 3D является мощным комплексным инструментом, для сложных геометрических задач, которые он решает, часто требуется участие опытного специалиста. Обычно такая работа выполняется уже на стадии рабочего проектирования и выходит за рамки ограничений по времени и бюджету для концептуальных этапов.
«PLAXIS — зрелое решение с множеством опций и возможностей, — говорит Франсуа, — но чтобы разумно ими воспользоваться и отфильтровывать ненужные варианты, зачастую требуется старший инженер». Возник вопрос: можно ли упростить и автоматизировать рабочий процесс анализа вакуумных свай так, чтобы с ним мог справляться и младший инженер?
«Вместе с главным инженером Seequent по прикладным задачам в сфере геотехнического анализа Ришаром Витассом (Richard Witasse) команда начала разрабатывать и оценивать возможное решение этой проблемы», — рассказывает Франсуа.
Контурный график перемещений под эксплуатационной нагрузкой.
Материалы на похожие темы:
* Электронная книга «Моделирование тоннелей при помощи PLAXIS»
* Всемирный тоннельный конгресс: эксперты подчеркивают важность технологий, стандартов и инженерного суждения
* Видео: PLAXIS — моделируйте то, что невозможно увидеть
* Электронная книга «Анализ устойчивости склонов с помощью GeoStudio и PLAXIS»
«Вместе мы упростили моделирование настолько, что задачу, которая ранее была по силам только эксперту, сейчас может выполнить младший инженер. При этом качество остается прежним, а эксперт может быстро и легко проверить работу младшего коллеги. Это очень важное преимущество этого решения».
Инструмент стал работать быстрее, и на крупном проекте он может сэкономить много времени и средств. Хотя изначально он создавался для снижения вычислительной нагрузки при работе с очень большими и сложными схемами, Technip Energies сегодня применяет его и в рамках небольших проектов. «Даже на очень маленьком проекте он может сыграть важную роль, — отмечает Франсуа. — Возможно, экономия времени там не столь велика, но инструмент все равно обеспечивает дополнительный уровень качества и освобождает экспертов для работы в других направлениях. Он упрощает операции, повышает степень согласованности процессов и высвобождает время».
Как подчеркивает Франсуа, «это всегда один и тот же тип расчетов, один и тот же тип числового анализа, один и тот же тип результатов». Поэтому дорогостоящее привлечение старшего инженера для выполнения рутинных задач не только увеличивает расходы, но и может замедлить проект.
Наш рабочий процесс анализа вакуумных свай, предоставляющий младшим специалистам четкий, автоматизированный сценарий, который исключает ненужные опции, помогает предотвратить ошибки, обеспечить стабильную вычислительную эффективность и сократить объем ручных операций.
Решение проблемы ограниченных бюджетов на этапе технико-экономического обоснования
«Что особенно важно, такой подход делает экономически целесообразным подключение PLAXIS 3D на ранних этапах проекта, даже при ограниченном бюджете», — подтверждает Франсуа.
Технико-экономическое обоснование и оценку затрат сейчас можно выполнять быстрее, глубже и точнее. Инструмент также помогает избежать излишне консервативных предварительных расчетов, к которым компании прибегают в качестве меры предосторожности. В дальнейшем такие расчеты могут не только вызывать проблемы технического и эксплуатационного характера, но и приводить к неоправданно завышенным затратам. Это снижает конкурентоспособность компаний, потенциально уменьшает эффективность их инженерных решений и усиливает риск снижения прибыльности или даже полной потери заказа.
Наиболее релевантные результаты для геотехнического проектирования.
Написание скриптов на Python позволяет другим компаниям использовать такой же подход
Процесс автоматизации реализован посредством интерфейса написания скриптов PLAXIS–Python с использованием простого файла вводных данных, содержащего ключевые параметры: геометрические размеры вакуумной сваи, значения нагрузок и точки их приложения, а также стратиграфию грунтов с соответствующими параметрами жесткости и прочности.
«Этот проект с Франсуа и командой Technip Energies наглядно демонстрирует, чего можно достичь, когда глубокая инженерная экспертность сочетается с целенаправленной автоматизацией, — говорит главный инженер Seequent по прикладным задачам Ришар Витасс. — Благодаря тесному сотрудничеству мы смогли выявить проблемные места и создать надежный инструмент, который сегодня можно воспроизводить и в других контекстах. Это решение подходит не только для вакуумных свай, его можно применять многократно, что повышает масштабируемость PLAXIS 3D в самых разных геотехнических рабочих процессах».
«Ключевым фактором успеха этого инструмента стало тесное взаимодействие между нами и Seequent, — заключает Франсуа. — Благодаря ему мы как компания открыли множество возможностей: выполнять подобные исследования, проводить такие сложные расчеты уже на раннем этапе… Это часть нашего мышления, нашего образа действий. Мы постоянно стремимся к самосовершенствованию и повышению конкурентоспособности, и этим инструментом компания Seequent помогла нам продвинуться в этом направлении».
Принцип работы
Упрощенный файл вводных данных для автоматического создания модели в PLAXIS 3D.
Четыре аспекта, за счет которых скрипт анализа вакуумных свай в PLAXIS 3D упрощает рабочий процесс, сохраняя при этом детализацию и точность результатов.
Построение и оптимизация модели
Скрипт динамически создает модель PLAXIS 3D на основе предоставленных вводных данных, обеспечивая оптимизированное представление вакуумной сваи и окружающего грунта. Он автоматически выполняет:
- масштабирование размеров, чтобы обеспечить баланс между точностью и затратами вычислительных ресурсов;
- оптимизацию построения каркасных сеток с детализацией в ключевых зонах без потери эффективности;
- определение фаз с дренированным и недренированным анализом в зависимости от условий грунта и требований проекта.
Анализ на предельную прочность и расчет кривой разрушения
Для оценки предельной несущей способности вакуумной сваи скрипт реализует анализ на предельную прочность с использованием техники зондирования по кривым текучести, что позволяет:
- автоматически определять необходимое количество анализов на предельную прочность для построения кривой разрушения;
- систематически варьировать направления нагрузок для формирования диаграммы взаимодействия.
Последующая обработка ключевых результатов
После завершения имитационного моделирования скрипт извлекает и обрабатывает наиболее значимые результаты, включая:
- кривые «нагрузка–смещение» для оценки поведения сваи;
- кривую разрушения (диаграмму взаимодействия) для получения характеристик несущей способности;
- визуализацию деформированной каркасной сетки для анализа взаимодействия «грунт–сооружение»;
- распределение давления грунта на сваю для изучения механизмов передачи нагрузки.
Учет эффективности вычислений
Структура автоматизации разработана таким образом, чтобы максимально повысить эффективность вычислений за счет:
- корректировки настроек средства расчетов и числовых параметров для достижения оптимальной производительности;
- выбора подходящих стратегий управления шагами нагружения и последовательностями фаз для минимизации времени расчета;
- обеспечения надежной сходимости при различных условиях нагружения.
Интегрируя эти элементы, решение обеспечивает оптимизированный, воспроизводимый и эффективный с точки зрения вычислений подход к анализу вакуумных свай в PLAXIS 3D, благодаря чему он идеально подходит как для исследовательских задач, так и для повседневной инженерной практики.