INOM
EXAMENSARBETE BYGGTEKNIK OCH DESIGN,
GRUNDNIVÅ, 15 HP
STOCKHOLM SVERIGE 2020,
Parametriserad projektering av plattrambroar
Koppling mellan Rhinoceros och Grasshopper
MERVE ÖZKANAT JOHANNES SALIBA
KTH
SKOLAN FÖR ARKITEKTUR OCH SAMHÄLLSBYGGNAD
2
3
Parametric design of slab frame bridges
Connection between Rhinoceros and Grasshopper
Författare: Merve Özkanat
Johannes Saliba
Uppdragsgivare: AFRY Sverige
Handledare: Eric Rogne, AFRY
Johan Strandquist AFRY Akademisk handledare: John Leander, KTH ABE Examinator: John Leander, KTH ABE
Examensarbete: Byggteknik och Design 15 högskolepoäng
Serienummer: TRITA-ABE-MBT- 20147
4
5
Sammanfattning
Det här projektet syftade till att studera och införa ett skript för parametriserad modellering av en bro i programmen Rhinoceros och Grasshopper. Skriptet skapades genom visuella
programmeringskomponenter och brokonstruktionen som modellerades i detta projekt var en plattrambro.
Parametrisk design är ett verktyg som skapar modeller med hjälp av olika förutsättningar kallade parametrar. Dessa parametrar kan ändras direkt i programmen som även ändrar modellen. Detta underlättar redigeringsprocessen av modeller i projekt samt gör det möjligt för flera variationer av samma konstruktionstyp att hanteras i ett och samma skript.
I detta projekt användes även Tekla Structures vilket är ett kraftfullt BIM-verktyg som klarar av att modellera och räkna på hus- och anläggningskonstruktioner. Rhinoceros-Grasshopper kopplas till Tekla med programmets eget plug-in, kallad Tekla live-link.
Ett flertal intervjuer har genomförts med experter inom området för input om hur programmen används idag, inom de olika byggföretagen, samt hur långt modellering med parametrar har kommit.
Resultatet av detta examensarbete visar att parametriserad modellering främst är användbart vid redigeringar av modeller. Den modellerade konstruktionen programmeras på ett sätt där alla dess ingående delar hänger ihop. Då kan redigeringar på specifika delar göras utan att behöva
ändra/modellera de resterande delarna på nytt. Detta gör att mindre arbete behöver läggas på redigeringar.
Vid projekt med mindre konstruktioner eller enkla geometrier är program som Tekla ett snabbare och smidigare verktyg än Rhinoceros då programmering av skript kan ta mycket tid. Arbetet som har genomförts i detta examensarbete visar dock att det kan vara lämpligt att använda parametriserad modellering vid projekt med större eller mer komplicerade konstruktioner.
Nyckelord: Grasshopper, Rhinoceros, 3D modelleringsprogram, Plattrambro, BIM, Tekla Structures.
6
Abstract
The purpose of this thesis was to study and implement a script for a parametric modelling of a bridge in Rhinoceros 3D Grasshopper. The script was done with visualized programming components and the structure was a slab frame bridge.
Parametric design is a tool that create models with the use of different prerequisites called parameters.
These parameters can be changed directly in the script which in turn changes the model. This makes the editing process of the model easier and allows for greater variations of the same structure to be handled within the same script.
In this project, Tekla Structures was used which is a powerful BIM tool that can be used for design and analyses of various structures. Rhinoceros Grasshopper was connected to Tekla Structures with their own plugin, called Tekla live link.
Several interviews have been conducted with experts and experienced people in the subject for input on how the programs are used today in the building branch as well as how far parametric design has come.
The results of this thesis shows that parametric design is useful mostly when it comes to redactions of an already existing model. The designed structures are programmed in such a way that all their different components are connected. This allows for edits and redactions to be made on one specific component without having to change or redesign the rest. This saves time during the designing part of a project.
Although, when it comes to smaller scaled projects or structures with simple geometries, using programs such as Tekla Structures is still faster and easier as opposed to using Rhinoceros Grasshopper. This is because programming and creating a script can take a lot of time and is very complicated at times. However, the result of this thesis shows that it could be wise to use parametric programming when it comes to larger projects and/or more complicated structures.
Keywords: Grasshopper, Rhinoceros, 3D-model program, Slab frame bridge, BIM, Tekla Structures
7
Förord
Detta är ett avslutande moment för Högskoleingenjörsprogrammet Byggteknik och design på Kungliga Tekniska Högskolan. Examensarbetet omfattar 15 högskolepoäng inom tidsramen av 10 veckor under vårterminen 2020.
Vi vill rikta ett stort tack till brokonstruktören Eric Rogne på AFRY för den handledning, stöd och hjälp vi har fått under hela arbetets gång.
Vi vill också tacka brokonstruktören Johan Strandquist på AFRY för den vägledning som han har bidragit med.
Dessutom riktar vi ett stort tack till vår akademiska handledare John Leander på KTH, för visat engagemang, stöd och hjälp i detta arbete.
Slutligen vill vi rikta ett stort tack till Masara Dagdony, Ebuzer Gül och Johanna Lind från AFRY för all den hjälp och samarbetsvilja som de har visat i det här arbetet.
Stockholm, juni 2020 Merve Özkanat Johannes Saliba
8
9
Ordlista
Objektspecifikt Manuell modellering
Grasshopper-komponenter Programmerade “klossar” som har
olika funktioner med input och utdata
BIM Building information modeling
NURBS Non-Uniform Rational B-Spline
Krökning Mått på kurvans böjning
Klotoid Då krökningen på en kurva varierar
linjärt med dess längd
Mittlinje En linje som definierar vägens
geometri med längdmätning och eventuella krökningar.
Surface Yta
CapHoles Komponent som fyller tomrum
DWG Filformat för CAD och AutoCAD
Construct point Skapar en punkt med XYZ
koordinater
Line Skapar en linje mellan 2 punkter
Number slider En komponent som parametervärde
mellan ett max- och minvärde
Extrude En komponent som “drar” ut en
yta/geometri i z-led
Loft En komponent som skapar en yta
mellan 2 linjer
Boundary Volume En komponent som skapar en volym
från definierade gränsytor
10
Parametrisk Design Ett sätt att bygga uttryck för
parametrar som definierar förhållanden mellan resultat och
syfte
Item List En komponent som belyser och
fördelar all indata
Parametrisk modellering Beräkningar som bygger fram ett
objekt i en programvara där objektets parametrar kan hanteras i ett externt program
Construct Plane En komponent som skapar ett plan
genom en punkt
11
Innehållsförteckning
1. Inledning 14
1.1 Bakgrund 14
1.2 Syfte 14
1.3 Mål 14
1.4 Frågeställningar 14
1.5 Avgränsningar 14
2. Nulägesbeskrivning 16
3. Metod 17
3.1 Litteraturstudie 17
3.2. Intervjuer 17
3.3 Programmering 17
4. Teoretisk referensram 19
4.1 Broar 19
4.2 Plattrambro 19
4.3 Väggeometri och stakad linje 21
4.3.1 Horisontell linjegeometri 21
4.3.1.1 Sneda korsningsvinklar 22
4.3.2 Vertikal linjegeometri 22
4.4 Plattrambrons konstruktionsdelar 23
4.4.1 Farbana 23
4.4.2 Kantbalkar 23
4.4.3 Voter 24
4.4.4 Ramben 24
4.4.5 Vingmur 25
4.4.6 Bottenplatta 25
4.5 Programvaror 26
4.5.1 Building information model 26
4.5.2 Tekla Structures 26
4.5.2.1 Beam extruder 27
4.5.3 Rhinoceros 3D 28
4.5.4 Grasshopper 29
4.5.4.1 Tekla live link 29
5. Genomförande av intervjuer 30
5.1 Intervjuer 30
12
6. Genomförande av programmering 31
6.1 Material 31
6.2 Ritningshandlingar 31
6.3 Tillgång till programmen 31
6.4 Tillämpning av skriptet 31
6.4.1 Lådametoden 31
6.5 Väglinje 33
6.5.1 Metod 1 - en rak linje 33
6.5.2 Metod 2 - väglinje med krökning 34
6.5.3 Vägbanan och beläggning 35
6.5.4 Kantbalkar 36
6.5.5 Voter 37
6.5.6 Ramben 38
6.5.7 Bottenplatta 39
6.5.8 Vingmur 40
6.6 Arbetsgång för användaren 41
6.6.1 Arbetsgång 41
6.6.2 Definition av vy 42
6.6.3 Stakad linje 42
6.6.4 Brobana och beläggning 43
6.6.5 Kantbalkar 43
6.6.6 Rambenen och voter 44
6.6.7 Bottenplattor 45
6.6.8 Vingmur 46
7. Resultat 47
8. Analys och diskussion 51
9. Slutsatser 53
10. Rekommendationer 54
11. Referenser 55
12. Bilagor 58
Bilaga 1 - Intervjufrågor 59
Bilaga 2 – Svar på intervjufrågor med Johan Strandquist 60
Bilaga 3 – Transkribering av en samtalsintervju med Ebuzer Gül 62 Bilaga 4 – Transkribering av en samtalsintervju med Johanna Lind 64 Bilaga 5 - Transkribering av en samtalsintervju med Masara Dagdony 66
13
Bilaga 6 - Transkribering av en samtalsintervju med John Leander 68 Bilaga 7 – Upplägg av beläggningens tjocklek, höjden på höger- och vänsterkant i skriptet 70
Bilaga 8 – Upplägg av bottenstöden i skriptet 71
Bilaga 9 – Upplägg av vingmurarna i skriptet 72
Bilaga 10 – Upplägg av voterna och rambenen i skriptet 73
Bilaga 11 – Upplägg av kantbalkarna i skriptet 74
14
1. Inledning
1.1 Bakgrund
Idag används olika modelleringsprogram vid projektering av brokonstruktioner, bland annat Tekla Structures och AutoCad. Dock är det svårt att återanvända bromodellen. Därför har detta arbete utrett möjligheten att skapa parameterstyrda bromodeller genom programvaran Grasshopper som är ett visuellt programmeringsverktyg till Rhinoceros 3D. Genom att parametrisera delar av bromodellen med Grasshopper-komponenter kan värdet på en specifik faktor eller variabel justeras efter
projektspecifika förhållanden.
Vid framställningen av dessa bromodeller ligger fokus på att automatisera dem till den grad att man med enkla justeringar av ingångsvärden ska få fram en ny bromodell. Istället för att lägga mycket tid på repetitiva modelleringssteg och förändringar i modelleringsarbetet, kan programvaran istället modellera fram delar av projekteringen automatiskt med bättre precision och kopplingar. Denna typ av automation tillämpas för att effektivisera projekteringsfasen, öka produktiviteten och minska på kostnader i form av tidsbesparing för att företag ska kunna vara konkurrenskraftiga på marknaden.
1.2 Syfte
Syftet med rapporten var att utvärdera eventuella fördelar med parametriserade bromodeller jämfört med traditionella sätt att modellera som t.ex. med Tekla, med hänsyn till tid och kvalité samt återanvändandet av skriptet.
1.3 Mål
Målet med studien var att bygga upp ett skript som modellerar en plattrambro efter angivna
parametrar. Detta ska göra det lättare för en konstruktör/projektör att modellera och redigera. Målet var även att få en klar bild på hur modelleringsarbetet ser ut och om man kan spara tid på att parametrisera. Ett annat mål var att jämföra kvalitén av 3D modeller som skapas i Grasshopper och andra program när det kommer till kopplingar, precision och volymer.
1.4 Frågeställningar
Vad är fördelarna med att parametriskt modellera en bro med Rhinoceros-Grasshopper jämfört med att göra det manuellt/objektspecifikt?
Vad är det för tids- och kvalitetsskillnad mellan parametrisk och manuell projektering?
Hur användarvänligt är skriptet för projektören/konstruktören och kan samma skript tillämpas i andra projekt?
1.5 Avgränsningar
Examensarbetet ses som en start och förstudie för större framtida projekt. Arbetet avgränsades till modellering av en plattrambro där detaljer som har uteslutits ur modelleringen var t.ex. installationer,
15
stolpar och skyddsbarriärer. Resultatet som redovisas berör endast denna typ av brokonstruktion.
Arbetet fokuserade på enkla geometrier som start för att få ett generellt skript för olika plattrambroar.
Skriptet behandlar brodelar som farbana, rambenen, kantbalkar, voter, vingmurar och bottenplattor.
16
2. Nulägesbeskrivning
Parametrisk design på AFRY
I dagsläget är parametrisk kodning fortfarande i tidigt skede på AFRY. Företaget i Solna har sedan ca 6 månader tillbaka börjat utforska möjligheterna med parametrisering och Grasshoppers
begränsningar. Ca 2 - 4 anställda på företaget har på egen tid och egen hand lärt sig om programmet genom Grasshoppers egna forum samt instruktionsanvisningar. Antalet konstruktörer som arbetar med Grasshopper på AFRY ökar snabbt.
Det finns fortfarande inget generellt skript som används på företaget då det mesta av arbetet fokuseras på att utveckla i dagsläge.
17
3. Metod
För att svara på rapportens frågeställningar och komma fram till resultatet har metoden delats upp i en teoretisk och en praktisk del. Den teoretiska delen redogör hur faktainsamlingen har gått till medan den praktiska delen ger en översiktlig beskrivning på metoden som har använts för den
parametriserade bron.
3.1 Litteraturstudie
För att få mer kunskap om brokonstruktioner samt program som Tekla och Rhinoceros har litteratur studerats. Programmens respektive manualer och forum har använts vid informationssökning.
Vidare har flera videogenomgångar av programmen och material som erbjuds på deras respektive webbplattformar undersökts. Tidigare examensarbeten som Automatiserad projektering av Markus Lythell och Wesam T. S. Jarjes [24] där en parametrisk stödmur skapats, Automatiserad projektering av gång-och cykelbro av Nils Fintling och Johan Ling [25] samt Parameterstyrd projektering av broar av Mohamad Samir Abed och Azita Hosseinzade [7] har även varit till hjälp för bättre förståelse av Grasshopper och parameterstyrning.
I dessa arbeten undersöktes möjligheten att skapa parameterstyrda konstruktioner. Genom de skapade modellerna kunde de för- och nackdelar som råder vid parameterstyrd projektering studeras. Detta arbete gick ut på att utvärdera de för- och nackdelar som finns med parametrisk modellering både allmänt och specifikt för plattrambroar. Fokus lades på att göra en utvärdering baserat på intervjuer men också från den skapade modellen.
Tidigare undersöktes om parameterstyrning av Tekla Structures med ett externt program kan vara en lösning inför framtidens broprojektering. Dessa arbeten har varit ett viktigt tillägg för förståelsen av de problem som kan uppstå vid överföringen av en plattrambro från Rhinoceros-Grasshopper till Tekla Structures, som i detta arbete togs med som en viktig del i utvärderingen av den gjorda jämförelsen av manuell respektive parametrisk projektering.
3.2. Intervjuer
Med hjälp av AFRY har intervjuer med kunniga kollegor från företaget utförts. Dessutom har professorer som är kunniga inom området kontaktats för mer information om parametrisering och manuell projektering. Intervjuerna har utförts digitalt genom att först mejla intervjufrågor i förväg och sedan utföra intervjuerna med Zoom.
3.3 Programmering
Programmen Rhinoceros och Grasshopper har använts vid modellering av bron enligt
rekommendation av AFRY. Videolektioner samt exempel på skript från programmens respektive hemsidor har varit till stor hjälp under programmeringen. Mycket av arbetet har gått åt att testa olika programkomponenter för att utforska möjligheterna i Grasshopper-Rhinoceros och studera dess för- och nackdelar.
18
19
4. Teoretisk referensram
4.1 Broar
Broar definieras som ett bärverk med en spännvidd över 2 meter och byggs ut som en passage för att leda trafik över eller förbi hinder i landskapet, till exempel korsande väg, järnväg eller vattendrag. Val av brotyp avgörs av vilken trafik bron är avsedd för, dess spännvidd och fria höjd samt vilken
konstruktionshöjd den ska byggas efter.
Konstruktionen av en bro delas vanligtvis upp i två huvuddelar; överbyggnad och underbyggnad, se figur 4.1. Överbyggnaden består av huvud- eller primärkonstruktioner och sekundärkonstruktion som tar upp trafiklaster som bron är till för att betjäna. Till brons underbyggnad ingår de
konstruktionsdelar som behövs för att överföra laster från överbyggnaden till bärkraftig jord eller berg [1].
Broar ska anpassas till vägens linjeföring och till landskapet. Med vägens linjeföring menas den geometriska utformningen i plan och profil [2]. I avsnitt 4.3 följer en beskrivning på väggeometrin och hur den styr bronsutformning.
Figur 4.1 Över- och underbyggnaden av en balkbro [26]
4.2 Plattrambro
Plattrambroar är den mest traditionella brotypen i Sverige när en bro ska utföras i ett spann då den är tekniskt och ekonomiskt fördelaktig [3]. Den tillämpas mest i tätbebyggda områden där en gång- cykelväg genomgår den trafikerade rambron i dess nedre del. I takt med en alltmer industrialiserad byggprocess effektiviseras byggnationen av plattrambroar [4].
Plattrambron och balkrambron kategoriseras som undertyper till den allmänna benämningen rambro.
Enligt Trafikverket kännetecknas rambroar av att rambenen är ihopgjutna med brodäcket och vilar på bottenplattor [5]. Vanligtvis är rambroar utförda i slak- eller spännarmerad betong i spännvidder upp till 20–35 meter. Typiskt för plattrambron gäller då att överdelen består av en slakarmerad
betongplatta med en spännvidd upp till 22–25 m. Balkrambron är däremot utformad som en balkkonstruktion med balkar under betongplattan. Denna bro utförs i spännarmerad betong för att klara av spännvidder upp till 35 meter [6].
20
Figur 4.2 visar en förenklad bild på plattrambrons utseende och ingående delarna. Som bilden visar karaktäriseras plattrambron av sina vingmurar, kantbalkar, betongplatta, voter, ramben och
bottenplattor. I avsnitt 4.4 följer en mer detaljerad beskrivning av plattrambrons konstruktionsdelar.
För större vägar som skall gå undertill kan lösningen ibland vara att bygga plattrambroar med sneda korsningsvinklar. Innebörden av de sneda korsningsvinklarnas beskrivs i avsnitt 4.3.1.1.
Figur 4.2 Plattrambrons utseende och ingående delar; kantbalk, vingmur, betongplatta, vot, ramben och bottenplatta [27].
21
4.3 Väggeometri och stakad linje
Utformningen av en väg bestäms utifrån en stakad linje som rör sig i både horisontal- och
vertikalplan. Vid projektering av en bro är väggeometrin av stor betydelse eftersom brobanan bestäms efter väglinjens orientering. Den stakade linjen har en start- och slutpunkt och brukar i de flesta fall sammanfalla med vägens mitt [7].
Inom bromodellering används sektionskoordinater för att lokalisera punkter på den stakade linjen.
Sektionskoordinaten, dvs positionen på linjen, motsvarar avståndet från startpunkten längs med den stakade linjen. Med hjälp av sektionskoordinering kan aktörer inom bro- och anläggningsprojekt utgå från samma mätningar [7].
4.3.1 Horisontell linjegeometri
I horisontalplanet kan väglinjen innehålla element av tre olika typer; raklinje, båge och klotoid. Det innebär att den räta linjen har en start- och slutpunkt som kan övergå till en klotoid med varierande krökningsradier och utformas till en cirkelbåge med konstant krökningsradie, se figur 4.3. En klotoid kan placeras mellan en rak linje och en cirkelbåge eller mellan två cirkelbågar [7].
Figur 4.3 Väglinjer på horisontalplanet och de ingående elementen; rak linje, klotoid och cirkelbåge.
22 4.3.1.1 Sneda korsningsvinklar
Vid byggnation av broar är korsningsvinklarna i horisontalplanet av stor betydelse för att erhålla en god linjeföring på den väg som bron är tänkt att byggas över [3]. Broar som har anpassats till
vägsträckningen har en snedvinklig ram. Snedvinkliga broar går att undvika med en mindre brobredd till följd av en större spännvidd. För broar med spännvidder över 50 meter kan bron tillåtas styra vägsträckningen [1].
Korsningsvinklarnas storlek är starkt anknutet till brons grundförhållanden och längdriktning. I ett gott grundtillstånd bör vinklarna inte vara mindre än 50 grader. För sämre grundförhållanden bör vinklarnas storlek öka till minst 75 grader, se figur 4.4 [10].
Figur 4.4 Snedvinklig respektive rätvinklig plattrambro sedd uppifrån [28]
4.3.2 Vertikal linjegeometri
En vertikal linjeföring av den stakade linjen beskriver en vägföring som varierar i höjdled. En vertikal linjeföring kan förändras både linjärt och radiellt, där övergången mellan två linjära sektioner med olika lutningar är så mjuk som möjligt. Detta är en viktig egenskap för vägbanans hastighet och sikt [10].
En vertikal linjeföring utformas som både en krönkurva och en sjunkande kurva, Se figur 4.5.
Figur 4.5 Krönkurva och sjunkande kurvor.
23
4.4 Plattrambrons konstruktionsdelar
4.4.1 Farbana
Plattrambron karaktäriseras av en överdel som består av en betongplatta, även kallad farbana, som är fast inspänd med rambenen. Farbanans bredd styrs av vilken längd som ges på respektive sida av den stakade linjen. Bredden justeras efter behov av körfält och vägren. Ytterligare faktorer som styr betongplattans geometri är brons spännvidd som bestäms av terrängen som bron ska korsa [10].
För att avleda vattnet utformas brobanan med en lutning på minst 1% i både längs- och sidled. När lutningen sker åt två olika håll från den stakade linjen benämns den som bombering. Då lutningen sker åt ett håll från den stakade linjen benämns den som skevning, se figur 4.6.
Figur 4.6 Bombering och skevning
4.4.2 Kantbalkar
Kantbalkarna sträcker sig längs med farbanans riktning och sitter på en högre höjd än broplattan, se figur 4.2.2. De har som funktionskrav att vara stöd för beläggningen och användas som underlag för infästningen av skyddsräcket, samt har som uppgift att hjälpa till med att leda regnvattnet till en droppnäsa som är placerad på nedre delen av kantbalken [11]. I figur 4.7 illustreras kantbalkar.
Figur 4.7 Kantbalkar
24
4.4.3 Voter
Voter är en förtjockning av plattan och placeras i hörnen på broplattans underdel. Hur långt voterna sträcker sig längst brons spännvidd beror på brons längd. Enligt Trafikverket kan det vara lämpligt att sätta voter som är ⅕ av brons spännvidd för broar med en längd över 12 meter. För broar över 20 meter rekommenderar Trafikverket att det sätts parabelformade voter längs med hela brons spännvidd.
Voter fungerar som en förstärkning och hjälper till att förflytta tvärkrafter och moment från farbaneplattan till rambenen.
Figur 4.8 illustrerar voters utseende på en plattrambro.
Figur 4.8: En vot på en plattrambro
4.4.4 Ramben
Rambenens funktion är att bära brobaneplattan och föra ner laster från överbyggnaden till
grundläggningen. På rambenens yttre kanter sitter vingmurarna och förbättrar brons stabilitet mot jordtryckslaster. Plattramen kan vara både rät- och snedvinklig. Snedvinkelsgränsen är ca 45 grader men kan variera beroende på brobanans bredd [10]. På grund av snedvinkligheten blir projekteringen mer komplicerad eftersom huvudmomentvektorerna skiljer sig efter varje snitt istället för att vara parallella med stödlinjerna. Detta leder till att konstruktionen behöver armeras i två riktningar.
Dimensionering av rambenen kan även komma att variera för tekniska och estetiska anledningar.
Enligt Trafikverket rekommenderas det att rambenens höjd är 1/4 respektive 1/6 av bronsspännvidd vid slak- respektive spännarmerad betong [10]. För broar som byggs på mark med låg bärighet bör rambenens höjd vara högre än andra jordar, som till exempel hårt lagrat friktionsmaterial.
För att laster och spänningar inte ska bli ojämnt fördelade är det viktigt att höjden på rambenen är ungefär lika stora [10]. När bron utsätts för större belastningar vid rambenens infästning till betongplattan rekommenderas det en tjockare dimensionering av rambenen till följd av en tunnare platta.
25
4.4.5 Vingmur
Vingmurar är infästa till rambenens fria kant och kan vinkla sig parallellt med bronslängdriktning eller ställa sig snett mot rambenen och kantbalkarna. De fungerar som en stödmur mot jordtryckslaster och deras snedvinklighet motverkar att jorden förflyttar sig nära brokonstruktionen. Vingmurarna är en billig lösning till de nivåskillnader som förekommer mellan marknivåer över och under bron [10].
Enligt TRVK Bro gäller det att vingmurar som har samma riktning med vägen eller spåret över bron skall ges en sådan längd att den går omlott med bankens krön på en sträcka av minst 0,5 m. Då vingmurarna är parallella med brons längdriktning ska de även förses med kantbalkar med samma utformning som på brobaneplattan. Här gäller det även att en vingmur vid en vägbro ska utformas till att en 0,5 m bred stödremsa erhålls. En vingmurs rörelse i horisontalled av trafiklast på anslutande fyllning vid fri kant begränsas till 10 mm [11]
4.4.6 Bottenplatta
Bottenplattorna sitter under rambenen och överför lasterna från överbyggnaden till grunden. Vid mindre spännvidder eller en låg bärighet av jorden konstrueras bron som en öppen ramkonstruktion med en hel bottenplatta undertill [10].
26
4.5 Programvaror
I detta avsnitt följer en ingående beskrivning av programmen BIM, Rhinoceros, Tekla Structures och Grasshopper som använts vid projektering av den parametriserade plattrambron.
4.5.1 Building information model
BIM, som står för Building information modelling, är ett digitalt verktyg som används för att ta fram 3D-modeller av till exempel ett byggprojekt. Tillsammans med alla projektets parter; arkitekter, ingenjörer och andra specialister kan en gemensam 3D-modell samlas för att dela på informationen i olika objektbaserade datorapplikationer. BIM som arbetsmetod går ut på att samla och strukturera information som ska användas under olika skeden och för olika ändamål under byggprocessen. Med denna metod kan eventuella samordningskrockar upptäckas i tid och revideras samt minska risken för informationsglapp [13]
En BIM-modell kan skapas både i ett 2- eller 3-dimensionellt koordinatsystem och resultatet är en virtuell prototyp som kan visualiseras, granskas och testas på olika sätt. Modellen består av objekt (ex.
vägg, vägprofil, VA-ledning) som kan kläs med egenskaper som geometri, ekonomi, tid m.m. Mellan objekten går det att skapa relationer (ex dörr till vägg, vägg till bjälklag, väggar till rum) och ta fram olika ‘’vyer’’ (ex. ritningar, tidplaner, kostnadskalkyler, energisimuleringar m.m.) [14].
4.5.2 Tekla Structures
Tekla structures är ett BIM-verktyg som används för att skapa detaljrika modeller som innefattar strukturdata som är tillräcklig för projektering och uppförande av konstruktionen. Programmet består av bestämda komponenter för modellering av konstruktionsdelarna samt material (stål, trä, betong m.m.) som kan användas vid byggnation. Programmet är användbart bland annat för projektörer och konstruktörer, betong- och stålbyggare [15].
Den information som modellen innehåller kan komma till användning i olika skeden av projektets utformning, tillverkning och byggledning. Programmet kan även kombineras med andra externa programvaror för att möjliggöra effektivare dataöverföring och kommunikation, då normalt flera programvaror används under ett projekt [15].
Tekla Open API ™, som står för Application Programming Interface, är en förbindelselänk som möjliggör interaktionen mellan Tekla Structures och andra program i Teklas modelleringsmiljö. Den kan hantera standard- och restriktionbundna filformat som IFC, SDNF och CIS/2 respektive DWG, DXF, och DGN. Genom samma protokoll eller filformat kan Tekla Structures kommunicera med tredjepartsapplikationer för att skapa gränssnittsåtgärder som underlättar interaktionen mellan modellen och ritningsobjektet i Tekla Structures [16].
I figur 4.9 visas ett skärmklipp av Tekla Structures canvas och verktygsfält.
27
Figur 4.9 Skärmklipp av Tekla Structures canvas.
4.5.2.1 Beam extruder
Beam extruder är ett plug-in som använder Excel för att generera en konstruktions geometri i Tekla Structures. I Beam extruder anges namnet på den Excelfil som informationen skall hämtas från och bestämmer vilka värden i Excel filen som är x-, y- och z koordinater. Under Part Attributes går det att välja material och kvalitet på den geometri som skall framställas. Det Beam Extruder gör är att den skapar en serie av balkar på en linje och placerar dem efter de angivna koordinaterna för att
exempelvis framställa en bromodell [17].
28
4.5.3 Rhinoceros 3D
Rhinoceros 3D eller Rhino 3D, är baserat på NURBS matematiska modell som genererar fria ytor och precisa kurvor. NURBS som, står för Non Uniform Rational Basis Spine, är utformade ytor och kurvor som ger mjuka banor och övergångar mellan fasta punkter [18].
Programmet används av ingenjörer och arkitekter för skapande av tekniska ritningar, 3D-tryckning och tillverkning. Rhino möjliggör även skapande av ytor och fasta objekt som kan modifiera, rendera, analysera och översätta NURBS kurvor. Rhinoceros 3D har blivit användbart tack vare dess
funktioner och gränssnitt [19]. En illustration av gränssnittet ges nedan, se figur 4.9.
Det går även att integrera filer med andra format som exempelvis DWG då programmet är ett CAD- applikationsprogram [20]. Nedan visas figur 4.10 som visar ett skärmklipp av Rhinoceros canvas och verktygsfält.
Figur 4.10 Skärmklipp av Rhinoceros canvas.
29
4.5.4 Grasshopper
Grasshopper är ett tilläggsprogram till Rhinoceros och Tekla Structures. Programmet används som ett parametriskt programmeringsverktyg för att skapa ekvationer, parametrar och algoritmer som sedan kan visualiseras i Rhinoceros och överföras till Tekla Structures [21].
Grasshopper använder sig av visuell programmering med komponenter som har inmatning och utdata vilket kan kopplas vidare till andra önskade komponenter genom dragna “trådar”. Grasshopper kan även utnyttja andra programspråk som tex Python. Ovanför Grasshoppers canvas finns huvudfönstret som består av mappar med dessa komponenter vilket är sorterade i olika kategorier [22].
I figur 4.11 visas ett exempel på Grasshoppers canvas och dess verktygsfält.
Figur 4.11 Skärmklipp på Grasshoppers canvas.
4.5.4.1 Tekla live link
Tekla Live Link är ett tilläggsprogram till Grasshopper som är utvecklat av Trimble och skapar en direktkontakt mellan Grasshopper och Tekla. Länken möjliggör modellering i Tekla Structures genom användning av Rhinoceros Grasshopper.
Länken är en mängd komponenter som skapar och samspelar med objekt direkt i Tekla Structures (se Figur 10). Enligt Trimble blir Tekla Live Link användbart men är fortfarande i en beta-version vilket innebär att den inte är färdig ännu [23].
30
5. Genomförande av intervjuer
För att undersöka skillnaderna på parametrisk och objektspecifik modellering samt besvara arbetets huvudfrågor bokades intervjuer med konstruktörer/projektörer på AFRY och en universitetslektor på KTH. Målet med intervjuerna var att diskutera implementeringen av parametrisk design och svara på frågor gällande tidsskillnad och användarvänlighet av en modelleringsprocess gjord med Rhinoceros, Grasshopper och Tekla Structures. För att bibehålla relevans i ämnet förbereddes frågorna innan.
5.1 Intervjuer
För att bredda synen kring hur implementeringen av parametrisk design i modelleringsarbetet ser ut i byggbranschen intervjuades totalt 5 personer. Val av personer togs med hänsyn till deras erfarenheter av parametrisk modellering och broprojektering. Alla förutom lektorn, med broprojektering som sitt huvudområde, har bekantskap av Grasshopper. Lektorn valdes för att ge en mer detaljerad beskrivning av hur modelleringsarbetet ser ut inom broprojektering.
Frågorna som ställdes till lektorn var riktade mot hur modelleringsarbetet av broar ser ut i allmänhet.
Resterande personer med erfarenhet kring parametrisk design fick svara på frågor gällande; tids- och kvalitetsskillnader av parameter respektive manuellt byggda modeller, satta krav på skriptet för maximal effekt, problem som kan uppstå mellan programmen med mera. Se bilaga 1.
Alla intervjuer utfördes via Zoom-appen. Under intervjuerna gjordes anteckningar som underlag till rapporten och för att ställa bättre följdfrågor under nästa intervju. Samtalen spelades in med
godkännande från intervjuobjekten och transkriberades i efterhand. Se bilaga 2–6.
31
6. Genomförande av programmering
6.1 Material
Som underlag för framställning av koderna och skriptet har handledarna från AFRY överlämnat ritningshandlingar av plattrambroar samt flera exempel på skript. Genomgångar av programmeringen och supportvideor från programmens respektive hemsidor och forum har även använts.
Slutligen har flera handledningsvideor från YouTube använts.
6.2 Ritningshandlingar
Studier av ritningshandlingar och annat material har skett löpande för att skapa en modell som överensstämmer med den valda riktningen av brokonstruktionen.
Ett tjugotal ritningshandlingar har använts vid framställning av skriptet för att kunna programmera in flera parametrar.
6.3 Tillgång till programmen
Författarna fick tillgång till datorer och programlicenser till Rhinoceros 6.0, Grasshopper och Tekla Structures genom företaget AFRY. Tillfälliga programlicenser från programmens respektive hemsidor har även använts till persondatorer.
6.4 Tillämpning av skriptet
Med hjälp av programmet Grasshopper ska de olika komponenterna i programmet skapa den önskade bromodellen. Komponenterna får en inmatning som går att justera efter användarens egna preferenser.
Eventuella funktioner och verktyg i Tekla Structures ska vara justerbara genom den kod som skapas i Grasshopper.
Med Grasshopper skapas stödpunkter och stödlinjer för att underlätta framställningen av geometrier.
Det kräver två punkter för att skapa en stödlinje samt minst tre punkter för att skapa en yta. För en mjukare geometri sätts flera punkter hämtade från definierade kurvor. Dessa punkter kallas för segmentpunkter.
6.4.1 Lådametoden
Vid framställningen av geometrin används en generell metod kallad lådametoden.
Metoden bygger på att skapa en låda med hjälp av olika komponenter i Grasshopper. Med hjälp av stödlinjer och stödpunkter är det möjligt att skapa ytor med komponenten Surface. Ytorna används till att skapa en volym i form av en låda och kopplas till komponenten CapHoles för att omdefinieras till en solid.
32
Figur 6.1 illustrerar en bild på hur stegen för lådametoden ser ut.
Figur 6.1 Illustration på stegvis arbetsgång av lådametoden.
Förutom användandet av komponenterna Surface och CapHoles finns även komponenten Extrude som en annan lösning till lådametoden. Extrude kan skapa en stängd låda med endast en definierad yta. Den behöver däremot även definieras med en riktning.
Komponenter som skapar ytor är programmerade att skapa ytor på alla fria former, kallade Freeform.
Det krävs flera komponenter att skapa en yta och därför även olika indata. Dessa komponenters indata kräver fyra hörnpunkter medan andra kräver fyra kanter av linjer/kurvor eller gränslinjer. Efter att ytorna skapats och kopplats till CapHoles komponenten fylls lådan och kan visualiseras i Tekla structures.
Element med fria former kan med hjälp av komponenten Item tolkas och genereras. Capholes
komponenten kopplas till Item i de sista delarna av modelleringen. Detta resulterar i att de definierade elementen som är programmerade i Grasshopper slutligen genereras och kan visualiseras i Tekla Structures.
I figur 6.2 illustreras ett exempel på en vägbana som gjorts med lådametoden.
Figur 6.2 Exempel på låda metoden
33
6.5 Väglinje
Väglinjen, den stakade linjen, fungerar som en referenslinje för brons placering och resterande brodelar.
6.5.1 Metod 1 - en rak linje
Denna metod handlar om att skapa en stakad rak linje genom Grasshopper komponenten Construct Point med start- och slutpunkter som indata definierade i x-, y- och z-koordinater. Z-koordinaten representerar eventuella plushöjder till linjens punkter. Mellan två punkter kan en linje smidigt definieras med hjälp av komponenten Line.
I figur 6.3 visas väglinjer med definierade punkter.
Figur 6.3 Väglinjer med definierade punkter.
34
6.5.2 Metod 2 - väglinje med krökning
Denna metod kräver mer avancerade och tidskrävande beräkningar vid utformningen av dubbelkrökta väglinjer. Därför har tillvägagångssättet förenklats.
Den stakade linjen har skapats av AFRY i DWG-format och kröker sig i vertikal- och horisontalled.
En del av linjens koordinater har genom DWG-filen omvandlats till en Excelfil.
En linje kan även formas efter tre punkter; en start, mitt och slutpunkt vilket kallas båglinje. Dessutom är det möjligt att skapa en linje i Rhinoceros för att sedan läsa in den till Grasshopper med
komponenten Curve och dess funktion SetOneCurve.
Denna komponent matar endast in kurvor med minst två punkter. Curve kan även användas till omvandlingen av polylines till en kurva och för generering av stödlinjer.
Linjerna delas upp i längdsegment med en justerbar längd. Punkterna på linjen definieras av
sektionskoordinater där positionen av nästa sektionskoordinat förskjuts längs med linjen med hjälp av komponenten List Item. Riktningen av bron styrs av placeringen av nästa sektionspunkt. Nedan visas figur 6.4 som illustrerar definierade linjer mellan punkter på vägbanan.
Figur 6.4 Definierade linjer mellan punkter.
För att uppnå en krökning på väglinjerna har komponenten Construct Plane* använts vilket även kopplas till Rotate*. På detta sätt skapas ett tvådimensionellt plan genom bestämda punkter. Planerna projekteras ut från den stakade linjens punkter till vänster och höger väglinje.
I figur 6.5 visas en del av skriptet med komponenter som skapar plan för rotation.
Figur 6.5 Del av skriptets komponenter som skapar plan för rotation.
35
6.5.3 Vägbanan och beläggning
Spännvidden av vägbanan bestäms efter definierade längdmätningar i början av koden. Mellan stödlinjerna skapas vinkelräta linjer som definierar bredden av banan och kallas för breddlinjer.
Breddlinjerna har sina startpunkter på mittlinjen och sina slutpunkter på stödlinjen. Start- och
slutpunkterna hjälper till att definiera kantavstånd och vägbanans lutning. Punkterna utgör vägbanans profil och varierar längs med vägen. Profilen utgör utseendet på farbanan.
Tjockleken på vägbanans beläggning har justerats och omplacerats från mitt- och stödlinjer.
Punkter på vägbanans sektionkoordinater har placerats på stödlinjerna. Med hjälp av komponenten List Item kan farbanan genereras och punkterna kan förflyttas längs med stödlinjerna. Förflyttningen resulterar till att snedvinkligheten av rambenen och farbanan genomförs.
I figur 6.6 illustreras krökning på vägbanan med start- och slutlinjer.
Figur 6.6 Vägbanans start och slut linjer med krökning
36
6.5.4 Kantbalkar
Kantbalkarna skapades med en liknande rutin som gäller för farbanan eftersom kantbalkarna följer den krökning som farbanan följer. Kantbalkens ytor skapas genom stödpunkter som sätts längs med stödlinjerna.
Eftersom profilen på farbanan varierar på grund av skevning ska kantbalkarna tilldelas till en egen farbaneprofil. Med komponenten EndPoints kan de yttersta punkterna av stödlinjerna definieras för att sedan använda komponenten Move som skapar punkter i z-led. Detta ger kantbalkarna en 2D yta.
Vidare används komponenten MoveAwayFrom för att skapa punkter på XY planet vilket ger kantbalkarna en volym. I figur 6.7 illustreras kantbalkar i Rhinoceros.
Figur 6.7 Kantbalkarna i Rhinoceros (gröna)
37
6.5.5 Voter
Vid rambenens insida kant skapas två punkter. Ytterligare två punkter skapas och båda följer olika linjer. Ena punkten följer underkanten av brobanan och den andra följer linjen för rambenen i z-led.
Punkterna används till att skapa triangelformade ytor som får en volym med lådametoden. Nedan visas figur 6.8 som illustrerar voter i Rhinoceros.
Figur 6.8 Voter i Rhinoceros (gröna).
38
6.5.6 Ramben
Rambenen följer även kantbalkarnas krökning som gäller för farbanan. För att definiera rambenens längd skapas stödpunkter i tvärled med stödlinjerna. Stödpunkterna skapas genom att dra en linje mellan stödpunkterna och sedan flytta in linjerna. Med två linjer kan man använda komponenten Loft för att skapa en yta mellan dessa. Slutligen används Extrude för att dra ned ytan och skapa en höjd åt rambenen.
Punkterna har skapats med komponenten Construct Point och definierats med en x- och y-koordinat.
Rambenen anpassas till snedvinkligheten. Vid noll grader är rambenen vinkelräta längs med vägbanans tvärled. Höjden på rambenen beror på brobanans placering och grundläggningsnivån.
Höjden av rambenen är därför kopplad till överkanten av bottenplattan och korrigeras automatiskt när grundläggningsnivån definierats. Nedan visas figur 6.9 som illustrerar ramben i Rhinoceros.
Figur 6.9 Ramben i Rhinoceros (gröna).
39
6.5.7 Bottenplattor
Det finns två olika bottenplattor. Den första typen följer snedvinkligheten medan den andra typen inte gör det. Programmeringen av bottenplattan utgår från startpunkter placerade i mitten av rambenen och som justeras till nollnivå. Punkterna har sedan programmerats om till linjer som använts till att skapa varierande bredd, fram- och baktass.
Punkterna kopplas till komponenten MoveAwayFrom och används för att tillåta justering av
grundläggningsnivån med plushöjder som indata. Formen på bottenplattan följer en enkel rektangulär yta och därför används komponenten Extrude där riktningen av den är bestämd i z-led. I figur 6.10 illustreras bottenplattor i Rhinoceros.
Figur 6.10 Bottenplattor i Rhinoceros (gröna)
40
6.5.8 Vingmur
Vingmuren består av fyra hörnpunkter från stödlinjerna och fyra hörnpunkter framställda genom komponenten MoveAwayFrom. Till tvåhörnpunkter tilldelas en höjd, vilket resulterar i fyra
höjdpositioner som ger vingmuren dess form. Med de andra fyra hörnpunkterna har vingmuren fått en tjocklek. Vidare skapas en volym med komponenten Boundary Volume.
För att vingmurarna ska rotera har två roterande linjer skapats på vardera sida. Startpunkterna på linjerna sammanfaller inte intill varandra på grund av linjernas rotering gentemot rambenen och tjockleken på vingmuren, vilket skapar en längdskillnad. Genom att använda Pythagoras Sats går det att subtrahera längdskillnaderna som uppstår vid lutningen. I figur 6.11 illustreras vingmurar i Rhinoceros.
Figur 6.11 Vingmurar i Rhinoceros (gröna).
41
6.6 Arbetsgång för användaren
Genomförandet ska resultera i en parameterstyrd modellering av en plattrambro, det vill säga en plattrambro med justerbara parametrar som skapats med en visuell programmeringskod. Koderna läses och tolkas av BIM-programmet genom gränssnittet Tekla Open API.
Skriptet och de valda komponenterna ska anpassas efter användbarheten i Teklas modelleringsmiljö.
Detta ger möjligheten till att snabbt kunna modellera och tolka modellen.
Brons utformning styrs av väglinjen och skall användas som en referenslinje till placeringar och skapande av brons andra delar. Placeringen definieras av en sektionskoordinat.
6.6.1 Arbetsgång
Med arbetsgången kommer bromodellen successivt att byggas upp med indata valda efter
användarens egna förutsättningar. Med komponenter som Number Slider och Panel i tillägget kan parametrarna namnges i komponenternas dialogrutor. Nedan visas figur 6.12 - 6.13 som är ett skärmklipp av Grasshoppers canvas och Number Slider.
Figur 6.12 Skärmklipp av Grasshoppers canvas med panel Figur 6.13 Skärmklipp av Number slider
En komponent kan justeras utifrån egna förutsättningar i komponenternas egenskapsdialogruta.
Exempelvis finns Properties i komponenten Number Slider. I den går det att justera det maximala och det minimala värdet av ett intervall.
42
6.6.2 Definition av vy
För att bron ska synas i Tekla Structures skall vyns egenskaper ändras. I View Properties kan egenskaperna som styr vyn justeras under fliken som heter View depth. Nedan visas en exempelbild på Teklas view properties sida, se figur 6.14.
Figur 6.14 Exempelbild på Teklas View Properties sida (Tekla Structures Learning)
6.6.3 Stakad linje
Den stakade linjen definieras efter tre alternativ. För att framställa en rak linje skapas en start- och en slutpunkt i ett 3D-system. För att skapa linjer med en dubbelkrökning går det att importera
koordinater från en Excel-fil, en DWG-fil eller linje från Rhinoceros. De två första innehar
information på plushöjder och dubbelkrökningar medan linjen från Rhinoceros behöver omdefinieras för att ha samma egenskaper.
Efter att den stakade linjen har skapats skall längdmätningarna (sektionskoordinater) i Tabell 6.1 bestämma spännvidden av bron.
Tabell 6.1 Längdmätning
Indata Enhet och alternativ
Längdmätning 1 Längdmätning 2
[mm]
[mm]
43
6.6.4 Brobana och beläggning
Parametrarna som bestämmer brobanan och dess beläggning står i Tabell 6.2. Indata av väglinjerna bestämmer banans lutning vilket inte behöver definieras som parameter.
Den totala bredden på brobanan bestäms av Indata från Rhino. Användaren kan ange
beläggningshöjden på banan. Höjd 1 (höger) och Höjd 2 (vänster) är två höjder från brobanans underkant som bestämmer banans tjocklek. Se bilaga 7.
Tabell 6.2 Brobana och beläggning
Indata Enhet och alternativ
Brobana Typ Bredd (Höger) Bredd (vänster) Beläggningshöjd
Höjd 1 (Höger) Höjd 2 (vänster)
Indata Indata Indata [mm]
[mm]
[mm]
6.6.5 Kantbalkar
Kantbalkarna definieras med parametrarna i Tabell 6.3. Kantbalkarna bygger på väglinjerna som är kopplade till farbanan. Användaren anger en bredd och höjd på farbanan. Se bilaga 11.
Tabell 6.3 Parametrar för kantbalkar
Indata Enhet och alternativ
Bredd Höjd Längd
[mm]
[mm]
[mm]
44
6.6.6 Rambenen och voter
Fjärde steget handlar om att användaren ska fastställa vinkeln mellan den stakade linjen och stöden.
Resterande delar som höjd och bredd av rambenen modifieras automatiskt efter stakade linjen och definierade höjder. Även votens dimensioner i längd och höjd anges vilket visas i tabell 6.4. Se bilaga 10.
Tabell 6.4 Parametrar för ramben och voter
Indata Enhet och alternativ
Ramben 1 Snedvinklighet
Längd Ramben 2 Snedvinklighet
Längd Vot 1 Bredd Höjd Vot 2 Bredd Höjd
[mm]
grader [mm]
grader
[mm]
[mm]
[mm]
[mm]
[mm]
45
6.6.7 Bottenplattor
Här finns möjligheten för användaren att använda sig av bottenplattor som följer stödlinjens vinkel.
Höjden byggs ut från farbanan genom att programmeras i z-led. Bottenplattans tjocklek programmeras som en höjd i z-led. Dessutom kan bottenplattans bak-, fram- och sidotassar anges som visas i tabell 6.5. Se bilaga 8.
Tabell 6.5 Parametrar för bottenplattor
Indata Enhet och alternativ
Höjd Framtass Baktass
Sidotass (mot höger) Sidotass (mot vänster)
[mm]
[mm]
[mm]
[mm]
[mm]
46
6.6.8 Vingmur
Vingmuren är den sista delen i modelleringsfasen. Det existerar flera alternativ för vingmurarna då rotationen är helt parametriserad. Detta innebär att de kan modelleras med alla önskvärda vinklar.
Vingmurens tjocklek bestäms av två hörnpunkter och en lutning enligt tabell 6.6. Se bilaga 9. I figur 6.15 illustreras vingmuren i horisontal- och vertikalföring.
Tabell 6.6 Parametrar för vingmur
Indata Enhet och alternativ
Vinkel Djup Bredd Lutning
0–180 grader [mm]
[mm]
grader
Figur 6.15 illustrerar hur vingmuren ser ut i både horisontal- och vertikalföring
47
7. Resultat
Detta avsnitt presenterar den praktiska och teoretiska delen av examensarbetet. Resultatet av den färdiga modellen, skriptet, intervjuer och de utförda undersökningarna kommer att redovisas och användas som underlag för att svara på rapportens frågeställningar.
7.1 Vad är fördelarna med att parametriskt modellera en bro jämfört med att göra det manuellt (objekt specifikt)?
Skriptet medger en snabb och effektiv projektering av broar broar genom ändrade värden i
programmets parametrar. Konstruktionsdelarna är kodade separat och kopplade till varandra genom
‘’trådar’’. Varje konstruktionsdel styrs av parametrar som kan ändra dimensionerna på
konstruktionsdelar. Genom att till exempel rita ett önskat tvärsnitt av en kantbalk på Rhinoceros kan kantbalkarna automatiskt anpassa sig till tvärsnittet genom skriptet i Grasshopper. Med ett
välutvecklat skript ökar möjligheterna att framställa variationer av geometrier som går att tillämpa i olika projekt.
Förutom att brons konstruktionsdelar går att ändra i storlek och form har brons tvärsnitt och samtliga delar möjligheten att koordineras och dras längs med en linje. När en bro däremot modelleras
manuellt i Tekla kan det bli problematiskt att dra tvärsnittet längs med en linje eftersom vägprofilerna är olika för varje projekt [32].
Det kan då ta lång tid att justera modellen för att den ska följa linjen. En annan vanlig metod som används är en linjebaserad projektering med AutoCad, som ger exakta värden men som tar mycket längre tid att rita. Användningen av en parameterstyrd modell ger fördelen att den möjliggör både en automatisk och exakt svepning längs väglinjen.
Grasshopper är ett 3D-modelleringsprogram som är lämplig att användas för modeller som anläggningar med många objekt och former. Fördelarna med 3D-modeller är att de kan innehålla oändligt mycket information bundet till objekten, till skillnad från 2D som är linjebaserat och inte innehåller någon information förutom linjer [33]. Modeller i 3D har, förutom bättre representerade linjer, möjligheten att också ta fram litterering, antal, placering, AMA-koder med mera.
7.2 Vad är det för tids- och kvalitetsskillnad mellan parametrisk och manuell projektering?
Efter att en användare behärskar tekniken och programmering börjar en tidsvinst märkas. Dock märks tidsvinsten tydligt först när det sker repetitioner i modelleringsarbetet. Vid användning av traditionellt manuellt arbete av komplexa geometrier förekommer situationer där man måste hitta fiffiga åtgärder för problem som uppstår under modelleringen. Att då göra de komplexa geometrierna matematiskt med parametrar ger en tydlig vinst i tid och i kvalitét, vilken överlag är märkbart högre i parametrisk modellering när det kommer till precision och kopplingar av geometrier och punkter. Med detta kan användare lägga mer tid på att kvalitetssäkra [33].
Resultatet av intervjuerna visar att parameterstyrd modellering är som effektivast då det sker förändringar i projektet. Vid eventuella förändringar i manuellt gjorda projekt i 2D behöver
ritningarna i alla vyer, sektioner och plan att göras om på nytt vid förändringar, vilket kan ta upp till några veckor att korrigera [30]. Med en parameterstyrd modell i 3D kan samma korrigeringar uppnås
48
med ändrade parametrar i modellens skript. Då en stor del av de manuella justeringarna utesluts medför det till en ökad effektivisering av projektet.
Vid mindre projekt med enkla geometrier är det dock klokt att använda traditionella metoder och verktyg som till exempel Tekla Structures. Geometrier som är lättare att göra manuellt är oftast bättre att göra manuellt. Exempel på sådana geometrier är raka objekt som inte behöver komplexa rotationer och delar som lager vilket görs som komponenter.
“Den stora fördelen med programmens uppbyggnad i kommunikation och koppling är att det inte finns några begränsningar i vad fördelningen är mellan automatik och manuellt modellering. Det ena utesluter inte det andra.” [33].
7.3 Återanvändning och användarvänlighet
En fördel med parametriserade modeller är att de kan återanvändas till andra projekt. Objekt som skapats i ett skript kan enkelt anpassas efter nya förutsättningar i en ny modell. Då vägprofilerna är olika för varje projekt kan definitioner från äldre projekt kopplas till dessa och svepas längs de nya väglinjerna. Då kan tex kantbalkar svepas exakt med en linje och resterande delar som räcket och brobaneplattor följer med ifall de är parametriserade i skriptet.
En utmaning som presenteras med återanvändning av programmerade skript är användarvänligheten.
En viktig tumregel med programmering är att skapa koder/skript på sätt som är lättlästa och lätta att förstå. Det kan vara tidskrävande för en oerfaren användare att tolka ett klart skript med syfte att redigera och återanvända det. Program som tex Grasshopper innehåller en stor mängd komponenter som möjliggör flera olika arbetssätt och variationer i skriptet som uppnår samma resultat. Det förekommer ofta att en användare stöter på ett antal nya komponenter, vilket medför tid att lära in.
För att effektivt kunna återanvända ett parametriserat skript behöver programmeringen vara tydlig med beskrivningar och färgade grupperingar i skriptet. Ett slarvigt skript kan vara svårt att tolka även för erfarna användare.
7.4 Resultat av modellen och skriptet
Med syftet att använda den färdiga modellen som underlag till rapportens frågeställningar presenteras den färdiga modellen och sedan skriptet i figur 7.1- 7.5.
Figur 7.1: Modellerad plattrambro i Rhinoceros
49
Figur 7.2: Färdig skript av plattrambron på Grasshopper del 1
Figur 7.3 Färdigt skript av plattrambron på Grasshopper del 2
50
Figur 7.4 Färdig skript av plattrambron på Grasshopper del 3
Figur 7.5 Färdig skript av plattrambron på Grasshopper del 4
51
8. Analys och diskussion
För att visa möjligheterna som kommer med parametrisk modellering analyseras det parameterstyrda skriptet i samband med resultatet. Med hjälp av skriptet kan slutsatser dras gällande de för- och nackdelar som råder inom parametrisk styrda modeller. För att göra lämpliga slutsatser har delar av modellen granskats i Rhinoceros-Grasshopper.
Som tidigare nämnts kan modellering av dubbelkrökta broar vara tidskrävande eller väldigt svåra att arbeta med i program som Tekla Structures. Vid projektering av sådana modeller kan en åtgärd vara att använda funktionen Beam Extruder beskriven i avsnitt 4.5.2.1. Beam Extruder hjälper till att skapa en modell genom ett tvärsnitt och en referenslinje. För att det ska vara möjligt att använda funktionen skall linjen segmenteras. Oavsett storlek på segmenten skapas tillräckligt stora vinkeländringar vid segmenten som gör det svårt för plattorna att följa med. På det sättet skapas buggar i modellens farbana som endast går att åtgärda med tidskrävande justeringar.
En annan nackdel med funktionen är att metoden som används vid framställningen av den dubbelkrökta farbanan kan ställa till med andra besvär. Ett tecken på det kan vara när den färdiga modellen inte går att användas i andra projekt för att den är definierad med funktionen Beam
Extruder. Eventuella förändringar i modellen kräver att tvärsnittets Excelfil behöver justeras eller att all data ska skrivas om på nytt, något som hade gått att undvika om modellen istället var
parameterstyrd.
För att skapa en parameterstyrd modell måste skriptet anpassas för att tolkas rätt av Tekla Structures.
Det betyder att komponenterna i Grasshopper behöver fungera i enlighet med funktionerna i Tekla Structures, för att alla detaljer i skriptet ska följa med vid framställningen av bron i Teklas
modelleringsmiljö.
För en parameterstyrd modell i detta projekt börjar skriptet med en kod som skapar en stakad linje som delas upp i segment med en viss längd. Dock är det inte säkert att segmenten har rätt längd och kan därför få andra resultat med en annan segmenteringsmängd. Genom att interpolera kurvor och använda segmenteringen möjliggörs en mjukare övergång mellan segmenten. Detta innebär att den stakade linjen fungerar utmärkt som en referenslinje för skapandet av de andra brodelarna. Med denna linje går det därför att övergå till att utnyttja lådametoden definierad i avsnitt 5.4.1 för att skapa bromodellen.
Med parameterstyrda skript undviks framtida buggar i tex farbanan då programmet gör en exakt tolkning av de segmenterade linjerna och leder till att plattorna kan anpassas till vinkeländringarna.
Tiden som lades på eventuella justeringar i farbanan tidigare kan nu besparas.
Genom Tekla Live link möjliggörs kopplingen mellan Grasshopper och Tekla. Detta medför överföringar av linjer och punkter till Teklas modelleringsmiljö.
Skriptet som gjorts i Grasshopper är kodat för att hämta information och revideringar till modellen.
Detta medför att delar av bromodellen går att använda till modellering av andra konstruktionsdelar.
Med egna definierade parametrar som styr brons utseende och funktion blir framställningen av nya broar med andra mått enklare att skapa, då det bara kräver justering av parametrarna för att enkelt ta
52
fram en ny bromodell. Detta betyder att skriptet inte är enbart till för ett projekt utan det går att återanvända i andra projekt.
En parameterstyrd modell kan därför underlätta och effektivisera modelleringsarbetet för både projektörer och konstruktörer inom branschen, inte minst för personer som arbetar med dubbelkrökta geometrier eller geometrier av större svårighetsgrad. Parametrisk modellering anpassas väl till förändringar och uppdateringar som förekommer under projektets gång och sparar på den tid som läggs på justeringar av dessa, något som är lockande för många företag som arbetar med både anläggnings- och huskonstruktioner.
53
9. Slutsatser
Detta examensarbete har försökt svara på hur stor roll parametrisk modellering kan ha vid effektiviseringen av modelleringsarbetet på olika konstruktioner. Målet var att ta fram ett
parameterstyrt skript för plattrambroar. Skriptet skapades i Rhinoceros-Grasshopper för att sedan visualiseras i Tekla Structures.
De för- och nackdelar som uppkommer vid parameterstyrda modeller är bland annat hur mycket tid och kunskap som krävs för planeringen av skriptet och förståelsen för programspråket. Mycket tid läggs på planering för att möjliggöra återanvändandet av skriptet inte bara i ett enda projekt utan även i andra projekt. Planering av skriptet är också viktigt för att undvika oförutsägbara buggar längre fram i skriptet och som i värsta fall kan kräva att skriptet behöver skrivas om på nytt.
Fördelen med parameterstyrda skript visar efter den genomförda analysen att det effektiviserar modelleringsarbetet av dubbelkrökta plattrambroar och komplexa geometrier.
En effektiviserad projektering syftar mest på hur mycket tid som sparas.
Då modellen är parameterstyrd blir framställningen av nya broar enklare, därav en effektiv projektering, som följaktligen medför en tidsbesparing. Tid och pengar som sparas i projektet kan istället läggas på utvecklingen av pågående- eller framtida projekt.
För en större användning av parametrisk modellering i framtiden krävs det att alla BIM-verktyg skapar ett gränssnitt till tredjepartsprogram. Detta för att de externa och generella programmen ska kunna interagera med varandra utan någon förlust under informationsöverföring. En kombination av användning av parametrisk modellering och andra traditionella metoder och BIM-verktyg blir då den mest effektiva metoden att utföra projekt.
Tredjepartsprogram ger tillgång till möjligheter och fördelar som en fri plattform kan bidra med, något som öppnar upp för kreativa arbetsmetoder och tekniska lösningar som annars hade begränsats av de generella lösningsmetoderna. Dock är det viktigt att tredjepartsprogram utvecklas i samma takt som de generella programmen och att kommunikationen mellan dessa förbättras i framtiden.
Idag är parametrisk modellering en arbetsmetod som på grund av sina innovativa lösningar och möjligheter resulterar i en växande efterfrågan hos många företag inom byggbranschen.
54
10. Rekommendationer
Utifrån resultatet och slutsatserna som redovisats i detta arbete rekommenderas fortsatt studie av parametrisering, specifikt mer detaljerade och komplexa geometrier. Nästa steg är att parametrisera moduler med armeringsjärn som sedan överförs till Tekla för att skapa 3D-ritningar.
Skriptet ger möjlighet för smidig modellering med stora variationer av olika konstruktionstyper.
Vidare rekommenderas implementering av finita elementberäkningar av de parametriserade modellerna med först enkla geometrier och sedan med armeringsjärn.
En liknande arbetsmetod kan troligtvis tillämpas för andra brotyper. Därmed rekommenderar AFRY att satsa på användandet och utvecklingen av parametrisering. Det finns stort utrymme för
vidareutveckling av detta examensarbete för att få en fullständig brokonstruktion.
55
11. Referenser
[1] Sundquist, Håkan. Infrastrukturkonstruktioner: kompendium i Brobyggnad. Stockholm:
Byggkonstruktion, Kungliga Tekniska Högskolan. 2005
[2] Alm, Lars-Olof. Väg- och Gatuutformning. Stockholm: Väg- och Banteknik, Kungliga Tekniska Högskolan. 2010.
[3] Ronnebrant Robert och Glans Lars-Åke, Vägverket. Broprojektering- En handbok. Borlänge:
Vägverkets tryckeri, 1996.
[4] Hult, F., 2011, LTH:s Publikationsdatabas DiVa. [Online]
Tillgänglig på:
http://www.byggmek.lth.se/fileadmin/byggnadsmekanik/publications/tvsm5000/web5180.pdf [Använd 26 april, 2020]
[5] Trafikverket. BaTMan- kodförteckning och beskrivning av brotyper. [Dokument i PDF-fil]
[hämtad: 2020-05-01]. Tillgängligt:
https://batmanhandbok.trafikverket.se/dokument/Bro_konstruktionstyper/#plattrambro
[6] , Trafikverket. BaTMan- Beskrivning av brons huvuddelar. Borlänge: 2008. [Dokument i PDF-fil]
[hämtad: 2020-05-01]. Tillgängligt:
https://batmanhandbok.trafikverket.se/dokument/brons-huvuddelar/ (2017-11-02) [7] Hosseinzade, A. & Samir, M., 2017. KTH:s Publikationsdatabas DiVA. [Online]
Tillgänglig på: http://kth.diva-portal.org/smash/get/diva2:1146928/FULLTEXT01.pdf [Använd 1 maj 2020].
[8] Difs, J. & Karlsson, F., 2015. Chalmers Publikationsdatabas DiVa. [Online]
Tillgänglig på: https://odr.chalmers.se/bitstream/20.500.12380/218711/1/218711.pdf [Använd 23 april, 2020]
[10] Karlsson,D. &Welinder, N., 2011. LTH:s Publikationsdatabas DiVA. [Online]
Tillgänglig på: http://www.kstr.lth.se/fileadmin/kstr/pdf_files/Exjobb/TVBK-5000_pdf/TVBK- 5196DKNWweb.pdf
[Använd 19 april, 2020]
[11] TRVK BRO 11. (2011). Trafikverkets tekniska krav Bro,Trafikverket Tillgänglig på: https://trafikverket.ineko.se/Files/sv-
SE/10753/RelatedFiles/2011_085_trvk_bro_11.pdf [Använd 13 april, 2020]
[12] Trafikverket (2014). BaTMan - Bro och Tunnel Management. 2015, from https://batman.vv.se/batInfo/handbok31/whnjs.htm
[13] BIM Alliance Sweden. “Vad är BIM?” [webbsida på internet] [hämtad: 2020-04-13]
Tillgängligt: http://www.bimalliance.se/vad-aer-bim/
56
[14] Eastman, Chuck m fl. BIM Handbook: A Guide to Building Information Modeling. Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons lnc. 2008 ISBN 0-470-18528-7,”978-0-470-18528-5
[15] Tekla. ”Advanced Software for Construction” [webbsida på internet] [hämtad: 2020-03-15]
Tillgängligt: https://www.tekla.com/about/about
[16] Tekla. ”Tekla Open API: anslut applikationer till Tekla Structures” [webbsida på internet]
[hämtad: 2017-04-20]
Tillgängligt: https://www.tekla.com/se/tekla-openAPI
[17] Abdali, Y., Holm, L, 2017. KTH:s Publikationsdatabas DiVA. [Online]
Tillgänglig på: https://www.diva-portal.org/smash/get/diva2:1146941/FULLTEXT01.pdf [Använd 3 maj 2020].
[18] Rhinoceros. “What are NURBS?” [webbsida på internet] [hämtad: 2020-03-29]
Tillgängligt: http://www.rhino3d.com/nurbs/
[19] GhPython, 2017. food4Rhino - GhPython. [Online]
Tillgänglig på: https://www.food4rhino.com/app/ghpython [Använd 2 april 2020].
[20] Rhinoceros 3D [webbsida på internet] [hämtad: 2020-05-02]
Tillgängligt: www.rhino3d.com
[21] Grasshopper. “About Grasshopper” [webbsida på internet] [hämtad: 2020-04-15]
Tillgängligt: www.grasshopper3d.com
[22] Generative Design. “Using Python in Grasshopper” [webbsida på internet] [hämtad: 2017-05-11]
Tillgängligt: https://medium.com/generative-design/using-python-in-grasshopper-77bfca86e84b [23] Tekla. “Grasshopper- Tekla Live Link” [webbsida på internet] [hämtad: 2020-05-04]
Tillgängligt:
https://teklastructures.support.tekla.com/not-version-specific/en/ext_grasshopperteklalink
[24] Lythell, M. & Jarjes, W., 2018. Automatiserad projektering, Stockholm: KTH
[25] Fintling, N. & Ling, J., 2018. Automatiserad projektering av gång- och cyckelbro, Örebro:
Örebro universitet.
Bildförteckning
[26] Sundquist, H., 2005, Infrastrukturkonstruktioner [Fotografi]
Hämtad från: Kompendium i Brobyggnad
57 [27] Maxstadh, P., 2018, Plattrambskogro [Fotografi]
Hämtad från:
https://www.skogforsk.se/cd_20190114162828/contentassets/5fa76c46521a4b2daac59f0e9dd16607/f orvaltning---en-overgripande-brohandledning.pdf
[28] Ronnebrant Robert och Glans Lars-Åke, Vägverket. Broprojektering- En handbok. Borlänge:
Vägverkets tryckeri, 1996.
Samtal
[29] Leander, 2020, Samtal med John Leander, KTH- Byggvetenskap, Stockholm [30] Dagdony, 2020, Samtal med Masara Dagdony, AFRY, Stockholm
[31] Gul, 2020, Samtal med Ebuzer Gul, AFRY, Stockholm [32] Lind, 2020, Samtal med Johanna Lind, AFRY, Malmö
[33] Strandquist, 2020, Samtal med Johan Strandquist, AFRY, Göteborg
58
