مرمت و نگهداری بناهای میراث فرهنگی با سامانه فناوری بیم
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.
1. 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.
2. جمع‌آوری اطلاعات تصویر
1: قلعه ماسگرا (چپ) و ابر نقاط تولید شده توسط نقشه‌بردار اسکن لیزری (راست)
- جهت مشاهده تصویر به سایت رسانه تخصصی بیمانا مراجعه فرمایید.
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 182 اسکن و 44 میلیون نقطه برای هر اسکن (حدوداً 7.7 میلیارد نقطه) بود که به کمک 269 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 2 هزار و 700 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.
3. 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 (تصویر2) 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 2: مدل گنبد چتر مانند (راست) – دیوار خارجی (چپ)
- جهت مشاهده تصویر به سایت رسانه تخصصی بیمانا مراجعه فرمایید.
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 ( تصویر2). 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 (تصویر3).
4. 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 3: مقطع عرضی (چپ) و کل مدل BIM (راست)
- جهت مشاهده تصویر به سایت رسانه تخصصی بیمانا مراجعه فرمایید.
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 0.2 متر تنظیم شد. این تنظیم ایجاد حداقل 3 یا 4 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.
- خلاصه ای از نتایج مدل اجزا محدود در تصویر 4 نمایش داده شده است.
- جهت مشاهده تصویر به سایت رسانه تخصصی بیمانا مراجعه فرمایید.
تصویر 4: 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.
6. 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.
6-1. 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 0.2 فرض شد. وزن مخصوص با توجه به نتایج بررسی گونه‌شناسی سنگ‌ها، عدد محافظه‌کارانه 22 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 3 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 7220-1600 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.
6-2. 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 20 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.
6-3. 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.
6-4. 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.
6-5. 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.
- جهت مشاهده تصویر به سایت رسانه تخصصی بیمانا مراجعه فرمایید.
تصویر 5: 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.
6-6. 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 (تصویر6). 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 6: تنش‌های اصلی: وجه شمالی (چپ)، وجه جنوبی (راست)
- جهت مشاهده تصویر به سایت رسانه تخصصی بیمانا مراجعه فرمایید.
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 7: تنش‌های کششی در دیواره برج کبوترخانه (a) و ترک‌ها (b)
- جهت مشاهده تصویر به سایت رسانه تخصصی بیمانا مراجعه فرمایید.
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