BIM – INFORMAČNÉ MODELOVANIE BUDOV

Využitie informačného modelovania v praxi – pre koho je BIM určené

Predchádzajúci článok bol o základnej problematike informačného modelovania. Nasledujúci článok Vás poodkryje možnosti reálneho využitia BIM a priblíži Vám niektoré CAD systémy pracujúce v BIM. Článok je určený najmä pre inžinierov/architektov uvažujúcich o práci so softvérom, ktorý pracuje v BIM, ale aj širšia verejnosť v ňom nájde zaujímavé informácie a lepšie pochopí ako, a na čo všetko, sa dá BIM využiť.

BIM je určené pre každého. BIM je cesta do blízkej budúcnosti, kde zabudneme na kolízie profesií a chyby v projektoch. BIM je na časovej osi projektanta ďalším významným míľnikom, kde z 2D a 3D sa stáva 5D rozmer. Tam, kde kedysi bol len pantograf a pravítko, počítač a myška bude a je BIM.

Prechod na BIM je spojený s čiastočnou zmenou existujúcich procesov predovšetkým po stránke odovzdávania a zdieľania dát, ale aj so zavedením nových technológií, ktoré umožnia BIM modely vytvárať a využívať. [1]

BIM pre investora:

Investor sa z hľadiska časovej postupnosti nachádza na začiatku návrhu stavby, pretože od neho prichádza počiatočné zadanie a špecifikácia.

BIM model ukáže investorovi kade „tečú“ jeho peniaze. Umožní mu lepšie pochopiť proces projektovania a tvorby návrhu ako aj samotného postupu realizácie a jej kontroly. BIM projektovanie prináša šetrenie finančných prostriedkov pre investora, transparentnosť pri realizácii diela vďaka podrobnému projekčnému návrhu a kooperácii všetkých profesií na jednom mieste. [1]

Architekt:

V dnešnej dobe už takmer všetci architekti používajú BIM a mnohí o tom ani nevedia. Základom BIM je totiž prostý 3D geometrický model, ktorý vzniká snáď pri každom návrhu stavby ako prostriedok na vizualizáciu a prezentáciu návrhu. Architektovi k plnohodnotnému používaniu BIM potom stačí prispôsobiť svoje pracovné postupy. Rozdiel medzi prostým 3D modelom a BIM modelom je iba v použitých entitách (modelovacích nástrojoch – prvkoch).

BIM umožňuje architektom vyhodnocovať viac možností riešenia v rámci jedného návrhového modelu a tým zefektívniť návrhový proces. Projektová dokumentácia je ľahšie alebo automaticky generovaná priamo z modelu a umožňuje architektom tráviť viac času v prospech kvalitného návrhu stavby.

3D model je východiskovým bodom projektu, nie jeho cieľom. Architektovi teda náleží najzásadnejší diel práce na príprave BIM modelu stavby, zároveň ale dostáva možnosť lepšej kontroly celého procesu návrhu. BIM zlepšuje pracovné postupy tým, že presunie ťažisko práce z predtým tak potrebného vytvárania projektovej dokumentácie k priamej a kreatívnej tvorbe stavebných celkov. [1]

Projektant stavebnej časti:

Ak architekt 3D model odovzdá stavebnému projektantovi na spracovanie ďalších projekčných stupňov, odovzdáva mu zároveň všetky podstatné informácie o geometrii stavby. Nestane sa tak, že kvôli nepochopeniu výkresov alebo nedostatočnej priestorovej predstavivosti projektanta, vznikne projekt „inej“ stavby. Návrh stavby v podobe „čitateľného“ 3D modelu je preto dobrým podkladom pre prácu projektanta. Úlohou projektanta je potom podrobiť model analýze uskutočniteľnosti, doplniť špecifické vlastnosti jednotlivých prvkov a vyriešiť detaily a kolízie nadväzujúcich konštrukcií. To môže znamenať aj zásahy do geometrie stavby, ale vďaka nástrojom pre tvorbu BIM modelov je jednoduché tieto zmeny konzultovať s architektom, prípadne ich zdieľať v rámci jedného modelu. Záleží potom, na koho je prenesená zodpovednosť za koordináciu jednotlivých odborných oblastí.

Pri použití BIM modelu sa technická dokumentácia generuje priamo z 3D modelu stavby. Na rozdiel od prostých 3D modelárov však nie je pôdorysný výkres generovaný len ako pohľad zhora na model, ale je vytváraný na základe informácií o jednotlivých entitách a ich vlastnostiach zobrazenia. To platí aj o dokumentoch ako je napr. výpis otvorových výplní. Aj ten je automaticky generovaný na základe dát uložených v databáze a aktualizovaný súčasne s vývojom návrhu.

V komunikácii s nadväzujúcimi profesiami vedie priame zdieľanie 3D databázových dát k oveľa nižšej potrebe ďalšej komunikácie a vysvetľovaniu. Následná kontrola kolízií môže prebiehať automaticky a je ľahko vizuálne kontrolovateľná. [1]

Obr. 1 BIM model – architektúra [3]

Projektant časti technické zariadenie budov – TZB:

Návrh technických zariadení budov je klasickým príkladom procesu, ktorý je závislý na svojich predchodcoch a výsledky sa používajú vo všetkých nasledujúcich etapách stavebného procesu. V dnešnej dobe, keď je kladený veľký dôraz na energetickú úspornosť, aj všetky inštalácie v budovách veľmi ovplyvňujú celkové náklady na prevádzku budovy. Pritom sú jednotlivé profesie často riešené oddelene, hoci vďaka takzvaným inteligentným inštaláciám sú v skutočnosti veľmi previazané.

Podstatným cieľom správneho návrhu je tiež úspora nákladov počas vykonávania stavby. Kolízie a ich riešenie až na stavbe bývajú zdrojom nielen rozporov medzi zúčastnenými stranami, ale aj finančných strát. V tomto prípade nejde len o vyššie či nižšie náklady na prevádzku a obsluhu zariadenia, ale aj o jednoduchosť ovládania pre používateľa a dodržanie všetkých rozumných podmienok vnútorného prostredia budov.

V prípade použitia OpenBIM štandardov, kedy je spolupráca založená na odovzdávaní dát vo formáte IFC sa používa tzv. Coordination View. Je to výber informácií, ktorý obsahuje definície priestorovej štruktúry, stavebných prvkov a prvkov TZB, potrebných pre koordináciu návrhu medzi profesiami. Väčšina nástrojov (softvér) pre BIM používa pri importe a exporte súborov práve tento druh informácií. [1]

Obr. 2 rozvodné siete TZB v budove – BIM model [4]

Projektant časti statika stavebných konštrukcií:

Statik pracuje v súčasnosti s projektantom architektúry na základe výmeny výkresov, väčšinou v 2D priestore. Projektant architektúry zašle statikovi hrubý návrh konštrukcie, statik využije 2D výkres ako podklad pre vytvorenie 3D modelu v statickom softvéri, posúdi a zašle späť projektantovi. Ten zmeny zapracuje do výkresov, prípadne komunikuje so statikom o alternatívnych riešeniach. Pri BIM projektovaní sa takýto zdĺhavý proces nerieši. BIM model projektant vyexportuje statikovi pomocou výmenného IFC formátu. Statik tento model použije ako podklad a priamo ho načíta do statického softvéru a nadimenzuje prvky. Projektový manažér ako aj projektant priamo vidia všetky zmeny, ktoré statik navrhoval, vrátane kolízií.

Statik môže vyžiť rôzne funkcie BIM modelu. Môže napríklad priradiť určitú časť stavebného modelu ku konkrétnemu prierezu a materiálu – prvku dostupnému v databáze používaného statického softvéru, alebo môže využiť rôzne pomocné funkcie pre prevod stavebného modelu na výpočtový a správne prepojenie prvkov výpočtového modelu.

Základným predpokladom je však kvalitne vytvorený architektonický (stavebný) model, ktorý využíva pre návrh každej časti konštrukcie aj správnu funkciu – druh konštrukcie. Najjednoduchším príkladom nesprávnej konštrukcie je stĺp vytvorený ako múr. Pre ďalšie zjednodušenie tvorby výpočtového modelu je vhodné rozdeliť nosné a nenosné konštrukcie tak, aby mohli byť samostatne zobrazené. Pre informáciu o zaťažení, je ale potrebné obidva druhy konštrukcie medzi profesiami prenášať.


Obr. 3 Príklad výmeny dát architerktúra-statika [5]

Rozpočtár:

Základnou myšlienkou rozpočtovania je zostaviť zoznam, pokiaľ možno všetkých nákladov, ktoré vznikajú v súvislosti so stavebnou činnosťou, a tieto náklady zaradiť do vopred dohodnutých skupín tak, aby boli zrozumiteľné a prehľadné pre všetkých účastníkov procesu návrhu stavby. Ak má rozpočet slúžiť ako komunikačný prostriedok, musí existovať aj súbor pravidiel, ktorý definuje, ako má byť zostavený. Pritom nie je rozhodujúce, aká štruktúra nákladov je v rozpočte použitá. Oveľa dôležitejšie je, aby bola štruktúra jednoznačne definovaná, aby sa určité náklady nezohľadnili viackrát alebo sa na nejaké nezabudlo. Rozpočtovanie pozostáva z dvoch základných činností – tvorba výkazu výmer a vlastné oceňovanie, ktoré vyžadujú odborný prístup rozpočtára k analýze jednotlivých stavebných prvkov, materiálov a ich vykonávaniu.

V závislosti na fáze projektu, a teda aj podrobnosti projektovej dokumentácie, musí rozpočtár pomocou dostupných podkladov stavbu čo najpresnejšie oceniť. Tento všeobecný princíp je dôležité mať na pamäti aj pri rozpočtovaní použitím BIM modelu. Ide o proces, v ktorom je možné z BIM modelu generovať presné výkazy výmer a cenové odhady už od počiatočných fáz životného cyklu projektu. Ďalej tiež poskytuje náhľad na vplyv nákladových zmien nadpráce a zmien projektu s potenciálom ušetriť čas a peniaze, a tým sa ľahšie vyvarovať prekročeniu plánovaného rozpočtu. Projektant môže zároveň sledovať cenový dopad projektových zmien v čase. Vďaka tomu, môžu ľahšie zhodnotiť ich dopad, a predísť neskoršiemu prepracovanie projektu.

Z BIM modelu je možné ľahšie a častejšie generovať nákladové plány, a to aj napriek tomu, že v danej chvíli nie sú aktualizované všetky objekty. Položky, ktoré neboli nahradené novou informáciou alebo cenou, zostávajú nezmenené a ocenenie je tak stále kompletné. [1]

Zhotoviteľ:

Pre zhotoviteľa predstavuje BIM predovšetkým aktuálnu a spoľahlivú dokumentáciu stavebného projektu. Z hľadiska toku informácií je na jednej strane užívateľom modelu, ale zároveň je dôležitým spoluautorom modelu, pretože model aktualizuje podľa skutočného stavu a skutočných výrobkov, ktoré sú na stavbe použité.

V tomto smere je úloha zhotoviteľa úplne zásadná, ak má byť model ďalej použitý pre správu a údržbu nehnuteľnosti. [1]

Facility manager:

Z hľadiska používania informácií je facility manager na konci procesu návrhu a zhotovenia stavby, kedy je hlavným užívateľom modelu. Ak prešiel návrh celým procesom ako informačný model, je bohatým zdrojom informácií pre správu a údržbu stavby. Samozrejme je potrebné, aby bol personál na strane Facility Managementu (FM) schopný s modelmi pracovať a plne využiť ich informačné potenciál.

Práve Facility Management je hlavným dôvodom pre prijatie BIM ako záväzného spôsobu projektovanie napríklad v Spojenom Kráľovstve, pretože vláda rozpoznala, že jasne štruktúrované a automaticky spracovateľné informácie o budovách môžu viesť k významným úsporám pri ich prevádzke aj pri výstavbe nových budov. To dáva zmysel po celom svete, pretože práve štát je väčšinou najväčším vlastníkom nehnuteľností. S tým súvisí štandard Cobi (Construction Operations Building Information Exchange), ktorý opisuje štruktúru dát, ktorá má byť vyhotovená pre jednotlivé fázy stavebného procesu a pre jednotlivé typy stavebných elementov (steny, okná, dvere, miestnosti, …).

Z hľadiska návrhu je v súčasnosti problematika FM často ponechávaná stranou, hoci náklady na prevádzku stavieb výrazne prekračujú náklady na ich návrh a zhotovenie. Práve BIM, ako metodika, kladie dôraz na aktívnu účasť expertov zo všetkých dotknutých odborov, aby boli prítomní už v počiatočnej fáze návrhu, kedy je možné zohľadniť najrôznejšie odbornej aspekty vo fáze, keď sú zmeny projektu ešte ľahké a tým aj lacné. Znalosti a skúsenosti odborníkov z oblasti FM tak môžu byť ľahšie reflektované a aplikované [1].

BIM a jeho výhody:

  • úspora nákladov a času počítaná pre celý životný cyklus stavebného diela;
  • zlepšenie komunikácie medzi účastníkmi stavebného procesu;
  • zlepšenie kontroly stavebného procesu;
  • zlepšenie kvality výsledného diela;
  • zvýšenie transparentnosti, lepší prístup k informáciám pri rozhodovaní v rôznych etapách životného cyklu stavby;
  • ochrana životného prostredia vďaka možnostiam simulácií v Etape prípravy projektu
  • ľahšia možnosť spracovania variant . [1]

BIM a jeho nevýhody:

  • nutnosť tvoriť BIM od úplného začiatku prvotnej štúdie až do demoláciu a stavby na konci jej životnosti;
  • nutnosť ovládania základných princípov 3D modelovania a modelovania BIM pre všetky dotknuté profesie (architektúra, statika, TZB, elektrické rozvody, rozpočtár, zhotoviteľ, správca budovy);
  • v súčasnosti ešte úplne nedoriešený systém komunikácie na základe výmenného IFC súboru;
  • nedostatočné zakotvenie v legislatíve – tým vznikajú problémy pri definovaní niektorých parametrov.

BIM v praxi a využitie s CAD programami

BIM ponúka ľudom, ktorí s ním pracujú mnoho výhod. Jednou z nich je komplexnom informácií, ktoré sú sústredné na jednom mieste a možnosť selektovania potrebných dát zo súborov, či umožnenie práce na projekte viacerým ľudom na raz.

BIM umožňuje ukladať informácie a zápisy pomocou  tzv. „cloud-u“. Vďaka dômyselne premyslenému systému práce nie je možné BIM model ľubovoľne prepisovať, čomu predchádza BIM manažér.

Obr. 4 Logo BIM cloud-u spoločnosti GRAPHISOFT (tvorca softvéru ArchiCAD) [2]

Ako to funguje?

Zápis informácii a práca s BIM modelom je súbor kontrolovaných činností, ktoré vedie a koordinuje tzv. BIM manažér. Zmena v projekte musí byť vždy odsúhlasená a potvrdená nadradeným pracovníkom a to na základe žiadosti a rezervácie prác na modeli. Model, ktorý sa osvedčil pri riadení väčších firiem si našiel svoje uplatnenie aj v BIM. Systém BIM využívajú aj grafický softvér ArchiCAD od GRAPHISOFT-u či Autodesk Revit od Autodesk-u.

V súvislosti s výmenou informácií je potrebné spomenúť aj dátový formát, ktorý možno použiť. V oblasti informačného modelovania existuje iba jeden medzinárodne uznávaný dátový štandard a tým je IFC (Industrial Foundation Classes) udržiavaný organizáciou buildingSMART. Tá bola v súvislosti so štandardmi pre informačné modelovanie stavieb spomenutá už v predchádzajúcom článku.

INDUSTRIAL FOUNDATION CLASSES (IFC)

Autorom tohto štandardu je International Association for Interoperability (IAI). V súčasnosti je používaná a podporovaná verzia 2×3 TC1 a IFC2x4. Zverejnená je už aj nová verzia IFC4 Add1, ale softvér používaný pre tvorbu a spracovanie modelov zatiaľ túto verziu nepodporuje. Autori SW pre informačnú modelovanie sa však jeho implementáciou v čase písania tohto textu už intenzívne zaoberajú. Štandard IFC 2×3 bol vydaný vo februári 2006 a je registrovaný ako ISO 16739.

Dlhodobá možnosť práce s dátami je obzvlášť dôležitá, ak uvážime, že doba obmeny SW je rádovo 1 až 2 roky, kým predpokladaná doba životnosti stavby je rádovo 50, 100 a viac rokov. Model IFC je schopný popísať prakticky všetky aspekty stavby a stavebného procesu, aj keď väčšina SW nevyužíva všetkých možností IFC. [1]

Autor: Ing. Lukáš Bosák

Použité zdroje:

[1]           ČERNÝ, Martin a kolektiv. 2013. BIM Příručka [online]. [cit. 2015-05-17]. ISBN 978-80-260-5297-5. Dostupné na: http://issuu.com/czbim/docs/bim-prirucka-2013-v1#

[2]           copyright © GRAPHISOFT SE, [online]., Dostupné na: http://www.graphisoft.com/images/GRAPHISOFT/logos/graphisoft-BIMcloud.png

[3]           copyright © CAD EXPERT s. r. o., [online]., Dostupné na: http://cadexpert.sk/user_files/images/BIM/bim.jpg

[4]           copyright © Ljubljana university incubator technolgy transfer – Certus, [online]., Dostupné na: http://www.graphisoft.com/images/mep_modeler/mep_modeler-banner.jpg/full

[5)           copyright © BIM and Beam, [online]., Dostupné na: http://bimandbeam.typepad.com/.a/6a00d83453439169e20168eb96dfef970c-pi