Digitalizácia procesov v stavebnej praxi

Moderné digitálne zobrazovacie metódy našli počas krátkeho obdobia uplatnenie v mnohých aplikáciách pre strategické krajinné plánovanie a pre riadenie celého radu procesov. Umožňujú však aj transparentne a efektívne spravovať veci verejné.

Efektívne porovnanie výkonnosti jednotlivých členských štátov EÚ v širokom spektre oblastí poskytuje Index digitálnej ekonomiky a spoločnosti (Digital Economy and Society Index, DESI) [1].

Ide o zložený index, vyhodnocovaný každoročne Európskou komisiou, ktorý sleduje pokrok a úroveň rozvoja digitálnej ekonomiky a spoločnosti v členských štátoch EÚ v piatich hlavných oblastiach merania: pripojiteľnosť, ľudský kapitál, využívanie internetových služieb, integrácia digitálnej technológie a digitálne verejné služby. Index predstavuje dôležitý východiskový bod na identifikáciu problematických oblastí, ktorým by sa mali jednotlivé krajiny venovať, aby zlepšovali svoju digitálnu výkonnosť. Index je k dispozícii od roku 2014, pričom Slovensko skončilo vo väčšine hodnotení podpriemerne.

Z materiálu Stratégia digitálnej transformácie Slovenska 2030 (Stratégia pre transformáciu Slovenska na úspešnú digitálnu krajinu) vyplýva, že za rok 2018 obsadilo Slovensko podľa spomínaného indexu 20. miesto spomedzi 28 členských štátov EÚ, v roku 2022 dokonca až 23. priečku (euractiv.sk).

Slovenská republika je teda piata najhoršia v EÚ, horšie sú na tom už iba Poliaci, Gréci, Bulhari a Rumuni. Spomenutá Stratégia digitálnej transformácie Slovenska 2030 je nadrezortnou vládnou rámcovou stratégiou, ktorá definuje politiku a konkrétne priority Slovenska v kontexte už prebiehajúcej digitálnej transformácie hospodárstva a spoločnosti pod vplyvom inovatívnych technológií a globálnych megatrendov digitálnej doby.

Pokrýva časové obdobie od roku 2019 do roku 2030, pričom prvoradý dôraz kladie na súčasné inovatívne technológie, akými sú napríklad umelá inteligencia (Artificial Intelligence, AI), internet vecí (Internet of Things, IoT), technológia 5G, veľké dáta a analytické spracovanie dát, blockchain a super výkonné počítanie (High Performance Computing, HPC), ktoré sa majú stať novým motorom ekonomického rastu a posilňovania konkurencieschopnosti Slovenska.

Podľa spomínanej stratégie by sa Slovensko malo do roku 2030 stať „modernou krajinou s inovačným a ekologickým priemyslom ťažiacim zo znalostnej digitálnej a dátovej ekonomiky, s efektívnou verejnou správou zabezpečujúcou inteligentné využívanie územia a infraštruktúry a s informačnou spoločnosťou, ktorej občania naplno využívajú svoj potenciál a žijú kvalitný a bezpečný život v digitálnej dobe“.

Využitie 3D geodát v stavebníctve

Z predchádzajúceho textu jednoznačne vyplýva, že predstava digitalizácie sa dostala do popredia a jej zavádzanie do života patrí medzi kľúčové úlohy štátu. Význam digitalizácie podčiarkuje aj to, že jej uplatnenie nemá iba čisto teoretický význam, ale súvisiaci rad postupov a riešení má aj značný ekonomický potenciál.

Jednou z možných aplikácií načrtnutého prístupu (navyše so značným pridaným finančným profitom) je aj praktické využitie 3D geodát v oblasti projektovania, prípravy a realizácie stavieb. Digitálne zobrazovacie metódy (3D geodáta) predstavujú moderný prostriedok na získavanie podkladov a na kontrolu vo viacerých oblastiach života spoločnosti.

Ich aplikáciou sa zjednodušujú a skvalitňujú kontrolné a rozhodovacie procesy a následne sa znižujú vynakladané prostriedky. K rozhodujúcim výhodám využitia 3D geodát patrí objektívnosť, transparentnosť a možná nezávislá kontrola všetkých postupov, takže môžu byť vhodným nástrojom v praxi kontrolných inštitúcií.

Zdrojom 3D geodát býva spravidla laserová zobrazovacia technológia (LIDAR). Skratka z Light Detection and Ranging označuje optickú technológiu prieskumu, ktorá využíva pulzné laserové lúče na meranie vzdialenosti medzi objektom a snímačom. Súhrn získaných podkladových informácií tvorí množinu (mračno) geograficky trojrozmerne identifikovaných údajov o objektoch na zemskom povrchu, z ktorých sa následne spracovávajú výstupy vo forme mapových podkladov (3D zobrazenie).

Pozorovania môžu byť pozemné alebo formou diaľkového prieskumu (zo satelitov, z lietadiel, balónov a pod.). Výhodou pozemných meraní je väčšia miera presnosti zobrazenia vo vertikálnom smere (fasády, štruktúry, zvislé členenie a pod.).
Pozitívnym príkladom zavádzania digitalizácie do praxe je aj zákon č. 201/2022 Z. z. o výstavbe, ktorého predkladatelia si stanovili niekoľko cieľov.

Patria sem najmä zrýchlenie a skvalitnenie životného cyklu stavby, ale aj zrýchlenie samotnej výstavby. Ďalším cieľom je nájdenie rovnováhy medzi verejnými a súkromnými záujmami. Nová právna úprava územného plánovania prináša prehľadnejšie a čitateľnejšie územné plány.

Štát si v rámci preneseného výkonu štátnej správy berie späť výstavbu, metodiku a reguláciu územného plánovania, pričom jeho cieľom je vytvoriť regulatív tvorby a metodiky územného plánovania. Tomu všetkému má napomáhať výrazná digitalizácia a následne aj automatizácia procesov v územnom plánovaní a vo výstavbe.

Výsledkom digitalizácie má byť vytvorenie jednotného informačného systému Urbion, ktorý bude predstavovať spoločné dátové prostredie a bude slúžiť na zabezpečenie digitalizácie služieb a procesov územného plánovania a stavebného konania. Tento systém zároveň zabezpečí zautomatizovanie relevantných služieb a optimalizáciu vykonávaných procesov. Právna úprava počíta so zabezpečením plnej digitalizácie do konca roka 2027.

Využitie 3D geodát v praxi investorských organizácií umožní sledovať postup a kvalitu stavebných prác, zjednoduší podávanie hlásení, uľahčí identifikáciu problémov a riešenie chýb a umožní rýchle prijímanie rozhodnutí. V prípade zavedenia do praxe kontrolných inštitúcií ide o nástroj umožňujúci kontrolu oprávnenosti a efektívnosti nákladov. Digitálny charakter spomenutých dát znižuje navyše pravdepodobnosť ľudského zlyhania, no ak k nemu dôjde, dá sa ľahko odhaliť.

Ťažiskové oblasti uplatnenia 3D geodát v stavebníctve

Projektová dokumentácia: Chybám na stavbách sa možno vyhnúť iba tak, že je k dispozícii kvalitná projektová dokumentácia, v ktorej sa dajú operatívne vykonať nevyhnutné zmeny a doplnky. 3D geodáta takýto postup umožňujú, čím prispievajú k znižovaniu nákladov a pomáhajú predchádzať problémom a komplikáciám.

Zmeny na základe rozhodnutí investora: V prípade akýchkoľvek zmien musí investor rátať so zvýšenými nákladmi, pričom 3D geodáta umožňujú vopred zhodnotiť vecné a finančné dôsledky navrhovaných zmien.

Príliš konkrétne špecifikácie: Podstata zvýšených stavebných nákladov spočíva často v tom, že pri projektovaní sa podrobne a presne navrhnú materiály a ich výrobcovia. 3D geodáta umožňujú jednoducho porovnať alternatívy rôznych materiálov a výrobcov.

Čas a kvalita výstavby: Ak sa nedodržiava kvalita technologických procesov, resp. ak sa práce na stavbe neprimerane urýchľujú, býva ohrozená bezpečnosť a kvalita práce. Kontrola postupu prác, ktorú 3D geodáta umožňujú, je vhodnou prevenciou nedostatkov a garanciou primeraného času na výstavbu, lepšej produktivity a kvalitnejšej práce.

Kontrola prác a materiálov: 3D geodáta umožňujú presnú evidenciu spotrebovaných prostriedkov a materiálov a objem vykonaných prác.

Identifikácia skrytých konštrukcií: Spravidla býva riešením podrobná štúdia lokality, vytýčenie všetkých sietí, prípadne výkop na kritických miestach. Uplatnením 3D geodát sa skryté konštrukcie ľahko odhalia. V prípade pamiatok alebo veľmi starých objektov poskytuje využitie 3D geodát výsledky rovnajúce sa podrobnému prieskumu a analýze.

Mapovanie a vytváranie dokumentácie prostredníctvom 3D geodát má významné miesto aj pri plánovaní opráv a rekonštrukcií objektov dopravnej infraštruktúry. V súčasnosti máme na Slovensku niekoľko desiatok cestných mostov s rôznym stupňom poškodenia (až havarijného stavu).

Metódy založené na využití 3D geodát umožňujú nedeštrukčné spôsoby monitorovania a opisu dotknutých konštrukcií bez výluky dopravy. Výsledkom prieskumu sú výkresové a/alebo mapové podklady, z ktorých je viditeľný stav jednotlivých konštrukčných prvkov, stupeň ich poškodenia, rozsah korózie, stav geologického podložia a pod.

Spracovaná mapová a výkresová dokumentácia je potom podkladom pri spracovaní plánov rekonštrukcie, odhadov súvisiacich nákladov, vypracovávaní projektov a pod. Modelové simulácie vypracované na základe výsledkov 3D geodát poskytnú prehľad o najviac ohrozených miestach sledovaných mostných konštrukcií a o maximálnej prípustnej záťaži mosta a poslúžia ako podklad pri návrhu opatrení.

História získavania 3D geodátna Slovensku

Problematika digitalizácie meraní (konkrétne problematika získavania 3D geodát) nie je na Slovensku žiadnou novinkou. Na vývoji laserových skenerov sa ako jedni z prvých na svete podieľali aj slovenskí vedci a technici.

Už v 70. rokoch minulého storočia vedecké tímy VÚST (Výzkumný ústav sdělovací techniky A. S. Popova; vznikol v roku 1950 v Prahe a od roku 1980 niesol názov TESLA Výzkumný ústav pro sdělovací techniku A. S. Popova) a VÚVET (Výzkumný ústav pro vakuovou elektroniku; vznikol v roku 1952 zlúčením vývojových laboratórií podniku TESLA a Vojenského technického ústavu; predmetom jeho činnosti bol výskum v oblasti vákuovej technológie, kvantových zosilňovačov – laserov, optoelektroniky a lineárnych urýchľovačov) vyvinuli a realizovali pod odbornou gesciou SHMÚ (konkrétne vývojového meteorologického radarového strediska na Malom Javorníku pri Bratislave) dva prototypy laserového skenera LIDAR v dvoch verziách, a to v stacionárnej pre letiská a mobilnej pre prevádzku v teréne.

Československé LIDAR-y so špičkovým výkonom 20 – 50 MW boli vybavené rubínovým laserom s vlnovou dĺžkou vysielaného lúča λ = 694,3 nm s frekvenciou 20 impulzov za minútu. Súčasťou zariadenia bolo digitálne odčítanie vzdialenosti s presnosťou 5 m.

Z početných experimentálnych meraní na Malom Javorníku, v okolí elektrárne v Novákoch s komínom s výškou 300 m (vtedy tretia najvyššia stavba v SR, ktorá slúžila ako kalibračný cieľ), v okolí elektrárne v Tisovej v Sokolovskej panve a pod. vyplynulo, že LIDAR sa hodí na meranie spodnej hranice oblakov a na výskum jej priestorovo-časovej dynamiky, na určovanie geometrickej a optickej hrúbky oblakov, na meranie horných hraníc oblakov, na výskum merania intenzity zrážok (na základe určenia ich objemového koeficientu rozptylu) a na priestorové, dynamické a časové charakteristiky dymových vlečiek, najmä v nočných hodinách.

Oficiálne uvedenie prvého stacionárneho LIDAR-u do prevádzky sa v ČSSR uskutočnilo 29. marca 1973 v rámci prvej historickej návštevy generálneho tajomníka Svetovej meteorologickej organizácie D. A. Daviesa (spomínaný post zastával v rokoch 1956 až 1979) v Bratislave a na Malom Javorníku.

Perspektíva využívania 3D geodát v procese tvorby krajiny

Medzi kľúčové aspekty rozvoja miest patrí v súčasnosti aj záujem o environmentálne aspekty urbánneho prostredia, ktoré sa následne riešia v rámci tzv. urbánnej politickej ekológie. Ide o vednú disciplínu zameranú na interakcie medzi prírodným prostredím a politickými, ekonomickými a sociálnymi faktormi, podieľajúcimi sa na zmenách tohto prostredia.

Na rozdiel od iných environmentálnych prístupov sa tento primárne zameriava na mocenský aspekt antropogénnej exploatácie prírody a jej zdrojov. Politická ekológia kombinuje sociálne a ekologické prístupy s politickou ekonómiou. Problematike mestského prostredia sa venuje urbánna politická ekológia, ktorá má zasa blízko ku kultúrnej antropológii.

Ťažisko aktivít súčasnej urbánnej politickej ekológie spočíva predovšetkým v skúmaní toho, ako sa podieľajú väzby medzi históriou, kultúrou, spoločenským vývojom a prírodnými zmenami na vývoji miest a na ich podobe, akú úlohu hrajú pri využívaní mestského priestoru a ako ovplyvňujú kvantitu a kvalitu mestskej infraštruktúry.

Práce urbánnej politickej ekológie tiež ukazujú, ako sa v mestách vplyvom rôznorodých politických, kultúrnych a ekonomických záujmov menili názory na životné prostredie a na jeho význam v urbánnom prostredí.

S ohľadom na aktuálnu problematiku rastu koncentrácií skleníkových plynov v atmosfére a s tým súvisiaceho globálneho otepľovania je hlavným politicko-ekologickým motívom miest, a aj ďalej bude, urýchlená potreba vyrovnať sa s dôsledkami zmenených teplotných a zrážkových pomerov – s ničivými vlnami horúčav v mestách, s efektom mestských tepelných ostrovov, so zvýšenou spotrebou elektrickej energie v letnom období v dôsledku potreby využívania klimatizácie, s prívalovými lejakmi, lokálnymi bleskovými povodňami a pod.

V prípade miest sa totiž negatívne dôsledky zmeny klímy môžu v porovnaní s inými oblasťami života prejavovať výraznejšie, pretože sa týkajú plošne relatívne málo rozsiahlych území s pomerne vysokou koncentráciou obyvateľstva a služieb.

S ohľadom na aktuálne globálne výzvy nestačí, aby mestá ľuďom, ktorí v nich žijú, iba zabezpečovali základné potreby na život, snahou musí byť aj znižovanie urbánnych dosahov na životné prostredie a súvisiace pozitívne motivovanie obyvateľov. O to sa snaží koncept tzv. Smart Cities (inteligentných miest). Inteligentné mestá využívajú moderné technológie, sú zelené a prispôsobujú sa meniacej sa klíme.

Sú navrhnuté tak, aby budovy v nich boli energeticky nenáročné a aby ich obyvatelia preferovali pred individuálnou dopravou chôdzu alebo mestskú hromadnú dopravu či bicykel. Koncept inteligentných miest zohrá celkom iste dôležitú úlohu v súvislosti so zmenou klímy a s novými požiadavkami na zabezpečenie komfortu života v mestách (už spomínané vlny letných horúčav, prívalové zrážky a pod.).

Typickým znakom inteligentných miest sú pokrokové technológie, predovšetkým v spojitosti s tzv. inteligentnými budovami. V nich sa tieto technológie snúbia s energetickou nenáročnosťou a s využívaním alternatívnych zdrojov energie.

Signifikantnou črtou inteligentných miest je tiež „rozumné“ riešenie dopravy, v ktorom ide o jednoznačné uprednostňovanie hromadnej dopravy pred individuálnou, napr. úpravou pravidiel parkovania (jedným z riešení je vysoké parkovné v centre miest), podporou tzv. car sharingu (systému zdieľania áut), dostupnosťou a kvalitou mestskej hromadnej dopravy, budovaním cyklotrás, chodníkov a pod.

Jednoznačné vymedzenie pojmu „inteligentné mesto“ neexistuje. Väčšina z definícii však za „inteligentné“ považuje také mesto, ktoré si vďaka rozumnému využívaniu technológií (najmä informačných a komunikačných) zabezpečuje vyššiu konkurencieschopnosť. Zároveň si tak vytvára predpoklady na udržateľnú budúcnosť s lepšími životnými podmienkami pre svojich obyvateľov ako výsledok vzájomných väzieb medzi sieťami ľudí, podnikov, technológií, infraštruktúry, spotreby, energií a priestoru.

Záver

Téma digitalizácie mení nielen odborný prístup k riešeniu globálnych výziev, ale aj postoje a názory laikov. Digitálne systémy dnes významne pomáhajú nielen pri odhaľovaní zdanlivo nerozoznateľných detailov prírodných a technických útvarov a štruktúry predmetov, ale dokážu podrobne opísať a zmerať aj donedávna nemerateľné krajinné objekty.

Pri akomkoľvek uplatňovaní digitálnych zobrazovacích metód sa vždy vychádza z popisu základného východiskového stavu, ktorého nevyhnutnou súčasťou je digitálna transformácia (zobrazenie) reálneho sveta.

Zároveň si tiež musíme byť vedomí toho, že akékoľvek zobrazenie (grafická prezentácia) reality predstavuje vždy určitý model (transformáciu) skutočnosti a presnosť (miera zhody medzi skutočnosťou a modelom) tohto zobrazenia závisí od „jemnosti“ meracích a zobrazovacích metód a prostriedkov.

Práve preto, že moderné digitálne zobrazovacie metódy dosahujú najvyššiu citlivosť a presnosť zobrazenia, našli počas krátkeho obdobia uplatnenie v mnohých aplikáciách pre strategické krajinné plánovanie a pre riadenie celého radu procesov. Umožňujú však aj transparentne a efektívne spravovať veci verejné.

Výhodou digitálnych geopriestorových dát je to, že sú unifikované a majú rovnaký základ, že sú široko uplatniteľné a mnohostranne aplikovateľné a využiť ich môže projektant, dopravný inžinier, environmentalista či urbanista. Je prirodzené, že každý z nich bude mať osobitné požiadavky na ich kvalitu a/alebo štruktúru, no metódy práce a spôsoby praktického výsledkov budú vo všetkých prípadoch takmer totožné.

TEXT: Mgr. Art. Miroslav Garaj, pôsobiaci na TUKE.

Zdroje:

1. European Commission, The Digital Economy and Society Index, https://ec.europa.eu/digital-single-market/en/desi.

Článok bol uverejnený v časopise IS 6/2022