Využitie 3D projektovania pri realizácii diaľničného privádzača D3 Žilina (Brodno) – Kysucké Nové Mesto, most SO 231
Časopis Inžinierske stavby 
Do súčasnej podoby projektovania cestných aj železničných líniových stavieb sa čoraz viac dostávajú výrazy ako BIM, BEP, CDE, GIS, 3D, 4D... Ide o skratky označujúce moderné digitálne systémy riadenia projektov a samotného projektovania, ako aj nástroje na využitie dát z projektovej dokumentácie po ukončení výstavby diela pre správu a údržbu diela. Prax ukazuje, že zatiaľ sú tieto metódy dostatočne zvládnuté v pozemnom staviteľstve, no v cestnom staviteľstve ide zatiaľ len o pokusy o ich zavedenie.
Pre oblasť stavieb dopravnej infraštruktúry boli vypracované rozborové úlohy (v rokoch 2017 a 2019) a boli realizované drobné projekty, ktoré by bolo možné nazvať pilotnými. Takisto väčšina projektových aj realizačných firiem zriaďuje tímy pre zavedenie BIM.
Z našich poznatkov však ide vo väčšine prípadov o nutné zlo vyžiadané zo zmluvného vzťahu, naplnené na konci projektu, ktoré má v realizačnej praxi iba malý prínos a využitie. V článku by sme chceli poskytnúť informácie, ako je možné zmysluplne využiť tieto technológie aj bez vynútených módnych požiadaviek z kontraktu.
Popis stavby
Stavba privádzača diaľnice D3 Žilina (Brodno) – Kysucké Nové Mesto je v realizácii od roku 2022, do užívania by sa mala odovzdať v druhej polovici roku 2024. Generálnym dodávateľom je spoločnosť Metrostav DS, a. s.
Na úseku je niekoľko mostných objektov. Naša spoločnosť, CEMOS, s. r. o., spracovávala pre zhotoviteľa dokumentáciu na vykonanie prác (DVP) pre dva objekty: hlavný mostný objekt SO 231 Most na prepojení ciest I/11 a MK v km 0,300 nad C I/11 a Kysucou a SO 246 Most na prepojení ciest I/11 a MK v km 1,135 nad ŽSR.
Most SO 231 zabezpečuje premostenie cesty I/11, tok rieky Kysuca a úpravu prístupovej cesty k skládke TKO. Mostný objekt tvorí 3-poľová spojitá konštrukcia s rozpätiami polí 43 + 74 + 43 m. Nosník tvorí dvojtrámová sústava, ktorá je v priečnom smere stužená systémom priečnikov.
Trámy sú zavesené na dvoch dvojiciach nízkych pylónov systémom ED káblov (4 × 6 ED káblov). Nosná konštrukcia je z dodatočne predpätého betónu C 50/60. Tvar nosnej konštrukcie je výrazne komplikovaný. Hlavné nosné trámy majú premennú výšku prierezu od 3,40 mv nadpodperovej oblasti do 2,60 m v poli.
Rovnako je premenná aj šírka trámov od 1,30 m v nadpodperovej oblasti do 0,8 m v poli. Vzhľadom na to, že na most zasahujú pripájacie pruhy križovatky, mení sa aj celková šírka nosnej konštrukcie. Na úseku medzi krajnou oporou č. 1 a stredom hlavného poľa je šírka konštantná 14,3 m, potom sa zväčšuje až na 17,35 m v mieste krajnej opory č. 4.
V dokumentácii na realizáciu stavby (DRS) bolo pomerne zložito vyriešené kotvenie ED káblov, keď sa prechodová rúra kábla musela osadiť v lamele betónovanej pred lamelou s kotvou. Piliere tvoria dvojice stĺpov atypického priečneho rezu, ktoré sa smerom hore zužujú a sú votknuté do základu na mikropilótach. Opory tvoria úložné prahy na mikropilótach s rovnobežnými (resp. šikmými) krídlami.
DRS predpokladala výstavbu prevažnej časti nosnej konštrukcie využitím technológie symetrickej letmej betonáže trámov pomocou betónovacích vozíkov. Vzhľadom na minimálnu rezervu prejazdného profilu ponad frekventovanú cestu prvej triedy I/11 a nemožnosť presmerovať dopravu na obchádzkovú trasu nebolo technicky realizovateľné symetrické usporiadanie letmej betonáže a použitie betónovacieho vozíka nad cestou I/11.
Zhotoviteľ pristúpil k realizácii časti vahadiel krajných polí na skruži po lamelách, čím sa neovplyvnilo statické pôsobenie konštrukcie a nebolo potrebné meniť geometriu tvaru ani predpínacích káblov, ale bola zabezpečená realizovateľnosť navrhnutej nosnej konštrukcie.
Časť vahadla krajného poľa č. 3 bola vybudovaná na pevnej skruži uloženej na spevnených plochách pod budúcim mostom. Ponad cestu I/11 (krajné pole č. 1) sa na betonáž lamiel A2-A8 využila horná skruž s podveseným debnením. Skruž bola podoprená dvomi vežami – jednou založenou na spevnenej ploche pod budúcim mostom v priestore mimo komunikácie a druhou uloženou na vybetónovanej časti zárodku.
3D projektovanie vs 3D modelovanie
V našej projektovej spoločnosti využívame pri tvorbe dokumentácie proces 3D projektovania už skoro dvadsať rokov. Rozdiel oproti 3D modelovaniu je najmä v tom, že je to nástroj, ktorý sa využíva počas celého procesu projektovania. 3D model sa tvorí ako základ, z ktorého sú generované ostatné 2D prílohy, teda štandardná projektová dokumentácia reprezentovaná štandardnými výkresmi.
Model reprezentuje skutočnú konštrukciu mosta v reálnych súradniciach, parametricky vztiahnutých k základným prvkom prevádzanej komunikácie (smerové a výškové vedenie trasy, šírkové usporiadanie komunikácie s priečnym sklonom).
Takisto je umiestnený do reálneho digitálneho modelu terénu (DTM), vygenerovaného z predrealizačného zamerania.
Na takomto modeli sa v 3D priestore riešia všetky detaily, kolízie a iné problémy, ktoré vznikli počas celého procesu. 3D model je zároveň aj vstupným podkladom pre vystužovanie železobetónových konštrukčných prvkov. Na rozdiel od 3D projektovania je 3D modelovanie len vytvorenie 3D modelu z hotovej 2D dokumentácie stavebného objektu, väčšinou na konci celého procesu pre potreby vizualizácie alebo inej formy prezentácie.
Často sa pri jeho tvorbe používajú zjednodušenia a iné geometrické a tvarové nepresnosti. Komplikovaný tvar nosnej konštrukcie mosta SO 231, netradičný postup výstavby s rôznymi technológiami, zmeny vynútené realizačným procesom, časový stres pri realizácii, ako aj potrebná okamžitá podpora projektanta pre technológiu letmej betonáže boli typickými predpokladmi riešenia celej dokumentácie v 3D priestore.
Vytvoril sa komplexný 3D model so všetkými, aj najmenšími podrobnosťami v reálnom 3D súradnom systéme. V spolupráci s projekčnými zložkami jednotlivých subdodávateľov výrobkov sa nám poradilo zakomponovať aj presné 3D bloky výrobkov (ložiská, kotevné systémy, sedlá ED káblov v pylónoch, betónovací vozík, podperná skruž).
Z 3D modelu bola vygenerovaná potrebná dokumentácia DVP, ktorá obsahovala najmä presné výkresy tvaru a predpätia pre každý betonážny celok (lamelu) samostatne. DVP obsahovala 41 výkresov tvaru nosnej konštrukcie oproti dvom výkresom z DRS. Z 3D modelu sa automaticky generovala poloha jednotlivých predpínacích káblov v potrebných rezoch.
3D model sa využíval predovšetkým na komunikáciu pri vytyčovaní tvaru jednotlivých prvkov, zvlášť pri nastavovaní nadvýšení vozíkov letmej betonáže. Geodeti stavby dostali s vytyčovacími výkresmi aj presnú geometriu v 3D modeli. Výrazne to uľahčilo práce a zvýšilo presnosť najmä pri realizovaní osádzania prvkov ED káblov (kotvy, sedlá…).
3D model slúžil aj ako konečný podklad pri výrobe a osádzaní PERI skruže ponad gabarit cesty I/11 a betónovacieho vozíka. Vzhľadom na komplikovanosť konštrukcie sa vyriešili možné kolízie vozíka a PERI skruže s prvkami nosnej konštrukcie, predovšetkým s už realizovanými závesmi ED káblov.
Posuny, cúvanie a skladanie netypických betónovacích vozíkov sa kompletne overilo v digitálnom prostredí 3D. Na záver sa 3D model využil pri úpravách nepresností pri realizácii nosnej konštrukcie. Po zameraní horného povrchu mostovky bolo vytvorené porovnanie s 3D modelom a vygenerovali sa mapy s vrstevnicami reprezentujúcimi plochy pre úpravu povrchu pod konštrukciu vozovky.
3D model obsahoval aj negrafické informácie jednotlivých prvkov využiteľné pre prípravu výstavby (výmery, parametre použitých materiálov). Model bol vytvorený v programovom prostredí Autodesk AutoCAD 2022, s použitím rozširujúceho modulu EasyBridge, ktorý je zameraný na uľahčenie práce pri projektovaní líniových stavieb, predovšetkým mostov. Vývoj modulu prebiehal pri aktívnej účasti kolegov našej spoločnosti. Komunikácia pri tvorbe a využívaní 3D modelu prebiehala v natívnom formáte AutoCAD-u (.dwg).
3D projektovanie vs BIM
Bolo by veľmi odvážne, keby sme z našej strany celý proces prípravy dokumentácie, ako aj podporu realizačných procesov priamo na stavbe nazvali BIM – informačným modelovaním stavby v zmysle definície medzinárodného štandardu ISO 19650. Veľakrát totiž býva mylne považovaný za informačný model stavby samotný 3D model.
Treba si uvedomiť, že BIM vo svojej podstate zahŕňa nielen vlastné informácie, ale aj pravidlá zaobchádzania s nimi a 3D model je iba jedným z mnohých možných spôsobov prezentácie týchto informácií. Tieto informácie a zásady na tomto projekte neboli definované.
Vopred sme nešpecifikovali základné piliere BIM – BEP ani CDE. Takisto je otázne a vopred sa nepožadovalo ani ďalšie využitie vytvoreného 3D modelu pri správe mosta.
Postup vytvárania projektovej dokumentácie mosta bol riešený podľa zaužívanej projekčnej praxe v našej spoločnosti.
Po neformálnych dohodách s realizátorom a jeho subdodávateľmi sme vytvorili prostredie, ktoré sa nápadne podobalo a fungovalo ako BIM. Základom bol 3D model mostného objektu, ktorý sme spravovali a upravovali my a poskytovali sme ho ostatným zúčastneným stranám, ktoré nám aktívne sprístupňovali podklady, ale aj špecifikovali požiadavky na potrebné informácie.
Záver
Na prvý pohľad sa javí, že zavádzanie moderných projekčných digitálnych metód na Slovensku je pomalé a skôr na príťaž jednotlivým stavbám. Naša spoločnosť má však dostatok skúseností z praxe pri využívaní jednotlivých postupov týchto metód. Projekt realizácie stavebného objektu SO 231 Most na prepojení ciest I/11 a MK v km 0,300 nad C I/11 a Kysucou je príkladom, že tieto postupy majú svoje opodstatnenie, prinášajú väčší prehľad o projekčných a realizačných prácach, zlepšujú kooperáciu jednotlivých zúčastnených strán, zvyšujú komplexnosť projektu a v neposlednom rade aj efektivitu a kontrolu celého procesu.
Projektom preukazujeme, že sme plne pripravení na požadovanú úroveň projektovania v segmente cestných aj mostných líniových stavieb. Aby sme tieto postupy mohli nazvať BIM, narážame na nepripravenosť oficiálnych autorít, od ktorých očakávame definíciu požiadaviek a cieľov, čo je základom metodiky BIM.
TEXT: Ing. Štefan Choma
OBRÁZKY A FOTO: CEMOS, s. r. o.
Štefan Choma pôsobí v spoločnosti CEMOS, s. r. o.
