Problematika informačného modelovania stavieb (BIM) z pohľadu TZB

Informačné technológie vstupujú čoraz intenzívnejšie do procesu životného cyklu stavieb, a to od projektovania cez realizáciu až po užívanie a ich prevádzku (facility management). To umožňuje celý proces vo výraznejšej miere digitalizovať, čo prináša možnosť automatizácie s cieľom priniesť vyššiu kvalitu a efektivitu. Zavedenie BIM (Building Information Modeling) predstavuje z tohto pohľadu dosiaľ najvyspelejšiu formu spolupráce, akú súčasná výpočtová technika umožňuje. 

BIM umožňuje za istých okolností nielen možnosť „real-time“ spolupráce na projekte, ale najmä efektívnu výmenu informácií a zdieľanie dát o všetkých prvkoch naprieč životným cyklom stavby. Samozrejme, platí to aj v oblasti navrhovania a realizácie technického zariadenia budov, ktorá bola donedávna vo svete BIM na Slovensku veľkou neznámou. Dnes je však už situácia iná.

Aktuálny stav implementácie na úseku TZB

Na jeseň roku 2017 sa medzi odbornou verejnosťou vykonal dotazníkový prieskum s cieľom zistiť, v akej miere a akým spôsobom sa využíva BIM na Slovenku. Prieskum sa realizoval v spolupráci so Slovenskou komorou stavebných inžinierov, Slovenskou komorou architektov, Komorou geodetov a kartografov a Zväzom stavebných podnikateľov Slovenska. Otázky sa zamerali na prieskum oblasti pôsobenia respondentov, ich skúsenosti s využívaním BIM a na identifikáciu ich motivácie venovať sa problematike BIM. Respondenti sa tiež vyjadrovali aj k odhadu časového horizontu využitia BIM vo vlastnej organizácii, ako aj k hlavným bariéram pri využití BIM v projektoch. Spolu odpovedalo 2 327 respondentov. Ukázalo sa, že z celkového počtu respondentov využíva BIM 17 %. Pozitívom je, že ďalších 34 % respondentov síce ešte BIM aktívne nevyužíva, ale o danú problematiku sa zaujíma, čo spolu tvorí tesnú, ale nadpolovičnú väčšinu opýtaných.

Z grafu na obr. 2 vyplýva, že profesie TZB (v rámci prieskumu tu boli zahrnutí respondenti, ktorí uviedli, že pracujú v oblasti vykurovania, vzduchotechniky a zdravotechniky) sú veľkou príležitosťou na implementáciu BIM. Pozitívom je, že súčasné nízke percento užívateľov BIM v tejto konkrétnej oblasti (13 %) stále narastá a za ostatné dva roky sa dramaticky zvýšilo. Na obr. 3 sú uvedené bariéry implementácie BIM na Slovensku. Až 32 % percent respondentov uviedlo, že za bariéru považujú nedostatok odborníkov (profesistov), ktorí vedia spracovať a dodať projekt v BIM prostredí. Najviac však rezonujú chýbajúce štandardy a postupy, ktoré by prispeli k lepšej a jednotnej formulácii požiadaviek na model, pomohli s dátovou výmenou a opísali celý proces.

Obr. 1 Návrh a koordinácia TZB rozvodov (zdroj: GFI, a. s.)

Podrobnosť modelu

Často diskutovanou problematikou, a to nielen v kontexte TZB, je podrobnosť, s akou je nevyhnutné modelovať jednotlivé prvky, komponenty a rozvody. V zahraničí je k dispozícii viac zdrojov, ktoré možno použiť ako podklad na definovanie podrobnosti modelu. Z pohľadu projektu je nevyhnutné definovať geometrickú podrobnosť, tzv. grafické zobrazenie prvkov, a tiež podrobnosť negrafických údajov, ktoré reprezentujú ich vlastnosti (parametre, atribúty). Pri definícii sa môžeme riadiť napríklad americkým dokumentom AIA Document E203™–2013, Building Information Modeling and Digital Data Exhibit – Časť 1.4.4, kde sa LOD (Level of Detail, tzn. úroveň podrobnosti) definuje ako opis minimálnych rozmerových, priestorových, kvantitatívnych a iných dát, ktoré sú zahrnuté v prvku modelu.

LOD, ktorý sa definuje v britskom dokumente (tu sa nazýva Level of model Definition) PAS 1192-2:2013 Specification for information management for the capital/delivery phase of construction projects using building information modeling, sa mierne odlišuje od amerického AIA. V článku A.77 sa LOD definuje ako opis grafického obsahu modelu v jednotlivých fázach projektu od prvotnej štúdie po prevádzkovanie objektu. S miernymi odlišnosťami LOD zadefinovali aj v Austrálii, na Novom Zélande, v Singapure a v severských krajinách Európy. Prevažne všetky však čerpajú z manuálu, ktorý spracoval BIM forum – Level of Development (LOD) Specification, aktuálne vo verzii z roku 2017. V neďalekej Českej republike prispela k usmerneniu a lepšej definícii projektu pracovná skupina v rámci CZ BIM, ktorá vytvorila Štandard negrafických informácií 3D modelu, tzv. SNIM. Parametre sú štruktúrované nielen na účely vyššej efektivity práce s digitálnymi dátami, ale vo výsledku majú priniesť aj vhodnejšie pochopenie problematiky podrobnosti modelu v jednotlivých fázach projektu alebo životného cyklu. Nie vždy je totiž nutné modelovať v najvyššej podrobnosti.

Obr. 2 Graf porovnania využitia BIM pri profesiách (zdroj: BIM asociácia Slovensko)

Podpora projektovania – objektové knižnice

Aj keď BIM nie je softvér, bez softvéru sa ťažko zaobídete. Rôzne softvérové riešenia pre TZB dostupné na Slovensku (v abecednom poradí: ARCHICAD MEP, AX 3000, DDS CAD, MAGIC CAD, REVIT MEP, príp. iné) sa však líšia v dvoch základných aspektoch. Prvým je možnosť vytvárať nielen geometriu, ale aj dimenzovať, druhým je počet prvkov v databáze – na tento účel ju nazvime objektová knižnica. Objektová knižnica predstavuje virtuálny katalóg pre tvorcu digitálneho modelu v 3D parametrickom BIM prostredí. Správne vytvorený objekt je pritom jednou zo základných podmienok využívania výhod, ktoré BIM ponúka. Preto knižnice či katalógy vnímame ako veľmi dôležité vo vzťahu k postupnému zvyšovaniu podielu BIM projektov v oblasti TZB.

Skúsenosti zo zahraničia jasne ukazujú, že tvorcovia modelov, ktorými sú najčastejšie projektanti, uprednostňujú objekty zaradené vo virtuálnom katalógu. Korektne vymodelované objekty naplnené informáciami zjednodušujú ich dostupnosť, zvyšujú kvalitu projektu a v neposlednom rade šetria časom. Ako treba vnímať v tomto kontexte slovo objekt? Objekt je digitálnou reprezentáciou skutočného výrobku, ktorý sa môže použiť v súvislosti s výstavbou alebo prevádzkou budovy. Často býva BIM objekt mylne označovaný a chápaný iba ako 3D model. Podstatné však je, aby model obsahoval všetky potrebné informácie v takom tvare, aby sa dali ďalej využiť. Medzi objekty môžu pritom patriť stavebný materiál, konštrukcia, ľubovoľné stavebné alebo interiérové prvky, prípadne technické zariadenia a vybavenie budov.

Jednotlivé BIM knižnice obsahujú objekty, z ktorých sa skladá virtuálny model stavby. Knižnice sa neustále rozširujú o nové prvky, vo všeobecnosti sa však dá konštatovať, že niektoré sa systematicky nedopĺňajú a umožňujú zdieľať akýkoľvek obsah. Jednoznačným prínosom by bolo obsiahnuť všetky výrobky a materiály, ktoré sú distribuované v danej krajine, resp. v Európskej únii, tzn. tie, ktoré spĺňajú potrebné náležitosti a majú platný certifikát zhody. Tejto problematike sa venuje samostatná pracovná skupina v CEN 442, ktorá rieši PDT – Product Data Template pre BIM projekty.Treba zdôrazniť, že individuálne modelovanie jednotlivých objektov je nielen veľmi prácne, ale vo väčšine prípadov nezabezpečuje naplnenie všetkých vlastností a charakteristík, ktoré sú dôležité pre samotné nadimenzovanie systému, ale aj ďalšie využitie v životnom cykle stavby.

Obr. 3 Bariéry implementácie (zdroj: BIM asociácia Slovensko)

Interoperabilita

Jednotlivé softvérové aplikácie určené na BIM projektovanie ukladajú informácie primárne v ich natívnych formátoch, čo predstavuje veľkú výzvu v digitálnom svete stavebného priemyslu. Aby bolo možné sprístupniť informácie všetkým účastníkom projektu počas celého životného cyklu, musia softvérové aplikácie umožniť a zabezpečiť spoľahlivú výmenu dát. Interoperabilita tak vyjadruje vlastnosť produktu alebo systému komunikovať a pracovať s ďalšími produktmi či systémami bez akéhokoľvek obmedzenia. Tiež by sa dalo povedať, že interoperabilita je schopnosť systému alebo produktu pracovať s inými systémami alebo produktmi bez potreby vynaložiť zvláštnu námahu zo strany používateľa. Platí, že interoperabilné systémy sú schopné navzájom komunikovať a vymieňať si informácie tak, aby nedošlo k ich nekontrolovateľnej modifikácii a strate.

Obr. 4 Model strojovne, BIM model vs realizácia (zdroj: Klima – Teplo designing, s. r. o.)

Detekcia kolízií

V praxi sa pri zhotovovaní stavebného diela bežne stretávame so situáciou, keď musíme riešiť kolízie medzi jednotlivými konštrukciami a prvkami. Za príčiny by sme mohli označiť najmä časté úpravy projektovej dokumentácie, časovú tieseň, nedostatočnú komunikáciu medzi profesiami a hlavne takmer žiadnu možnosť automatizácie vyhľadávania kolízií. Na väčšinu nezrovnalostí projektovej dokumentácie tak prídeme až pri realizácii, čo so sebou prináša celý rad komplikácií. V najlepšom prípade odstráni zhotoviteľ kolíznu situáciu úpravou polohy prvku, resp. konštrukcie, často je však nevyhnutné vykonať zásadné zmeny projektu. Tie prinášajú zvyčajne nielen oneskorenie prác na nadväzujúcich činnostiach, ale aj zvýšenie ceny diela a často aj celkové predĺženie výstavby. V počítačovej grafike sa bežne využívajú algoritmy na zistenie konfliktu dvoch objektov v priestore. Podľa definovaných parametrov sa takto odhaľujú rôzne nezrovnalosti v návrhu konštrukcie, ktoré ovplyvňujú jej vzhľad, funkčnosť a uskutočniteľnosť bez dodatočných časových a peňažných nárokov.

Obr. 5 Plán vs realizácia (zdroj: Cavanaugh Electrical, USA)

Priestorová kolízia

Prvým základným typom je priestorová kolízia (angl. Hard Clash) – chyba projektu, pri ktorej dochádza ku konfliktu dvoch alebo viacerých prvkov okupujúcich rovnaký priestor. V tomto prípade nie je možné dané konštrukcie v navrhovanej polohe realizovať a je nevyhnutné zmeniť ich vzájomnú polohu. Príkladom takejto situácie môže byť kríženie rozvodov, prípadne chýbajúci prechod konštrukciou. Špecifickým typom tejto kolízie je chybné napojenie konštrukcií (napr. stien) v BIM modeli, čo môže mať vplyv na miernu nepresnosť vo výkaze výmer. Priestorové konflikty sú najjednoduchšie odhaliteľné. Softvérové algoritmy ľahko označia výskyty stretov pri objektoch, ktoré zaberajú rovnaký priestor. Preto je nutné dbať na správne modelovanie objektov v BIM prostredí. Pri kreslení prvkov v nedostatočnej detailnosti sa môže stať, že po ich presnom zakreslení začne prvok vykazovať známky priestorovej kolízie.

V prvotných štádiách projektu však projektant nemusí poznať presné rozmery všetkých prvkov, detekcia by sa teda mala vykonávať priebežne. Z týchto dôvodov nie je pri odhalení priestorovej kolízie nevyhnutné uvažovať ihneď o zmene dispozície prvkov – treba sa zamyslieť, či sa namodelovaním presných súčastí priestor neuvoľní. Priestorové konflikty možno v niektorých prípadoch aj ignorovať. Ak je jeden prvok zabudovaný do druhého, napr. nosník zaliaty do betónu, môže byť zdĺhavé vytvárať v betóne zodpovedajúci otvor na tento nosník. Takúto priestorovú kolíziu môžeme zároveň využívať ako pripomenutie, že na tomto mieste si musíme dať pozor na postup výstavby. Na to však slúžia iné nástroje a toto riešenie nám zbytočne zvyšuje počet nájdených kolízií v modeli, čím môžeme prehliadnuť tie, ktorým by sme sa mali venovať. Ignorovať tieto kolízie možno aj v prípade, keď ide len o koncepčný návrh, pričom očakávame zmenu daného prostredia. Takáto prax je bežná v prípravných fázach, ale kolízie sa môžu preniesť aj do neskorších, detailnejších fáz.

Obr. 6 Priestorový konflikt konštrukcií (zdroj: BIM asociácia Slovensko)

Funkčná kolízia

Ďalším typom je funkčná kolízia (ang. Soft Clash). Vzťahuje sa na komponenty, ktoré sú navzájom bližšie ako v určenej vzdialenosti. Na prvý pohľad nemusí ísť o konflikt, ale funkcia či zabudovateľnosť daného prvku je ohrozená. Takéto kolízie sa vyhľadávajú na základe ochranného pásma stanoveného pri jednotlivých konštrukciách, resp. prvkoch. Jednou z príčin kolízií je stret tzv. blokovaných priestorov okolo objektu. Objekt nie je modelovaný vo svojej skutočnej geometrii, ale skôr geometriou, ktorá ho obklopuje. Keď sa blokovaný priestor jedného objektu prekryje s blokovaným priestorom druhého, nastane tzv. funkčný konflikt. Blokované priestory môžu odrážať aj ďalšie problémy s dizajnom či uskutočniteľnosťou. Komponenty môžu byť tak blízko vedľa seba, že ich vzdialenosť neumožňuje adekvátny stavebný prístup (napr. debnenie, aplikáciu protipožiarneho nástreku, výmenu filtra vzduchotechniky a iné). Takisto môže byť zablokovaný priestor na údržbu či znížený komfort použitia objektu. Keď sa napríklad chceme vyhnúť tomu, aby sa vypínače na svetlo nachádzali za otvorenými dverami, vyznačíme pri ich modelovaní blokovaný priestor. Tak sa pri zmene otvárania dverí v budúcnosti ukáže, že je nevyhnutné zmeniť elektroinštalácie.

Časová kolízia

Posledným typom je časová kolízia (angl. Time Clash). Vzťahuje sa na priestorový spor, ktorý je časovo ohraničený. V zásade ide o priestorový alebo funkčný konflikt, ktorý sa vyskytuje len v určitom čase, prípadne má technologický charakter. Tento konflikt je na prvý pohľad najmenej zjavný, ale často sa dá vyriešiť upravením poradia zabudovania prvkov.

Význam BIM v TZB

Investori obyčajne hľadajú dôvody, prečo by sa mali pustiť do niečoho nového. Z ich pohľadu rozhodujú pravdepodobne čísla. Otázka, koľko financií by ušetrili, ak by nemuseli v časovej tiesni počas výstavby hľadať riešenia nedostatkov projektu, prameniacich zo slabej koordinácie, je však, žiaľ, pre mnohých neuchopiteľná a najmä hypotetická. Samozrejme, model bez kolízií v žiadnom prípade neznamená, že v ňom nie sú chyby. Prvky sa stále môžu nachádzať inde, ako projektant zamýšľal, a takisto softvér nie je primárne určený nato, aby posúdil správnosť návrhu. Dôležitým faktom však zostáva, že všetky spomínané situácie sú v projektovej dokumentácii bežným javom. Hľadať nezrovnalosti návrhu v CAD systémoch zaberie hodiny, keďže si tento proces vyžaduje vysokú koncentráciu, predstavivosť a navyše, táto činnosť je manuálna. V BIM prostredí je celý proces identifikácie konfliktov automatizovaný a koordinácia dokumentácie je značne jednoduchšia. Nemusíme totiž tieto miesta hľadať, ale len na základe zoznamu posúdiť, či naozaj ide o jeden z druhov konfliktov, a následne zabezpečiť jeho odstránenie. Ale nie je to len o kolíziách. Projekt TZB spracovaný v BIM síce nebude lacnejší, ale bude reálnejší, komplexnejší a som presvedčený, že vo výsledku aj kvalitnejší.

Ing. Tomáš Funtík, PhD.
Autor pôsobí na Stavebnej fakulte STU v Bratislave a je viceprezident BIM asociácie Slovensko.

Článok bol uverejnený v časopise TZB Haustechnik 3/2018.