Wykorzystanie narzędzi BIM do projektowania zagospodarowania terenu budowy w aspekcie bezpiecznego prowadzenia robót

Powszechnie dostępne informacje w literaturze fachowej oraz analiza informacji zawartych w rocznikach statystycznych GUS, dotyczących wypadkowości oraz stwierdzonych nieprawidłowości na terenie budowy, wskazują na główne ich przyczyny:

– wypadki przy instalacjach i urządzeniach elektrycznych,

– brak środków ochrony indywidualnej,

– wypadki przy pracach na wysokości,

– nieprawidłowe projekty oraz montaż rusztowań,

– brak szkoleń pracowników oraz oznaczeń bhp na terenie budowy,

– złe zagospodarowanie terenu budowy.

Szczególnie ważnymi czynnikami możliwymi do uwzględnienia na etapie projektowania modelu BIM, poprawiającymi bezpieczeństwo pracy robotników budowlanych, są:

– Zestawienie procesów technologicznych realizowanych podczas prac budowlanych na terenie budowy.

– Dobranie odpowiednich maszyn uwzględniających specyfikę danego terenu budowy, takich jak:

– wymiary i kształt placu budowy,

– wzajemne położenie obiektów budowlanych,

– miejsca przyłączenia mediów,

– położenie bramy wjazdowej oraz dróg tymczasowych.

– Prawidłowe oznaczenie miejsc pracy oraz stref niebezpiecznych symbolami bhp oraz zastosowanie w szczególności środków ochrony zbiorowej.

Czynniki te wpisują się w obowiązujący model zapobiegania zagrożeniom na terenie budowy, opisany w normie [1], oraz są zgodne z przepisami wykonawczymi [2], nadającymi priorytet stosowania środków ochrony zbiorowej nad środkami ochrony indywidualnej. Podejście takie daje możliwość projektowania i umieszczania w środowisku BIM danych dotyczących aktywnego podejścia do projektowania bezpieczeństwa pracy w budownictwie [3].

Rys. 1 Usytuowanie żurawia wieżowego na terenie budowy

Przegląd oprogramowania BIM z uwzględnieniem planowania bhp

W miarę postępującego rozwoju oprogramowania BIM, zwiększającej się jego dostępności, jakości i możliwości, pojawiło się na rynku kilka programów o ugruntowanej renomie szeroko wykorzystywanych przez projektantów. Narzędzia te stanowią punkt wyjścia do rozważań o możliwości implementacji zagadnień bezpieczeństwa w strukturze projektu [3].

Na podstawie studium literatury i własnych doświadczeń wyodrębniono i poddano analizie sześć pakietów oprogramowania dostępnego na rynku. Poszczególnymi kryteriami kwalifikującymi oprogramowanie były:

– przyjazność interfejsu użytkownika oraz prostota modelowania 3D;

– dostępność kolorów oraz faktur materiałowych do wizualizacji poszczególnych elementów;

– natywne planowanie bezpieczeństwa konstrukcji budynku;

– dostępna biblioteka obiektów 2D^[1] i 3D (systemy i elementy różnego rodzaju zabezpieczeń) oraz możliwość ich pozyskiwania w procesie skanowania laserowego 3D lub digitalizacji tradycyjnej [4];

– możliwość wymiany danych, import oraz eksport z użyciem formatu IFC, komunikacja z oprogramowaniem typu MS Project, Primavera oraz wymiana danych z oprogramowaniem kosztorysowym;

– możliwości i charakterystyka oprogramowania w aspekcie projektowania zabezpieczeń na terenie budowy i minimalizowania ryzyka zawodowego.

Rys. 2 Koparka budowlana na terenie budowy

Wybrane programy to:

Pakiet oprogramowania ArchiCAD, producent: Graphisoft

Program przeznaczony dla architektów, dostarczający wysokiego poziomu narzędzi do wykonywania wizualizacji, z możliwością podglądu obiektu przez ustawienie wielu wirtualnych kamer oraz z możliwością tworzenia bardzo dobrej jakości animacji i prezentacji bezpośrednio z modelu. Pakiet zawiera również narzędzia do modelowania otoczenia danego projektu, w tym krajobrazu. System posiada wtyczkę rozrzedzającą funkcjonalność (plug-in) w zakresie planowania zabezpieczeń (Safety Equipment).

Pakiet oprogramowania Google SketchUP producent: Google

Jest to bardzo proste oprogramowanie do modelowania 3D. Umożliwia ono przede wszystkim sporządzać szkice architektoniczne, pozwala również na modelowanie i późniejsze drukowanie modeli na drukarkach trójwymiarowych. Program jest łatwy w obsłudze, posiada bogatą bazę filmów i tutoriali opisujących jego funkcjonalność. Cechą unikalną oprogramowania jest dostęp do bardzo dużej biblioteki gotowych elementów 3D (Galeria Obiektów Google 3D) oraz integracja z pakietem Google Earth. Niestety system ten obecnie ma ograniczone możliwości w zakresie modelowania bezpieczeństwa budowy.

Rys. 3 Przykład wytyczania terenu budowy w programie InfraWorks

Oprogramowanie Tekla Scructures, producent: Tekla

Rozbudowany pakiet oprogramowania zawierający narzędzia do modelowania konstrukcji betonowych, modelowania konstrukcji stalowych, bibliotekę elementów prefabrykowanych. Umożliwia modelowanie odpowiadające poszczególnym fazom budowy, na które można nałożyć niestandardowe elementy i komponenty do planowania bezpieczeństwa pracy na placu budowy. Oprogramowanie ułatwia import już istniejących modeli w formatach IFC^[2] i DWG^[3] oraz posiada rozwinięte możliwości eksportu i dostosowania finalnego projektu w formacie IFC.

System Tekla Construction Management, producent: Tekla

W przeciwieństwie do wcześniej omawianego oprogramowania system ten jest pozbawiony narzędzi do modelowania. Producent pakietu skupił się tutaj na narzędziach z zakresu planowania, organizowania oraz zarządzania czasem. Program realizuje zadania wizualizacji projektów, planów oraz harmonogramów, a także umożliwia planowanie w zakresie bezpieczeństwa pracy. Można łączyć oraz kopiować, powielać i przenosić elementy zabezpieczeń tymczasowych, a także uwzględniać i operować danymi dostarczonymi przez projektanta w zakresie wykonania elementów konstrukcyjnych. Porównując możliwości oprogramowania w zakresie modułu harmonogramowania z dostępnymi pakietami typu MS Project lub Oracle Primavera, już przy wstępnej analizie widać poważne ograniczenie – najkrótszą jednostką czasu, w jakiej realizowany jest projekt, jest jeden dzień. Ograniczenie to powoduje dyskwalifikację tego oprogramowania przy specjalistycznych procesach technologicznych na budowie.

Rys. 4 Przykład zagospodarowania terenu budowy w programie InfraWorks

Navisworks, producent: Autodesk

Podstawową zaletą tego oprogramowania jest zbieranie i gromadzenie oraz przetwarzanie informacji z różnych źródeł. Dodatkowo pakiet umożliwia wykrywanie kolizji między projektowanymi elementami. Niestety nie zawiera żadnych narządzi do modelowania, a w szczególności do implementacji zagadnień bezpieczeństwa pracy i ryzyka zawodowego.

Solibri model Checker, producent: Solibri Inc.

Pakiet Solibri przeznaczony jest raczej do analizowania już istniejących modeli. Zasadniczo oparty jest na regułach automatycznego sprawdzania. Użytkownik może tworzyć własne zestawy reguł, sprawdzające i kontrolujące, dotyczące np. geometrii i kształtu poszczególnych elementów projektu. Posiada standardowe funkcje wczytywania oraz eksportu plików IFC. Pakiet będzie bardzo dobrym wyborem przy często powtarzających się analizach dotyczących podobnych elementów, zawartych w modelu [13].

Wybór oprogramowania do wdrożenia systemu bezpieczeństwa pracy i oceny ryzyka zawodowego w poszczególnych etapach procesu budowlanego nie jest prosty. Powodzenie realizacji zadania z wykorzystaniem powyższych pakietów zależy przede wszystkim od ilości danych, jakie udostępniają osoby uczestniczące w projekcie. Podstawową zasadą powinna być integracja i współpraca wszystkich uczestników już od najwcześniejszej chwili powstawania projektu. Kluczową sprawą wydaje się również stworzenie stanowiska BIM Managera, który będzie odpowiedzialny za proces przepływu informacji w formie cyfrowej oraz będzie sprawował nadzór nad prawidłową współpracą w ramach projektu.

Wytyczne dotyczące zagospodarowania terenu budowy

Na etapie projektu BIM należy stworzyć niezależne warstwy obejmujące elementy zagospodarowania terenu budowy, takie jak:

– ogrodzenie terenu budowy;

– wyznaczenie stref niebezpiecznych;

– wykonanie dróg, wyjść i przejść dla pieszych;

– doprowadzenie energii elektrycznej, wody oraz innych mediów;

– odprowadzanie lub utylizację ścieków;

– urządzenie pomieszczeń sanitarnohigienicznych i socjalnych;

– zapewnienie oświetlenia naturalnego i sztucznego;

– zapewnienie łączności telefonicznej;

– urządzenie składowisk materiałów i wyrobów.

Przy projektowaniu należy uwzględnić wytyczne organizacji BuildingSMART.

Podstawą powinien być w szczególności standard Industry Foundation Classes (IFC), który opisuje hierarchiczną strukturę danych, obejmującą m.in.:

– modele geometryczne (składowe elementy bryłowe i powłokowe);

– geometrię – wymiary, powierzchnie, objętości, współrzędne elementów;

– typ elementu (dla bhp, np. wygrodzenie, bariera, osłona);

– właściwości – podaje dodatkowy zbiór informacji o elemencie;

– ilości – ogólną liczbę zastosowanych elementów (danego typu);

– reprezentację graficzną elementu;

– topologię – relacje inkluzji elementów, hierarchie zabezpieczeń (np. obiekt – wykop – rodzaj maszyny – nachylenie skarpy/zabezpieczenie ścian);
– narzędzia projektowe;

– uczestników procesu inwestycyjnego – zadań i wzajemnych relacji;

– datę i czas – zależności technologiczne oraz wzajemne relacje.

Rys. 5 Przykład umieszczania dostępnych modeli 3D elementów zagospodarowania terenu budowy w programie InfraWorks

Elementy zagospodarowania terenu budowy w modelu BIM

Przykładem oprogramowania umożliwiającego projektowanie zagospodarowania terenu budowy oraz usytuowania poszczególnych maszyn budowlanych jest Tekla BIMsight. Bezpłatna wersja oprogramowania oferuje wiele przykładów projektowych zawierających elementy konstrukcyjne, elementy instalacyjne, przykłady posadowienia budynku oraz rozwiązania materiałowe. Dodatkowo można skorzystać z bazy elementów zabezpieczeń zbiorowych w postaci wygrodzeń, barier, pomostów oraz siatek ochronnych. Pakiet oprogramowania umożliwia ponadto umieszczanie w miejscach uznanych za niebezpieczne zarówno przy maszynach budowlanych, jak i na projektowanych ścianach i elementach budynku informacji ostrzegawczych oraz symboli bhp.

Na rys. 1 pokazano usytuowanie żurawia wieżowego. Oprogramowanie umożliwia wykrycie kolizji z innymi elementami terenu budowy oraz konstrukcją budynku podczas eksploatacji maszyny. Kluczowymi parametrami niezbędnymi do uzyskania tej funkcjonalności jest jednak podanie parametrów eksploatacyjnych maszyny budowlanej.

Możliwe jest również umieszczanie na etapie projektowania informacji ostrzegawczych oraz symboli bhp zarówno na maszynach budowlanych oraz elementach pomocniczych, typu ogrodzenia, bariery, jak i na samej konstrukcji projektowanego budynku. Natomiast rys. 2 przedstawia koparkę budowlaną wraz z zaznaczeniem możliwych kolizji w miejscu operowania (tabliczka z indeksem „1″).

Kolejnym pakietem oprogramowania przydatnym w projektowaniu zagospodarowania terenu budowy jest Autodesk InfraWorks wraz z programem Autodesk NavisWorks. Oprogramowanie umożliwia zniwelowanie zaznaczonego obszaru w celu dostosowania do wytycznych projektowanych budynków.

Analizując rys. 3 i 4, będące zrzutami ekranu z oprogramowania InfraWorks, można zauważyć główne cechy tego pakietu, które umożliwiają projektantowi elastyczne i proste stworzenie projektu zagospodarowania terenu budowy, a także wprowadzenie dodatkowej warstwy obejmującej ochronę bhp.

Szczególnie przydatna jest biblioteka obiektów predefiniowanych, takich jak widoczne na rysunkach obiekty sanitarne, ogrodzenie terenu, bariery. Dodatkowo dostępnych jest większość standardowych maszyn budowlanych możliwych do zobrazowania na terenie budowy oraz stanowisk montażowych (zbrojarze, cieśle), wytwórnie betonu, a także składowiska materiałów.

Podsumowanie

Mając dostęp do aktualnej informacji, zawartej w jednym spójnym modelu, możemy ten model aktywnie poszerzać o dodatkowe elementy, które ułatwią poprawę poziomu bhp już od etapu zagospodarowania terenu budowy. Każda dokumentacja, jaką generujemy z modelu BIM, zarówno geometryczna, jak i niegeometryczna jest zawsze aktualna. Wszystkie zmiany i uwagi nanoszone na projekt przez projektantów, wykonawcę czy inwestora są automatycznie uwzględniane we wszystkich szablonach wydrukowych, jakie mamy przygotowane. BIM staje się zatem dobrym narzędziem do działań prewencyjnych w aspekcie bezpieczeństwa pracy. Przygotowane w modelu 3D zestawienia środków ochrony indywidualnej i zbiorowej pozwalają na lepszą komunikację na linii projektant-wykonawca, na prezentację różnych wariantów zabezpieczenia i w efekcie lepsze warunki bezpieczeństwa pracy. Mając model, możemy przewidzieć pewne zagrożenia i znacznie wcześniej przygotować procedury, które nas przed nimi uchronią.

W przypadku jakichkolwiek wątpliwości w trakcie realizacji robót jako narzędzie do komunikacji z projektantem można wykorzystać nawet tablet. Wystarczy wskazać określony fragment modelu, dołączyć do niego rzeczywiste zdjęcia z budowy oraz własny komentarz, by projektant odpowiedzialny za wskazany element i bezpieczeństwo pracy, widząc wszystkie te informacje, dokonał modyfikacji modelu, a inżynier budowy natychmiast go urzeczywistnił.

dr inż. Wojciech Drozd

mgr inż. Marcin Kowalik

Politechnika Krakowska

Bibliografia

1. Rozporządzenie Ministra Pracy i Polityki Społecznej z dnia 6 czerwca 2008 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie ogólnych przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy (Dz.U. z 2008 r. Nr 108, poz. 690).

2. OHSAS 18001:1999 Occupational health and safety management systems – Specification.

3. W. Drozd, M. Kowalik, „Safety by design” w kontekście aktywnego podejścia do budowy,Konferencja Inżynieria Przedsięwzięć Budowlanych, Wrocław 2016.

4. K. Zima, Relacyjna baza danych wspomagająca kosztorysowanie na podstawie wnioskowania z przypadku, Konferencja Inżynieria Przedsięwzięć Budowlanych, Wrocław 2016.

5. http://www.bimblog.pl/2011/12/ifc-kilka-suchych-faktow/

6. A. Tomana, BIM innowacyjna technologia w budownictwie, Kraków 2015.

7. D. Nazim-Bałuk, Siatki, które ratują życie,PIP 2011.

8. P. Jongkeun, P. Seunghee, Oh. Taekeun, The Deveiopment of a Web-Based Construction Safety Management Information System to improve Risk Assessment,KSCE Journal of Civil Engineering, 2015.

9. Iraj Mohammadfam, Mojtaba Kamalinia, Mansour Momeni, Rostam Golmohammadi, Yadollah Hamidi, Alireza Soltanian, Developing an integrated decision making approach to assess and promote the effectNeness of occupational heaith and safety management systems, „Journal of Cleaner Production” 127/2016.

10. L. Bennett, L. Mahdjoubi, Construction heaith and safety, BIM and cloud technology, IEEE International Conference on Cloud Computing Technology and Science, 2013.

11. M.L. Trani, B. Bossi, M. Cassano, D. Todaro, BIM and QR-code, A synergic appiication in construction site management, Creative Construction Conference 2014 (CC2014).

12. M.L. Trani, M. Cassano, D. Todaro, B. Bossi, BIM level of detail for construction site design, Creative Construction Conference 2015 (CC2015).

13. Freyd Anne-Claire & Carre Emmanuelle, „Linking SBA metrics to IFCs and BIM”, Sustainable Buiiding Alliance, Studies&Research,2012.