Praca w BIM-ie, szczególnie na początku, może się wydawać trudniejsza i bardziej skomplikowana niż praca w zwykłym CAD-zie.
STRESZCZENIE
BIM jako nowy sposób projektowania i nowe podejście do tworzenia inwestycji zadomowił się już w Europie, a pierwsze projekty są już realizowane w Polsce. Rozwój tej technologii i trendy w dziedzinie budownictwa pokazują, że prędzej czy później, aby się liczyć na rynku, każde biuro będzie musiało przejść przez etap zmian i dostosować swoją pracę do standardów BIM. Projekty terenu czy sieci zewnętrznych, choć często pomijane w wypowiedziach i publikacjach związanych z parametrycznym modelowaniem, również są w technologii BIM wykonywane. Tworzenie inteligentnego modelu sieci otwiera nowe możliwości i usprawnia prace nad daną inwestycją.
ABSTRACT
BIM as a new way of designing and a new approach to creating building investment has already made itself at home in Europe and the first projects are already being implemented in Poland. The development of this technology and trends in the field of construction clearly show that sooner or later, to be able to play a part in the market, each office will have to go through a stage of change and adapt its work to BIM standards. Terrain projects or external networks, although often omitted in statements and publications related to parametric modeling, are also performed in BIM technology. Creating a smart network model opens up new possibilities and streamlines work on a given investment.
Rozwój oprogramowania w branży budowlanej od kilku lat wyraźnie zmierza w kierunku technologii BIM. Początkowo skupiała się ona przede wszystkim na budynku i tym, co jest z nim związane. Architektura, konstrukcja i instalacje wewnętrzne tworzą pełny rzeczywisty model budynku i pozwalają na przeprowadzanie wielu analiz, zestawień i obliczeń. Przekłada się to na dużo mniejszą ilość kolizji i zmian na etapie budowy, za czym idzie zmniejszenie jej kosztów, a przede wszystkim czasu jej trwania.
W obiektach sieci zewnętrznych zasady projektowe i wykonawcze są bardzo podobne, więc i system projektowania obiektowego powinien się w tej dziedzinie budownictwa przyjąć. Oczywiście są już firmy projektujące infrastrukturę zewnętrzną, które korzystają z dobrodziejstw BIM-u, szczególnie przy większych i bardziej skomplikowanych obiektach; mniejsze rzadziej wykonywane są w technologii parametrycznego wstawiania obiektów. Powodów jest kilka, ale głównie wynika to z niewiedzy projektantów i właścicieli biur. Brak znajomości systemu BIM czy odpowiedniego oprogramowania wywołuje strach przed wdrożeniem go w biurach. Wiąże się to z kosztami, które nie od razu przełożą się na wymierne zyski. Trzeba przewidzieć też środki na szkolenia pracowników i stworzenie stanowiska specjalisty koordynatora. Taka osoba będzie potrzebna przy większych projektach i pomoże w komunikacji między inwestorem, wykonawcą a wszystkimi projektantami różnych branż. Same szkolenia nie gwarantują jednak sukcesu – projektanci muszą się przestawić również mentalnie i zrozumieć, jakie zalety ma możliwość rzeczywistego modelowania budynku.
Rendering 3D projektu osiedla
Sam proces zmian można zacząć od uświadomienia sobie, czym jest ta nowa technologia, a raczej czym BIM nie jest. Wśród wielu inżynierów panuje błędne przekonanie, że wiedzą, czym jest Building Information Modeling, i często zrównują go z nieinteligentnym formatem 3D. Były próby „nauczenia” trójwymiaru bycia BIM-em poprzez dodawanie do brył geometrycznych atrybutów i etykiet.
W programie CAD 3D można było nazwać kulę zaworem i wtedy program potrafił zliczyć, ile takich elementów jest w projekcie. Nie wiadomo było jednak, jakie są jego parametry fizyczne, z jakiego jest materiału, a przede wszystkim jak wpływa na pozostałe elementy instalacji lub sieci. W przypadku BIM-u zawór ma w sobie zapisany np. współczynnik strat przepływu, jakie spowoduje, a sieć w odpowiednim momencie dostarczy informacji, jakie są przepływ i prędkość, tak aby można było przeprowadzić poprawnie obliczenia. Wiadomo też, jakie są połączenia między elementami i ich wymiary, a stąd można automatycznie wygenerować kształtki. Jeśli mamy podane wszystkie parametry, możemy również nauczyć program zasad projektowania, np. w sieci kanalizacyjnej, i spowodować, że program po podaniu kilku parametrów utworzy studnię z odpowiednich elementów i sporządzi rysunek konstrukcyjny. Kolejnym aspektem odróżniającym BIM od 3D jest prosty i szybki sposób wprowadzania zmian w projekcie. Zmiana materiałów wszystkich elementów i przeliczenie na nowo od razu pozwoli w prosty sposób przeprowadzić analizę dla różnych wariantów. Wystarczy zmienić jeden parametr i przeliczyć instalację, aby wszystkie rysunki, widoki i zestawienia zaktualizowały się do nowych wymogów. Dzięki temu, że mamy jeden model rzeczywisty i sparametryzowany, jesteśmy w stanie sprawdzić, czy występują kolizje między np. siecią gazową a elektryczną, a dodatkowo obiekty „wiedzą”, gdzie są zlokalizowane (w jakim miejscu projektu) i mogą czerpać informacje z parametrów danej przestrzeni, np. temperaturę czy wysokość n.p.m.
Rys. 1. Mapa cyfrowa terenu
Jeśli mamy już wybrany program czy system, z którego będziemy korzystać w swoim biurze, należy pomyśleć o tym, jak przygotować prace, by w danym systemie płynnie się poruszać i zachować wszystkie możliwości, które nam udostępnia. Na przykład w polskim systemie ArCADia BIM należy na początku stworzyć jeden plik, który później będzie udostępniany różnym uczestnikom procesu projektowego.
W przypadku sieci zewnętrznych i zagospodarowania terenu pierwszym etapem będzie tworzenie odpowiedniego modelu terenu. Potrzebna będzie nam mapa do celów projektowych. Możliwości formatów, w jakich zostanie ona nam doręczona, jest wiele. Najpopularniejsze są mapy cyfrowe i w formacie TIF. Taką mapę otwieramy w programie i określamy na niej teren. W przypadku gdy dostępna będzie mapa TIF, w programie ArCADia należy nadać odpowiednie punkty terenu. W tym celu wybieramy moduł Krajobraz i wstawiamy je w miejsca, gdzie są one wyznaczone na mapie. Nadajemy im odpowiednią wysokość, a po wstawieniu minimum trzech już tworzy nam się powierzchnia terenu. Dużo lepiej jest w sytuacji, gdy otrzymujemy mapę cyfrową, na której w formie tekstu zapisane są wartości rzędnych terenu. Program automatycznie zamieni wówczas ten tekst w punkty wysokościowe i stworzy płaszczyznę terenu zewnętrznego.
Fot. 2 Parametry studni kanalizacyjnych
Teren można zróżnicować na istniejący i projektowany, wprowadzając dla obu różne rzędne. Kolejna możliwość jest taka, że projektant otrzyma dokumentację sporządzoną już w środowisku systemu, w którym pracuje, np. projekt został wykonany w ArCADia-ARCHITEKTURA KRAJOBRAZU, a branżysta wprowadza teraz w danym projekcie sieć w module ArCADia-SIECI KANALIZACYJNE lub ArCADia-SIECI ELEKTRYCZNE. Niżej przedstawiony zostanie przykład projektu osiedla.
Projektowanie sieci zewnętrznych w systemie BIM postaram się dokładniej przybliżyć na przykładzie sieci sanitarnej i deszczowej.
Po zamodelowaniu terenu tak jak przy tradycyjnym projektowaniu przychodzi czas na stworzenie koncepcji – wstępnego projektu. Zacząć możemy od zlokalizowania miejsca przyłączy, wysokości, na jakiej instalacja wewnętrzna jest wyprowadzona na zewnątrz, i określeniu, jaki jest rodzaj ścieków. Wskazujemy dodatkowo, jakie są parametry fundamentów w danym budynku. Oczywiście czynności te są takie same dla sieci sanitarnej i deszczowej; to użytkownik definiuje, jakie ścieki będą w danym miejscu. Można również wstawiać betonowe i tworzywowe studnie kanalizacyjne. Zaprojektowanie studni może się odbywać w sposób automatyczny i ręczny. Program buduje studnie na podstawie danych z biblioteki programu, w której parametrycznie zapisane są między innymi katalogi kręgów, dennic, zwieńczeń, pierścieni dystansowych, włazów i pozostałych elementów potrzebnych do budowy studni (rys. 2).
Program automatycznie dostosowuje wysokość studni do terenu projektowanego, uwzględniając zadane rzędne kinety, wyspecyfikuje odpowiednią liczbę kręgów, pierścieni itp. Te dane przydają się później do sporządzenia odpowiednich rysunków i zestawień. Oczywiście można do projektu wprowadzić inne elementy, takie jak wpust uliczny, zbiornik czy separator. Można również zacząć projektowanie w inny sposób, wyznaczając najpierw trasę przez narysowanie rurociągów. Można je prowadzić, wskazując rzędne lub spadek na danym rurociągu. Należy pamiętać, że w systemie BIM, np. w ArCADii, sposób wprowadzania obiektów na rzut i rysowania tras rurociągów do złudzenia przypomina wprowadzanie tych elementów w programie CAD.
Rys. 3. Obliczenia sieci kanalizacyjnej
Po wstawieniu i połączeniu ze sobą wszystkich niezbędnych obiektów sieci kanalizacyjnej można przeprowadzić obliczenia (rys. 3).
Dzięki wcześniej wprowadzonym parametrom można przeanalizować dane obliczeniowe i sprawdzić napełnienie kanału. W przypadku instalacji gazowych zewnętrznych program wyznaczy przepływ gazu oraz spadki ciśnienia na odcinkach ciągów. W sieciach elektrycznych zbadamy, czy sieć spełnia wymagania w zakresie skuteczności ochrony przeciwporażeniowej oraz warunki koordynacji zabezpieczenia z obwodem zasilającym.
Z poziomu obliczeń możemy zmieniać pewne parametry, np. średnicę, materiał kanału, i przeanalizować, jaki będzie to miało wpływ na sieć. Komunikaty poinformują nas o ewentualnych nieprawidłowościach w obliczeniach.
Na tym etapie widać zalety systemów BIM, m.in. możliwość analizy i szybkiej zmiany w projekcie np. materiału rurociągów czy katalogu elementów studni. Wszystkie widoki, np. rzut, profil, rysunki dodatkowe, zestawienia aktualizują się od razu po zmianie. Umożliwia to przedstawienie inwestorowi różnych rozwiązań w krótkim czasie, a zmiana decyzji zamawiającego nie wpływa znacząco na czas całego procesu projektowania. Dodatkowo takie obliczenia wysyłamy do pliku tekstowego w formacie RTF, który jest odczytywany przez większość programów do edycji tekstu zainstalowanych w biurach. Jest to kompletny raport, który można dołączyć do dokumentacji.
Rys. 4. Profil rurociągu
Wspomniany profil również jest ważnym elementem ułatwiającym projektowanie, a zarazem potrzebnym do złożenia projektu do odpowiednich uzgodnień. Tworzy się go automatycznie z danych zawartych w elementach sieci. Wstawiamy go do pliku projektu i z jego poziomu możemy wprowadzać zmiany w modelu, czyli również na rzucie. Jeśli na profilu zmienimy spadek rurociągu, dodamy przepad, to automatycznie zmiany uwidocznią się na rzucie i w zestawieniach.
Jeżeli weźmiemy pod uwagę inne branże, np. w systemie ArCADia BIM projektowanie sieci elektrycznych, to nie sposób nie wspomnieć o możliwości wykonania projektu przyłącza elektroenergetycznego do obiektów budowlanych oraz zaprojektowania instalacji oświetlenia zewnętrznego, np. oświetlenia dróg, ulic, parkingów. Projektując linię, możemy również wprowadzić aparaty zabezpieczające przed skutkami zwarć i przeciążeń, wykorzystując przy tym bibliotekę urządzeń zabezpieczających lub tworząc własne. W sieciach elektrycznych generujemy schemat strukturalny sieci, począwszy od źródła zasilania po ostatni obiekt, który jest niezbędny w dokumentacji projektowej. Schemat zawiera topologię projektowanej sieci.
Obojętne, jaką sieć będziemy projektować, można jednym kliknięciem wstawić zestawienie materiałów, w którym się znajdą wszystkie elementy, jakie wprowadziliśmy do modelu z danej instalacji. Takie zestawienie można przesłać do programów edycji tekstu, do Excela, a także do programu kosztorysowego, w którym możemy bez problemu sporządzić wstępny kosztorys.
Rys. 5. Schemat projektowanej sieci elektrycznej
W przypadku sieci kanalizacyjnych jest jeszcze możliwość utworzenia automatycznego zestawienia kinet oraz stworzenia rysunku konstrukcyjnego studni z wykazem elementów, z jakich została wybudowana. Oczywiście każda zmiana na rzucie będzie uwzględniana również w jej rysunku.
Na koniec należy jeszcze wygenerować zestawienie współrzędnych danej sieci i projekt jest gotowy do druku i uzgodnień.
Wewnątrz danego systemu, takiego jak na przykład ArCADia BIM, praca z różnymi modułami wygląda podobnie, więc nie będziemy powtarzać możliwości, które się powielają. Dodam jedynie, że instalacje zewnętrzne gazowe z racji swojej specyfiki posiadają odpowiednie dla siebie obiekty, czyli między innymi szafki gazowe, które w systemie są łącznikiem z instalacją wewnętrzną. Zaprojektowana instalacja gazowa w budynku ma swoje wymagane ciśnienie oraz zapotrzebowanie na gaz. Dzięki szafce gazowej przekazuje wszystkie informacje do zewnętrznej instalacji. Bardzo podobnie jest sieciach elektrycznych, gdzie zliczone informacje o obwodach w budynku przekazywane są poprzez tablicę rozdzielczą do sieci zewnętrznej. Na bieżąco wprowadzane zmiany są uwzględniane po obu stronach tablicy. Możemy również nawiązać współpracę z architektem krajobrazu, który w projekcie ma możliwość uwzględnienia swoich planów co do zagospodarowania terenu wokół budynku. Może wprowadzić do projektu akweny, np. oczka wodne czy baseny. Dane z takiego projektu pokażą, gdzie się znajdują chodniki, ścieżki, rabaty i rośliny. Wprowadzanie obszarem np. chodników modyfikuje teren, tak aby dopasował się do projektowanego elementu. Możemy sprawdzić gdzie jest umiejscowione ogrodzenie, którego długość i podstawowe elementy są zliczane do zestawień.
Rys. 6. Zagospodarowanie terenu wokół budynku
Możemy cały model wysłać w formacie IFC, tak aby inni uczestnicy procesu projektowania mogli wczytać dany plik, jeśli posiadają inne oprogramowanie. Jeżeli jednak jest kilku branżystów korzystających z tego samego programu, można pliki ze sobą scalić, żeby wszystkie zaprojektowane sieci znalazły się w jednym pliku. Oczywiście robimy to, by sprawdzić, czy między sieciami nie ma kolizji lub zbliżeń. Jeżeli się pojawią, to do odpowiedniego projektanta należy przekazać informację, aby usunął kolizję w odpowiedni sposób i następnie znów można pliki scalać w jeden rzeczywisty model.
Praca w BIM-ie, szczególnie na początku, może się wydawać trudniejsza i bardziej skomplikowana niż praca w zwykłym CAD-zie. Należy pamiętać o poziomie montażu obiektu, który chcemy do projektu wstawić, oraz o tym, czy wstawiany jest na terenie czy w budynku. Trzeba pamiętać, że twórcy oprogramowania dostarczają razem z programem biblioteki i katalogi producentów, dzięki czemu część informacji jest automatycznie wczytywana przy wyborze konkretnej firmy produkującej, np. kręgi betonowe. Może się tak zdarzyć, że w bazie danych nie ma akurat katalogów tych firm, które najczęściej wykorzystywane są w danym biurze. Takie obiekty można dodać do biblioteki użytkownika samemu. Można też wprowadzić własne szablony i korzystać z nich przy projektowaniu, mogą one być inne w zależności od branży i zespołu projektowego, można także wypracować jeden szablon, który będzie jednolity dla całego biura. Programy posiadają też wiele instrumentów wspomagających pracę w BIM-ie. Różnego rodzaju kreatory, automaty znacznie przyspieszają pracę. Jeśli chodzi o naukę programu, są szkolenia płatne grupowe i indywidualne, darmowe webinaria, a także bardzo dużo informacji dostępnych w internecie. Firma ArCADiasoft posiada wiele filmów szkoleniowych oraz samouczki, tak więc, przy odrobinie czasu i chęci, można się nauczyć podstaw projektowania w BIM-ie bez konieczności wydania fortuny. Oczywiście jeśli chcemy w większym biurze zmienić system, w jakim pracujemy, lepiej zorganizować przeszkolenie swoich pracowników u przedstawiciela firmy. Jedno jest pewne: te wszystkie ewentualne wydatki i niedogodności powinny być szybko zrekompensowane po pierwsze wyższym wynagrodzeniem za projekt wykonany zgodnie z BIM-em, a po drugie przez oszczędzenie czasu przy ewentualnych zmianach lub poprawkach. Aby jeszcze lepiej standardy BIM-u dopasować do działalności projektantów, można wyznaczyć projekt pilotażowy. Nie powinien on być jednak
zbyt duży, aby proces wchodzenia w BIM nie rozciągnął się zbytnio w czasie. Jeden z zespołów, który wyznaczymy jako pierwszy do nauki i szkoleń, będzie przecierał szlaki i zdobywał dla biura niezbędne w przyszłości informacje. Będzie wiadomo, jak duży stopień szczegółowości i dopracowania okaże się niezbędny w danym procesie, uwzględniając warunki finansowe i osobowe danego biura. Znajdą się również takie standardy procesu BIM, które nie przydadzą się w danej branży lub będą mocno ograniczone.
Zapewne budownictwo nie zmieni już kierunku, w którym zmierza, jeśli chodzi o projektowanie, lepiej więc zacząć wcześniej pracę z BIM, zanim nie jest to jeszcze w Polsce obowiązkiem. Projekty można tak tworzyć, aby otrzymać tradycyjną dokumentację – nadal wymaganą przez wiele instytucji i urzędów, tak że nie musimy równolegle korzystać z różnych systemów, by dostosować się do obowiązujących wymogów. Różne podmioty uczestniczące w procesie tworzenia inwestycji spierają się co do oszczędności, jakie przynosi takie podejście do projektowania. Głównie mówi się tu o etapie wykonawstwa, ale tak naprawdę już kosztorysowanie i sama wycena są dużo tańsze, a przede wszystkim mniej czasochłonne, bo niezbędne zestawienia są generowane przez program automatycznie.
Przy takim podejściu do zmian w technologii projektowania, w chwili gdy biuro uzyska umowę na projekt w systemie BIM, będzie już przygotowane.
mgr inż. Katarzyna Rusek
ArCADiasoft
