BIM w projektowaniu i realizacji mostów

Fot. 1. Most Isoisansilta

BIM to jeden z najczęściej pojawiających się terminów w ostatnich latach. Akronim angielskich słów Building Information Modeling zyskuje coraz bardziej na popularności. Na tyle, że w Wielkiej Brytanii technologia ta stała się wymogiem przy projektach publicznych – a więc także w projektach infrastrukturalnych. Wiele osób uważa, że BIM się sprawdza przede wszystkim w budownictwie kubaturowym i przemysłowym, a niekoniecznie w mostowym. Rzeczywiście najwięcej narzędzi bimowskich jest związanych z budownictwem kubaturowym, czego przyczyny leżą zapewne w szybszym rozwoju oprogramowania dla tego typu obiektów. Oczywiście istnieją narzędzia dla obiektów mostowych i technologia BIM jak najbardziej może być wykorzystywana przy projektowaniu, wznoszeniu oraz utrzymaniu takich konstrukcji. Jest tak, dlatego że BIM to przede wszystkim idea pracy i wymiany informacji. Budowanie cyfrowego modelu obiektu może być wykorzystywane niezależnie od jego typu czy przeznaczenia. Posiadanie jednego centralnego zbioru informacji z dostępem wszystkich zainteresowanych stron znacznie przyspiesza i ułatwia komunikację, a także powoduje wzrost kontroli nad przebiegiem inwestycji. Ostatnio pojawił się nawet nowy termin – BrIM (ang. Bridge Information Modeling), który opisuje narzędzia BIM przeznaczone specjalnie dla obiektów mostowych. Jednym z takich narzędzi jest oprogramowanie Tekla Structures firmy Trimble Solutions.

W celu przybliżenia zalet BIM-u można się posłużyć kilkoma przykładami obiektów zrealizowanych za pomocą tej technologii (lub jej pewnych założeń) oraz oprogramowania Tekla Structures. Pierwszy to Isoisansilta (w dosłownym tłumaczeniu most dziadka) zlokalizowany w Helsinkach w Finlandii. Nazwa obiektu jest związana z częścią miasta, w której znajduje się jeden z końców mostu Isoisanniemi, co można przetłumaczyć jako dziadek Niemi. Jest to ortotropowy stalowy most łukowy (przeznaczony dla ruchu pieszo-rowerowego) o długości 144,3 m i szerokości 4 m w środkowej części. Łuk składa się z 34 kawałków masywnych bloczków i łuków. Pod mostem znajduje się 7-metrowy prześwit, przewidziany dla żeglujących statków.

Rys. 1. Model mostu Teluk Kendari

Polecamy też: BIM jako nowy standard projektowania sieci zewnętrznych

Isoisansilta to przykład pełnowymiarowego projektu BIM, spełniającego podstawowe założenie tej technologii – wykorzystanie na każdym etapie inwestycji – od momentu składania oferty aż do oddania obiektu do użytkowania. Dzięki temu udało się wykorzystać pełen potencjał BIM-u i uzyskać wszystkie korzyści. – Od samego początku wszystkie elementy projektu byty wykonywane poprawnie. Innymi słowy nie było potrzeby przeprowadzania dodatkowych napraw, ponieważ błędy były przewidywane i eliminowane. Wierzę, że nowa technologia to kolejne innowacje, a wydajność będzie zwiększana w wielu obszarach budownictwa, np. przygotowania zbrojenia poza placem budowy – stwierdził Ville Alajoki, starszy kierownik projektu w Zakładzie Robót Publicznych miasta Helsinki.

Projektanci stworzyli trójwymiarowy model obiektu o bardzo wysokim poziomie uszczegółowienia (rys. 2). Taki cyfrowy model jest właśnie podstawą pracy w środowisku BIM. Każdy kolejny uczestnik inwestycji zamieszcza w nim wyniki swojej pracy, co sprawia, że wraz z upływem czasu model staje się rozbudowaną bazą informacji o obiekcie. Wyznacznikiem jest tu poziom LOD (ang. Level of Development) – im wyższa wartość tego wskaźnika, tym więcej informacji zawiera model. Niższe poziomy (np. LOD 100) to w zasadzie sama geometria elementów, wyższe z kolei zawierają m.in. dane o: zastosowanych materiałach, dokładnym położeniu prętów zbrojenia, rozmiarach i rozkładach śrub lub spoin, markach, kotwach transportowych.

Rys. 2. Model mostu Isoisansilta w Tekla Structures

Model 3D nie tylko usprawnia proces projektowania, ale może również zostać wykorzystany do tworzenia harmonogramów prac, wspierania produkcji i montażu różnorodnych podzespołów, a także monitorowania tych procesów. Dodatkowo w przypadku helsińskiego mostu model posłużył do zaplanowania procesu betonowania. Opatentowana funkcja Tekla Structures „sekcje wylewania” umożliwia połączenie elementów betonowych dowolnego typu w jeden obiekt (kryterium scalenia jest rodzaj mieszanki betonowej). Następnie może on zostać podzielony na mniejsze części zgodnie z kolejnością wylewania betonu.

BIM kładzie bardzo duży nacisk na płynną wymianę informacji między różnymi uczestnikami inwestycji. Podczas prac przy Isoisansilta rolę „komunikatora” odgrywało narzędzie Tekla Model Sharing, które umożliwia przechowywanie modelu w chmurze. Dzięki takiemu podejściu model był zawsze aktualny, a członkowie zespołu mieli dostęp do wszystkich potrzebnych informacji w dowolnym momencie, np. wykonawcy konstrukcji stalowej umożliwiło to precyzyjne zaplanowanie prac i płynną komunikację między placem budowy a działaniami producenta (fot. 2). Model Tekla wykorzystano również do wizualizacji poszczególnych etapów inwestycji dla klienta. Zalety BIM doceniła również indonezyjska firma PT PP (Persero) Tbk. Jeden z ich projektów infrastrukturalnych, most Teluk Kendari w południowowschodniej prowincji wyspy Sulawesi (dawniej Celebes), stanowi tego najlepszy dowód. Kiedyś zaprojektowanie tak wielkogabarytowego obiektu mostowego zajęłoby kilka miesięcy, ale projektantom (wykorzystującym Tekla Structures) udało się skrócić ten czas do jednego miesiąca. Tak jak w poprzednim przypadku tu również model wykorzystano do przygotowania zbrojenia. Z tą różnicą, że pręt „układano” w warsztacie, a na plac budowy przywożono gotowe zespoły. Pracę znacznie przyspieszyła możliwość wygenerowania z modelu plików BVBS, zawierających dokładne informacje o prętach zbrojeniowych (rys. 3). Taki plik był następnie wgrywany do maszyn (np. giętarek), które w precyzyjny sposób kształtowały i przycinały rzeczywiste pręty.

Fot. 2. Montaż konstrukcji stalowej wraz z konstrukcją tymczasową

Czytaj też: BIM w projektowaniu konstrukcji żelbetowych – zarys zagadnienia

Dodatkowo firma PT PP bardzo ceniła możliwość generowania zestawień, dzięki czemu można było dokładnie oszacować koszty i zużycie materiałów. Jako kolejną zaletę wskazano znaczne usprawnienie śledzenia wszelkich zmian w projekcie.

Następny przykład, tym razem pochodzący z naszego lokalnego rynku, to projekt estakady zrealizowanej przez firmę MP Mosty, a dokładniej wykonanie projektu warsztatowego konstrukcji stalowych obiektów mostowych: wiaduktu WK-1, estakady ES-1, estakady ES-2 (fot. 3) w inwestycji Kraków-Zabłocie. Co prawda, nie mamy tu do czynienia z pełnym BIM-em (czyli realizacją inwestycji od samego początku w tej technologii), ale z powodzeniem wykorzystano pewne elementy bimowskie w tradycyjnym projekcie. Inwestor nie wymagał realizacji inwestycji w technologii BIM, jednak w trakcie prac zauważono wiele korzyści – m.in. model 3D ułatwił i przyspieszył weryfikację ustawień elementów naprowadzających, służących do poprawnego nałożenia kolejnych poziomów dźwigarów.

Rys. 3. Model zbrojenia w moście Teluk Kendari

Mając na względzie ograniczone możliwości montażu poszczególnych fragmentów konstrukcji stalowej oraz skalę obiektu, wprowadzono podział na elementy wysyłkowe, które zostały dostosowane do możliwości wytwórczych i transportowych (pod kątem gabarytowym i w kwestii dopuszczalnego tonażu). Każdy z elementów wysyłkowych (elementy wypuszczane z wytwórni konstrukcji stalowych) stanowił część konstrukcji montowaną na budowie (fot. 4).

Elementy wysyłkowe przedstawiano na dokumentacji rysunkowej 2D: wszystkie blachy wchodzące w skład elementu wraz ze sposobem ich scalania (spawania) oraz ostateczną geometrią. W tym konkretnym projekcie nie przekazywano plików maszynowych „nc”. Do wytwórni dostarczono dokumentację rysunkową w formacie pdf i dwg. Dokumentacja była przekazywana etapami, według wcześniej ustalonego harmonogramu uwzględniającego kolejność montażu konstrukcji.

Fot. 3. Estakada ES-2 (Kraków-Zabłocie)

Przeczytaj też: Fundamentowanie obiektów mostowych na palach żelbetowych

Za najważniejsze korzyści płynące ze stosowania oprogramowania Tekla Structures firma MP Mosty uważa:

• dotrzymanie ustalonych wcześniej terminów oddawania kolejnych etapów dokumentacji;
• lepszą kontrolę poprawności wykonania elementów konstrukcji;
• automatycznie generowane raporty, listy materiałowe;
• podgrywanie modeli składowych (IFC), które umożliwiło weryfikację stref (szczelin) dylatacyjnych między obiektami (rys. 4);
• szybkie wprowadzanie modyfikacji w przypadku zmian w trakcie budowy;
• bieżącą aktualizację dokumentacji rysunkowej i raportów;
• usprawnienie modelowania przez wykorzystanie komponentów oferowanych przez TS oraz tworzenie komponentów użytkownika.

Wyzwania

Jak wykazano w przykładach, z zastosowania technologii BIM niezaprzeczalnie płynie dużo korzyści. Istnieją jednak pewne trudności związane z wdrożeniem używania BIM podczas realizacji inwestycji.

Pierwszą trudność można określić jako świadomość branży. Co prawda BIM istnieje na rynku już jakiś czas, ale w dalszym ciągu znaczna część przedstawicieli budownictwa nie do końca rozumie ten termin, a właściwie jego założenia. Brak ujednolicenia, różne źródła informacji, czasami odmienne podejście dostawców oprogramowania składają się na fałszywy obraz technologii BIM jako konkretnego produktu lub bazy danych. W rzeczywistości jest to metoda współpracy i wymiany informacji.

Drugi problem to opór przed nowościami. Wielu inżynierów oraz firm woli korzystać z wypracowanych przez siebie metod pracy i z dużą niechęcią podchodzą do nowych rozwiązań. Preferują stare, sprawdzone sposoby.

Fot. 4. Próbny montaż estakady ES-2b – przęsło 8 i 9

Kolejna przeszkoda w wykorzystaniu pełnego potencjału procesu BIM jest właściwie wypadkową poprzednich dwóch: niewiedzy oraz oporu części branży. Mamy tu do czynienia z samonakręcającą się spiralą. Otóż brak wiedzy i niechęć powodują, że część inwestycji zatrzymuje się na jednym z pierwszych etapów BIM-u, a mianowicie stworzeniu cyfrowego modelu informacji. To etap zwiększający pracochłonność i koszt – na stworzenie kompletnego modelu (oraz jego koordynację) projektanci potrzebują więcej czasu i nakładów finansowych, choćby na zakup specjalistycznego oprogramowania. Następnie model jest chowany na półce, a inwestor i wykonawcy lub podwykonawcy nie uzyskują z niego żadnych informacji. Takie podejście powoduje, że rentowność wdrożenia BIM-u znacznie spada, co przekłada się na brak zaufania do nowej technologii. Jeszcze jedna istotna trudność to brak dokładnych wytycznych i regulacji dotyczących dokumentacji BIM, np. formatu danych lub czasu ich przechowywania. Oczywiście zdarzają się wyjątki – np. wspomniana wcześniej Wielka Brytania, która opracowała wytyczne dla projektów realizowanych w BIM.

Ostatnie wyzwanie stanowi komunikacja. O ile w większości systemów tego samego dostawcy wymiana informacji jest wysokiej klasy, o tyle w przypadku korzystania z rozwiązań różnych producentów zdarza się, że część danych może zostać utracona. Wtedy do akcji wkraczają koordynatorzy BIM, których zadaniem jest wyłapanie takich braków, a następnie ich uzupełnienie.

Polecamy także: Nowoczesne nawierzchnie na mostach. Asfalt lany

Rys. 4. Dylatacja między wiaduktem WK-2 i estakadą ES-2b

Podsumowanie

Technologia BIM oraz odpowiednie oprogramowanie wraz z naszpikowanym informacjami modelem 3D zdecydowanie poprawiają efektywność każdego zespołu i zwiększają zyski z inwestycji. Mówimy tu nie tylko o przychodzie przedsiębiorstw, ale również o korzyściach dla środowiska naturalnego. Funkcjonalności programu pozwalają na ograniczenie kosztownych błędów i poprawek, skrócenie czasu wykonywania zadań i lepsze ich zrozumienie w całym procesie, a także szybsze i łatwiejsze reagowanie na wprowadzane modyfikacje. Powyższe elementy pozwalają znacząco zredukować zużycie zasobów naturalnych. Modele BIM o najwyższym poziomie LOD umożliwiają nawet oszacowanie wpływu konstrukcji na środowisko.

Modelowanie informacji o budowli ma bardzo duży potencjał i może w znaczący sposób zmienić dzisiejszą branżę budowlaną. Dalej jednak pozostaje dużo do zrobienia – przede wszystkim w zakresie zwiększania świadomości dzisiejszych inżynierów oraz specjalistów budowlanych, ujednolicenia standardów pracy BIM, a także określenia dokładnych procedur formalnych umożliwiających realizację obiektów w tej technologii.

inż. Rafał Krzymowski

pracownik Construsoft

Przeczytaj także: Ci, którzy pierwsi wdrożą BIM, wygrają