Instalacje sanitarne w BIM-ie – czy nie czas już na zmianę?

BIM (ang. Building Infor­mation Modeling) oznacza modelowa­nie informacji o budynku. Zazwyczaj tak zaczynają się publikacje i opra­cowania dotyczące tego sposobu tworzenia inwestycji. Nie chcę po raz kolejny przytaczać cytatów i tłu­maczonych z zagranicznych publikacji tekstów o tym sposobie projektowania. Tak wyglądało moje wdrażanie się w system i wiem, że do ścisłych umy­słów inżynierów trafiają konkretne dane i fakty. Pytanie brzmi: Co ma do zaoferowania oprogramowanie BIM przy projektowaniu instalacji w bu­dynku w Polsce?

Każda osoba zainteresowana tym za­gadnieniem, niezależnie od tego czy jest architektem, konstruktorem czy inżynierem projektującym instalacje wewnętrzne, czytała już te ogólniko­we stwierdzenia, które tak naprawdę nie są w stanie wytłumaczyć, czym jest BIM i jakie daje nam korzyści. Od kilku lat zajmuję się tworzeniem opro­gramowania i dzięki doświadczeniu i współpracy z klientami wiem, jakie są oczekiwania, problemy oraz obawy co do wdrożenia w firmach projekto­wych systemu BIM.

Rys. 1 Kreator budynku w systemie ArCADia BIM

Zacznijmy od tego, że dotychczaso­we projektowanie w programach CAD było tak naprawdę rozwinięciem po­przedniej technologii, czyli kreski i cy­fry pisane na rzutach architektonicz­nych zostały zamienione na bardziej precyzyjne wprowadzanie instalacji za pomocą kresek, kółek, a następ­nie bloków w popularnym CAD-zie. Zapewne przyspieszyło to pracę, ale nadal w krytycznych przypadkach pro­jektant mógł ręcznie nanieść osta­teczne poprawki. W technologii BIM cały proces inwestycyjny opiera się ściśle na pracy przy komputerze, co sprawia, że większość inżynierów obawia się tego systemu, a niepo­trzebnie. Model budynku i instalacji w nim projektowanych zawiera w so­bie wszystkie potrzebne informacje, a naniesione zmiany są automatycz­nie aktualizowane we wszystkich ze­stawieniach, widokach itd.

Argumentem najbardziej przekonują­cym do przejścia z CAD na BIM jest stara łacińska maksyma Absens carens(łac. nieobecny traci). Żeby za kilka lat być na czasie, lepiej zacząć już teraz i być przygotowanym na mo­ment, kiedy technologia BIM będzie obowiązkową formą projektowania. Mimo że inwestycje wykonane w tej nowoczesnej technologii są w Polsce pojedyncze, czas nie stoi w miejscu i regulacje prawne dotyczące for­my oddawania projektów w krajach Unii Europejskiej idą w kierunku BIM. Niektóre z firm, np. Skanska, zdecy­dowały już kilku lat temu, że projek­ty realizowane w Europie Środkowej i Wschodniej muszą być wykonane w programie zgodnym z systemem BIM. Aby znacznie przyspieszyć i uła­twić swoją pracę, część administra­torów przeprowadza inwentaryzację swoich budynków już w technologii BIM i w takich zadaniach przyda się wiedza na temat projektowania w BIM-ie. Młodzi projektanci zdo­bywają wiedzę o BIM-ie na studiach i znają podstawy już na starcie swojej kariery zawodowej. Na poziomie sa­morządów, np. w województwie mało­polskim, w szczegółowym opisie doty­czącym dofinansowań przy projektach Regionalnej Strategii Innowacji Woje­wództwa Małopolskiego 2014-2020 uwzględniono również zintegrowane projektowanie, które opiera się na systemie BIM. Dlatego jeśli pewnego dnia nie chcemy się obudzić w nowej BIM-owej rzeczywistości bez wiedzy i znajomości systemu, zacznijmy już teraz wprowadzanie tej technologii do naszych biur.

Rys. 2 Budynek wykonany w module ArCADia-ARCHITEKTURA (z lewej) i zaimportowany w formacie IFC (z prawej)

Rys. 3 Parametry punktu czerpalnego, np. baterii czerpalnej

Jak zacząć pracę z BIM-em? Oczy­wiście od wybrania oprogramowa­nia, które powinno charakteryzować się kilkoma cechami. Najlepiej, żeby było tanie, dobre i łatwe w obsłudze. Rzadko wszystkie te cechy występu­ją w jednym programie. Nie powinno to oczywiście nikogo dziwić – prace nad tworzeniem takiego oprogramo­wania oparte są na wiedzy inżynie­rów, ich wieloletnim doświadczeniu w projektowaniu i wykonawstwie oraz wiedzy programistów, którzy prze­kładają informacje na kod. Wszystkie te aspekty mają duży wpływ na cenę programu. Dobry program to taki, w którym będziemy mogli zaprojekto­wać jak największą ilość elementów, specyficznych układów, zawierający obliczenia i dobory obiektów i ruro­ciągów, pozwalający na automatycz­ne tworzenie rysunków dodatkowych itd. Czyli dobry program pozwoli nam przygotować pełną dokumentację, a przy programie BIM dodatkowo projekt powinien być skoordynowany z innymi branżami i przygotowany do pracy wykonawców, a później ad­ministratorów danego obiektu. Musi być też łatwy w obsłudze – to bardzo ważna cecha, na którą należy zwrócić szczególną uwagę, gdyż przeszkole­nie pracownika wiąże się z kosztem samych szkoleń, a także ograniczoną wydajnością w pracy projektanta do­piero uczącego się programu. Często są to koszty porównywalne lub prze­wyższające cenę oprogramowania. Ja pozwoliłam sobie przybliżyć BIM na przykładzie systemu ArCADia i modu­łów instalacyjnych w nim osadzonych. Oprogramowanie to spełnia w większości założenia co do cech wyma­ganych, które wymieniłam wcześniej: główną zaletą jest prosta i intuicyjna obsługa, wizualnie nieróżniąca się od programów CAD, oraz znany format zapisu, czyli DWG. Łatwość pracy oznacza również mniejszy stopień szczegółowości, co jednak może być i wadą, i zaletą.

Rys. 4 Parametry punktu czerpalnego, np. kuchenki gazowej

System ArCADia BIM jest oparty na module startowym i nakładkach branżowych, których głównym zada­niem jest wspomaganie projektowa­nia. Pracę na programie zaczynamy, otwierając projekt architektoniczny danego budynku, co możemy zrobić

na kilka sposobów. Ponieważ system ten działa w formacie DWG, może­my otworzyć każdy rzut wykonany w programach ArCADia-INTELLICAD, AutoCAD itp. Jest to niewątpliwa za­leta, bo na polskim rynku, jak do tej pory, niewiele firm projektowych może sobie finansowo pozwolić na zakup oprogramowania BIM dla kilku sta­nowisk. Niestety, projekt wykonany w „zwykłym” CAD-zie jest pozbawio­ny parametrów i tak naprawdę jest to zespół kresek połączonych w bloki symbolizujące znane nam obiekty ar­chitektoniczne czy elementy instalacji wewnętrznych. Po wgraniu takiego podkładu budowlanego do programów BIM najczęściej trzeba go w odpo­wiedni sposób dostosować do dane­go systemu, chociażby wprowadzając strukturę budynku, liczbę kondygnacji i ich wysokość. W systemie ArCADia BIM pomocnym narzędziem jest kre­ator budynku (rys. 1), w którym zada­jemy liczbę kondygnacji, podajemy ich nazwy i wprowadzamy wysokość mię­dzy stropami. Program wymaga jesz­cze od nas wskazania punktu stałego (bazowego) dla wszystkich poziomów budynku. Może być to punkt szybu windowego, klatki schodowej lub na­rożnika budynku.

Rys. 5 Biblioteka katalo­gów w systemie ArCADia BIM

Kolejna możliwość to eksport i im­port pliku z modelem w formacie IFC. Format ten daje możliwość przesła­nia parametrycznego modelu budynku między systemami BIM różnych produ­centów. Niestety, nie wszystkie pro­gramy posiadają import i eksport IFC w zakresie architektury i instalacji. W systemie ArCADia BIM dostępna jest możliwość zapisu w tym forma­cie architektury i już wkrótce instala­cji. Import jest na razie dostępny dla elementów architektonicznych. Minu­sem tego rozwiązania jest fakt utraty pewnych danych przy użyciu formatu IFC (rys. 2). Można mieć nadzieję, że rozwój technologii BIM zmusi rynek do stworzenia dobrego uniwersalnego formatu wymiany danych zawierających pełen model budynku.

Ostatnia trzecia możliwość to otrzy­manie modelu budynku od architekta, który wykonywał swój projekt w tym samym środowisku programistycz­nym. Zachowamy wtedy wszystkie dane i będziemy mieli do dyspozycji wszystkie narzędzia danego systemu. Struktura budynku, wprowadzona na jeden z tych trzech sposobów, po­zwala na rozpoczęcie projektowania instalacji. Możemy zacząć od wpro­wadzenia np. punktów czerpalnych, odbiorników gazu czy kanalizacyj­nych punktów odpływu w zależności od rodzaju projektowanej instalacji. Wprowadzamy na rzut dokładnie tak samo, jak miało to miejsce w CAD-zie, z jedną tylko różnicą – nadajemy poziom montażu elementu nad pozio­mem posadzki, tak aby umiejscowić go w przestrzeni budynku.

Rys. 6 Wprowadzanie ruro­ciągów wiązką rur

Parametry obiektów wprowadzanych w systemach BIM to charakterystycz­ne dane obiektu (rys. 3). Ich wartości służą jako podstawa do obliczeń, ze­stawień, a także do analizy budynku jako całości. Większość programów zawiera już w sobie bazy katalogów producentów, część oprogramowania może jednak odpłatnie uzupełniać ta­kie bazy, ewentualnie użytkownik sam może dodać własne katalogi. Coraz częściej producenci urządzeń sani­tarnych i armatury przygotowują dar­mowe bazy, które można wprowadzić do systemów BIM. Program ArCADia posiada wbudowaną bibliotekę stan­dardową katalogów dla elementów po­szczególnych instalacji. Można te bazy poszerzać samodzielnie, dodając kolej­ne katalogi i zapisując na stałe w bi­bliotece programu. Będą one dostęp­ne przy każdym następnym projekcie. Kolejnym krokiem jest zazwyczaj wpro­wadzanie pionów, rurociągów rozdziel­czych, odpływowych itp. oraz wyprowadzenie pionów na kolejne kondygnacje i wyznaczenie trasy podejść do przybo­rów czy odbiorników. I znowu, jeśli cho­dzi o samo wprowadzanie, nie różni się ono od projektowania kreskami, poza wprowadzaniem trzeciej danej, czyli wysokości końca rurociągu. Producenci oprogramowania wprowadzają szereg kreatorów i tzw. ułatwiaczy. W ArCADia BIM mamy do dyspozycji funkcję Pobierz z elementu, co w praktyce po­zwala nam dołączyć się do wcześniej wprowadzonych rurociągów. Jest to przydatne głównie w momencie projek­towania rurociągów ze spadkiem, gdy nie musimy wyliczać wysokości włą­czenia. Również mamy tu pomoc w po­staci przyciągania i wykrywania innych elementów z danej instalacji. Innym przydatnym narzędziem jest rysowanie wiązką równoległych rurociągów, np. w instalacji wodociągowej, gdy jedno­cześnie wstawiamy rurociągi wody cie­płej, zimnej i cyrkulacji.

Rys. 7 Widok 3D w ArCADia BIM – instalacja kanalizacyjna i wodociągowa

Rys. 8 Opcje doboru w ArCADia-INSTALACJE WODOCIĄGOWE

Oczywiście jeśli chodzi o bibliote­ki i bazy danych rurociągów i izolacji – są one rozbudowane, podobnie jak w przypadku urządzeń i armatury. Następny etap to wprowadzenie ar­matury regulacyjnej, zabezpieczającej itp. Jest on kontynuacją projektowa­nia i wygląda tak samo jak poprzednie etapy w większości programów. Różnice między programami widocz­ne są w momencie wprowadzania kształtek. Sposobów jest kilka: pro­jektant ręcznie modeluje połączenia, wstawiając każdą kształtkę po kolei: trójniki, redukcje, przejścia mate­riałowe. Inną możliwością jest auto­matyczne wstawianie przez pro­gram kształtek, które wybierane są z konkretnego systemu rurociągów.

Są mniej szczegółowe programy, w których wstawiane są kształtki o wymiarach uśrednionych i uza­leżnionych od średnicy rurociągów. Ostatnia metoda, mniej dokładna, jeśli chodzi o wizualizację 3D, to automatyczne generowanie do ze­stawień kształtek, które nie mają swojego odzwierciedlenia wizualne­go w modelu budynku i instalacji, bo nie mają znaczących rozmiarów (naj­częściej w instalacjach wodociągo­wych, grzewczych). Na rys. 7 widać elementy instalacji wraz z kształt­kami. W module ArCADia-INSTALA­CJE KANALIZACYJNE są one ge­nerowane w momencie łączenia ze sobą rurociągów, w miejscu ich po­łączenia. W module ArCADia-INSTALACJE Wodociągoweprogram automatycznie wyznacza zestawy połączeniowe kształtek i nie są one widoczne na widokach, lecz jedynie w zestawieniach materiałowych.

Rys. 9 Eksport raportu obliczeniowego do programu Word w formacie RTF

Rys. 10 Eksport zestawień do programu Excel i Ceninwest

W nakładkach branżowych ważnym elementem jest jeszcze tzw. punkt początkowy instalacji. Program, aby dobrze przeliczyć instalację i stwo­rzyć analizy, potrzebuje początku in­stalacji (np. kotła) i jej zakończenia (np. grzejnika). W nakładkach branżo­wych mogą to być rzeczywiste obiek­ty lub wirtualne punkty. Zawierają one również informacje i parametry wej­ściowe do obliczeń instalacji.

Jak widać, wprowadzanie instala­cji w systemie BIM może być pro­ste i nie odbiega mocno od sposobu projektowania, do jakiego przyzwyczaił nas CAD. Czas pracy nad projektem we wstępnej fazie może być nieco dłuższy, ponieważ modelowanie para­metryczne już na etapie wstawiania elementów zapewnia sprawdzenie po­prawności instalacji.

Przejdziemy do drugiej fazy projektu, czyli do obliczeń, zestawień i rysun­ków dodatkowych.

Dla projektanta instalacji wewnętrz­nych bardzo dużą rolę odgrywa dobór elementów i obliczenia. Moduł ArCADia-INSTALACJE WODOCIĄGOWE daje nam kilka możliwości. Możemy wszystkie elementy przeznaczyć do automatycznego doboru przez pro­gram z katalogów producenta, przy czym możemy zróżnicować materiały rurociągów na przewody rozdzielcze, piony i podejścia (rys. 8).

Można również wprowadzić rurociągi o średnicy i materiale dobranym tak, aby program nie brał ich pod uwagę przy doborze, ale jedynie przy oblicze­niach hydraulicznych. taka sytuacja może mieć miejsce m.in. wówczas, gdy „dowiązujemy się” do już istnie­jącej instalacji.

Rys. 11 Rysunki dodatkowe

Same obliczenia w większości progra­mów są bardzo podobne i różnią się ewentualnie sposobem wyświetlania danych. W systemie ArCADia BIM ra­port z obliczeń w formacie RTF możemy przesłać do edytora tekstu, który ten format obsługuje, np. Worda (rys. 9). Jeśli instalacja jest poprawnie zapro­jektowana, możemy już wygenerować automatyczne zestawienia mate­riałów, wykazy elementów, które na­stępnie można przesłać do programu Excel, Word czy programów kosztory­sowych, takich jak Ceninwest.

Dzięki wprowadzeniu elementów do jednego modelu możemy również wprowadzić rysunki dodatkowe, np. dla instalacji wodociągowej aksonometrie lub dla instalacji gazowej i ka­nalizacyjnej rozwinięcia i profile.

W tym momencie można by zadać pytanie, w którym miejscu poja­wia się BIM? Samo projektowanie w systemie opartym na obiektowym wstawianiu elementów nie różni się wiele od programów CAD. Prawdzi­wy BIM zaczyna się w momencie, kiedy zakończymy projekt i musimy sprawdzić, czy jego elementy nie ko­lidują z innymi instalacjami w budyn­ku, i wprowadzić ewentualne zmiany. Jeśli mamy do dyspozycji papierową dokumentację lub jej wersję elektro­niczną wykonaną z kresek CAD, wy­krycie kolidujących ze sobą elemen­tów jest bardzo trudne. Pierwszym problemem jest już połączenie ze sobą takich projektów w jedną do­kumentację, tak aby móc ją koordynować. Natomiast jeśli projekty wy­konane są w systemie np. ArCADia BIM, mamy do dyspozycji narzędzie, jakim jest scalanie projektu. W prak­tyce wygląda to w ten sposób, że ar­chitekt po sporządzeniu projektu bu­dynku wysyła do instalatorów podkład budowlany (model budynku). Następ­nie inżynierowie odpowiedzialni np. za instalacje wodociągowe i gazowe równolegle wprowadzają zmiany, tzn. dodają obiekty i rurociągi ze swojej branży. W trakcie procesu zdarza się, że w projekcie architektonicz­nym zachodzą zmiany i są one wysy­łane do poszczególnych uczestników. Może zaistnieć taka sytuacja, że nie wszyscy będą pracować na aktual­nych podkładach. Wówczas w prosty sposób można takie prace skoordynować poprzez sca­lenie, a wcześniej porównanie projektów. Porównywarka w ArCADia BIM pokaże projektantowi różnice między ko­lejnymi wersjami projektu oraz nowe elementy, jakie po­jawiły się w modelu, a także te, które zostały usunięte. Informacja podana jest wizualnie na widoku 3D (rys. 12) i rzucie, gdzie odpowiednimi kolorami pokazany jest wy­nik porównania dokumentów. Dodatkowo stworzona jest również lista zmienionych i nowych elementów oraz tych, które są tylko w jednym dokumencie. Na rys. 12 pokazany jest wynik porównania dwóch wersji projektu. Wyraźnie widać zmiany dotyczące okien dachowych, a na niebiesko pokazana jest dodana kondygnacja.

Rys. 12 Wynik porównania różnych wersji projektu

Koordynator wybierze najbardziej aktualną wersję, a na­stępnie podczas scalania połączy ze sobą wszystkie bran­że. W omawianym przypadku będą to architektura, gaz (rys. 13) i woda (rys. 14).

Żeby przeprowadzić scalenie, pliki muszą pochodzić z jednego pliku źródłowego i być świeżo zapisane, sca­lane są bowiem najbardziej aktualne wersje projektu. Następnie wybieramy, jaką branżę chcemy przejąć z drugiego pliku.

Rys. 13 Projekt instalacji gazowej w systemie ArCADia BIM

Rys. 14 Projekt instalacji wodociągowej

Tym sposobem osoba koordynująca pracę otrzymuje jeden spójny model budynku, w którym znajdują się wszystkie za­projektowane przez uczestników instalacje i obiekty. teraz możemy sprawdzić, czy między elementami znajdują się kolizje, a jeśli tak, to jakie i gdzie. W programach zgod­nych z BIM możemy na tym etapie znaleźć kolizje pomiędzy wszystkimi obiektami wprowadzonymi w systemie. I tak w ArCADia BIM po zaznaczeniu wyszukiwania kolizji insta­lacji wodociągowej i gazowej program w bardzo wyraźny sposób zaznacza takie kolizje (rys. 17).

Sprawdzenie to wymaga wprawdzie od projektanta więk­szego zaangażowania w poprawność projektu jako cało­ści, jednak pozwala lepiej przygotować projekt do etapu wykonawczego. Właśnie oszczędności na etapie wyko­nawstwa są największym argumentem za wprowadze­niem systemu BIM.

Program ponownie przelicza cały model i łączy ze sobą projekty (rys. 16) zgodnie z tym, co wybraliśmy.

Rys. 15 Wybór scalanych branż

Rys. 16 Plik po scaleniu

Podsumowując, chciałabym zwrócić uwagę na rzecz bar­dzo ważną, która wynika z tego, że w programie mamy jeden model budynku, a wszystkie rysunki to odpowiednie widoki tego modelu. Można powiedzieć, że zestawienia są również pewnego rodzaju tabelarycznym odzwiercie­dleniem modelu. Dzięki takiej technologii zmiana elementu na jednym z widoków powoduje w rzeczywistości zmianę modelu, a w konsekwencji wszystkie widoki aktualizują się do nowego stanu obiektu. Przykładowo wstawienie zawo­ru odcinającego na rurociągu na aksonometrii spowoduje wstawienie go na innych widokach i doliczenie do zaworów w zestawieniu materiałów. Zwykłe programy CAD nie po­siadają takiej funkcji, co często oznacza żmudne przery­sowywanie wielu rysunków. Trzeba przyznać, że w BIM-ie większość zmian w projekcie nie sprawia trudności, dzięki czemu można wykonywać różne jego analizy i warianty, np. materiałowe.

Rys. 17 Widok 3D z zaznaczonymi kolizjami między instalacją wodociągową a gazową

Zapewne najtrudniej jest zacząć pracę z BIM-em, prze­konać się do niego i nie bać się nowej technologii. Warto to zrobić z kilku powodów. Pieniądze wydane na opro­gramowanie szybko się zwrócą, biorąc pod uwagę czas zaoszczędzony przy jakichkolwiek zmianach w projekcie. Znajomość nowych technologii to zawsze dodatkowa wie­dza, która przyda się nam w negocjacjach, otworzy drogę do klientów, którzy muszą wykonywać inwestycje zgodnie z BIM-em. W ostatecznym rozrachunku niezależnie od tego, czy modelowanie budynku stanie się standardem czy nie, będziemy przygotowani na zmiany.

mgr inż. Katarzyna Rusek

INTERsoft Sp. z o.o.