Aby zauważyć zalety projektowania instalacji wentylacyjnych z wykorzystaniem BIM, należy zmienić optykę patrzenia na projekt i obiekt budowlany – to już nie tylko zbiór rysunków, ale model informacyjny.
Planując inwestycje budowlane, coraz częściej klasyczne projektowanie (projekt składający się z obszernej dokumentacji opisowej i rysunków 2D) rozszerza się o elementy zintegrowanego modelowania (BIM) lub nawet całkowicie nimi zastępuje. W wyniku tych działań obiekt budowlany już na etapie projektowania zostaje wzbogacany informacjami i dodatkowymi danymi, pozwalającymi na dobór optymalnych rozwiązań. Nie trzeba nikogo przekonywać, że we współczesnym świecie to właśnie informacja jest kluczem do sukcesu, pod warunkiem że jest: aktualna, kompletna i odpowiednio chroniona [1].
Polecamy: Strategia PIIB w zakresie wdrażania BIM
Wykorzystanie metody BIM przy projektowaniu instalacji wentylacyjnej niesie ze sobą wiele korzyści i kilka przykładów zostanie omówionych w tym artykule. Ponieważ BIM wymaga zastosowania technik komputerowych, zalety te zostaną przedstawione na przykładzie programu ArCADia BIM – Instalacje wentylacyjne. Program kierowany jest zarówno do projektantów instalacji wentylacyjnych, jak i do wszystkich osób zajmujących się branżą instalacyjną w budownictwie.
Rys. 1. Model 3D budynku zaprojektowany w programie ArCADia BIM wraz instalacją wentylacji mechanicznej
W przeszłości mechaniczne instalacje wentylacyjne bardzo często traktowane były jako zło konieczne. Jeśli ich stosowania nie wymuszały przepisy, w budynkach wykorzystywano tylko systemy wentylacji grawitacyjnej. Wraz z rosnącą społeczną świadomością ekologiczną i chęcią poprawy komfortu w pomieszczeniach oraz przede wszystkim koniecznością spełnienia wymagań dotyczących oszczędności energii w budynkach zaczęto na powszechną skalę projektować instalacje wentylacji mechanicznej z odzyskiem ciepła.
Rys. 2. Okno programu ArCADia BIM podczas prac projektowych w module wentylacyjnym
Bilans powietrza wentylacyjnego
Prawidłowo zaprojektowana instalacja wentylacyjna musi zapewniać utrzymanie wymaganego stanu powietrza w pomieszczeniu. Najczęściej realizowane jest to przez nawiew powietrza świeżego oraz wywiew zużytego. Aby wyznaczyć wymagane ilości powietrza wentylacyjnego, należy wykonać bilans powietrza oparty na wytycznych sanitarnohigienicznych lub zalecanych krotnościach wymian w pomieszczeniach.
Zobacz też:
Jeśli użytkownik dysponuje modelem architektonicznym budynku wykonanym w ArCADia BIM, może otworzyć Menadżera pomieszczeń, gdzie zestawione zostały wszystkie pomieszczenia w budynku, podzielone na kondygnacje. W zależności od wybranej nazwy (typu) pomieszczenia proponowana jest zalecana krotność wymiany powietrza i na podstawie kubatury obliczana wymagana projektowana ilość powietrza wentylacyjnego. Projektant w każdej chwili może zmienić zalecane wartości zgodnie z własnym zamierzeniem projektowym. Wyznaczone wartości zostają przypisane do pomieszczenia i w przypadku zmian architektury automatycznie aktualizowane (np. przy założeniu dwóch wymian na godzinę i zmiany kubatury z 50 m3 na 60 m3 – ilość powietrza zostanie automatycznie zmieniona ze 100 m3/h na 120 m3/h).
Rys. 3. Widok 3D instalacji wentylacyjnej zaprojektowanej w hali stalowej – model wykonany w programie ArCADia BIM
Projekt koncepcyjny
W kolejnym etapie należy zaplanować koncepcję dystrybucji powietrza w budynku, znaleźć odpowiednie miejsca na montaż urządzeń i zgodne z przepisami lokalizacje czerpni oraz wyrzutni. W tym aspekcie żaden program komputerowy nie zastąpi wiedzy i doświadczenia projektanta, jednak stworzony model 3D może ułatwić pracę i pozwoli uniknąć błędów na tym etapie. Na widoku 3D wyraźnie widoczne będą wszelkie podciągi czy kłopotliwe uskoki wysokości, nie zawsze dokładnie opisane we wstępnym etapie prac nad projektem. Po stworzeniu koncepcji pozostaje wykonanie części rysunkowej, gdzie na pomoc programów komputerowych można już jak najbardziej liczyć.
Rys. 4. Okno programu ArCADia BIM służące zarządzaniu systemami wentylacyjnymi w projekcie
Systemy wentylacyjne
Projektowanie instalacji wentylacyjnej za pomocą programu ArCADia BIM najlepiej rozpocząć od zdefiniowania potrzebnych w projekcie systemów wentylacyjnych. Poza typami systemów (nawiewny, wywiewny, czerpny, wyrzutowy) i ich kolorami na rysunku definiowane są również parametry dotyczące wilgotności względnej i temperatury powietrza – niezbędne do wykonania prawidłowych obliczeń. Domyślnie zdefiniowano w programie cztery podstawowe systemy wentylacyjne, jednak ich edycji oraz usuwania czy dodawania kolejnych systemów można dokonywać na każdym etapie tworzenia projektu.
Rys. 5. Wstawianie zewnętrznych obiektów 3D jako elementów systemu ArCADia BIM
Urządzenia wentylacyjne
Bardzo istotną sprawą jest umiejscowienie serca wentylacji, czyli wentylatorów i central wentylacyjnych. W programie ArCADia BIM można wstawić każde urządzenie wentylacyjne przedstawione jako bryłę, prostopadłościan lub walec, o zadanych wymiarach geometrycznych. Zgodnie z ideą BIM we właściwościach wszystkich obiektów można zawrzeć wiele dodatkowych informacji. W przypadku centrali będzie to np. spręż dyspozycyjny, wydajność nawiewu i wywiewu, moc akustyczna urządzenia, a także wymagane parametry elektryczne do zasilenia, istotne z punktu widzenia projektanta instalacji elektrycznej.
Dodatkowo, jeśli wstawiony zostanie obiekt zdefiniowany w bibliotece programu lub użytkownik dysponuje rysunkiem urządzenia w 3D, zamiast bazowej bryły można wstawić obiekt o rzeczywistym kształcie i wielkości. Aby jeszcze bardziej urzeczywistnić model, ArCADia BIM pozwala zdefiniować lokalizację króćców przyłączeniowych takiego obiektu, dzięki czemu możliwe jest podłączenie do niego instalacji i uwzględnienie go w obliczeniach. Ma to szczególne znaczenie w przypadku urządzeń o dużych gabarytach – jak właśnie centrale wentylacyjne. Przy takim postępowaniu – pod warunkiem że projektant rzetelnie wykonał swoją pracę – nie zaistnieje z całą pewnością sytuacja, że urządzenie na budowie nie zmieści się w wyznaczonym pomieszczeniu, niezachowana jest wymagana przestrzeń serwisowa lub jest tak ciasno, że doprowadzenie do niego instalacji jest utrudnione. Takie problemy mogą wynikać tylko z błędów po stronie wykonawcy (złe zamówienie lub niezgodność z projektem).
Rys. 6. Bilans powietrza wentylacyjnego sporządzany automatycznie w programie ArCADia BIM
Wentylacja pomieszczeń
Doprowadzenie świeżego powietrza do pomieszczeń i usunięcie zużytego odbywa się za pomocą elementów końcowych instalacji – nawiewników i wywiewników. Jeśli taki obiekt zostanie wstawiony do pomieszczenia, automatycznie będzie do niego przypisana ilość powietrza wentylacyjnego (zaokrąglona do 5 m3/h), wynikająca z przeprowadzanego dla tego pomieszczenia bilansu.
W przypadku tradycyjnego projektowania zmiany architektury pociągające za sobą zmiany bilansu powietrza wentylacyjnego wymuszają na projektancie przepisanie już raz założonych wydajności – często powoduje to przypadkowe błędy i w efekcie frustrację związaną z niezamierzonym, niezrównoważonym bilansem i stratą cennego czasu na szukanie przeoczenia. Jeśli projekt wykonano w programie ArCADia BIM, w momencie zmiany bilansu wartości zostają zaktualizowane do nowych, poprawnych wartości. Podobnie jeśli zmieni się liczba nawiewników czy wywiewników w pomieszczeniu – program ilość powietrza wentylacyjnego dzieli proporcjonalnie między poszczególne elementy i dostosowuje do nowego układu. Oczywiście użytkownik może również wprowadzać własne wartości projektowanej ilości powietrza wentylacyjnego.
Rys. 7. Właściwości obiektów programu ArCADia BIM na przykładzie rur wentylacyjnych
Modelowanie przebiegu instalacji
Rysowanie sieci przewodów w programie ArCADia BIM jest intuicyjne i porównywalne do rysowania polilinii (linii łamanych) w programach CAD. Użytkownik wybiera wymiar przewodów spośród kanałów okrągłych, prostokątnych i owalnych, a następnie wskazuje na rzucie kolejne punkty przebiegu instalacji. Łuki, kolana, trójniki i czwórniki generowane są automatycznie, instalację można przesuwać bez rozłączania lub zmieniać wysokość grupy elementów. Dodatkowo w oknie wstawiania kanałów, po wpisaniu wartości przepływu powietrza, projektant ma podgląd na prędkość przepływu w wybranym kanale i ma możliwość wprowadzania na bieżąco korekt wielkości kanałów. Jest to o tyle istotne, że często późniejsza konieczność zmiany wielkości kanału może wymuszać zmianę trasy narysowanej już instalacji (np. szerszy kanał nie zmieści się już w korytarzu lub między podciągami). Kształtki wentylacyjne można definiować dowolnie z dostępnych obiektów (lub dodać własne) i przyłączać do instalacji w wybranym miejscu. Wstawiony obiekt użytkownik dowolnie obraca w przestrzeni 3D.
Sprawdź:
W czasie wyznaczania tras kanałów można wstawiać odpowiednią armaturę regulacyjną, dodatkowe urządzenia do obróbki powietrza, elementy tłumiące itp. Rysowanie instalacji z widokiem 3D i rzeczywistym kształtem oraz wielkością elementów może pomóc uniknąć poważnych (i trudnych do usunięcia na późniejszym etapie) błędów. Dobrym przykładem niech będzie zaprojektowanie małego łuku zbyt blisko klapy przeciwpożarowej o dużej przegrodzie. W konfiguracji jak na rysunku (rys. 9), klapa nie ma możliwości spełnić swojego zadania i zamknąć się w trakcie pożaru. Bardzo prawdopodobne, że rysując w 2D, projektant nie zauważyłby takiego szczegółu.
Izolowanie instalacji
Na kanałach wentylacyjnych można zastosować izolację cieplną. Użytkownik sam definiuje grubość i materiał, z jakiego ma ona zostać wykonana. Na rysunku 2D i widoku 3D kanał zostanie pogrubiony o zadaną wartość.
W przypadku przewodów ogrzewania powietrznego (ułożonych w części nieogrzewanej budynku) ustawodawca w warunkach technicznych [2] wymaga zastosowania izolacji o minimalnej grubości 80 mm ( λ = 0,035 W/(m K)). Powoduje to powiększenie wymiarów zewnętrznych kanału aż o 16 cm, co przy niewielkim zapasie dostępnego miejsca na instalację wentylacyjną może skutkować problemem z odpowiednią lokalizacją. Projektując instalację w modelu BIM 3D, użytkownik ma dokładny obraz odległości zaizolowanego kanału od ścian czy innych instalacji.
Rys. 8. Instalacja wentylacji mechanicznej zamodelowana w programie ArCADia BIM i dopasowana do zaprojektowanego układu sufitów podwieszanych
Kolizje
Projektowanie w modelu 3D bardzo ułatwia koordynację międzybranżową i rozwiązywanie wszelkich kolizji występujących w budynkach. Aby odnaleźć ewentualne kolizje w przypadku programu ArCADia BIM, należy wywołać polecenie Definiuj kolizje i określić kolizji, jakich elementów poszukujemy – możemy wybrać np. kolizje instalacji wentylacyjnej z całym modelem oraz tylko z instalacją kanalizacyjną. Jeśli takie elementy występują, program zaznaczy je na rysunku i widoku 3D.
W przypadku nowoczesnych budynków wielorodzinnych czy biurowych częstym problemem jest prawidłowe skoordynowanie instalacji w garażach podziemnych. Spotykają się tam zazwyczaj główne rozprowadzenia instalacji c.o., c.w.u., zbiorcze przewody kanalizacji sanitarnej i deszczowej, wentylacja oraz instalacje elektryczne. Wysokość kondygnacji nie jest duża i zachowanie minimalnej, wynoszącej 2 m, wymaganej wysokości w świetle konstrukcji do spodu urządzeń instalacyjnych [2], bardzo często obliguje projektantów do dużej elastyczności. Owszem, projektując instalację wentylacyjną można śledzić profil instalacji kanalizacyjnej i obliczać miejsca, gdzie prawdopodobnie udałoby się wyminąć jej elementy, lecz jest to praca żmudna i obarczona ryzykiem dużego błędu. Wystarczy wyobrazić sobie, że projektant instalacji kanalizacyjnej się pomylił, wpisując rzędne na rysunek profilu. Błąd ten będzie również rzutował na instalację wentylacyjną.
W przypadku modelu BIM nie ma miejsca na domysły. Użytkownik wstawia kanał na ustalonej rzędnej wysokościowej i od razu jest w stanie stwierdzić, czy mieści się on w założeniach i mija ciąg kanalizacyjny czy też nie.
Rys. 10. Prawidłowo skoordynowane instalacje sanitarne w garażu podziemnym zaprojektowane w programie ArCADia BIM
Przekroje
Podobnie skomplikowana jest sytuacja w obiektach technologicznych, gdzie kanały wentylacyjne często muszą się zmieścić między kratownicami i wyposażeniem technologicznym, żeby jak najlepiej spełniały swoją funkcję, a jednocześnie jak najmniej przeszkadzały w pracy zakładu. Biegły projektant na podstawie rzutów i kilku przekrojów jest w stanie dopasować instalację, jednak gdy tych informacji rysunkowych jest mało, model BIM okazuje się niezastąpiony. Poza wspomnianym bieżącym widokiem 3D projektant ma możliwość wykonania w dowolnym miejscu przekroju przez model budynku. Oprócz architektury na rysunku przekroju widoczne będą wszystkie zaprojektowane już instalacje. Po zwymiarowaniu i naniesieniu numeracji elementów wentylacyjnych taki rysunek, wraz z rzutem, można przekazać bezpośrednio wykonawcy – na pewno ułatwi on prawidłowy montaż bez konieczności zadawania dodatkowych pytań projektantowi. Oprócz architektury, na rysunku przekroju widoczne będą wszystkie zaprojektowane już instalacje. Po zwymiarowaniu i naniesieniu numeracji elementów wentylacyjnych, taki rysunek, wraz z rzutem, można przekazać bezpośrednio wykonawcy – na pewno ułatwi on prawidłowy montaż, bez konieczności zadawania dodatkowych pytań projektantowi.
Rys. 11. Przekrój budynku wraz z instalacją wentylacyjną, wygenerowany automatycznie w ArCADia BIM
Otworowanie
Na etapie tworzenia dokumentacji wykonawczej bardzo istotna jest komunikacja między instalatorem a konstruktorem, z powodu m.in. konieczności zaprojektowania przejść kanałów wentylacyjnych przez stropy i przegrody o znaczeniu konstrukcyjnym. Jeśli te elementy nie zostaną prawidłowo zamodelowane, może się okazać, że przy wykonaniu otworu dla wentylacji (szczególnie o dużych gabarytach) konieczne będzie wycinanie zaprojektowanego wcześniej zbrojenia i tym samym niebezpieczne osłabianie konstrukcji całego budynku. Korzystając z programu ArCADia BIM, możemy dokładnie wrysować zakładany otwór, określić jego wymiary i przekazać wyraźne i jednoznaczne wytyczne do konstruktora.
Sprawdzenie instalacji i obliczenia
Po narysowaniu instalacji w programie ArCADia BIM istnieje możliwość wykonania sprawdzenia poprawności jej wykonania pod względem połączeń wszystkich obiektów znajdujących się w projekcie i ciągłości instalacji. Jeśli instalacja pod względem budowy została wykonana poprawnie, przeprowadzane są obliczenia. W programie wykonywane są obliczenia hydrauliczne i akustyczne, dla każdego systemu oddzielnie, z wyszczególnieniem wszystkich ścieżek przepływu. Użytkownik otrzymuje informacje o sumie strat liniowych i miejscowych ciśnienia na danym odcinku, całkowitej stracie ciśnienia dla całej instalacji oraz mocy akustycznej przekazywanej do pomieszczenia od centrali wentylacyjnej/wentylatora do wybranego nawiewnika/wywiewnika. Na tym etapie projektant ma możliwość korekty przyjętych wielkości kanałów, a zastosowanie zmian powoduje ich automatyczne przeniesienie do części rysunkowej oraz ponowne przeliczenie instalacji. Z poziomu obliczeń można również szybko odszukać sprawdzany fragment instalacji.
Rys. 12. Wyniki obliczeń hydraulicznych instalacji wentylacyjnej w ArCADia BIM
Raporty
Obliczenia i wyniki dla wybranej ścieżki instalacji można wygenerować w formie raportu w formacie RTF. Raport taki zawiera:
- zestawienie wszystkich systemów budynku z parametrami obliczeniowymi, wskazaniem gałęzi krytycznej, wartością całkowitego spadku ciśnienia i sumarycznym przepływem powietrza w instalacji;
- zestawienie strat ciśnienia dla wskazanej gałęzi;
- zestawienie elementów nawiewnych i wywiewnych wraz z nazwą, typem, założonym przepływem i stratą ciśnienia;
- zestawienie urządzeń elektrycznych wraz z nazwą, przepływem powietrza, wymaganą mocą elektryczną, napięciem i wartością pobieranego prądu;
- bilans powietrza wentylacyjnego wraz z numerem pomieszczenia, nazwą, kubaturą, rzeczywistą krotnością wymian, strumieniem powietrza nawiewanego/wywiewanego i wykorzystywanym systemem nawiewno-wywiewnym;
- obliczenia akustyczne.
Po stwierdzeniu poprawności wykonania projektu instalacji wentylacyjnej użytkownik ma możliwość wygenerowania wykazu elementów (w formie legendy) i zestawienia materiałów z możliwością eksportu do programu kosztorysowego.
Opisy
W programie ArCADia BIM do każdego obiektu na rysunku, można także dodać na rzucie opis i wykorzystać go na kilka sposobów. Oczywiście podstawowa funkcja to wpisanie w nim własnych uwag dotyczących elementu, inna – pokazanie na rysunku konkretnych danych zawartych we właściwościach obiektu. W funkcji tej program pozwala również załączyć zewnętrzne pliki, np. kartę katalogową, instrukcję montażu i obsługi lub wymagane atesty.
W każdej chwili, kiedy dokumenty te będą potrzebne (na etapie projektu, wykonania czy eksploatacji), wystarczy odnaleźć w modelu obiekt i otworzyć dokumenty bezpośrednio z funkcji Opis, bez przeszukiwania wielu folderów i podobnych do siebie plików. Ostatnia możliwość to załączenie w opisie aktywnego hiperłącza – możemy się odnieść bezpośrednio do strony producenta lub do grupy plików, np. zdjęć z montażu elementu, zlokalizowanych na dysku „w chmurze”. Jeśli zdjęcia aktualizowane będą na bieżąco, projektant sprawujący nadzór autorski lub kierownik budowy może śledzić prawidłowość i postęp prac. Przykłady wykorzystywania możliwości BIM dla projektowania wentylacji można mnożyć.
Żeby jednak zauważyć zalety projektowania z wykorzystaniem BIM, należy przede wszystkim zmienić optykę patrzenia na projekt i obiekt budowlany – już nie tylko jako na zbiór rysunków, lecz jako współtworzony model informacyjny. Model, którego instalacja wentylacyjna jest istotnym elementem, i projektowanie jej w oderwaniu od całości budynku jest stratą możliwości, jakie BIM ze sobą niesie.
Bibliografia
- D. Kasznia, J. Magiera, P Wierzowiecki, BIM w praktyce – standardy, wdrożenie, case study, Wydawnictwo Naukowe PWN, 2017.
- Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (Dz.U. z 2002 r. Nr 75, poz. 690 z późn. zm.).
Magdalena Nowicka
ArCADiasoft
