Arena Brno – BIM v návrhu multifunkční haly

Projektovou dokumentaci multifunkční haly pro Brno zpracovalo sdružení společností Arch.Design, s.r.o., a A PLUS a.s. Oficiální název stavby je Multifunkční sportovní a kulturní pavilon. Objednatelem projektové dokumentace bylo statutární město Brno. Hlavními architekty jsou prof. Ing. Karel Tuza, CSc., Ing. arch. Petr Uhlíř a Ing. arch. Petra Soudková z firmy A PLUS a.s. Nejdříve byla zpracována studie, na ni navázala dokumentace pro společné povolení a následně byla zpracována dokumentace pro provádění stavby.

Koncept stavby spočívá ve vytvoření moderní multifunkční haly, která bude sloužit pro sportovní, kulturní a konferenční akce. Počet diváků je různý v závislosti na typu akce nebo druhu sportu. Maximální kapacita u nejběžnějších akcí, jako je utkání v ledním hokeji nebo koncert, přesahuje 12 000 diváků.

V souvislosti se stavbou multifunkční haly se předpokládá rozsáhlá změna území v jejím bezprostředním i navazujícím okolí. Na těchto okolních stavbách pracovaly další projektové kanceláře. Tyto stavby zahrnují technickou a dopravní infrastrukturu pro halu, úpravu části velkého městského okruhu, novou smyčku tramvajové trati, lanovku z Pisárek do univerzitního kampusu v Bohunicích a několik dalších akcí.

Architektonické řešení

Stavba je umístěna v západní části areálu brněnského výstaviště a sousedí s jeho dominantou, pavilonem Z. Má dvě podzemní a šest nadzemních podlaží. Výška haly byla zadáním omezena, aby objekt nekonkuroval pavilonu Z, a je 30 m nad okolním terénem. Půdorys objektu má tvar oválu vycházejícího ze tvaru hokejového hřiště, které se „zrcadlí“ ve střešní konstrukci.

Výrazný prvek fasády tvoří plechové lamely – markýzy, které fungují jako slunolamy. V blízkosti objektu chrání návštěvníky před deštěm a je v nich zabudováno osvětlení parteru okolo haly. Nad hlavními vstupy ze západu a východu jsou lamely ve dvou patrech přerušeny a je tam prosklená fasáda, která osvětluje převýšenou vstupní halu. Markýzy jsou opláštěny nerezovým plechem a na okrajích a rovněž u parapetů oken jsou opatřeny svítidly, umožňujícími barevné efekty. Zbývající části fasády jsou navrženy jako polostrukturální fasáda. Na střeše se výrazně projevují designově kryté ventilátory pro odvod tepla a kouře. Obvod střechy tvoří plechy, kryjící horní technická podlaží.

V interiéru jsou přiznané železobetonové stropy a průvlaky, svislé stěny jsou v prostorech pro veřejnost tvořeny režným zdivem. Podlahy ve veřejných místech jsou navrženy jako těžké plovoucí, z leštěného betonu. Tribuny jsou betonové, zábradlí v hledištích a ve veřejných pasážích skleněná.

Záměrem bylo vytvořit v okolí haly takový prostor, který bude žít nejen před sportovně kulturními akcemi, ale i mimo ně. K parteru se hala obrací celoprosklenými vstupy a výkladci prostor určených k pronájmu (restaurace, obchody, služby, fanshop apod.), které však mohou být přístupné i z interiéru. Na fasádě haly je navržena velkoplošná LED obrazovka pro informační a reklamní účely. Zpevněná plocha kolem haly je navržena z kartáčovaného betonu.

Dispoziční a provozní řešení

Hlavní architektonickou vizí interiéru bylo vytvořit velkorysý, vzdušný a provozně přehledný interiér. Základním parametrem návrhu bylo, aby každé místo v hledišti mělo kvalitní výhled. V hale je umístěno pět diváckých tříd. Největší část diváků vstupuje do hlediště na úrovni 1.NP. Dva hlavní vstupní prostory jsou převýšené přes tři podlaží. Motiv převýšených prostor a lávek se opakuje po celém obvodu vstupního patra a přináší i do vyšších pater pocit vzdušného prostoru a usnadňuje orientaci. Občerstvení a hlavní hygienická zařízení pro návštěvníky jsou důsledně odděleny situováním na dvou rozdílných podlažích. Diváci základní třídy se k těmto zařízením dostanou přímými schodišti z úrovně 1.NP.

Ve 3.NP se nachází klubová zóna s klubovým hledištěm a barovým sezením po obvodu. Na patře je uvažováno s prostory pro občerstvení, se salónky a s hygienickým zázemím. Součást prostor tvoří také kanceláře pro provozovatele haly. Čtvrté NP je určeno pro skyboxy. Každý má samostatné hygienické zázemí, kuchyňku a sezení s přístupem do dvou řad hlediště. Na patře je prostor pro restauraci, salonky a další kancelářské prostory. Páté NP je vstupem do nejvyšší části hlediště. Návštěvníci tam mají samostatná občerstvení a hygienická zařízení. Po obvodu podlaží jsou rozmístěny technické prostory, určené zejména pro zařízení vzduchotechniky a chlazení. Nejvyšší 6.NP je technické, určené pro kameramany, tisk a vstup do střešní konstrukce. Ve střešním prostoru jsou tři ovály pochozích obslužných lávek, mezi kterými jsou pohyblivé lávky pro zavěšení světel, kulis apod.

Hala je navržena s důrazem na její multifunkčnost, umožňující nejen konání různých sportovních a kulturních akcí, ale také jejich rychlé střídání. Z tohoto důvodu jsou na úrovni hrací plochy navrženy stahovatelné (teleskopické) tribuny, umožňující variabilní uspořádání hrací plochy, umístění jeviště a hlediště.

Vjezd do objektu je tvořen rampou do zásobovacího prostoru a rampami do dvou pater podzemních garáží pro 150 automobilů. Manipulační prostor v 1.PP umožňuje vykládku více kamionů současně. V nejspodnějším podlaží se dále nacházejí šatny hráčů, účinkujících a pořadatelů i hlavní technické zázemí haly.

Konstrukční a materiálové řešení

Objekt je založen na pilotách podporujících železobetonovou monolitickou konstrukci spodní stavby, která bude provedena jako tzv. „bílá vana,“ tj. z vodonepropustného betonu. Nosná konstrukce budovy je navržena jako kombinace z převážné většiny prefabrikovaného železobetonového rámového sloupového skeletu, doplněného o monolitické sloupové a stěnové ztužující prvky. Většina schodišťových ramen je uvažována jako prefabrikovaná. Prefabrikované prvky budou ve většině případů ponechány jako pohledové.

Nosná střešní konstrukce je uvažována jako ocelová. Dvě krajní části střešní konstrukce ve tvaru poloviny kulového vrchlíku sestávají z radiálních vzpínadlových vazníků, které se setkávají na středové příhradové konstrukci ve tvaru poloviny válce. Válcová část střešní konstrukce je tvořena obloukovými předpjatými vzpínadlovými vazníky, vzájemně propojenými portálovými vaznicemi. Střešní plášť je navržen jako lehký skládaný, vnější pohledová část je tvořena hydroizolační fólií.

Většina zděných stěn v objektu je provedena z lehkého keramobetonového zdiva v pohledové, režné kvalitě opatřené bezbarvým nátěrem. Zdivo je použito především pro oddělení prostor s rozdílnými funkcemi. V provozně ucelených skupinách jsou jednotlivé místnosti odděleny sádrokartonovými příčkami.

BIM – zadání, nástroje a nastavení spolupráce

Povinnost zpracovat projektovou dokumentaci v BIM byla součástí zadání návrhu stavby. U takto rozsáhlého objektu je zpracování návrhu ve 3D samozřejmostí. Zadání bylo ze strany projektanta dále rozvinuto v plánu realizace BIM (BEP – BIM Execution Plan). Tento dokument definuje mj. cíle BIM návrhu, odpovědnosti jednotlivých účastníků pracovního týmu, použité nástroje a vzájemnou spolupráci. Hlavní cíle BIM návrhu byly: kvalitnější návrh, přesnější prostorové koordinace, prezentace stavby, kontrola výkazu výměr a budoucí využití informačního modelu při provádění stavby i následném provozu budovy. Ve všem uvedeném je přínos informačního modelu stavby oproti tradiční 2D dokumentaci nesporný.

Pro co nejefektivnější spolupráci jsme se rozhodli řešit návrh stavby v co největší míře na jedné softwarové platformě. V tomto případě bylo zvoleno řešení společnosti Autodesk. Primárním projektovým nástrojem byl Autodesk Revit 2020. V menší míře byly pro dílčí oblasti návrhu použity jiné nástroje. Spolupráce pak probíhala prostřednictvím výměnného BIM formátu IFC. Části dokumentace, které by bylo obtížné získat přímo z BIM, byly zpracovány jako 2D výkresy v softwaru AutoCAD. Jednalo se např. o detaily, schémata, situační výkresy, požárněbezpečnostní a dopravní řešení apod.

Zásady modelování – podrobnost, dělení
Již v zadání musí být dobře nastavena úroveň podrobnosti modelů. Pro každou úroveň projektové dokumentace musí podrobnost odpovídat požadavkům na způsob zobrazení podle platných právních předpisů. Z hlediska značení detailu odpovídal finální informační model minimálně LOD 300, ale v některých důležitých částech byl i podrobnější. Přehnaný stupeň podrobnosti už by práci s modelem výrazně zpomaloval a efektivita práce by šla strmě dolů. Úroveň informací použitých k definici prvků modelu musí být odpovídající danému stupni dokumentace. Každý prvek je pak identifikovatelný svým názvem, rozměry, materiálem a dalšími parametry, které ho v modelu definují co nejpřesněji.

Model objektu byl rozdělen do několika modelů dílčích. Důvodem byly rozdílné projektové šablony jednotlivých projektantů, nutnost oddělit odpovědnost každé profese za svůj model, ale také eliminace zpomalení práce s příliš velkými modely. Informační stavební modely byly členěny na logické celky, jako byl např. hlavní model, model fasády nebo model vnitřního vybavení. Konstrukční modely obsahovaly zvlášť betonové a ocelové konstrukce, modely technického zařízení budov byly také rozděleny podle jednotlivých profesí.

Všechny modely měly sjednocenou polohu objektu, podlaží i osového systému. Prvky určité kategorie byly modelovány stejným způsobem pro správné vykazování všech prvků. Vzhledem k tomu, že se jednalo o veřejnou zakázku, nemohly prvky v modelech obsahovat informace konkrétních výrobců. Toho lze docílit nejlépe vytvořením vlastních neutrálních bloků. Při tvorbě modelů byly zajištěny postupy, které vylučovaly tvorbu duplicitních prvků ve více modelech. Pokud jsou např. zařizovací předměty obsaženy současně v modelu projektanta pozemních staveb i v modelu projektanta technického zařízení budov, je obtížné v danou chvíli sjednotit polohy, tvary a počty těchto prvků ve všech modelech. V rozpracované projektové dokumentaci pak není jasné, který model je platný, a to i přes určité možnosti sdílení polohy prvků v různých modelech.

Způsob spolupráce – výměna dat
Pro vzájemnou spolupráci mezi všemi účastníky projektového procesu musí být modely sdruženy na jednom úložišti (tzv. jeden zdroj pravdy) s možností sdílení práce. Všichni členové týmu tak mají v každém okamžiku přístup k aktuálním souborům a spolupracují na stejném modelu v reálném čase. Vylučuje se tím možnost práce na neaktuální verzi souboru. V rámci stavební části byly navíc práce děleny mezi dvě spolupracující projektové kanceláře, Arch.Design, s.r.o., a A PLUS a.s., podle přidělených částí stavby. Týmy obou kanceláří tak pracovaly ve stejném modelu, ale na rozdílných podlažích.

Betonové konstrukce tvořily součást stavebního informačního modelu. Důvodem bylo hostování dalších prvků na tyto konstrukce nebo správné napojování na okolní prvky v modelu. Prvotní model betonových konstrukcí od stavbařů sloužil současně jako podklad pro projektanta statiky, který z něj vytvářel svůj vlastní a přesnější model. Následně byl finální model statika podložen jako platná verze betonových konstrukcí a betonové konstrukce ve stavebním modelu byly při tisku nebo exportech odfiltrovány.

Modely pro stavebníka byly předávány v neutrálním BIM formátu IFC, který umožňuje otevření informačního modelu v mnoha různých softwarech a prohlížečích. Některé z těchto nástrojů jsou zdarma, lze je použít i na mobilních telefonech, takže model může prohlížet opravdu kdokoli. Není však už možná jeho přímá editace. K tomu je opět zapotřebí ideálně původní software projektanta, protože konkurenční BIM programy se vzájemně ve způsobech modelace určitých prvků odlišují.

Koordinace – způsob řešení kolizí
Koordinace všech konstrukcí a prvků jsou jednou ze zásadních výhod modelování ve 3D. Ze všech modelů byl vytvořen koordinační informační model rozlišený podle jednotlivých profesí. Kolize byly hledány strojově i vizuálně. Koordinační tým zjištěné kolize odesílal na jednotlivé projektové týmy k přepracování jejich částí. Byla nastavena hierarchie přednosti profesí, minimální tolerance a výjimky, které se za kolize neuvažovaly. Příkladem může být připojovací potrubí, které je vedeno ve zdivu apod. To samozřejmě kolize není, přestože ji takto software vyhledá.

Koordinace zahrnovaly také umístění prostupů konstrukcemi od dohodnuté velikosti potrubí. Prostorové koordinace rozvodů byly časově jednou z nejnáročnějších činností na informačním modelu návrhu stavby.

Automatizace – další výhoda BIM
Tvorba návrhu v BIM přináší kromě propracovanějšího návrhu také zefektivnění procesů. Některé opakující se projektové činnosti lze v současnosti díky vhodným postupům a nástavbám částečně zautomatizovat. Může to být třeba tvorba rámečků výkresů podle daného seznamu dokumentace. Informace prvkům lze také zadávat hromadně podle určitých klíčů nebo importovat z externích tabulkových dat. Zautomatizovat lze i samotné modelování prvků. Na návrhu byla použita například automatizovaná tvorba podlah v místnostech, které měly v tomto objektu často velmi složité tvary. Hledání prostupů v modelu bylo také prováděno automaticky podle stanovených zásad.

Součástí dokumentace byla tzv. kniha místností, která byla objednatelem požadována. Jedná se o dokumentaci, která obsahuje na každém výkresu pouze jedinou místnost v budově s důležitými údaji. Takových místností bylo v tomto případě téměř 600, jednalo se tedy o stejný počet výkresů. Tvorba takového objemu dokumentace byla s výhodou automatizována. Výkresy byly podle zadaných pravidel vytvořeny automaticky a po drobných korekcích je bylo možné exportovat. Jen samotné exporty do formátů PDF a DWG trvaly několik hodin. Bylo sice nutné provést následnou kontrolu, ale úspora času byla i tak velká.

Zkušenosti z navrhování stavby v BIM

Práce v prostředí BIM v rámci jedné společnosti je dnes samozřejmá, u rozsáhlých staveb pak nutná. Dílčí problémy nastávají při sdílení informačního modelu všemi profesemi, které se na návrhu podílejí. K tomu jsou nutné vhodné technické prostředky – jak softwarové, tak hardwarové. Schopnost tyto prostředky správně využívat je však u jednotlivých profesí různá a přináší časté obtíže.

Sdílení modelu umožnilo rozdělit i práci na samotné stavební část mezi dvě různé společnosti. BIM byl s výhodou využit rovněž při zpracování některých částí výkazu výměr. Vzhledem k tomu, že projektová dokumentace využívající BIM vnikala v období pandemie, byla část jednání vedena formou videokonferencí. Přestože se tím řada problémů dala řešit, opět se potvrdilo, že osobní setkání je pro komunikaci a řešení technických problémů efektivnější.

Od studie po vydání dokumentace pro provádění stavby uběhlo 21 měsíců, společné povolení bylo vydáno v čase o tři měsíce kratším. Dokumentace pro provádění stavby vznikala během šesti měsíců. Uvedené délky zpracování by bez uplatnění metody BIM nebyly možné.