Digitalizace při novostavbě železniční stanice Praha – letiště Václava Havla

Popis projektu

Předmětem řešeného projektu je, kromě samotné železniční stanice, návrh hloubených dvoukolejných tunelů délky cca 550 m včetně doprovodných stavebních objektů a provozních souborů. Tato stavební akce byla stavebníkem – Správou železnic, státní organizace (dále Správa železnic nebo SŽ) – zadána v režimu BIM (Building Information Modelling) jako další z pilotních projektů posouvajících digitalizaci stavebního odvětví.

Mezi určené cíle metody BIM prostřednictvím Požadavků na výměnu informací (EIR – Exchange Information Requirements) Správou železnic patřily:

• aplikace CDE (společné datové prostředí – Common Data Environment) pro ukládání kompletní dokumentace v jednom datovém prostředí a zároveň pro řízení procesů včetně doprovodné komunikace;
• tvorba digitálního modelu stavby (DiMS) stávajícího a nového stavu včetně datové náplně v podobě negrafických informací (klasifikace CCI, datový standard) ke stupňům dokumentace pro stavební povolení a provedení stavby;
• koordinace dílčích DiMS (členěných podle profesních celků) v rámci stávajícího a nového stavu, zahrnující detekci kolizí;
• simulace časového harmonogramu prostřednictvím DiMS;
• generování výměr z DiMS pro klíčové položky soupisu stavebních prací, dodávek a služeb včetně propojení s vybranou cenovou soustavou;
• využití technologie virtuální reality zejména ke zlepšení představy o zasazení předmětné stavební akce do komplexu Letiště Praha, a.s., a zároveň možnosti „procházení“ železniční stanice.

Urbanistické, architektonické a stavební řešení

Řešená železniční stanice je v intravilánu letiště umístěna pod Aviatickou ulicí v navržené variantě jako hloubená, s ostrovním nástupištěm šířky 11,64 m a délky přibližně 225 m. Výstupy ze stanice jsou umístěny na západě k letištnímu Terminálu 2 a na východě k Terminálu 1. Do budoucna je uvažováno s napojením na plánovanou dostavbu letištního Terminálu 2. Stanice má šest podzemních úrovní a jednu nadzemní úroveň (výstup z podzemních vestibulů).

Největší dominantou této železniční stanice je velkorysý halový prostor nástupiště, který byl oproti tradičním železničním stavbám maximálně zjednodušen. Výsledné řešení pomáhá v orientaci a pohybu cestujících ve stanici. Při pohledu z obou vestibulů je díky uspořádání vnitřního prostoru možné přehlédnout celou stanici.

Stropní konstrukce je pojata jako světelný podhled tvořený velkoformátovými svítidly umístěnými v trojúhelníkovém rastru. Celý prostor tak bude kompletně prosvětlen. Prostory za kolejištěm jsou obloženy hliníkovými lamelovými obklady, které kromě estetické funkce plní také funkci akustickou. Dlažba na nástupišti a v přilehlých vestibulech je betonová, velkoformátová. Celý vnitřní prostor pak doplňují střízlivě navržené prvky vnitřního inventáře (informační systémy, lavičky apod.).

Celá stanice bude založena plošně na základové desce v tloušťce 800 mm, resp. 600 mm pod technickými prostory. Svislé konstrukce jsou železobetonové stěnové, doplněné ve vnitřním prostoru sloupy. Hlavní obvodové stěny jsou navrženy v tloušťce 800 mm. Stropní konstrukce nad nástupištěm o světlosti 21,4 m je zastropena železobetonovým trámovým stropem, trámy jsou tvaru obráceného T, výšky 1,8 m. Hydroizolační systém je tvořen asfaltovými modifikovanými pásy, které jsou doplněny bentonitovými rohožemi. Povrchové výstupní objekty z vestibulů jsou ocelové, opláštěné systémovým zasklením se zelenou střechou.

Na severovýchodní straně na stanici navazuje dvoukolejný, hloubený tunel. Portál tohoto tunelu včetně navazujících opěrných zdí je umístěn mezi ulicemi Aviatická a K Letišti v severovýchodní části Letiště Václava Havla Praha. Dvoukolejný tunel bude realizován v otevřené stavební jámě stejně jako vlastní stanice. Je tam navržen jednolodní monolitický rám s deskovou stropní konstrukcí s náběhy. Základová deska a stěny jsou navrženy v tloušťce 800 mm, stropní deska pak vlivem náběhů v tloušťce 900–1 200 mm. Opěrné zdi v okolí portálů jsou navrženy jako železobetonové úhlové, plošně založené. Maximální výška zdi od základové spáry po její korunu je 9,19 m. Součást opěrné zdi tvoří požární nádrž, která je do zdi zakomponována a je schopna pojmout 72 m³ vody.

Délka navrženého kolejového úseku v rámci projektu je 519 m, z toho 91 m v zářezu mezi zdmi a 428 m v hloubené části. Z konstrukčních důvodů je v hloubených částech navržena pevná jízdní dráha tvořená pružně uloženými kolejovými deskami. Trolejové vedení je pak v návrhu systémem pevné troleje s trolejovým drátem.

Součástí projektu je také řešení parteru v Aviatické ulici. Stávající doprava tam bude odkloněna a nad vlastní stanicí vznikne plocha primárně určená pro pěší.

Digitalizace

Společné datové prostředí
Základním „stavebním kamenem“ celého projektu bylo společné datové prostředí (CDE, Common Data Environment), které zajistil a spravoval zhotovitel projektu ­METROPROJEKT Praha a.s.

CDE se aplikovalo ve dvou provázaných modulech. První modul byl určen pro obě „strany“ jako datové úložiště. Týmu zhotovitele sloužil pro standardní každodenní činnosti, zejména pro sdílení dat spojených s tvorbou projektové dokumentace či digitálního modelu stavby. Stavebníkova aktivita v rámci tohoto modulu byla výrazně nižší. Vstupoval do něj primárně v milnících projektu, kdy mu zhotovitel předal projektovou dokumentaci ve stanovené adresářové struktuře ke schválení a případným připomínkám.

Následný schvalovací a připomínkový proces odevzdaných dokumentů byl poté součástí druhého modulu, který prostřednictvím CDE stavebník aktivně používal. Vzhledem k rozsáhlé organizační struktuře a specifické interní legislativě Správy železnic (SŽ) byl způsob nastavení a řízení vybraných procesů v rámci CDE pro zhotovitele značnou výzvou. Na základě znalosti zvoleného systému CDE a požadavků stavebníka nejprve zhotovitel sestavil pracovní postup (workflow) s několika schvalovacími úrovněmi včetně přiřazení rolí jednotlivým účastníkům podle tzv. matice odpověd­nosti1. Nutno podotknout, že součástí daného workflow bylo v různých rolích přes sto uživatelů stavebníka. Následně zhotovitel vytvořil připomínkový formulář, kde zohlednil připravené workflow a potřebu co nejvyšší možné míry automatizace vyplňování požadovaných informací (např. identifikace odbornosti a příslušného garanta podle polohy připomínkovaného souboru v adresářové struktuře). Při samotné aplikaci formuláře na konkrétním místě dokumentu (např. výkresu) či DiMS vznikl záznam, který následně umožnil jednotlivé informace třídit podle různých kritérií (např. odborné profese, příslušného stavebního objektu). Poté, co vytvořené záznamy prošly schvalovacím „kolečkem“ u SŽ, byly předány prostřednictvím hlavního inženýra stavby2 zhotoviteli v CDE. Zhotovitel postupně reagoval na jednotlivé záznamy a vracel SŽ jejich vypořádání v balíčcích podle profesí. CDE zároveň přinášelo statistický přehled vedoucím projektu o aktuálním stavu schválených a rozpracovaných připomínek na obou stranách.

Digitální model stavby
Prvním úkolem projektového týmu zhotovitele před započetím tvorby digitálního modelu stavby a jeho dílčích částí bylo určit způsob spolupráce a předávání dat tak, aby byla dostatečně efektivní a komfortní pro všechny účastněné bez ohledu na používané projektové nástroje.

Projekt Novostavba železniční stanice Praha – letiště Václava Havla s ohledem na svou velikost a profesní záběr zapříčinil široké zapojení specialistů s různorodými softwarovými řešeními a jejich nástavbami. Například vlastní železniční stanice a větší část technologií byla tvořena programy z „rodiny“ Autodesk. Zbylá část profesí (např. elektroinstalace, trakční vedení) a železniční spodek a vršek byly projektovány naopak v rámci balíčku Bentley produktů. Zhotovitel se musel také vypořádat s požadavkem stavebníka na předání digitálního modelu stavby a jeho částí jak v proprietárním, tak IFC datovém formátu. Zároveň mu výstupy v IFC formátu umožnily koordinovat a kontrolovat projekt napříč použitými softwarovými řešeními.

Železniční stanice a návazné tunelové stavby se nacházejí pod Aviatickou ulicí, která je po obou stranách lemována zástavbou. Z tohoto důvodu byl SŽ požadován DiMS (digitální model stavby) stávajícího stavu se zaměřením na hloubení stavební jámy včetně základových konstrukcí okolní zástavby, přilehlého terénu a dotčených opěrných zdí. V rámci tvorby DiMS nového stavu byly modelovány stavební objekty a technologické provozní soubory podle svého profesního zaměření do dílčích DiMS. Například DiMS kolejového svršku a spodku byl složen ze tří stavebních objektů. Při tvorbě vybraných dílčích DiMS měl zhotovitel snahu o její maximálně možnou automatizaci. Typicky se jednalo o výsledky geologických sond či dendrologického průzkumu, které byly zpracovány ve formě samostatných dat v tabulkovém procesoru. Tato negrafická data byla následně prostřednictvím naprogramovaného skriptu importována do projektového programu včetně jejich automatizovaně sestavené grafické podoby.

Samotné požadavky stavebníka na modelované konstrukce a technologie (tzv. elementy) byly určeny v datových standardech3. V rámci liniových staveb (železnice a silnice) se aplikovaly předpisy uvolněné Státním fondem dopravní infrastruktury z března 2022 a pro pozemní stavby byl použit dokument sestavený Správou železnic ve vazbě na Datový standard staveb od České agentury pro standardizaci včetně klasifikace CCI4. Datové standardy doplnila geometrická podrobnost elementů v závislosti na profesi a projektovém stupni v rozmezí LOG300 a 3505. Elementy byly modelovány tak, aby bylo možné je využít k tvorbě výkresové dokumentace a generování výměr ploch, objemů apod. 

Koordinace a detekce kolizí
Vzhledem k velikosti projektu a systému práce zhotovitele byly vytvořeny dva koordinační modely. První začleňoval profese uvnitř stanice, návazné tunely a únikové objekty. Tento model byl vytvářen průběžně ze souborů v IFC formátu od jednotlivých zpracovatelů v programu Autodesk Navisworks Manage. Při vyhledávání geometrických kolizí mezi elementy byla využívána funkcionalita Clash Detection. Druhý koordinační model byl zaměřen komplexně na celý projekt. V tomto případě nebylo možné plošně aplikovat funkcionality pro automatické vyhledávání kolizí, protože v něm vznikla celá řada tzv. falešných kolizí (např. kolize mezi výkopy a zpětnými zásypy, stávajícími vrstvami vozovek a novými konstrukcemi, stávajícími a překládanými sítěmi). Tento model byl vyhodnocován primárně vizuálně a automatická detekce kolizí byla využita pouze u částí, kde byla interpretace výsledků relevantní (např. pro kotvení jámy vs. stávající základové konstrukce okolních staveb). Oba koordinační modely byly postupně aktualizovány a byly dostupné po celou dobu zpracování projektové dokumentace, kde se využívaly zejména na koordinačních poradách.

Časové plánování, rozpočet a virtuální realita
Aplikované datové standardy vyžadují do elementů zapisovat data, která specifikují jejich časové požadavky na zahájení, ukončení, etapu apod. Celá stavební akce byla vrcholově dělena na etapy, složené z časových nároků jednotlivých konstrukcí. Po domluvě se stavebníkem zanesl zhotovitel do jednotlivých elementů informaci o jeho fázi realizace či případné demolice. Elementy s informací o fázi tak bylo možné v jednotlivých DiMS „rozpohybovat“ v čase. Pro tyto potřeby byl opět použit software Navisworks Manage (funkcionalita Animation). V rámci plnění tohoto cíle zhotovitel upozorňoval, že dochází k přenosu informací od specialisty na organizaci výstavby do elementů, které tvoří projektanti, a tudíž je sporná odpovědnost za uvedené informace.

Během přípravy projektové dokumentace zhotovitel bohužel nenašel vhodný způsob automatizované tvorby harmonogramů i s ohledem na funkční limity vybraného programu v podobě přímé závislosti na způsobu modelace elementu. Pokud se element jako jeden celek objevoval v různých fázích výstavby, tak jej bylo nutné rozdělit v proprietárním softwaru a zpětně do Navisworks Manage nahrát. Testovaly se i další softwarové možnosti, kde bylo možné element rozdělit bez potřeby projektového programu, ale byla s tím opět spojena vysoká pracnost.

Provázání elementů na položky soupisu stavebních prací, dodávek a služeb včetně generování výměry bylo aplikováno na stavební části železniční stanice. Stanice byla modelována s využitím knihovny zhotovitele, kde na základě přiděleného kódu (interní systém kódování) elementu bylo možné z projektového programu vyexportovat požadované výměry s příslušným identifikátorem do tabulkového procesoru. Následně za pomoci další interní softwarové pomůcky zhotovitele došlo k na párování záznamů s položkami a k sestavení soupisu stavebních prací, dodávek a služeb pro vybraný stavební objekt. U ostatních stavebních objektů a provozních souborů používal zhotovitel exporty kubatur a ploch z projektových programů pro jednotlivé elementy, ale bez aplikace jakékoliv identifikátoru. V rámci prací na projektové dokumentaci bylo prováděno testování několika dalších softwarů pro tvorbu rozpočtu z dat získatelných pomocí DiMS. Zhotoviteli se však nepodařilo nalézt vyhovující produkt, který by dokázal efektivně řešit tuto problematiku na uvedených rozsáhlých projektech.

Virtuální realita (VR) umožnila díky modernímu hardwarovému vybavení vstupovat do DiMS ve více osobách v otevřeném prostoru a železniční stanici si tak doslova projít. Vzhledem ke klesajícím nákladům za pořízení potřebného hardwaru na virtuální realitu byl v pozdějších fázích prací na projektové dokumentaci vytvořen VR model pro techničtější prezentace k jednotlivým organizačním složkám stavebníka. Přímo ve VR modelu bylo možné vidět rozmístění informačních tabulí, detaily ukotvení jednotlivých konstrukcí, barevnost povrchů apod. Jednoznačným přínosem byla bezprostředně možná konfrontace s budoucím správcem železniční stanice a odsouhlasit nebo navrhnout úpravy ještě v projektové fázi stavební akce. Tento přínos ocenili také pro svoji rutinní práci i samotní projektanti a architekti.

Závěr

Z pohledu Správy železnic byly digitalizační cíle definované v EIR na projektu splněny. U některých témat však stavebník musel přijmout skutečnost, že stavební trh stále nemá dostatečně vyvinuté nástroje pro plnohodnotnou aplikaci. Zejména se jednalo o simulaci časového plánování a generování rozpočtu pomocí digitálního modelu stavby. Oproti tomu významným přínosem z hlediska vedení projektu bylo začlenění CDE do procesů a pracovních postupů. Jednoznačně to přispělo k efektivnějšímu řízení (schvalování a připomínkování) projektové dokumentace. Dalším benefitem pro stavebníka byla možnost „prohlížení“ projektové dokumentace, a to jak prostřednictvím DiMS v prostředí CDE, tak dostupnost virtuální reality pro řešení provozních a technických záležitostí. Aktuálně SŽ plánuje vypisovat další stavební akce v režimu BIM pro přípravu a realizaci staveb v rozsahu do desítky projektů ročně. Jejich cíle budou primárně dále směřovány na aplikaci CDE, tvorbu DiMS a propojení konečných výstupů ze stavebních akcí (po realizaci) s pasportními systémy organizace.

Z pohledu zhotovitele byla projektová dokumentace a její digitalizační cíle zadána stavebníkem velice komplexně. Nad samotným plněním cílů probíhaly po celou dobu prací vzájemné diskuse a vždy se hledalo nejoptimálnější řešení. Neoddiskutovatelným přínosem je nasazení systému CDE, ať už pro správu dokumentů, nebo pro samotné řešení připomínek k dokumentaci a k jednotlivým DiMS. Mimo CDE byla hlavním přínosem pro projektový tým možnost sdílené práce více osob na jednotlivých modelech, prostorová koordinace profesních částí a generování podkladů pro soupis prací. Mírně problematickou částí pak byla práce se zadaným datovým standardem a jeho aplikace na jednotlivé elementy. Na tomto místě je třeba uvést, že i k tomuto stavebník přistupoval aktivně a na základě zkušeností zhotovitele byly do budoucna navrženy úpravy struktury informací v jednotlivých elementech, především ohledně jejich klasifikace. I přes značné zkušenosti zhotovitele byl projekt z pohledu velikosti a komplexnosti výzvou a v rámci jeho zpracování nabyl projektový tým cenných zkušeností, které budou v budoucnu dále aplikovány.