Projektování technických zařízení budov v Informačním modelu budov (BIM)

Celý životní cyklus budov se skládá z následujících fází.
■ Návrh budovy, územní a stavební řízení, příprava realizace. Podle velikosti stavby, umístění a složitosti návrhu trvá tato fáze přibližně dva až osm let (někdy i déle) a v současně zažitém systému českého stavebnictví lze odhadovat její náklady – v poměru k nákladům na celý životní cyklus stavby – na cca 2 %. Účelem této fáze je především vytvoření takové dokumentace, podle které je možné budovu bez problémů realizovat, a ve správním řízení prokázat ochranu veřejných zájmů a bezpečnost stavby.

■ Vlastní realizace stavby vybraným dodavatelem se snahou o minimalizaci investičních nákladů podle realizační dokumentace. Stavba by měla být realizována tak, aby umožňovala následný bezpečný a bezproblémový provoz při standardním užívání a zároveň při minimalizaci provozních nákladů. Náklady na realizaci stavby se pohybují v současné době na úrovni cca 34 % celkových nákladů jejího životního cyklu.
■ Provoz budovy po dobu její (technické, ekonomické, morální) životnosti (správa a údržba) včetně nákladů na dílčí stavební úpravy, zvláště pak opravy nebo výměny jejího technického vybavení. Z hlediska nároků se odhadují náklady této fáze na 64 % celkových nákladů životního cyklu (bez nákladů na energie pro základní provoz).

BIM je zkratka anglického názvu Building Information Modeling, přeloženo do češtiny Informační model budovy, ze kterého lze získat v reálném čase veškeré potřebné informace o stavu budovy. Oproti předchozím formám informací o budově se jedná o dynamický podklad o stavu budovy, který se musí neustále aktualizovat. Informační model budovy nemá sloužit pouze pro fázi návrhu, ale i pro fázi realizační, a především pak pro fázi správy, provozu a údržby budovy. Oproti předchozímu rozložení nákladů při standardním způsobu správy dat se celkové náklady životního cyklu budovy sníží cca o 10–15 %, přičemž v jednotlivých fázích se rozloží následovně:
■ fáze navrhování – 3 %;
■ fáze realizační – 27 %;
■ správa a údržba – 70 %.

 

Základní předpoklady pro přijetí modelu BIM pro návrh, realizaci a provozování budovy je akceptování společných pravidel a pevné linie pro danou stavbu. Tato pravidla musí přijmout za své všichni účastníci výstavby, zejména pak stavebník a jeho výkonné složky.
Pravidla lze definovat obecně následujícími předpoklady:
■ důslednost udržování Informačního modelu stavby;
■ důslednost dodržování klíčových rozhodnutí;
■ spolupráce mezi jednotlivými autory vytvářejícími aktuální informační model a spolupráce mezi jednotlivými uživateli informačního modelu budovy v průběhu jejího životního cyklu.

 

V praxi se pak tato pravidla promítnou i do využívání modelu BIM, kdy se v jednotlivých fázích tvorby a využívání informačního modelu budovy pracuje v příslušných programech, optimálně odpovídajících příslušné fázi životního cyklu. V příslušné časové etapě se tyto programy pracující v BIM převedou do obecného formátu (IFC). Na něj navážou ostatní pracovníci, kteří pracují s modelem budovy v následné etapě, kdy konkrétní programy zpracovávající předchozí etapu tvorby informačního modelu jsou nevyhovující. Lze proto obecně říci, že se většinou od sebe liší programy vytvářející informační model budovy pro:
■ fázi navrhování;
■ fázi realizace stavby;
■ fázi provozování budovy.

 

Pro možnost vytvářet další etapy informačního modelu je důležitý návrat do kmenového obecného formátu. Tento obecný formát BIM konkrétní budovy se tak stává jakýmsi aktuálním průkazem a „genetickým“ vzorem pro její využívání i další práce po celou dobu jejího životního cyklu.

Rozdíl mezi standardním projektováním, které znali už i naši předkové, a projektováním pomocí vizuálního modelu BIM je ten, že při standardním projektování se prvotní myšlenka a návrh budovy z představ zpracovatele projektové dokumentace přenesl v reálném čase do dvourozměrného výstupu na výkres. S tímto výstupem se dále pracovalo a byly do něho zanášeny veškeré potřebné informace pro realizaci stavby, eventuálně pro její provozování. Nositelem informací byl papír. Takto se po stovky let prováděla výstavba budov. Zavedení digitálních technologií sice přineslo do tohoto procesu pokrok, ale myšlenka a princip projektování staveb obecně sice znamenaly v obecném pojetí projektování určitý pokrok – zvláště v rámci navrhování budov ve 3D – ale z hlediska návazného života budovy v rámci jejího životního cyklu to tak zásadní pokrok nebyl.

 

Výsledkem a nositelem myšlenek byl opět papírový výstup ve formátu PDF. Při realizaci budovy a jejím následném provozování používaný papírový dvourozměrný výstup bylo možno dále digitálně archivovat. Princip a myšlenka metody BIM však spočívá v něčem jiném, tj. v dynamickém využívání veškerých informací o budově v celém jejím životním cyklu – od fáze návrhu přes fázi realizace, provozování, modernizace v době jejího životního cyklu až po likvidaci budovy. To však vyžaduje udržování virtuálního modelu budovy neustále v aktuálním stavu pro potřeby příslušné fáze životního cyklu budovy, tak i ve zdrojovém modelu ve formátu IFC.

 

Při prvotním návrhu v procesu BIM se vytváří v počítači digitální model jakékoli stavby, ze kterého je možno pro prezentace díla vytvořit libovolné dvourozměrné papírové výstupy. Nicméně tento výstup je v současné době pouze jakousi přechodovou fází vývoje, kdy stavební úřady, vlivem určitých zavedených postupů stavebních řízení, spolupráce s dotčenými orgány, a také díky určité setrvačnosti a nedostatečné technické vybavenosti, budou na této formě lpět. Lze však očekávat, že tištěná forma bude časem zatlačována do pozadí. To platí nejen pro fázi navrhování, ale i pro fáze následující.

 

Tvorba návrhu metodou BIM má své výhody i nevýhody. Pokud se zaměříme na profese TZB, můžeme již vyčíslit náklady na zhotovení projektové dokumentace metodou BIM jak z hlediska celkových nákladů na vytvoření modelu, tak i z hlediska rozložení nákladů při zpracování vizuálního modelu budovy.

 

■ Nárůst ročních nákladů na jedno pracovní místo při práci s programem REVIT (Autodesk), který je v tvorbě profesních návrhů metodou BIM nejrozšířenější (viz tab. 1). Za předpokladu nejnižšího fondu pracovní doby měsíčně (včetně časového fondu na zákonné překážky v práci) 155 hodin se zvýší měsíční hodinový náklad na jednoho pracovníka v projektové kanceláři o 129 Kč/hod.

■ Další problém týkající se výše nákladů na vytvoření primárního modelu BIM, které vznikají ve fázi navrhování, je nepřipravenost výrobních firem předávat podklady svých výrobků ve formátu BIM, a proto si je musí projektant vytvářet sám. To stojí čas a peníze. Jistě by k řešení tohoto problému a snížení nákladů na tvorbu modelu přispěla tzv. Národní knihovna prvků ve formátu BIM pro profese TBZ, ale ta je zatím v nedohlednu. I když se domníváme, že jde o přechodový stav a firmy se v rámci vlastní marketingové politiky budou snažit předávat veškeré podklady ve formátu BIM. V současné době je to bohužel spíše výjimkou.

■ Oproti standardnímu navrhování ve formě 2D, které je schopno vytvořit v příslušné profesi projektovou dokumentaci formálně i obsahově podle stávajících požadavků českého právního rámce (zejména vyhláška č. 499/2006 Sb., o dokumentaci staveb, ve znění vyhlášky č. 62/2013 Sb.), model BIM toto nedokáže. Aby projektová dokumentace zpracovaná metodou BIM byla schopna uvést veškeré údaje, které jsou podle požadavků stavebních předpisů na jednotlivé úrovně projektové dokumentace kladeny, je nutno pro exportování do tisku ve 2D vložit do tvorby modelu budovy daleko více času, než při obvyklém zpracování projektové dokumentace. Předpokládané rozložení nákladů na zpracování veškerých výkonových fází obvykle zpracovávaných projektantem TZB jak při standardním způsobu projektování, tak i projektování metodou BIM je uvedeno v grafu 1.

 

Z výše uvedeného by se mohlo zdát, že tvorba projektové dokumentace metodou BIM přináší projektantovi TZB pouze nevýhody ve formě vyšších nákladů na její zpracování a veškeré výhody se přenášejí do následných fází životního cyklu budovy. Nicméně i pro projektanta TZB můžeme nalézt v navrhování metodou BIM určité výhody:
■ snadnější dílčí úpravy dokumentace;
■ zobrazení každého detailu (řezy, 3D pohledy atd.);
■ vykázání všech prvků, které se v daném projektu vyskytují;
■ rychlé vyhledávání a záměna prvku v modelu.

 

Dobře vytvořený model budovy sice nic neodpustí v žádném detailu, zvláště z hlediska koordinací, ale dokáže předcházet chybám projektové dokumentace právě v koordinaci profesí před realizací stavby. Relativně snadno tak odhalí případné kolize:
■ příslušné profese se stavební konstrukcí a s architektonickým návrhem;
■ mezi profesemi navzájem;
■ montážně realizační;
■ provozní (požadavek obslužných a servis prostorů).

Pro předcházení kolizí v rámci tvorby modelu BIM je žádoucí dodržet následující pravidla.
■ Nastavení prvotní korektnosti a základních pravidel komunikace v rámci tvorby celého modelu napříč mezi všemi účastníky tvorby modelu budovy – koordinátor návrhu BIM.
■ Nastavení pravidel provádění technicko-technologické koordinace projektové dokumentace profesí – koordinátor návrhu BIM a koordinátor technického řešení a prostorové koordinace.
■ Nastavení pravidel řešení konkrétních problémů prostorové koordinace – koordinátor technického řešení a prostorové koordinace (musí nejen problémy prostorové koordinace i technického řešení odhalit, ale s ohledem na celkovou situaci i vyřešit a striktně jednotlivým profesím určit nejoptimálnější řešení z pohledu stavby i ostatních profesí).

Při tvorbě modelu budovy je nutno s ohledem na potřebu vypovídací hodnoty příslušné úrovně projektové dokumentace definovat i potřebnou míru detailu (podrobnosti) při jejím zpracování a hlavně při realizaci a stavu po montáži.

 

Poznámka autora: původně byla specifikace LOD (Level of Detail) vyvinuta pro účely oceňování staveb v různých stadiích přípravy a realizace staveb. Úroveň LOD (původně úroveň 100–400) určovala, že daný stav výrobku v modelu stavby je buďto orientační, nebo konečný, což se lišilo mírou propracovanosti technického detailu.

 

Nicméně průběhem času bylo rozhodnuto, že informační modely staveb je vhodné používat nejen pro jejich návrh a realizaci, ale pro celou dobu jejich životního cyklu. Daný koncept byl proto přejmenován na „Level of Development“. Pojem Level of Development lze popsat jako doporučení, které umožňuje odborníkům ve stavební praxi přesně specifikovat a formulovat spolehlivost informačního modelu stavby v různých fázích návrhu. Level of Development je určitým měřítkem, jak uvedené informace v modelu stavby reprezentují daný prvek, a to v určité úrovni návrhu, respektive fázi života stavby. Měřítkem nezbytně není množství informací, i když je pro vypracování určité úrovně projektové dokumentace potřebné, aby stupeň propracování modelu kompletní informace obsahoval. LOD v pojmu Level of Development nedefinuje přesnost grafického zpracování daného prvku BIM, protože grafický vzhled je pouze jednou částí informace o daném prvku a v životním cyklu budovy bývá považována za méně důležitou. V tomto pojetí se podstatně liší pojem „Level of Development“ od pojmu „Level of Detail“, kde byl kladen důraz na grafické propracování modelu stavby.

Před navrhováním metodou BIM si možná každý projektant příslušné profese položí následující otázky.

 

V současné době určitě NE. Projektant v České republice v současném tržním prostředí musí stále navrhnout na svou zodpovědnost správný systém své profese. V současné době chybí cenově dostupné nástavby pro návrh systémů v rámci navrhování metodou BIM. Pokud již existují knihovny výrobků, které obsahují informace potřebné k jednoznačné definici konkrétního výrobku, nesou většinou veškeré informace o chování daného výrobku v reálném prostředí a v reálném čase. Možná že by toto mohlo platit u statických systémů výrobků nezávislých na využívání budovy nebo na venkovních klimatických podmínkách (např. sprinklery, rozvody pitné vody), ale chování složitého systému klimatizace je již problém. V těchto případech je proto nutné provést předběžný návrh „standardním“ projektovým způsobem a v informačním modelu budovy si tento projektový předpoklad při jasně definovaných okrajových podmínkách (prostorových, teplotních, akustických, provozních apod.) ověřit.

 

Z hlediska projektantů, kteří pracují formou OSVČ, v malých skupinách nebo zcela samostatně, do určité míry ANO. Je nutno si uvědomit, že pro jejich práci představuje navrhování metodou BIM takový zvrat, jako když se přecházelo od rýsovacího prkna k počítačům pro kreslení ve 2D, jak z hlediska pořízení softwaru, tak i hardwaru, ale i časového zvládnutí této metody. Pro některé projektanty je tento skok ještě náročnější, neboť při práci s počítačem ve 2D šlo o práci se stejným výsledkem jako při rýsování na prkně, tj. vytvoření dvojrozměrného obrazu v konkrétním místě stavby. V současnosti je třeba toto vizuálně vytvořit ve 3D, aby mohly vzniknout 2D obrazy pro možnost tisku a předávání informací. To vše – včetně značné prvotní investice na pořízení softwaru a hardwaru i nákladů na samotné zvládnutí metody BIM – bude představovat takovou překážku, že do budoucna bude v prostředí BIM pracovat cca 60 % stávající projektové kapacity v profesích TZB. Tomuto tvrzení nasvědčuje i skutečnost, že značná část návrhů TZB se týká pouze údržby a stavebních úprav stávajících budov a pouze systémů TZB v nich. Pro ně neexistuje základní informační model budovy a jeho vytvoření by znamenalo nepřiměřené finanční náklady, takže stávající navrhování ve 2D bude nadále potřebné.

 

V současné době postupného zavádění BIM do praxe rozhodně ANO. Kromě nárůstu nákladů na používání příslušných programů, přizpůsobení hardwaru a zvládnutí projektování v BIM je nutné si uvědomit, že projektování v informačním modelu budovy nic neodpouští, zvláště při koordinaci vnitřních instalací. Při projektování ve 2D se koordinace vedení jednotlivých instalací provádí jen v určitých místech a v ostatních místech budovy se předpokládá, že si s tím realizační firma „nějak“ poradí, že se případně izolace instalací „nějak vměstná“, kabelové žlaby se „nějak ohnou“. Model BIM toto nepřipouští a tato „slabá“ koordinační místa odhaluje. Z toho důvodu je koordinace vnitřních instalací ve většině prostorově poddimenzovaných budov časově náročnější, a tím i nákladnější. Dalším problémem (snad pouze dočasným) je nedostatek prvků používaných v budovách v rámci projektu TZB, předávaných výrobci jako projektový podklad ve formátu BIM. Tvorba modelů těchto výrobků z formátu 2D projektantům zabírá poměrně hodně času. Obecně lze odhadnout, že v současné době je projektování TZB v BIM oproti standardně zpracovávaným projektantům ve 2D cca o 25÷30 % nákladnější.

 

Je to tak. Jak bylo uvedeno v úvodu tohoto článku, modelování budovy v metodice BIM je dlouhá cesta, která konkrétní budovu provází po celý životní cyklus a při dodržení zásady důslednosti i neměnnosti cílů může stavebníkovi přinést ve fázi realizace a následném provozování nemalé úspory. Ve fázi realizace je možná relativně jednoduchá i přesná kontrola výkazu výměr prací a dodávek stavebníkem či jeho technickým dozorem. Tím se minimalizuje nebezpečí vícenákladů na vícepráce. Pro samotného realizátora stavby BIM usnadňuje kontrolu projektové dokumentace, umožňuje časové rozfázování postupu vlastní stavby, definování uspořádání staveniště, dopravních cest, dosažení vyšší bezpečnosti při realizaci stavby, časové koordinace mezi jednotlivými subdodavateli apod. Pro fázi přejímání budovy od realizační firmy a následného provozu budovy lze definovat následující přínosy:
■ snadná orientace ve stavbě a následné rozdělení ploch pro jednotlivé uživatele budovy po celý životní cyklus stavby;
■ snadná kontrola provedení stavby;
■ snadná kontrola komplexních zkoušek;
■ vytvoření reálných plánů údržby a servisu jednotlivých částí systémů;
■ optimalizace řídicích procesů fungování systémů TZB z hlediska potřeby uživatelů při snížení provozních nákladů a energetických potřeb;

■ snadné řešení havarijních situací jak při reálném provozu, tak při živelních pohromách (požáry), čímž se budova stává bezpečnější.

Osobně se domníváme, že prvotní potíže se zaváděním projektování v prostředí BIM se stanou u novostaveb jak ve veřejném, tak i v soukromém sektoru běžným standardem a s tímto způsobem „dokumentace“ se naučí pracovat většina stavebních firem. V návaznosti na realizovanou stavbu se dále bude aktualizovaný model BIM aktivně používat při správě a údržbě budov. Ale to je již jiná kapitola.

 

Zdroje:
[1] www.bimfo.cz
[2] Internetový portál cenyzaprojekty.cz Navrhování orientačních nabídkových
cen projektových a inženýrských prací 1Q/2017

 

Celý článek naleznete v archivu čísel 03/2017.