asb-portal.cz - Odborný portál pro profesionály v oblasti stavebnictví
Partneři kategorie

Přechod na digitální model budovy – výzvy a důsledky

20.09.2013
Jedním z nejnovějších pojmů rezonujících v architektuře a stavebnictví je zkratka BIM – Building information modeling. Celé spojení překládáme poněkud kostrbatě jako informační model budovy nebo digitální model budovy.
 Za nejednoznačností překladu se skrývá interpretace významu posledního písmene zkratky, které bývá vysvětlováno také jako management (správa) nebo maintenance (údržba). Vzhledem k tomu, že metodicky se BIM jako jednotný datový model s inteligentními parametrickými objekty používá ve všech fázích výstavby, můžeme jak správu, tak údržbu pokládat za součást tohoto „modelování“.

Životní cyklus stavebního díla
Žádné stavební dílo se dnes neobejde bez spolupráce investora s autorizovanými profesemi – specialisty z komory architektů a inženýrů a techniků. Ti podle platných standardů zamýšlené dílo nejprve virtuálně modelují. Digitální vizualizace umožňuje nejen vzájemnou informovanost o základních atributech stavby, ale i případné změny a přijímání dalších možných variant při plánování stavebního díla. Pokud se při užívání objektu ukáže, že model BIM odráží objektivní realitu, splnilo virtuální modelování svůj cíl. Poslední, nejdůležitější a zároveň nejdelší a nejdražší etapou plánování stavby je totiž užívání objektu. Systém, který přispívá k tomu, že budova (stavba), lidé a technologie v ní mohou plnit své základní poslání, za rozumně čerpaných zdrojů a bez velkého vlivu na okolní prostředí, se nazývá facility management (FM). Jeho úkolem je řešit nejenom otázky spojené s užíváním s cílem minimalizovat spotřebu budoucích provozních nákladů, ale také se zúčastňovat přípravných a realizačních fází výstavby. Praxe používaná převážně mimo naše teritorium, kdy se člen realizačního týmu stává facility manažerem budovy (areálu), přináší v praxi své výhody. Dnešní člověk stráví v průměru 90 procent času v budově a celková spotřeba energie v budovách překračuje 40 procent (pro ­Evropu se uvádí 41 procent, až 47 procent pro USA). Spotřeba elektrické energie pak tvoří více než 70 procent z celkové spotřeby. Zároveň s 80procentní pravděpodobností bude čtenář tohoto článku obývat budovu, která je starší 20 let. Zajímavý je i další údaj: podíl majetku uloženého v realitách překračuje v průměru 35 procent majetku společnosti. Podstatnou součástí FM jsou reality, vztahy uvnitř nich a mezi nimi navzájem a jejich provoz.


Obr. 1 Příklad dobře zvládnuté synchronizace mezi BIM Autodesk Revit a systémem CAFM ARCHIBUS

Automatizací proti stagnaci
Parametrické digitální modelování stavby (BIM) označuje spíše metodiku než produkt – je to jediný způsob digitálního modelování, který je určený pro všechny vývojové, realizační a užívací fáze životního cyklu stavby. Stavebními elementy, které vytvářejí „model“, jsou inteligentní objekty, které „jsou si vědomy, čím jsou“. Pro své fyzické umístění a interakci s ostatními objekty využívají popisná i fyzikální data, čímž vykazují vlastnosti, které můžeme nazvat inteligencí. Umístí-li například projektant v podkroví dveřní otvor tak nešikovně, že otevíráním dveří by zasahoval do konstrukce střechy, systém chybu okamžitě odhalí.Příčiny současné stagnace výstavby mnozí spatřují v malém a nesystematickém využívání automatizace.

Problémy – hybatelé změny
Nedokonalé zadání

Většina investorů vstupuje do první fáze stavby bez zkušeností – běžně stavíme jen jednou za život –, takže jejich požadavky nejsou standardizované. Výsledkem jsou neúplná a nepřesná zadání. Jednou z úloh týmu architekta je proto v rozhovorech s investorem přesné zadání vytvořit. Bohužel tato fáze není nikterak formalizovaná, mnohdy i proto, že to architekti považují za omezování své tvůrčí svobody.


Obr. 2 Analýza proudění a tepelných ztrát

Vazby mezi účastníky výstavby jsou volné
Investor, projektant, zhotovitel i uživatel mají své partikulární zájmy a jejich svazek není obvykle založen na dlouhodobé obchodní spolupráci (pomineme-li development), ale utváří se vždy pouze na omezenou dobu výstavby. Doposud každý z účastníků výstavby používá jiný systém modelování, jiný informační systém spravující různé a mnohdy nesouměřitelné hodnoty a různou obchodní logiku. Integrace využití těchto systémů je doposud na nízké úrovni.

Podcenění fáze užívání
Facility management má v tomto uspořádání roli popelky. Je to ten poslední vzadu, který do ničeho nemůže mluvit. Je to škoda, protože jednou z položek zadání při virtuální vizualizaci objektu za pomoci BIM může být výška předpokládaných provozních nákladů budovy během užívání. Jak už bylo řečeno, užívání je fáze rozhodující. Během ní investor realizuje své potřeby, je to fáze časově nejdelší a celkové náklady vlastnictví (TCO) se na výdajích podílejí až 80 procenty. Teprve v této fázi můžeme reálně měřit, do jaké míry se představy architektů, designérů a inženýrů naplnily v praxi.


Obr. 3 Analýza teplot a denního a umělého světla

Produktivita práce ve výstavbě stagnuje
Toto tvrzení neplatí pro všechny státy světa stejně, je ale jasně patrné v USA, Kanadě a Japonsku, stejně jako v Česku. Vysoký podíl lidské práce na tvorbě produktu je pro stavebnictví charakteristický. Vzrůst produktivity práce v ostatních oborech v posledních dvou dekádách byl dán především zapojením automatizace a informačních technologií do celého hodnototvorného řetězce výroby. V takovém uplatnění prostředků informačních technologií výstavba pokulhává a právě BIM je snahou na tuto situaci reagovat.

Získávání zakázek není vždy založeno na férové soutěži
Bohužel v nezanedbatelném množství případů rozhodne o získání stavební zakázky nikoliv kvalita projektu, nabídky realizační firmy nebo služby FM , ale osobní vazby mezi investorem či vlastníkem a potenciálním dodavatelem. Ve snaze o omezení korupce se jediným kritériem v případě veřejných zakázek stává cena. Toto jediné kritérium nemůže vyhovovat takovému stavebnímu dílu, které má uspokojit potřeby uživatele a zároveň po dlouhou dobu spoluvytvářet životní prostředí.


Obr. 4,5 Příklady využití simulací BIM, které lze s výhodou použít při výkonu FM.

Ostatní specifika stavebnictví
Sezónnost, vliv klimatu, práce pod širým nebem, dlouhodobost finálního produktu, nízká výtěžnost kapitálu, vysoká hodnota základních prostředků nutná ve fázi zhotovení, veliké množství zpracovávaných výrobků, vysoký podíl práce na staveništi, konzervativnost oboru a podobně – to je dlouhý výčet faktorů, které brání rychlému a snadnému nasazení informačních technologií a automatizaci ve stavebnictví.

Možnosti digitálního modelu:
  • simulace přípravy výstavby
  • vizualizace jednotlivých etap výstavby
  • modelování staveniště a jeho provozů
  • modelování logistiky dopravy a dopravy samotné
  • simulace výroby stavebních částí a prvků na staveništi a mimo staveniště
  • simulace uskladnění prvků a jejich ukládání do konstrukce
  • vizualizace použití mechanizace
  • automatizace průmyslové mimostaveništní výroby opakujících se prvků

BIM jako přirozené východisko
Žijeme v digitální době a digitální model je jejím přirozeným produktem. Výhodou virtuálního modelování je možnost postupně zpřesňovat a doplňovat systém o detaily prvků a jejich vazby i fyzikální a další popisné charakteristiky. Pomáhá projektantům představit své vize a provádět s nimi nejrůznější simulace a analyzovat je. Jako příklad můžeme uvést simulace proudění vzduchu (větru), simulace slunečním osvitem, nákladové simulace, náklady celého životního cyklu. Mnohdy z těchto simulací vyjdou i požadavky na technologické systémy a systém jejich řízení. Použití struktur v digitálním modelu stavby se používá pro generování geometrie a zatížení pro statické a dynamické výpočty. Analýzy nákladů pak umožňují nalézt optimální poměr mezi investičními a provozními náklady tak, aby TCO byly co nejnižší.
Simulace provozu budovy může pomoci s odhadem budoucích provozních nákladů, může specifikovat takový stupeň obsazenosti, při němž se doba návratnosti zkrátí – a to stále ještě ve stádiu projektování. Samozřejmě lze všechny analýzy a simulace s modelem úspěšně provádět v okamžiku, kdy model obsahuje potřebné podrobnosti. V rámci fáze zhotovení  stavby se BIM používá nejenom k vizualizaci procesu stavění, ale také v rámci experimentů, zadávání změn přímo do modelu a neustálé aktualizace výrobních, časových a nákladových plánů podle reality vznikající na staveništi. Během této fáze je model dále zpřesňován a doplňován o dokumentaci technologií. Odpovídající časový plán, který vychází z reálného a v průběhu stavby aktualizovaného digitálního modelu, umožňuje stavební organizaci optimalizovat nasazení zdrojů a prostředků tak, aby organizaci maximalizovaly profit.

BIM dále pomáhá nalézt a odstranit taková místa ve výstavbě, kde by mohlo dojít ke kolizi – a to z hlediska staveništních zařízení nebo logistiky; klasickým místem střetů jsou vedení TZB a slaboproudých a silnoproudých rozvodů technickými místnostmi, v suterénu a nad podhledy administrativních budov. BIM pomáhá předcházet očekávaným problémům, eventuálně i řešit problémy již vzniklé. Mám-li dostatek času a prostředků k prostudování digitálního modelu jako zástupce prováděcí organizace, mohu očekávané problémy lokalizovat, připravit se na ně a vyřešit je simulací pracovních postupů. Práce s modelem by se měla stát základní znalostí odborností stavbyvedoucích asi tak, jako piloti pracují se simulátorem reálného letadla.

Hlavní výhody užití digitálního modelu ve fázi zhotovení:
  • Vizualizace výstavby na digitálním modelu. Specialisté mají možnost dopředu ukázat situace, ke kterým může na stavbě dojít. S větším počtem zúčastněných specialistů lze dosáhnout lepších a levnějších řešení. Obvykle jsou tito pracovníci právě těmi stavebními kameny, na jejichž bedrech úspěšná a profitabilní výstavba stojí.
  • Zlepšení podmínek výstavby objektu bez kolizí, a to ještě před tím, než je stavební tým na staveništi.
  • Snížení množství změn, k nimž v průběhu stavby dochází. Výhody a nevýhody jednotlivých způsobů výstavby by měly být identifikovány a prodiskutovány již nad modelem a nová řešení či změny požadavků lze rovněž snadno ověřit pomocí modelu a vyčíslit jejich dopady.
  • Možnost přenosu většího množství výroby mimo staveniště – do průmyslového prostředí, kde je možné koncentrovat automatizační prostředky a výrobu zefektivnit.
 
BIM a FM
Na BIM lze nahlížet také jako na řízení celého životního cyklu budovy (life-cycle management) a jejího prostředí (built environment) podporované digitálními technologiemi. Zamyslíme-li se nad touto definicí, zjistíme, že je velice podobná definici FM. Pohled na FM jako na life-cycle management, nikoliv jako na systém řízení podpůrných služeb, využívaný v poslední fázi životního cyklu, tedy ve fázi užívání, se shoduje s myšlenkami IFMA (International Facility Management Associa­tion). Pak můžeme mezi BIM a FM položit rovnítko a považovat je za synonyma. Komponenty FM jsou například i: CMMS, správa a využití ploch, rozvrhování a plánování nákladů spojených se správou a údržbou, s opravami a investicemi, s proaktivním zjišťováním stavu budovy, technologií a konstrukcí, řízení nájemních vztahů, energetický management a další domény CAFM  (Computer Aided Facility Management). Všechny tyto části jsou spojené s řízením životního cyklu a celkovými náklady vlastnictví, tedy tím, co mimo jiné charakterizuje BIM. V současnosti se však většina BIM systémů zaměřuje pouze na fáze vizualizace, nikoliv příliš na řízení životního cyklu a jeho nákladů. Klasickým problémem, který nastává v České republice při předávání stavby mezi stavební organizací a zástupci investora, je soupis vad a nedodělků na stavbě. Technický dozor investora (TDI) dokumentuje tyto skutečnosti s cílem odstranit je. V tomto případě může BIM posloužit jako „skladiště fotografií“ s popisem a přesným určením místa. Využijeme-li tzv. EXIF data bitmapových formátů (popisná data obrázku, obsahující kromě dat o aparátu, objektivu, expozici apod. také data o lokalitě, kde byl snímek pořízen – ve formě GPS souřadnic, jsou-li k dispozici) pro lokalitu pořízení fotky, můžeme tento proces z převážné části automatizovat. Další užitečnou funkcí BIM je databáze prvků. Ta slouží pro posouzení vhodnosti konkrétního prvku v budově při určitém způsobu využití i pro usnadnění rozhodování, čím ho nahradí po skončení jeho životnosti. Její součástí může být historie využívání jednotlivých prvků, náklady spojené s jejich nákupem, správou, údržbou, opravami, čistěním a dalšími službami. Dostatečná databáze stavebních prvků s jejich technicko-hospodářskými parametry umožňuje simulovat výši investičních a provozních nákladů v případě substituce jednoho konstrukčního prvku jiným už ve fázi návrhu. Stejně tak lze zajistit základní propočty nákladů na odstranění konstrukcí, které škodí prostředí (azbest, radon a alergeny).
Využívání digitálního modelu pro FM běžně vyžaduje dokumentaci skutečného provedení stavby (as-built). Zhotovitel je ze zákona povinen tuto dokumentaci odevzdat také investorovi. Základní atributy, s nimiž pracuje tzv. správa ploch a na jejichž základě se rozpočítávají náklady na pracovní místo či zaměstnance, je jistě možné z BIM modelu extrahovat do databáze CAFM. Data se nekumulují na dvou místech, jak by se mohlo zdát, ale pouze na jednom, z nějž jsou data (jejichž rozsah lze dynamicky volit) synchronizována do databáze CAFM. Má však takové uspořádání také nějaké výhody? Pro potřeby developmentu a všech zúčastněných organizací lze (s určitými těžkostmi) nařídit způsoby výměny dat a využívané programové nástroje s využitím BIM. Musíme počítat s tím, že pro potřeby majitele rozsáhlého portfolia nemovitostí budou převážnou většinu objektů spravovaných systémem CAFM tvořit budovy různého stáří. Převod stávající dokumentace a jeho modelování v BIM má své nákladové nároky a není jednoduché prokázat, že takto vynaložené náklady přinesou finanční efekt pro modelování vztahů mezi procesy, plochami a pracovníky v omezeném čase. Jinými slovy, že přinesou rychlou návratnost investice.

Závěr
Denním chlebem týmů FM je plánovat, vytvářet, udržovat a vylepšovat vnitřní prostředí a úroveň služeb za minimálních nároků na zdroje v takovém stavu, aby optimálně podporovaly hlavní činnosti společnosti (majitele, nájemců apod.) Součástí jejich práce je řešení velmi podobných problémů, jako řeší inženýři, kteří budovu navrhují či realizují. Mají při tom jednu velikou výhodu – postupně se obeznamují se všemi místy a skutečnostmi, které se v předchozích etapách vlivem změn podmínek nepovedly nebo které nefungují v souladu s projektem. Sebelepší návrh a realizace budovy nezajistí její optimální fungování po několika letech provozu. Facility management poskytuje reálná, změřená data o způsobech chování lidí uvnitř budovy, o velikosti a účelu energetických spotřeb, o spokojenosti klientů se službami, o velikosti nákladů na tyto služby a o způsobech jejich umořování, o četnosti problémů s vybavením a technologiemi a také o plánech společnosti. Kdyby tato data měl k dispozici tým připravující a realizující výstavbu, jistě by svůj návrh přizpůsobil těmto znalostem. Tento chybějící článek může zastoupit digitální model budovy (BIM). Lze ho použít i k analýzám a simulacím v průběhu užívání budovy. Také může do modelu vložit detaily ze  systému CAFM. Jako příklad můžeme uvést report rozmístění konkrétních pracovníků na ploše a jejich nemocnost ve vztahu k výdechům klimatizace. Změnu či opravu konkrétní technologie, jejího systému řízení nebo služby lze na úrovni FM alespoň popsat, vybavit statistickými daty a na jejich základě požádat specialisty o návrh řešení. Návrh řešení lze vyhodnotit opět s pomocí systému BIM. Asi nelze dostatečně reálně uvažovat o tom, že by všechna data byla součástí jediného informačního systému. V dobách rozvinutých IT však lze počítat s tím, že integrace dat z různých systémů pro zpracování jediného reportu není nepřekonatelným problémem.

Ing. Milan Hampl
Obrázky: archiv autora
Autor působí ve společnosti Ika data.


Článok bol uverejnený v časopise ASB.

Komentáře

Prepíšte text z obrázku do poľa. Ak nedokážete text rozoznať, kliknite na obrázok.

Další z Jaga Media