BIM: trend moderního projektování

V poslední  době se odborníci i veřejnost pohybující se v oblasti projektování ve stavebnictví stále častěji setkávají s akronymem BIM, přičemž o tom, co BIM znamená, panují různé, někdy i rozporuplné názory. V článku se pokusím BIM objasnit a ukázat, jaké výhody nám BIM přináší a jaké nároky naopak vyžaduje úspěšné projektování s použitím BIM.

Co je BIM?
V praxi se někdy setkáváme s tím, že investor nebo objednavatel vyžaduje na projektantovi, aby byl projekt vytvořen v BIM softwaru, jindy výrobci softwaru prohlašují o tom svém, že ten je jediný a pravý BIM software a v důsledku toho bývá BIM chybně ztotožněn s nějakým konkrétním softwarem.

BIM je zkratkou slov Building Information Modeling, někdy se setkáváme i s označením Building Information Management. BIM je tedy zjednodušeně řešeno projektování založené na jednotném 3D modelu (BIM modelu), který kromě geometrických vlastností obsahuje i další informace, které jsou nutné pro projekt, kterými mohou být např. materiál, výrobce nějakého prvku stavby, fáze zabudování do stavby atd. Druhé označení odkazuje na to, že tento model může sloužit i po dokončení stavby pro správu budovy během jejího celého životní cyklu.

Myšlenka používat pro projektování jednotný 3D model je na světě již od vzniku CAD a CAE systémů a vychází jednak z výhod, které přináší existence samotného 3D modelu (jednoznačnost konstrukce, odstranění  kolizí, možnost vizualizace a prezentace) a jednak z požadavku odstranit duplikování zadávání dat a tím odstranit chybovost při předávání dat mezi jednotlivými profesemi, které na projektu podílejí. V tomto ohledu patřila mezi průkopníky společnost AB Studio (nyní Graitec), jejíž nadstavba AutoCADu CADKON pro stavaře již v polovině 90. let uměla obousměrně vyměňovat tvar 3D konstrukce se statickým programem FEAT a exportovat data z 3D modelu do aplikací třetích stran pro rozpočty.

Z hlediska přístupu k BIM modelu můžeme software rozdělit do dvou skupin:
– na software, který model vytváří,
– a na software, který model prohlíží a čerpá z něj informace.

Nejprve si podívejme na první skupinu. Jelikož proces projektování zahrnuje celou řadu profesí, je zde požadavek, aby projektanti různých profesí "viděli" datový model od navazujících profesí a tento požadavek na jednotný (společný) informační model budovy pak lze řešit několika způsoby:
a) mít jediný univerzální software pro všechny profese,
b) mít jediný společný formát souborů, se kterým nativně pracují různé softwary pro různé profese,
c) mít společný formát pro import a export modelu mezi různými softwary,
d) mít různé formáty pro import a export modelu mezi různými softwary.

Možnosti a meze aplikace Autodesk Revit jako univerzální BIM aplikace
Co se týče možnosti a), má v tomto ohledu určité ambice aplikace Autodesk Revit, která již v současné době vyhovuje požadavkům architektů a stavařů, u nichž se Autodesk Revit stává synonymem pro BIM projektování. Autodesk Revit nabízí také nástroje pro projektování TZB (Revit MEP) a modelování nosných konstrukcí (Revit Structure), nicméně např. pro statickou analýzu konstrukce nebo detailní modelování  ocelové konstrukce jsou nutné jiné aplikace (např. Advance Design pro statické výpočty nebo Autodesk Advance Steel pro ocelové konstrukce) a pak tedy je nutné se zabývat nutností exportu nebo importu modelu, o čemž si povíme dále. Že nelze Autodesk Revit použít pro navrhování budov zcela univerzálně, ukazuje i to, že Revit je většinou dodáván společností Autodesk jako součást balíčku více aplikací jako např. v sadě Building Design Suite, jehož součástí jsou také aplikace postavené na formátu DWG (viz dále). Autodesk Revit má nespornou výhodu v otevřenosti vytváření knihovních prvků pomocí tzv. rodin (families) a může tedy sloužit pro vytváření centrálního modelu v procesu vytváření BIM projektu, ale v tom současně spočívá náročnost na počátku jeho používání, neboť tyto rodiny je často nejprve vytvořit před zahájením vlastního projektu.

DWG – standard pro CAD aplikace
Co se týče možnosti b), zástupcem všeobecně rozšířeného formátu v oblasti projektování ve stavebnictví je formát DWG vyvinutý společností Autodesk. S formátem souborů DWG pracuje primárně celosvětově nejrozšířenější CAD aplikace AutoCAD. Že formát DWG je schopen vyhovět požadavkům na BIM projektování a v některých oblastech je prakticky nezastupitelný, dokládá řada aplikací jak přímo od společnosti Autodesk, tak i od nezávislých vývojářů. Zde můžeme uvést např. již výše zmíněnou aplikaci Autodesk Advance Steel nebo aplikaci Autodesk Advance Concrete, která je určená pro modelování železobetonových konstrukcí a z nich vytvářených výkresů tvaru a výztuže. Zde se naskýtá otázka, jak lze zajistit, aby různé aplikace pracující s DWG formátem dokázali vidět objekty jiných aplikací. To lze řešit buď exportem dat do této jiné aplikace (viz dále) a nebo tzv. Object Enablery. Object Enabler je doplňkový specifický program, který umožňuje zpřístupnit, zobrazit a manipulovat s objekty v aplikacích jiných, než ve kterých tyto objekty byly vytvořeny. Takže např. Autodesk nabízí zdarma Advance Steel 2015.1 Object Enabler, který umožňuje přistupovat k informacím objektů v modelu vytvořeném v aplikaci Advance Steel 2015 nebo Advance Steel 2015.1 mimo prostředí aplikace Advance Steel. Poskytuje základní přístup k datům projektantům, kteří vytvářejí nebo přijímají soubory vytvořené pomocí softwaru od společnosti Autodesk. Konkrétně Advance Steel 2015 Object Enabler umožňuje uživatelům aplikace AutoCAD Plant 3D (aplikace pro modelování potrubních systémů chemických a zpracovatelských závodů) vidět objekty modelu aplikace Advance Steel, vidět jejich vlastnosti a uchopovat se na ně. Naopak uživatelé aplikace Advance Steel 2015.1 mohou na svých výkresech zobrazovat a popisovat objekty z aplikace AutoCAD Plant 3D.

Model ocelové konstrukce aplikace Advance Steel včetně objektů z aplikace pro potrubní systémy. Získáno od společnosti Hutní Projekt Frýdek-Místek.

IFC – formát pro výměnu dat BIM aplikací
Co se týče možnosti c), tedy společného datového formátu pro sdílený model budovy, existuje formát IFC (z angl. Industry Foundation Classes), což je otevřený neutrální souborový formát pro výměnu a sdílení dat mezi jednotlivými BIM aplikacemi vyvíjenými různými výrobci softwaru pro oblast stavebnictví. Datový formát IFC je multiprofesní, mohou v něm být tedy uložena z oborů jako je architektura, TZB, statika, ocelové konstrukce a dřevěné konstrukce, aplikace pro výkazy výměr a odhady nákladů, energetické a další náklady atd. Formát IFC je v současné době specifikován normou ČSN ISO 16739.

Používání formátu IFC může přinášet problém, který spočívá v tom, že na určitý obor specializované BIM aplikace nepracují přímo (nativně) se souborem IFC, ale do něj data exportují nebo z něj importují. Pak tedy vznikají různé otázky, jako např. zda jeden model naimportovaný do rozdílných aplikací a poté opět vyexportovaný do IFC bude stejný. Tento problém souvisí s tím, že jednak různý software může interpretovat data z IFC souboru různě (každý software má i ve svém oboru jiná omezení) a dále s tím, že každý software je schopen pracovat jen s některými typy objektů (podle svého zaměření), ale data v IFC souboru jsou uložena napříč disciplínami. Tyto otázky a problémy má řešit certifikace aplikací pro formát IFC. Aktuální seznam certifikovaných aplikací a stav certifikace najdete např. na tomto odkazu: www.buildingsmart-tech.org/certification/ifc-certification-2.0/ifc2x3-cv-v2.0-certification/participants.

Specializované formáty pro výměnu dat
Možnost d), tedy specializované formáty pro výměnu dat můžeme chápat dvojím způsobem. Zaprvé existují  formáty specializované na výměnu dat v určitém oboru, ale jsou podporovány více aplikacemi. Zde bychom mohli uvést například pro oblast ocelových konstrukcí formát CIS/2, formát SDNF nebo formát DStV StepSteel (PSS) . Tyto formáty jsou podporovány aplikacemi pro projektování ocelových konstrukcí, potrubní ch systémů, aplikacemi pro statické výpočty apod. Jednotlivé formáty se pak mohou lišit v rozsahu typů objektů, které mohou pojmout a současně v tomto ohledu se také liší jednotlivé aplikace (např. zda pracují s konstrukčním nebo statickým modelem, zda pracují s objekty typu šroub apod.).

Zadruhé existují formáty specializované na výměnu dat pouze mezi určitými aplikacemi. Tato specializace pak může zajišťovat vyšší úroveň předávání dat spočívající např. v tom, že:
• jsou odladěny specifika jednotlivých software v interpretaci vlastností jednotlivých objektů (např. natočení a excentricita průřezu nosníků vůči vztažné ose),
• přenáší se větší rozsah typů přenášených objektů (existují typy objektů  – např. složené nosníky, ohýbané plechy, svařované nosníky, prolamované nosníky  –, které dosud nejsou standardizovány v běžných formátech pro úpravu dat),
• je umožněna synchronizace modelů.

Takovýmto specializovaným formátem je např. GTC (Graitec Transfer Center), který je určen pro výměnu dat a synchronizaci modelů mezi aplikacemi Autodesk Revit, Autodesk Advance Steel, Autodesk Advance Concrete a Graitec Advance Design.

Scénář při použití BIM technologie
Synchronizace modelů mezi různými aplikacemi je velmi užitečná schopnost, která umožňuje zachovat ideu jednotného modelu pro případ, že pracuje více profesí souběžně s různým softwarem a současně tyto profese mohou modifikovat stejnou část konstrukce. Pro názornost uveďme příklad stavaře, resp. architekta (pracujícího v aplikaci Revit), statika (pracující v aplikaci Advance Design ), oceláře (s aplikací Advance Steel) a betonáře (a aplikací Advance Concrete).


Scénář při použití BIM technologie

• Na začátku procesu je vytvořen návrh konstrukce v programu Autodesk Revit. Nosná konstrukce může být jak železobetonová, tak i  ocelová. Sdílení modelu konstrukce pomocí formátu GTC je zajištěno v Revitu pomocí doplňku GRAITEC BIM Connect, který je zdarma k dispozici na stránkách společnosti Graitec a Autodesk.
• Statickou analýzu konstrukce provedeme v programu Advance Design, přičemž statický model získáme importem souboru GTC vyexportovaného z Revitu. Po optimalizaci a změnách konstrukce model vyexportujeme opět do formátu GTC, který použijeme pro synchronizaci modelu Revitu.
• Nástroj pro synchronizaci  je velmi užitečný pro porovnávání původního modelu s aktualizovanými daty. Změny, na které je uživatel upozorněn, jsou přidaná data, změněná data a smazané části modelu konstrukce. Jednotlivé typy změn jsou barevně zakódovány a zobrazeny graficky v okně synchronizace nebo v tabulkovém výstupu. Provedené změny si můžete prohlédnout a pak se rozhodnout, které přijmete nebo zamítnete.
• Synchronizovaný model je následně exportován do aplikací Advance Concrete (pro vytvoření výkresů tvaru a výztuže) a Advance Steel (pro vytvoření detailních přípojů ocelové konstrukce a následně vytvoření výrobní dokumentace). Pokud specialista ocelář nebo betonář nějakou část konstrukce pozmění nebo přidá novou, opět lze pomocí synchronizace aktualizovat základní model v Revitu.

nbsp;
Synchronizace změn mezi BIM aplikacemi


Výměna dat mezi profesemi stavař – betonář – ocelář

Software pro správu a prohlížení projektu
Zatím jsme zde hovořili o BIM aplikacích, které data vytvářejí. Ale jakmile je jednou BIM model vytvořen, mohou jej využít další účastnicí stavebního procesu (např. stavbyvedoucí, hlavní inženýr projektu, atd.) a také po zhotovení stavby uživatel a správce budovy pro další účely:
• Vyhledávání a správa kolizí. Díky vyhledání kolizí se můžete vyhnout případným zpožděním a drahým předělávkám na stavbě
• 4D plánování. Na základě BIM modelu lze simulovat stavební harmonogram a logistické procesy na staveništi a to ve 4D, což umožňuje vizuálně zobrazit jednotlivé procesy, tyto procesy analyzovat a odhalit tak případná nechtěná zdržení a problémy v časové postupnosti jednotlivých úkonů. 4D plánování ověří funkčnost stavebních či demoličních harmonogramů spojením geometrických modelů s přesnými termíny.
• Fotorealistické vizualizace a real-time navigace. BIM model lze virtuálně procházet a získat tak zkušenosti průchodu daným objektem.
• Přidat poznámky k jednotlivým prvkům a částem modelu a sdílet je napříč projekčním týmem.
• Získání podkladů pro vytváření rozpočtu a objednání materiálu.
Výše uvedené požadavky splňuje např. aplikace Autodesk Navisworks, která dokáže integrovat návrhová, konstrukční a další data do jednoho modelu. K dispozici je několik verzí, přičemž základní verze určená pro prohlížení modelu je zdarma.

Existují také aplikace, které umožňují přistupovat ke sdíleným informacím z mobilních zařízení (např. tabletů) přes vzdálená datová úložiště (cloudu).

Závěr
Při záměru nasadit BIM do projekční praxe je třeba si uvědomit, že pouhé pořízení nového moderního (a často drahého) programového vybavení nestačí. Je třeba si nastavit pravidla pro předávání dat mezi jednotlivými profesemi, zajistit, aby jednotlivé aplikace obsahovaly knihovní prvky, které budou použité v projektu, připravit a ověřit bezchybný přenos dat mezi aplikacemi (např. mapovací tabulky pro překlad názvů profilů). Nicméně BIM jako trend moderního projektování má podporu také legislativních orgánů Evropské unie v souvislosti s veřejnými zakázkami. Evropský parlament na svém lednovém zasedání odhlasoval doporučení pro všechny země EU (včetně České republiky), aby aktualizovaly svá pravidla a podmínky na zadávání veřejných zakázek v oblasti stavebnictví a dopravy s využitím informačních modelů budov (BIM). Toto doporučení vyzývá členské státy EU k prosazování, specifikaci nebo nařizování použití BIM pro stavební projekty hrazené z veřejných prostředků v EU. Nařízení platí od března letošního roku a vyžadování BIM by mělo platit od roku 2016. (European Union Public Procurement Directive: "For public works constracts and design contest, Member States may require the use of specific electronic tools, such as of building information electronic modelling tools or similar.").
Robert Krňávek, Graitec s. r. o.