Aktuální zkušenosti se zaváděním BIM v kontextu vodohospodářské infrastruktury

BIM je zkratkou slov Building Information Modeling (Management) s českým překladem „Informační model budovy“. Jedná se o proces vytváření, užití a správy dat o stavbě během jejího celého životního cyklu. Jeho základem je geometrický model objektu ve 3D rozšířený o další datové (informační) dimenze. Tento 3D model stavby neslouží tedy jen k její vizualizaci, ale k jednotlivým prvkům jsou definovány další vlastnosti jako například materiál, výrobce a cena. Každý prvek v modelu je možné přesně lokalizovat a obsahuje další informace o místě, kde se nachází (např. podlaží, budova, pozemek, ...). U technologických projektů je důležité propojení technologického schématu s vlastním 3D modelem a vedle dat o umístění jsou tak součástí modelu i data provozní (např. průtok, teplota, ...).

Zavádění BIM do vodohospodářské praxe

V roce 2017 realizovaly Pražské vodovody a kanalizace, a.s. (dále jen „PVK“) projekt s názvem „Koncepce, strategie a implementace BIM v PVK“, kde hlavním cílem bylo definovat platformu BIM vhodnou pro implementaci v PVK z hlediska legislativního, technickoinformativního, ekonomického, časového a z pohledu lidských zdrojů. Projekt byl realizován dle harmonogramu uvedeného v Tab. 1. Z technického úhlu pohledu, kterému se chceme v tomto příspěvku především věnovat, byl hlavním výstupem projektu návrh zpracování pilotních projektů, a to složitějších technologických staveb od fáze projektové dokumentace pro stavební povolení (dále jen „DSP“) do fáze projektové dokumentace skutečného provedení stavby (dále jen „DSPS“).

První pilotní projekt vznikl společně PVS a PVK

Další krok týkající se BIM navázal až v únoru roku 2020, kdy byl zahájen společný projekt Pražské vodohospodářské společnosti, a.s. (dále jen „PVS“) a PVK s názvem „Zpracování modelu BIM“. V rámci tohoto projektu byly do BIM zpracovány dva technologické objekty na Ústřední čistírně odpadních vod v Praze (dále jen „ÚČOV Praha“) – Hlavní čerpací stanice a objekt Hrubého předčištění stoky EF včetně jejich propojovací stoky. Oba objekty byly zpracovány do BIM jako pasport již realizované stavby v rozsahu projektové dokumentace na úrovni DSPS.

První část pilotního projektu byla zahájena 1. 2. 2020 a byla dokončena 31. 8. 2020. Výstupem byl:

• Informační model Hlavní čerpací stanice na Ústřední čistírně odpadních vod v Praze,
• dokument BEP (BIM Execution Plan – Plán realizace BIM, který je nedílnou součástí každého Informačního modelu vytvořeného podle zadávací dokumentace BIM),
• výstupy pro analýzu rozhraní mezi BIM a stávajícím Technickým informačním systémem PVK od dodavatele Popron Systems s.r.o. (dále jen „TIS“).

Související konzultační a rozvojové aktivity, které měl naplnit tento pilotní projekt, shrnul dokument vytvořený zhotovitelem (D-PLUS projektová a inženýrská, a.s. a Sweco Hydroprojekt, a.s.), který navázal na prvotní projekt PVK a aktualizoval stav problematiky BIM v ČR, možnosti implementace BIM v obou společnostech a definoval možnosti využití BIM v PVS a PVK. Výstupu z této části projektu jsou znázorněny na Obr. 1 a 2.

Obr. 1: Vizualizace objektu Hlavní čerpací stanice ÚČOV Praha v BIM

Obr. 2: Řez objektem Hlavní čerpací stanice ÚČOV Praha v BIM

Druhá část pilotního projektu byla zahájena 21. 9. 2020 a byla dokončena 31. 3. 2021. Výstupem byl:

• Informační model Hrubého předčištění stoky EF na ÚČOV Praha,
• informační model propojení kanalizační stoky včetně objektu spadiště mezi Hlavní čerpací stanicí a objektem Hrubého předčištění stoky EF,
• dokument BEP a definice Datového standardu zpracování BIMu pro objekty vodohospodářské infrastruktury.

Výstupy z této části projektu jsou znázorněny na Obr. 3 a 4.

Obr. 3: Vizualizace objektu Hrubého předčištění stoky EF ÚČOV Praha v BIM

Obr. 4: Řez objektem Hlavní čerpací stanice ÚČOV Praha v BIM

Společná vizualizace dvou objektů v BIM zpracovaná v rámci pilotního projektu PVK a PVS je uvedena na Obr. 5, 6 a 7.

Obr. 5: Celkový pohled na vizualizaci objektů Hlavní čerpací stanice a Hrubého předčištění stoky EF ÚČOV Praha v BIM

Obr. 6: Celkový řez objekty Hlavní čerpací stanice a Hrubého předčištění stoky EF ÚČOV Praha v BIM

Obr. 7: Pohled na objekty Hlavní čerpací stanice a Hrubého předčištění stoky EF ÚČOV Praha v BIM

Na základě zkušeností z pilotních projektů byl definován požadavek na software Autodesk Revit, který je doporučen pro vytváření informačních modelů. Pro prohlížení a další práci s modely byl vybrán software Navisworks Simulate a Navisworks Dokument.

Důležitým výstupem z pilotních projektů byla kompletní zadávací dokumentace pro zadávání veřejných zakázek pro výběr projektanta a zhotovitele v BIM. Na základě zkušeností z povinného dokumentu BEP (plán realizace BIM), který je nedílnou součástí každého vytvořeného Informačního modelu, byl vytvořen zadávací dokument EIR (Employer's Information Requirements), což jsou požadavky každého investora na BIM.

V EIR je popsáno, co investor od projektu očekává, jaké informace chce obdržet, jaké standardy a procesy má zhotovitel modelu použít. Nedílnou součástí EIR je Datový standard, kde jsou uvedeny požadované jednotlivé prvky a parametry modelu, dále nezbytné nástroje k modelování prvků a požadované značení prvků v modelu.

Ve značení jednotlivých prvků v modelu jsme vycházeli ze SNIM – Standardu negrafických informací 3D Modelu. SNIM je tvořený členy Odborné Rady pro BIM (czBIM), je veřejně publikován a postupně rozšiřován. Jedná se o datový standard a zároveň třídicí systém pro stavební prvky s přiřazenými parametry. Obsahuje cca 150 prvků s vlastnostmi pro hrubou stavbu, ale neobsahuje prvky technologie využitelné pro vodohospodářskou infrastrukturu. Proto PVS a PVK zavedla svojí vlastní katalogizaci a značení prvků vodohospodářské infrastruktury, které vychází z prvků a parametrů Technické evidence TIS rozšířené o parametry navrhované dle SNIM.

Veškerá dokumentace je v současnosti zpracovávána do formy přílohy Městských standardů vodovodů a kanalizací na území hl. m. Prahy.

Přečtěte si také Robotické vrtání otvorů pro kotvení instalací s využitím BIM Přečíst článek

Propojení BIM na stávající informační systémy PVS a PVK

Využití datové (informační) části modelů BIM, tj. parametrů jednotlivých prvků geometrie modelu, je hlavním efektem zavedení BIM do vodohospodářské praxe. V případě PVS a PVK budou v Technické evidenci TIS vytvořeny jednotlivé „Karty objektů údržby pro prvky technologie objektu“. Zde budou parametry z BIM modelu uloženy a budou využívány pro následné plánování údržby.

V rámci přenosu parametrů z BIM do TIS bude také možné na úrovni TIS, ještě před vlastním vznikem Karet objektů údržby, kontrolovat správnost přenesených dat a bude možné je uživatelsky měnit, či doplňovat. Tato možnost zajistí následnou čistotu dat v Technickém informačním systému a následně i podklad pro očistění „zdrojových dat“ v BIM. Dále bude zavedena automatická transformace dat v případě, že vyvstane nutnost přepočítávat hodnoty BIM (například převody jednotek atd.).

Bude také využito i opačného směru toku dat z TIS do BIM, tak aby bylo zajištěno spárování prvků v BIM s Kartami objektů údržby v TIS pomocí jedinečného identifikátoru. Díky tomu bude zajištěna aktualizace modelu při rekonstrukcích. Informační model (BIM) se tak stává digitálním dvojčetem reálného objektu.

V tomto duchu byla dne 31. 3. 2021 schválena Detailní Analýza rozhraní BIM – TIS v PVK a PVS. Realizace rozhraní BIM – TIS proběhne do 31. 12. 2021.

Další projekty využívající BIM

V průběhu roku 2021 jsou realizovány další projekty BIM, a to různých typů objektů na stokové i vodovodní síti, a průběžně bude dopracovávána a rozšiřována obecná dokumentace BIM. Příkladem dalších projektů může být projekt „Rekonstrukce 23 objektů na stokové síti“, kde probíhá výměna protipovodňových uzávěrů a sanace betonových a cihelných konstrukcí komor. Projekt zahrnuje vytvoření modelů těchto komor včetně vystrojení ve 3D. Podkladem pro zpracování modelů ve 3D je zaměření příslušných objektů ve 3D (scan a převod mračna bodů do formy využitelné v definovaném systému 3D AUTOCAD). Z těchto 3D modelů je produkována standardní dokumentace ve 2D, stále ještě nezbytná pro projednání s úřady.

Tento projekt ještě více ukázal, jak velkým přínosem je vytvoření 3D modelu již ve fázi přípravy, kdy zrychluje a zefektivňuje projednání složitých staveb, které by jinak bylo velmi komplikované a časově náročné. Výhodou je i podrobná a kontinuální kontrola projektanta a zhotovitele modelu.

PVS jako aplikační garant a PVK jako spoluřešitel je jedním z účastníků grantového projektu Technologické agentury ČR programu TREND č. FW03010028-N „Dynamický model provozování vodohospodářské infrastruktury“, který se věnuje uvedeným simulacím a jehož cílem je vývoj nového nástroje pro řízení vodohospodářské infrastruktury v reálném čase.

Organizace práce s BIM

Pro práce s BIM je nezbytné společné datové prostředí, které se nazývá CDE (Common Data Environment) a využívá se k elektronické výměně a sdílení dat. CDE může být ve formě serverového nebo cloudového řešení vlastníka nebo pověřeného provozovatele. Může být také dodáno v rámci veřejné zakázky pro daný projekt. Jedná se o společné místo pro veškeré digitální informace pro každý projekt, sdíleny jsou nejen geometrické informace modelu, ale i veškeré informace, které jsou nedílnou součástí projektu.

9D BIM

O BIMu se hovoří jako o geometrickém modelu s dalšími informačními dimenzemi až do 9D. Geometrie modelu ve 3D dává jednoznačnou prostorovou informaci, umožňuje vizualizaci jak uvnitř objektu, tak vizualizaci pro koordinaci s ostatními sítěmi vně objektu. Koordinace objektu ve 3D s požadavky na veřejný prostor, s ostatními sítěmi, kolektory a jinými podzemními stavbami ve složitém zastavěném území urychluje projednávání a usnadňuje diskusi kolem ekonomické rozvahy výstavby objektu.

Vizualizační funkce BIM mohou generovat i vizualizaci objektu z pohledu člověka, který prochází objektem, nebo zpracování objektu do animace průletu jak vnitřním prostorem, tak kolem objektu. Navzájem související informační rozměry označované jako 4D, 5D a 6D přinášejí informace o výkazu výměr, rozpočtu a harmonogramu výstavby. Geometrie modelu a parametry o velikosti jednotlivých prvků umožnují vytvoření 4D Výkazu výměr. Jednoznačné značení prvků, jehož podrobnost a systém je definován v zadávací dokumentaci EIR a Datovém standardu, umožnuje vytvoření 5D Rozpočtu. Doplnění informací do modelu o postupu výstavby zase vytvoří informační rozměr 6D Harmonogram výstavby. Rozměr 7D je popisován jako Plán údržby nebo trvalá udržitelnost, který případě PVS a PVK zastupuje vazba do TIS. Informační rozměr 8D se využívá k matematickému modelování. Pomocí hydraulického výpočtu lze ve 3D modelu ověřit, jaké bude proudění v objektu, zda je objekt správně nadimenzován a zda v některých částech objektu nedochází k přílišnému namáhání konstrukce objektu.

Posledním rozměrem je 9D – předpovědní simulace v reálném čase. Ve vodohospodářské infrastruktuře tak mohou být simulovány různé provozní stavy pro potřeby optimalizace provozu, efektivnější řízení provozních a investičních nákladů a pro koncepční rozvoj vodohospodářské infrastruktury.

Závěr

BIM je dnes vnímán jako hlavní cesta k digitalizaci stavebnictví. Na základě rozhodnutí vlády ČR se počítá s povinným využitím BIM pro veřejné nadlimitní zakázky postupně od roku 2023.

Domníváme se, že BIM v kontextu vodohospodářské infrastruktury bude mít svoji specifickou pozici, která se bude lišit od pojetí BIMu ve stavebnictví (pozemní či dopravní stavby). O tom vypovídá například výše zmíněná potřeba vlastní katalogizace technologických prvků, o které je potřeba rozšířit katalog stavebních prvků SNIM, nebo zcela jiné požadavky na detail stavební konstrukce objektu.

Poděkování

Za vytvoření fotografií pro tento příspěvek firmě SWECO Hydroprojekt a.s.