BIM v dopravním stavitelství

Zkušenost z dopravních projektů realizovaných pomocí BIM dokládá, že uvážlivé použití dat, informačních a komunikačních technologií a automatizace staveb zvyšuje kvalitu a snižuje náklady na výstavbu infrastruktury. 5D modelování zahrnuje nejen prostorové uspořádání, ale i čas a finanční náklady.

Metody informačního modelování staveb (BIM) jsou známy od roku 1974 [1] a v několika posledních letech se posunuly z teoretické roviny do praxe. Děje se tak především díky potenciálu digitalizace v přinášení úspor, snižování rizik, použití efektivních technologií a systémů řízení založených na analýze dat. BIM (Building Information Modeling nebo Building Information Management) podle [1], [2] je soubor procesů informačního modelování – vytváření, aktualizace, užití a správy dat o stavebním projektu s cílem optimalizovat jej a dosáhnout odpovídající přidané hodnoty. V praxi je tato oblast spojena zejména s digitálním modelem stavby od projektování přes vlastní procesy výstavby až ke správě stavby. Využitím BIM jde především o změnu přístupu. Jedná se o spolupráci všech účastníků projektu v reálném čase na jednom modelu projektu prostřednictvím softwarových řešení. S informací o prostorových vazbách mohou být k jednotlivým stavebním prvkům přiřazeny další potřebné informace, jako jsou materiálové vlastnosti, ceny, záruky, požadavky na údržbu a opravy. Současně lze takový model účelně propojovat s časovým plánováním a vytvářet tak další rozměry modelu.

S informačním modelováním velmi úzce souvisejí dva další termíny, a to digitalizace a automatizace ve stavebnictví. Platí běžná úměra, známá i z jiných odvětví průmyslu, a to že se zvyšujícím se výkonem počítačů a možnostmi specializovaných softwarů se rozšiřuje použití výpočetní techniky ve stavebnictví.

Procesy řešené pomocí tištěných dokumentů a papírové dokumentace se mění v elektronická data. Z pohledu metody informačního modelování staveb se mimo výše zmíněné jedná o vedení komunikace prostřednictvím sdílených datových prostředí (známých pod zkratkou CDE – Common Data Environment), vedení smluvních dokumentů, záruk, použití softwarových nástrojů pro vedení kontrolních a zkušebních plánů, vad a nedodělků a celé řady dalších informací. Informační model nese některé údaje již v sobě ve formě metadat a atributů. Příprava tištěných dokumentů tak v celé řadě případů není zapotřebí. Databázovými způsoby se zapisují samotné informace o stavebním dílu, ale taktéž údaje spojené se vznikem těchto dat (autor, data, změny, přístupy a další…). S použitím takových systémů se mění způsob práce a jednotlivé postupy. Je tedy docíleno procesních změn, které přiřazují odpovědnost a zvyšují transparentnost prostředí.

Proces, kdy se namísto papírové formy využívají tyto údaje, je nazýván digitalizací. Její další rozšíření je v oblasti strojírenství známé jako Průmysl 4.0 a ve stavebnictví se uplatňuje ve formě BIM. I z toho důvodu, že stavebnictví je jedním z nejméně digitalizovaných odvětví národního hospodářství [3], se jedná o téma, kterému byla v poslední době věnována celá řada konferencí, seminářů, kulatých stolů a odborných diskusí.

Zavedením digitalizace a automatizace v automobilovém průmyslu se zvýšila efektivita výroby o 75 %. Tuto paralelu lze použít i pro stavebnictví, kdy se zavedením informačního modelování v životním cyklu stavby zvyšuje automatizace a prefabrikace stavební výroby. Vyčíslení úspor v dopravním stavitelství se pak podle jednotlivých autorů pohybuje mezi 5 až 35 % [4]–[7].

Současný stav v ČR

Téma informačního modelování je již celou řadu let běžnou praxí pro výstavbu infrastrukturních staveb, které obsahují složité technologické celky (elektrárenský, chemický a vodohospodářský průmysl). V případě pozemního stavitelství existují v České republice desítky zkušeností s přípravou projektové dokumentace a realizace staveb. Lze zmínit stavby jako Riverview na Smíchově, Corso Court, projekt Five, Visionary (Skanska, a.s.). Výjimkou není použití principů informačního modelování pro stavby u nás připravované, ale realizované v zahraničí, například CrossRail ve Spojeném království (Mott MacDonald CZ, spol. s r.o.), Com City v Rusku (CMA, spol. s r.o.), Sudbury v Kanadě (Exact Control System a.s.) a mnoho dalších. S použitím informačních modelů byla dále například připravována projektová dokumentace trasy metra D (METROPROJEKT Praha a.s.) nebo ÚČOV Praha (Sweco Hydroprojekt a.s.).

Státní sektor

Jedním z podkladů pro zpracování návrhu nového zákona o zadávání veřejných zakázek byla směrnice Evropského parlamentu a Rady EP 2014/24/EU. Tato směrnice doporučuje použití principů informačního modelování staveb. Podle zákona o zadávání veřejných zakázek (§ 103 odst. 3) zadavatel může v zadávacích podmínkách uvést závazný požadavek na použití zvláštních elektronických formátů včetně nástrojů informačního modelování staveb. Dnem 1. října 2016 nabyl tento zákon účinnosti a umožňuje tak veřejným zadavatelům požadovat použití informačního modelu pro další stavby a přípravné práce.

V závěru roku 2016 vydal Státní fond dopravní infrastruktury (SFDI) tiskovou zprávu vyjadřující záměr postupně zavést BIM do přípravy, realizace a správy dopravní infrastruktury v ČR. Tisková zpráva navazovala na usnesení vlády ČR č. 958 z 2. listopadu 2016 o významu metody BIM pro stavební praxi a návrh dalšího postupu pro její zavedení. V souvislosti s potřebou řešit toto téma byla na SFDI založena pracovní skupina pro informační modelování a jeho zavádění v resortu dopravy. Tiskovou zprávu lze nalézt na webu SFDI.

SFDI ve spolupráci s ŘSD ČR, SŽDC, ŘVC a dalšími organizacemi zahájil práci na přípravě metodik a standardů k rozšíření využití digitálních metod a využití informačního modelování staveb, k výběru a podpoře několika pilotních projektů. Cílem je rozšířit využití digitálních metod na stavbách dopravní infrastruktury financovaných SFDI.

V závěru roku 2016 byly ze strany ŘSD ČR a SŽDC prezentovány vybrané pilotní projekty k realizaci v roce 2017.

Dne 15. srpna 2017 byly na konferenci Budoucnost zadávání a realizace stavebních zakázek, konané v budově Státního fondu dopravní infrastruktury, představeny dva dokumenty. Prvním dokumentem, jejž představilo Ministerstvo průmyslu a obchodu, je Koncepce zavádění metody BIM v České republice. Podle harmonogramu by o tomto dokumentu měla v průběhu září hlasovat vláda České republiky. Druhým představeným dokumentem byl Plán pro rozšíření využití digitálních metod a zavedení informačního modelování staveb zpracovaný Expertním výkonným týmem SFDI [8]. Tento plán obsahuje harmonogram opatření, která by měla být realizována v následujících dvou letech.

Asociace

Dne 15. listopadu 2016 proběhla valná hromada Odborné rady pro BIM (CZ BIM), kde bylo zvoleno nové představenstvo rady. Na následujících jednáních se rozhodlo o založení Pracovní skupiny pro informační modelování dopravních staveb. Jedná se o čtvrtou pracovní skupinu při CZ BIM. V tomto okamžiku jsou v pracovní skupině aktivně zastoupeny společnosti Skanska a.s., Metrostav a.s., Hochtief CZ a.s., Sudop Praha a.s., Mott MacDonald CZ, spol. s r.o., METROPROJEKT Praha a.s., CCE Praha, spol. s r.o., BIM Project s.r.o. a Strabag a.s.

Normy

Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví zřídil technickou normalizační komisi (TNK) pro oblast organizace informací o stavbách a informační modelování staveb (BIM). TNK je vedena pod číslem 152. Informace k aktuálně projednávaným normám lze nalézt na webu ÚNMZ.

BIM jako součást řídicích jednotek hydrauliky strojů

Drátový model výztuže mostní opěry, Kungens Kurva, Förbifart, Švédsko

V praxi jsou informace o stavebních projektech a informace o aktivitách v elektronické podobě, s návrhem ve formě jednoho koordinovaného modelu/databáze a potřebnými dokumenty. Tyto dokumenty mohou zahrnovat potřebné údaje od denních rozdělení prací (tzv. start karet) přes kontrolní a zkušební plány až po smluvní dokumenty se stavebníkem. Použití nástrojů digitalizace těchto dokumentů a procesů, které souvisejí s jejich přípravou, je díky zefektivnění jejich přínosů široce využíváno.

Dat je využíváno ke zjišťování nepřesností stavební dokumentace a řešení potenciálních problémů a jejich včasného řešení předtím, než je projektový tým musí řešit v rámci stavby. Informace o stavebním díle jsou tedy zjišťovány z informačního modelu namísto dokumentace stavby. Jednou z důležitých aplikací je použití pro zemní práce, konstrukce vozovky nebo konstrukce železničního svršku a geodetické práce. Za těmito účely jsou stavební stroje (rypadla, dozery, grejdry, finišery, frézy…) vybaveny systémy GNSS nebo UST navádění a řízení stavebních strojů. Informační modely jsou tedy prostřednictvím řídicích jednotek strojů využity k řízení hydrauliky stavebních strojů.

 

Objektový model mostní opěry a ložisek, Kungens Kurva, Förbifart, Švédsko

5D = prostor, čas i peníze

Příklady pokroku v používání těchto informací během fáze realizace stavebního díla zahrnují:

  • 4D plánování, tedy přidání časového rozměru (harmonogramu) do 3D modelu;

  • 5D modelování, tedy napojení cen jednotlivých částí stavby.

Dále je využíváno 3D modelu pro vytváření výkazu o množství nebo výpočtu uhlíkové stopy. Použití těchto dat také rozšiřuje využití moderních geodetických metod, jako je použití 3D laserového skenování a zjednodušení přípravy dat pro potřeby vytyčování a zaměřování na stavbě.

Termínem 4D plánování se obvykle označuje 4D simulace plánování a sledování postupu výstavby, tedy propojení harmonogramu a skutečného průběhu realizace jako 4. dimenze informačního modelu. 4D plánování podporuje plánování staveb a umožňuje posoudit dopad navržených konstrukčních prvků a konstrukčních technologií jak na plány stavby, tak na pracovní postupy. Tyto simulace poskytují cenné informace o tom, která základní konstrukční schémata je třeba přehodnotit nebo změnit. Software používaný pro takové simulace je schopen rozpoznat anomálie v rámci plánovaného postupu a minimalizovat rizika během výstavby. Jako příklad uplatnění těchto postupů lze uvést simulace uložení výztuže (tvaru a polohy výztuže) v rámci projektu Kungens Kurva ve švédském Stockholmu.

Pod pojmem 5D modelování se zpravidla uvádí informační modelování obsahující 3D modely, harmonogramy a údaje o cenách a nákladech společně. Vzhledem k tomu, že informační model tak nabývá na podrobnostech, stává se základním nástrojem projektového řízení. 5D modelování může být provedeno ve dvou fázích – jako odhad budoucích nákladů na výstavbu, nebo sledování výkonu realizačních týmů a strojů. Pokud jsou tyto simulace využívány jako prognóza v případě projektů systému Design & Build nebo v rámci projektové přípravy, umožňují, aby byla snadněji provedena nezbytná rozhodnutí v počáteční fázi stavebního projektu, která ovlivňují celkové náklady díla [9].

Přesun k bezpapírové dokumentaci

Použití mobilních technologií se také stává používaným nástrojem na staveništi. Prostřednictvím mobilních telefonů nebo tabletů přistupují technici do společného datového prostředí (CDE) nebo sdílených databází. Tento přístup ke koordinovanému modelu, výkresům a jiné stavební dokumentaci a systémům pro správu vad a nedodělků zlepšuje kvalitu práce, snižuje pracnost a čas strávený při pořizování a vyhledávání informací. Používání mobilních technologií se tak organicky rozrůstá díky potenciálu snadného přístupu k datům a dostupnosti ICT [10].

Taková zařízení jsou také v současné době používána k přípravě kontrolních a zkušebních plánů bez papíru, provádění kontrol stavebníkem a technickým dozorem, ke kontrolám bezpečnosti a ochrany zdraví v místě stavby a k pořizování náčrtů a zaznamenávání změn během výstavby. Posun k bezpapírové dokumentaci tak zlepšuje efektivitu v administrativních procesech, stejně jako analýzy vytvořených dat, které mohou být použity pro další zlepšování postupu výstavby.

Mimo výše uvedených možností použití jsou modely BIM používány pro vizualizaci. Prostorový kontext a především koordinace s dalšími stavbami a stávajícím stavem (zástavbou, sítěmi, terénem atd.) jsou nedílnou součástí realizace. Efektivní reprezentace reálných stavebních procesů je umožněna při pochopení konstrukční posloupnosti, metod, potřeby pracovní síly a materiálů. Vizualizace se používají při kontrolách bezpečnosti provozu a kontrolních dnech na stavbách jak při komunikaci projektového týmu, tak při komunikaci mezi klientem, dodavatelem a subdodavateli. Díky názornému zobrazení jednotlivých řešení a problémů je mnohem snazší překonat překážky a zpoždění, která vznikají v důsledku změn během výstavby. Vizualizací je také využíváno pro komunikaci s veřejností.

Závěr

Bezpilotní letadlo před startem z odpalovací rampy

V úvodu uváděné aktivity resortu dopravy v blízké době směřují k realizaci pilotních projektů využívajících informačních modelů staveb. Je plánováno, že i s využitím pilotních projektů bude dále probíhat integrace principů informačního modelování a procesů spojených s digitalizací stavebního průmyslu.

 

Uváděné použití informačních modelů je příkladem spolupráce mezi projektovými kancelářemi, zhotovitelem stavby a stavebníkem směřující k dosahování úspor během výstavby, zlepšení kvality a BOZP. Hybatelem celého procesu je v uváděných příkladech zhotovitel, který definoval podmínky spolupráce, technický obsah informačního modelu a způsoby jeho využití. Zkušenosti z těchto staveb jsou velmi cenné při dalším rozvíjení tohoto tématu.

 

 

 

 

 

 

 


Foto a ilustrace:   Skanska a.s.

Literatura:

[1] BILAL, S. BIM Dictionary. Online, srpen 2017.

[2] Asociace pro rozvoj infrastruktury, Stanovisko k využití BIM v ­oblasti dopravní infrastruktury ČR, březen 2017.

[3] World Economic Forum a Boston Consulting Group, Shaping the ­Future of Construction, A Breakthrough in Mindset and Technology, 2016.

[4] EASTMAN, C., TEICHOLZ, P., SACKS, R. a K. LISTON: Wiley. BIM Handbook: A Guide to Building Information Modeling for Owners, Managers, Designers, Engineers and Contractors, 2nd Edition – Chuck Eastman, Paul Teicholz, Rafael Sacks, et al. 2011.

[5] KÖHLER, N. Virtuellt byggande ska sänka NCCs byggkostnader (Virtual construction will reduce NCC’s construction cost). Bygginustrin, 2008.

[6] MOSEY, D., BAHRAM, D., DARTNELL, R., HALLAM, C., HOWARD, C., MAQBOOL, A., MURRAY, K., RAWLINSON, S. a M. WINFIELD. ­Enabling BIM through procurement and contracts. King’s College Centre of Construction Law and Dispute Resolutions, 2016.

[7] NBS national BIM survey. NBS – Royal Institue of British Architects (RIBA), 2013.

[8] HOŘELICA, Z., MERTLOVÁ, O., VYKYDAL, I., ŽÁK, J. a kol. Plán pro rozšíření využití digitálních metod a zavedení ­informačního modelování staveb. Státní fond dopravní ­infrastruktury, srpen 2017.

[9] ŽÁK, J. a H. MACADAM. Informační modelování staveb (BIM) a digitalizace v dopravním stavitelství, Silnice a železnice, č. 1, 2017.

[10] ZAK, J. a J. BROUWERS. Informační modelování v infrastrukturních stavbách, Projektování pozemních komunikací, Praha, 2015.