Digitalizace vodohospodářských staveb, vývoj projektování metodou BIM
Na příkladu tří projektů navržených v různých časových obdobích si ukážeme vývoj přípravy projektu od 3D koordinačního modelu přes BIM pasport až po 3D koordinační model projektu skutečného stavu vodohospodářského objektu. Předvedeme datovou strukturou, propojení digitální 3D projektovou dokumentaci s rozpočtem, harmonogramem a zobrazením v GIS včetně připomínkování ve společném datovém prostředí (CDE). Popíšeme také specifika BIM jako součásti zakázky, včetně role zadavatele v tomto procesu. V neposlední řadě zhodnotíme přínosy BIM z pohledu projektanta a ukážeme možné budoucí trendy.
Žijeme v převratné době, která se vyznačuje snahou adekvátně reagovat na změnu klimatu (sucho v ČR) a která je mohutně ovlivněna pandemickou krizí. Odpovědí na tyto dva základní vlivy jsou udržitelnost investičních projektů a digitalizace. A BIM je nedílnou součástí obou těchto fenoménů. To platí v architektuře, urbanismu i v inženýrských stavbách, jejichž součástí jsou i projekty pro obor vodovodů a kanalizací.
Digitalizace přináší nové technologie a s nimi spojený celosvětový rozvoj digitálních informací a postupů. Pro tento proces, který v současné době probíhá, se začal užívat název „Společnost 4.0“, či čtvrtá průmyslová revoluce. Je to označení pro současný trend digitalizace a s ním související automatizace výroby. Jednou z hlavních myšlenek je, že pomocí moderních metod a nástrojů by mělo dojít k úsporám času a peněz a zvýšení flexibility firem. Další předpokládanou výhodou tohoto procesu je implementace principů udržitelného rozvoje díky zavedení nových, šetrnějších postupů, které sníží negativní lidské vlivy související s průmyslovou výrobou. Tato revoluce probíhá ve všech odvětvích výroby a pro každou z nich má svá specifika. V rámci stavebního odvětví (Stavebnictví 4.0) je významnou součástí tohoto procesu zavedení informačního modelu budovy (BIM).
Informační model budovy je digitálním obrazem / dvojčetem skutečného fyzického a funkčního objektu, včetně souvisejících charakteristických informací. Tento model slouží jako komplexní databáze stavby po celý životní cyklus od projekční přípravy, přes výstavbu, provoz, možnou rekonstrukci až po demolici.
Využití informačních modelů v projektové fázi
Projektanti se v současné době již učí využívat modely BIM v průběhu všech procesů spojených s projekční činností. Již v raných fázích projektů můžeme zadáním správných informací do našich 3D modelů vytvořit v maximálně možné míře předpoklady investičních nákladů, které lze dále snadno aktualizovat v průběhu celého projektu. S pomocí modelu BIM můžeme mimo jiné automatizovat multidisciplinární kontrolu koordinace, která minimalizuje možné chyby a přispívá k zajištění kvality finálního návrhu.
Práce na informačním modelu samozřejmě nekončí projekční přípravou, ale model je využíván a aktualizován i v průběhu výstavby, a po vytvoření modelu skutečného provedení stavby je tento informační model, který je v tuto chvíli skutečným digitálním dvojčetem postaveného objektu, předán investorovi do dalších fází. Data obsažená v jednotlivých prvcích modelu poté slouží jako základ pro správu a údržbu objektu po celou dobu životnosti, včetně případných rekonstrukcí až po demolici.
Implementace BIM postupů ve společnosti, ať už projekční, realizační, či přímo u investora, není jen otázkou výměny HW a SW, ale jde o komplexní přepracování zavedených pracovních postupů a o změnu přístupu jednotlivých zaměstnanců. S ohledem na softwarové zpracování dat a automatizaci postupů je třeba, aby byly veškeré procesy exaktně vyspecifikovány a všemi zúčastněnými stranami dodržovány. Navíc neexistuje žádný ideální univerzální model, který by bylo možné implementovat do všech společností. Tento proces je individuální a pro zdárné zavedení BIM postupů je vždy třeba vytvořit unikátní řešení, které přesně reflektuje potřeby a možnosti společnosti, ve které se BIM zavádí.
Příklady vyžití informačního modelu v projektové přípravě
V následující kapitole bude představen příklad postupného vývoje práce s informačními modely od 3D koordinačního projektového modelu, přes BIM pasport skutečného stavu vodohospodářského objektu naplněného datovou strukturou až k rozvojovému projektu, který propojuje digitální 3D projektovou dokumentaci s rozpočtem, harmonogramem, umožňuje jeho zobrazení v GISu a publikování a připomínkování na společném datovém prostředí (CDE).
NVL ÚČOV Praha
Společnost Sweco Hydroprojekt a.s si možnosti využití informačních modelů začala osvojovat od roku 2013, kdy byl poprvé využit při projekčních pracích SW, který umožňuje tvorbu informačního modelu. Šlo o projekt rozšíření Ústřední čistírny odpadních vod (ÚČOV) v Praze na Císařském ostrově o Novou vodní linku (NVL). Jednalo se o značně rozsáhlý projekt, a i když informační model v té době nebyl součástí smlouvy o dílo, tak jsme se interně rozhodli při projektové přípravě využívat koncept 3D modelování (z dnešního pohledu ještě nešlo o plnohodnotný informační model). Hlavním cílem tohoto firemního pilotního projektu bylo otestovat možnosti zvoleného SW pro projekční přípravu objektů vodohospodářské infrastruktury. Původně jsme chtěli 3D model využívat pouze jako podpůrný nástroj při koordinaci jednotlivých profesí, ale brzy se začaly objevovat další a další možnosti využití tohoto modelu. Otestovali jsme si tvorbu výkresové dokumentace z modelu pro jednotlivé profese, model začal sloužit jako podklad pro tvorbu výkazu výměr a začal se využívat při výrobních výborech se zadavatelem a koordinačních schůzkách s budoucím provozovatelem. Výše jmenovaná využití modelu vycházela primárně z možností 3D modelu a nekladla téměř žádné požadavky na informační naplněnost jednotlivých prvků. To se změnilo v průběhu roku 2014, kdy byl vznesen ze strany zadavatele požadavek na vytvoření sady výkresů CGD (Civil Guide Drawings – koordinační soutisk všech profesí). Kombinace neustálého vývoje projektu (a s tím spojených změn) a nutnost mít v dokumentaci CGD zanesenu nejen grafickou reprezentaci každého prvku technologického vybavení, ale i další podrobnější informace (jedinečné identifikátory potrubních tras, názvy zařízení, hmotnosti, točivé momenty apod.), nás dovedla k potřebě provázat dokumentaci CGD s modelem nejen na úrovni grafiky, ale i na úrovni informační naplněnosti. Do modelu byla k jednotlivým prvkům doplněna potřebná data, která byla provázána s popisky na výkresech, potřebných výkazových tabulkách apod. Tím vznikaly „živé“, neustále aktuální a koordinované výkresy, které okamžitě reflektovaly změny provedené v projektu a původní 3D model začal plnit vlastní funkci informačního modelu. V průběhu následujících měsíců přicházely další a další požadavky na úplnost a komplexnost projektu, které se řešily rozšířením informační podrobnosti jednotlivých prvků (například u místností v objektech se nakonec evidovalo přes 300 parametrů). I při samotné výstavbě byl model neustále doplňován o změny ať už z aktualizovaných verzí realizační dokumentace či ze zápisů do stavebního deníku tak, aby model neustále co nejpřesněji reflektoval skutečný stav na stavbě. Nakonec v roce 2019 vznikla dokumentace skutečného provedení stavby, která byla kompletně tvořena a publikována z takto vzniklého informačního modelu. Pro přiblížení náročnosti tohoto projektu lze uvést několik čísel. Realizační dokumentace stavby obsahovala okolo 11 000 dokumentů, na výměnné FTP bylo přeneseno přes 80 GB dat, a připomínek / požadavků vznesených zadavatelem k projektantovi při procesu výstavby bylo několik tisíc.
Hlavní čerpací stanice ÚČOV Praha – BIM projekt a Hrubé předčištění ÚČOV Praha – BIM projekt
Optimálním způsobem, jak implementovat informační modely do struktury vodárenské společnosti, je zadání a zpracování pilotních projektů. Na začátku roku 2020 zadaly společně Pražská vodohospodářská společnost a.s. (PVS) a Pražské vodovody a kanalizace a.s. (PVK) zpracování pilotního BIM projektu pro dva nově vybudované objekty, hlavní čerpací stanici (HČS) a hrubého předčištění pro kmenové stoky EF. Zakázku získalo sdružení Sweco Hydroprojekt a.s. a D plus projektová a inženýrská a.s. Cílem zakázky bylo vytvoření BIM modelu skutečného provedení těchto objektů, podrobného pasportu v odpovídající míře detailu s datovou strukturou, která bude začleněna do Technického informačního systému PVK (TIS PVK).
Nedílnou součástí této zakázky byl rozbor stávajících postupů a dat využívaných ve společnostech PVS/PVK. Tyto znalosti byly následně využity při návrhu skladby informačního modelu stavby (objektová skladba + datová naplněnost jednotlivých prvků). Tím bylo zajištěno, že vznikne informační model dle potřeb zadavatele a bude možnost jej následně napojit na stávající firemní informační systém. Pro tento obtížný úkol byly zpracovány následující dva podpůrné dokumenty, které popisují požadavky na informační model:
- BEP (BIM Execution Plan) – Plán realizace BIM. Dokument, který definuje standard tvorby BIM modelů, slouží jako průvodce a návod pro správné pochopení grafického a informačního obsahu modelů a pro efektivní naložení s danými daty vznikající v průběhu projektových prací. Velmi zjednodušeně lze říci, že supluje technickou zprávu k digitálnímu informačnímu modelu. Popisuje strukturu projektu, grafickou podrobnost modelu a úroveň detailu modelování jednotlivých komponent v modelu. Jsou jasně definované i nástroje modelovacích programů použitých pro vytvoření modelu. Definuje detailnost zpracování jednotlivých elementů tak, aby bylo možné splnit stanovené cíle pro další využití modelu a nebyly modelovány nesmyslné detaily.
- Datový standard je seznam parametrů, které jsou sledovány na elementu v průběhu zpracování projektového stupně a které jsou předány v modelu. V tomto případě byly investorem a provozovatelem definovány sledované parametry stavební a technologické části tak, aby byly v souladu s parametry Technické evidence TIS rozšířené o parametry navrhované dle SNIM.
Oba dokumenty, zpracované v rámci pilotního projektu, slouží investorovi jako základ pro další potenciální BIM projekty a mohou být modifikovány a rozšiřovány dle potřeby. Datový standard může být postupně doplňován o další objekty vodohospodářské infrastruktury. Jedná se tak o dlouhodobý proces digitalizace projektové přípravy a integraci do vodohospodářské společnosti. Vlastní informační model, tedy jeho grafická i datová informace může sloužit v další projekční fázi daného objektu, např. budoucí rekonstrukci nebo výměně technologických prvků. Vybraný projektant tak bude mít k dispozici stále aktuální skutečné provedení této stavby. Podmínkou tohoto postupu je systematická péče o informační model, aby do něj byly zaneseny veškeré změny v průběhu provozu objektu.
Interní vývojový projekt ČSOV Nepovolená
Cílem práce s informačními modely by měl být kompletní proces digitalizace, který umožňuje přímou tvorbu výkresové dokumentace z informačního modelu bez dalších úprav. Toto řešení zajistí minimalizaci chybovosti výkresové dokumentace a úplnou koordinaci jednotlivých profesí. V projektové dokumentaci vzniká množství chyb také nesprávným výpočtem kubatur, kde často dochází k vynechání nebo nepřesným výpočtům některých položek. Pro odstranění těchto chyb otestoval Sweco Hydroprojekt a.s. s partnery (společnostmi, které vyvíjejí příslušná softwarová řešení), propojení informačního modelu s výkazem výměr. Současně byl informační model propojen s harmonogramem výstavby a otestováno propojení informačního modelu s grafickým prostředí GIS. Pro dokončení celého procesu byl připraven postup automatizovaného exportu informačního modelu a projektové dokumentace do společného datového prostředí (CDE).
Tento vývojový projekt byl zrealizován na reálném projektu rekonstrukce ČSOV Nepovolená v Praze. Ukazuje možnosti budoucího směřování informačních modelů, v němž BIM není pouze model, ale celý plně digitální proces projektové přípravy včetně vedení projektů, záznamů z jednání, připomínkovací procesu a schvalování dokumentace.
Obr. 1 – Interní rozvojový BIM projekt ČSOV Nepovolená – schema propojení jednotlivých digitálních komponent
BIM jako součást zakázky – specifika
Postupně se přesouváme od informačních modelů, které využívá projektant pro vlastní potřebu (koordinace, výrobní výbory, výkazy výměr, tvorba výkresové dokumentace atd.), ke skutečným informačním modelům, které jsou již součástí zadání zakázky a předávají se zadavateli společně s projektovou dokumentací. V současné době neexistuje a dle našeho názoru nejspíše v dohledné době nebude existovat v odvětví vodohospodářské infrastruktury jednotné zadání obsahu a podrobnosti informačního modelu BIM. Pro následující využitelnost informačního modelu u zadavatele nebo provozovatele je totiž potřeba přizpůsobit obsah (hlavně informační naplněnost) BIM modelu již při jeho tvorbě potřebám konkrétního zákazníka a tyto potřeby mohou být diametrálně odlišné. BIM model má obrovský potenciál v možnostech svého využití a s ním spojenou podrobností prvků v modelu obsažených (ať už grafickou či informační). Model by měl svojí podrobností reflektovat stupeň projekční přípravy, v kterém se aktuálně nachází, ale zároveň musí zohledňovat i potřeby daného zadavatele v daném čase. Proto je potřeba jako součást zadání co nejpřesněji specifikovat požadavky zadavatele na informační model (grafický i negrafický obsah modelu) a protože se pohybujeme v digitálním prostředí, tak také nadefinovat požadavky na způsob výměny dat mezi jednotlivými zúčastněnými subjekty. Pro tyto potřeby slouží několik doprovodných dokumentů. V zadávací fázi je to zvláště dokument EIR (Employer's Information Requirements – Informační požadavky zadavatele) s přílohou Datový standard. Tyto dva dokumenty by měly být nedílnou přílohou zadání prací. Podle těchto dokumentů si lze vytvořit předběžný názor na realizovatelnost, pracnost a časovou/finanční náročnost tvorby BIM modelu a přizpůsobit tomu svoji nabídku. Čím přesnější a podrobnější je dokument EIR, tím lépe může zhotovitel splnit všechny zadavatelovy požadavky k oboustranné spokojenosti. Jako „odpověď“ zhotovitele na dokumenty EIR a DS je potom dokument BEP (BIM Execution Plan – Plán realizace BIM), který se ještě může dělit na pre-contract BEP (před podpisem smlouvy) a post-contract BEP (po podpisu smlouvy). Cílem pre-contract BEPu je nastavit podle cílů EIR a DS procesy k uzavření SoD (ať už na projekční přípravu či stavební práce). Post-contract BEP vychází z dokumentu pre-contract BEP a je konkrétní odpovědí na obecné požadavky specifikované v EIR (SW nástroje, matice zodpovědnosti, postupy koordinace a předávání dat, způsob modelování atd.). Při tvorbě a finálním odevzdání modelu slouží tento dokument jako „návod k použití“ BIM modelu.
CDE
Nedílnou součástí zakázky zpracovávané metodou BIM je nastavení a práce s projektovým CDE (Common Data Environment – společné datové prostředí). CDE je prostředí, kde se shromažďují veškeré potřebné projektové informace, zajišťuje se jejich správa a následná řízená distribuce pro všechny zúčastněné subjekty. V rámci CDE je vždy definována jediná platná verze informace a tím se minimalizují chybovost, duplicitnost a případná nedorozumění. Mohou a měly by zde být uloženy nejen samotné informační modely, ale i veškeré pro projekt relevantní dokumenty (2D dokumentace, fotografie, texty, tabulky, zápisy, naskenované dokumenty či důležitá korespondence). V rámci nastavení CDE jsou mimo jiné přesně specifikovány schvalovací a předávací procesy či postupy připomínkových řízení. Pro tyto účely se v CDE dle ČSN EN ISO 19650 užívají 4 základní stavy projektu: WORK IN PROGRESS (zde probíhá práce na samotném projektu), SHARED (části projektu sdílené k připomínkování/schválení), PUBLISHED (odsouhlasená část projektu bez připomínek), ARCHIVE (finální archivace).
Připravenost zadavatele
Z předešlého textu je patrné, že v případě, kdy je BIM součástí zakázky, je i na straně zadavatele třeba, aby proběhla implementace BIM postupů do společnosti zadavatele projektu. Je na zadavateli, aby v zadání projektu vyspecifikoval své požadavky na model, jeho podrobnost, strukturu, informační naplněnost, způsob předávání informací apod. tak, aby byl schopen následně model využívat pro své potřeby. V tomto případě již pod pojmem BIM chápeme spíše Building Information Management, protože pro správce/provozovatele je hlavním cílem nastavit efektivní procesy využívání dat z informačního modelu v průběhu celého životního cyklu stavby. Tato implementace není jednoduchý proces a aby byla úspěšná, je třeba ji přizpůsobit individuálním potřebám každé jednotlivé společnosti.
Při procesu implementace BIM do společnosti je možné využít i externí konzultanty. Základním cílem konzultantů je pomoci identifikovat možné výhody, které může BIM v konkrétním případě přinést a navrhnout postupy, kterými se mohou využít a zapracovat.
BIM nevnímáme pouze jako záležitost technologie a technologického rozvoje, ale jako základ nových pracovních postupů a podporu změny přístupu k jednotlivým projektům. BIM pro nás není jen odbornou oblastí pro pár specialistů, ale nejpřirozenější způsob práce všech zúčastněných na projektu. Neustále hledáme nové způsoby a možnosti využití informačního modelu. Probíhají další pilotní projekty, na kterých testujeme možnosti využití BIM (např. efektivní využití dat z modelu při přípravě rozpočtu, využití BIM v různých SW pro správu majetku, digitalizace postupů spojených s výstavbou prostřednictvím CDE, využití BIM při výpočtu proudění kapalin a plynů a s tím spojenou optimalizaci návrhu, možnosti propojení firemního DMS a projektového CDE, možnosti využití BIM v prostředí GIS atd.)
V současnosti již platí, že není otázkou, JESTLI začít s implementací BIM, ale KDY s touto implementací začít (obzvlášť v prostředí veřejných zakázek). Ještě je stále čas na postupný (méně bolestivý) proces začlenění BIM do organizací, ale kdo tento čas nevyužije, musí být připraven v budoucnosti rychle dohánět to, na co mohl být už dávno připraven.
S BIM můžeme společně navrhovat řešení tak, abychom dosáhli dobrého konečného výsledku bez nákladných změn v závěrečné fázi.
Závěrečné shrnutí a budoucí vize
Naše zkušenosti s informačními modely vychází logicky především z pohledu projektanta. Použití postupů BIM přenáší větší část pracnosti do nižších fází projektové přípravy. To by mělo přinést určité výhody v následných podrobnějších fázích. Jednoznačně je přínosem nižší chybovost (i za cenu vyšší pracnosti) řešení a odstraňování kolizí a u vyspělejších postupů přesnější výkaz výměr. Jednoznačnou výhodou je při správně nastaveném modelu management změn. Proto je nutné u každého projektu již na začátku zvážit, jestli výhody postupů BIM převáží nad zvýšenou pracností v rané fázi projektování.
Postupy BIM se nám jednoznačně osvědčily u objektů vodovodů a kanalizací, které mají trojrozměrný charakter, jako jsou ÚV, ČOV, čerpací stanice, nádrže, komory a vodojemy, a to včetně rekonstrukcí stávajících objektů.
Naopak u liniových staveb (trubní vedení) se zatím jeví jako optimální kombinace 2D postupů s modely objektů a linku pro správu a předávání dat řešit kombinací GIS a BIM. Ale to může budoucnost změnit.
Doporučujeme sledovat vývoj ve vyspělých zemích západní Evropy. V evropském kontextu jsou považovány za BIM nejvyspělejší země UK, Finsko, Švédsko, Norsko, Dánsko, Belgie a Holandsko, Německo akceleruje. Světovým leaderem je Singapur. V oboru vedou země, kde centrální investoři začali požadovat zpracování BIM podle svých, dobře propracovaných standardů a požadavků. Ty se pak staly i velmi hojně vyžívaným podkladem pro soukromé investory a ostatní účastníky výstavbového procesu.
Nejnovější trend, který lze ve vyspělých zemích vidět, je vkládání modulů do BIM, které hodnotí projekty z hlediska udržitelnosti a umožňují efektivně porovnávat variantní řešení. Udržitelnost (například uhlíková stopa projektů, snižování energetické náročnosti apod.) začíná být v EU přímo navázána na možnost financování výstavbových projektů, a to nejen z hlediska dotací, ale i komerčních úvěrů. Pro tyto postupy se používá název „taxonomy“, jako výsledek „zelené dohody“ pro Evropu a klimatické legislativy. Takže znovu udržitelnost a digitalizace.
Trendy jsou jasné – je potřeba je pochopit a využít je pozitivním směrem.
Poděkování
Za konzultace při zpracování interních rozvojových i externích BIM pilotních projektů společnostem Pražská vodohospodářská společnost a.s. a Pražské vodovody a kanalizace, a.s.
The article describes, using the example of three projects designed in different time periods, the evolution of project preparation from a 3D coordination project model, through a BIM passport of the actual state of the water management object filled with data structure, to a development project that links the digital 3D project documentation with the budget, schedule, allows its display in GIS and publishing and commenting on the Common Data Environment (CDE). It also describes the specifics of BIM as a part of the contract, including the role of the client in the process. Finally, it evaluates the benefits of BIM from the designer's perspective and shows possible future trends.