Analýza možností návrhu kanalizačního systému v budově pomocí BIM modelu
Foto: Free Fotolia
Vytvoriť dobrý BIM model predstavuje pre projektantov TZB dlhý a náročný proces. V súčasnej dobe sa vyvíjajú a inovujú rôzne pluginy (nadstavby) pre BIM programy, ktoré sa snažia projektantom uľahčiť prácu a eliminovať duplicitnú prácu. Príspevok sa zaoberá preskúmaním návrhu kanalizačného systému budovy v BIM programe Autodesk Revit, ktorý bol rozšírený o plugin MagiCad 2024.
1. Úvod
Informačné modelovanie budovy (BIM – Building Information Modeling) zohráva posledných približne 15 rokov dôležitú úlohu pri projektovaní budov. Pomocou programov s podporou BIM je možné nielen vytvárať 3D modely jednotlivých profesií (KPS, TZB, atď.), ale zároveň do nich aj vkladať dôležité informácie, ktoré sú nevyhnutné pri projektovaní, výstavbe, rekonštrukcii a správe budovy. Dobre vyhotovený BIM model môže sprevádzať budovu počas celej jej životnosti, až po jej následnú demoláciu, obr. 1. Vytvoriť dobrý BIM model však znamená pre projektantov TZB dlhý a náročný proces. Oproti 2D projektovaniu tu vzniká veľké množstvo nových problémov, medzi ktoré patrí napríklad:
- trasovanie a spádovanie potrubí s reálnymi rozmermi, riešenie kolízií,
- vpisovanie informácií do jednotlivých prvkov, ktoré je v porovnaní s inými profesiami náročnejšie a všetky prvky majú niekoľkonásobne väčšie množstvo parametrov,
- finalizovanie výkresov, napodobenie grafického vzhľadu, aby sa čo najviac podobal 2D výstupu z Autocadu,
- aktualizácia a úprava modelu (niekedy sa oplatí časť modelu vymazať a vymodelovať ju nanovo).
Okrem toho je komplikovaná aj tvorba schém a rozvinutých rezov, ktoré nie je možné z takto náročne vytvoreného 3D modelu vyexportovať a je nutné siahnuť po štandardnom 2D programe a znova ich prekresľovať. Rovnako problematické sú aj výpočty, ktoré je nutné realizovať v iných programoch a informácie neustále medzi všetkými programami aktualizovať. Takýmto spôsobom sa celý proces projektovania predlžuje a vznikajú tu rôzne chyby. Z toho dôvodu vznikajú rôzne moduly (pluginy) pre BIM programy, ktoré sa snažia projektantom prácu uľahčiť.
Obr. 1: BIM model kanalizácie vo vysokej budove
Hlavným cieľom tohto príspevku je preskúmať možnosti návrhu kanalizačného systému budovy (vrátane výpočtov) v BIM programe Autodesk Revit 2024, ktorý bol rozšírený o plugin MagiCad 2024 [5]. So samotným programom, ktorý by nebol rozšírený o spomenutý modul by bolo možné kanalizačný systém budovy len vymodelovať a nebolo by možné s modelom robiť pokročilejšie úkony, medzi ktoré patria napríklad výpočty.
2. Pripravenosť BIM modelu na výpočet
Základom správneho výpočtu kanalizačných potrubí je dobre vymodelovaný 3D model. Model pred výpočtom nemusí byť spracovaný za pomoci rozširujúceho pluginu, avšak treba brať do úvahy nasledovné:
- všetky potrubia musia byť pevne spojené so zariaďovacími predmetmi, zápachovými uzávierkami alebo stavebnicovými inštalačnými systémami, obr. 2,
- aby plugin vedel zistiť smer prúdenia odpadovej vody, celá kanalizačná sieť musí mať len jeden voľný výtok (voľný koniec), t. j. odpadové potrubia ukončené vetracími hlavicami/privzdušňovacími ventilmi a pripájacie potrubia ukončené zariaďovacími predmetmi, obr. 2a,
- všetky prvky/zariaďovacie predmety, ktoré určitým spôsobom prispievajú k zvyšovaniu prietoku odpadovej vody v kanalizačných potrubiach musia mať správne vyplnený parameter výpočtového odtoku DU [l/s] a zakliknuté políčko či majú alebo nemajú nepretržitý prietok Qc [l/s], obr. 2b,
- každý prvok/zariaďovací predmet môže mať maximálne len jeden vstup/výstup pre potrubie, t. j. ak sa na modeli nachádza okrem výstupu pre pripojenie kanalizačného potrubia aj vstup na studenú a teplú vodu, výpočet neprebehne a vyhodí chybu,
- ak sa na kanalizácii nachádza pripojené prečerpávacie zariadenie, musí byť zatriedené v kategórii plumbing fixures (potrubná armatúra) aby ho plugin rozpoznal; pôvodne sú tieto zariadenia v kategórii mechanical equipment (mechanické zariadenia),
- správne nastavenie výpočtovej metódy podľa požadovanej normy a voľba koeficientu súčasnosti odtoku K [–].
Obr. 2: Pripravenosť 3D modelu na výpočet
a) schéma správneho ukončenia potrubí pre detekciu smeru prúdenia odpadovej vody,
b) správne vyplnenie parametrov pre výpočet so zatriedením do kategórie, 1 – hlavné vetracie potrubie, 2 – pripájacie potrubie, 3 – zvodové potrubie, 4 – správne ukončenie hlavného vetracieho potrubia, 5 – voľný výtok zvodového potrubia, 6 – správne ukončenie pripájacieho potrubia
3. Postup výpočtu s použitím BIM modelu
Po správnom vymodelovaní kanalizačného systému, dodržaní všetkých zásad vypísaných v kap. 2 je postup výpočtu v plugine MagiCad nasledovný. Po úspešnom nainštalovaní pluginu sa v programe Autodesk Revit zobrazia nové záložky, z ktorých je najdôležitejšou záložkou pri kanalizačnom systéme práve MagiCad Piping, obr. 3. V tejto záložke sa nachádza výber možností, ktoré súvisia aj s návrhom iných častí profesie TZB ako napr. vykurovanie a ostatné časti zdravotnotechnických inštalácií ako plyn, studená a teplá voda, cirkulácia, sprinklery, atď. Okrem toho je nutné mať v plugine zvolenú výpočtovú metódu podľa požadovanej normy, MagiCAD umožňuje výpočet kanalizačných systémov podľa:
- EN 12056 pre systémy I–IV,
- NF DTU 60.11 P-2.
Obr. 3: Nové záložky v programe Autodesk Revit po nainštalovaní pluginu MagiCad
Obr. 4: Voľba rozsahu výpočtu a koeficientu súčasnosti odtoku K
Potom už len stačí zvoliť ikonu Calculation (výpočty) a odpovedať na všetky dialógové okná vrátane voľby koeficientu súčasnosti odtoku K, obr. 4. Výstupom výpočtu v plugine je výpočtová tabuľka so zjednodušenou schémou a zároveň je možné výsledky nahrať priamo do jednotlivých potrubí. Po kliknutí na ľubovoľné potrubie je už možné ihneď zistiť, aké množstvo odpadovej vody ním preteká, obr. 5.
Na rozdiel od iných výpočtov v plugine MagiCAD (studená, teplá voda a cirkulácia) program nevie sám automaticky meniť dimenzie potrubí podľa prietoku, ktorý nimi preteká. Zatiaľ nevie potrubia automaticky rozdeliť na pripájacie potrubie, odpadové potrubie a zvodové potrubie a automaticky vyberať z príslušných tabuliek vhodné dimenzie potrubí. Táto časť už musí prebehnúť manuálne.
Obr. 5: Zhrnutie a zápis výsledkov výpočtu do 3D modelu
a) zhrnutie výsledkov výpočtu v tabuľke spolu s výpočtovou schémou, b) automatický zápis prietokov k jednotlivým častiam potrubí celého 3D modelu
4. Overenie správnosti výpočtu
Overenie správnosti výpočtu prebehlo v súlade s normou EN 12 056 [2], ktorá bola do pluginu nastavená ako východisková výpočtová metóda. Simulovaným prípadom bolo jedno hygienické zázemie administratívnej budovy (K = 0,5) s 8.NP, obr. 6. V hygienickom zázemí bolo umiestnené 2× WC (DU = 2,0 l/s), 3× P (DU = 0,5 l/s) a 2× U (DU = 0,5 l/s) a 1× VL (DU = 2,5 l/s), ktoré boli pripojené pomocou pripájacích potrubí na dve odpadové potrubia [1]. Na 1.PP bolo umiestnené prečerpávacie zariadenie odpadovej vody (Qc = 2,0 l/s), aby bolo možné overiť ako plugin toto zariadenie zaráta do výpočtu. Aby bola možná lepšia interpretácia výsledkov výpočtu, boli zostrojené aj 3 typy pripájacích potrubí, ktoré boli tiež prepočítané, obr. 7. Podľa postupu popísaného v kap. 3 prebehol výpočet výpočtového prietoku Qtot a ∑DU. Zároveň prebehol aj ručný výpočet vybraných častí, ktoré boli zhrnuté do tab. 1 a porovnané s výpočtom vykonaným v plugine MagiCAD, obr. 6b. Na základe vypočítaných prietokov boli manuálne navrhnuté aj príslušné menovité svetlosti na základe EN 12 056 [2]. Zároveň boli rešpektované aj minimálne svetlosti potrubí podľa STN 73 6760 [3].
Obr. 6: Overenie správnosti výpočtov dimenzovania potrubí pomocou 3D modelu
a) pôdorys typického podlažia, b) 3D schéma kanalizačného systému vybraného hygienického zariadenia s vyznačením overovaných častí, 1 – Pripájacie potrubie s 2× U, 2 – pripájacie potrubie s 3× P, 3 – odpadové potrubie K1, 4 – odpadové potrubie K2, 5 – zvodové potrubie so všetkými zariaďovacími predmetmi, 6 – zvodové potrubie so všetkými zariaďovacími predmetmi a prečerpávacím zariadením
| Číslo úseku | Ručný výpočet ∑DU [l/s] | MagiCAD ∑DU [l/s] | Ručný výpočet Qtot [l/s] | MagiCAD Qtot [l/s] | Návrh DN podľa ručného výpočtu | Návrh DN podľa MagiCADu |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 1,00 | 1,00 | 0,50 | 0,50 | 50 | 50 |
| 2 | 1,50 | 1,50 | 0,61 | 0,61 | 60 | 60 |
| 3 | 40,00 | 40,00 | 3,16 | 3,16 | 100 | 100 |
| 4 | 32,00 | 32,00 | 2,83 | 2,83 | 100 | 100 |
| 5 | 72 | 72 | 4,24 | 4,24 | 100 | 100 |
| 6 | 72* | 72* | 6,24 | 6,24 | 100 | 100 |
| * Pripojené prečerpávacie zariadenie s Qc = 2,0 l/s | ||||||
Z tab. 1, obr. 6b môžeme vidieť, že ručný výpočet bol totožný s výpočtom, ktorý bol vykonaný za pomoci pluginu MagiCAD. Navrhnuté dimenzie vybraných potrubí sú vo všetkých prípadoch totožné. Pre ďalšiu kontrolu výpočtu v programe MagiCAD boli zostrojené ďalšie 2 pripájacie potrubia, ktoré boli rovnakým spôsobom prepočítané a porovnané, obr. 7.
Obr. 7: Overenie správnosti výpočtov pripájacích potrubí pomocou 3D modelu
a) pripájacie potrubie č. 1, b) pripájacie potrubie č. 2
Z tab. 2, ktorá slúži na overenie správnosti výpočtu č. 2, môžeme vidieť, že všetky výpočty výpočtového prietoku Qtot [l/s] sú totožné, rovnako ako dimenzie pripájacích potrubí. Na vedomie však treba brať nasledovnú vec. Plugin sa snaží upozorniť projektanta na minimálnu dimenziu kanalizačného potrubia a podľa STN EN 12056 [2] porovnáva Qww s DU a automaticky použije do hodnoty Qtot jednu z väčších hodnôt. Ak by sa jednalo o menší objekt, kde Qww bude menšie ako DU, treba si dať pozor napr. pri tvorbe technickej správy alebo informácie pre správcu kanalizačnej siete, ktorú z hodnôt potrebuje a v prípade napr. pripájacieho potrubia na obr. 7 by to bola hodnota 0,87 l/s, a nie 2,0 l/s.
| Číslo úseku | Ručný výpočet ∑DU [l/s] | MagiCAD ∑DU [l/s] | Ručný výpočet Qtot [l/s] | MagiCAD Qtot [l/s] | Návrh DN podľa ručného výpočtu | Návrh DN podľa MagiCADu |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Pripájacie potrubie a) | ||||||
| 1 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 100 | 100 |
| 2 | 2,5 | 2,5 | 2,0 | 2,0 | 100 | 100 |
| 3 | 3,0 | 3,0 | 2,0 | 2,0 | 100 | 100 |
| Pripájacie potrubie b) | ||||||
| 1 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 50 | 50 |
| 2 | 1,0 | 1,0 | 0,5 | 0,5 | 50 | 50 |
| 3 | 3,0 | 3,0 | 2,0 | 2,0 | 100 | 100 |
4. Záver
Projektovanie v BIM prostredí v dnešnej dobe prechádza veľkými transformáciami. Výrobcovia samotných BIM programov a pluginov sa snažia každým rokom priniesť nové aktualizácie, ktoré uľahčujú projektantom prácu. V dnešnej dobe existuje viacero pluginov, ktoré umožňujú projektantom využiť BIM model na výpočty nielen kanalizačných systémov. Väčšina týchto pluginov však nedisponuje normami a metódami výpočtov, ktoré sú použiteľné pre naše územie, preto sa u nás moc nevyužívajú na výpočty. To však pluginom neuberá na dôležitosti, pretože disponujú aj rôznymi inými benefitmi, ktoré v tomto príspevku nie sú rozoberané, obr. 8. Využitie pluginu MagiCAD je v súčasnej dobe použiteľné pre návrh kanalizačného systému budovy pomocou BIM modelu. Je tu však pár drobností, na ktoré si treba dať pozor, ako napríklad výpočet výpočtového prietoku Qtot , ktorý sa môže pri prietokoch menších ako DU zariaďovacieho predmetu s najväčším prietokom líšiť. Absenciou automatického dimenzovania menovitých svetlostí je možné dimenzie ľahko prispôsobovať aj iným normám, ako napr. STN 73 6760 [3], ktoré v tomto plugine nie sú. Plugin MagiCAD umožňuje aj výpočet sprinklerov, studenej vody, teplej vody, cirkulácie a plynu, avšak tým, že je to americký program, neobsahuje naše návrhové normy. Pre výpočet studenej a teplej vody obsahuje zjednodušený návrh podľa EN 806 [4], avšak tento návrh je u nás a aj v Českej republike limitovaný. Pravdepodobne ešte potrvá niekoľko rokov, kým sa program aktualizuje a bude aj viac použiteľný pre náš trh.
Obr. 8: Ďalšie možnosti pluginu MagiCAD
a) priraďovanie 2D symbolov k 3D modelom, b) väčšina 3D modelov obsahuje aj návrhové diagramy
5. Literatúra
- JÁNOŠKOVÁ, T. PERÁČKOVÁ, J. Zdravotná technika. Bratislava: Jaga group, 2022. ISBN 978-80-8076-15-9.
- STN EN 12056:2002. Gravitačné kanalizačné systémy vnútri budov.
- STN 73 6760: 2009. Kanalizácia v budovách.
- STN EN 806: 2003. Technické podmienky na zhotovovanie vodovodných potrubí na pitnú vodu vnútri budov.
- MagiCAD – plugin pre Autodesk Revit. Dostupné z: www.magicad.com
- SOKOL, M. PERÁČKOVÁ J. Návrh kanalizačného systému budovy pomocou BIM modelu. In: PERÁČKOVÁ, Jana. Sanhyga 2024. Bratislava: SSTP, 2024, s. 87–94. ISBN 978-80-8284-032-5.
Poďakovanie
Príspevok bol podporovaný Ministerstvom školstva, vedy, výskumu a športu SR prostredníctvom grantu VEGA 1/0118/23.
Creating a good BIM model is a long and challenging process for HVAC designers. Various plugins (addons) for BIM programs are currently being developed and upgraded to try to make designers work easier and eliminate duplication of effort. This paper examines the design of a buildings drainage system in Autodesk Revit BIM program, which has been extended with the MagiCad 2024 plugin.