BIM v čistírenských a laboratorních prostorách jako odpověď na digitalizaci stavebnictví

Obrázek 1: Vztah mezi open-BIM a closed-BIM. © 2022 Kelvin Reinraumsysteme GmbH – Všechna práva vyhrazena

Obrázek 2: Výpočet chladicího systému jedné prostorové skupiny. © 2022 Kelvin Reinraumsysteme GmbH – Všechna práva vyhrazena

Obr. 3: Role BIM © 2022 Kelvin Reinraumsysteme GmbH – Všechna práva vyhrazena

Obrázek 4: Budova Feringa jako nativní 3D model v BIM-kompatibilním softwaru. © 2022 Kelvin Reinraumsysteme GmbH – Všechna práva vyhrazena

Tabulka 1: Úkoly rolí BIM

Kelvin Reinraumsysteme GmbH byla jednou z prvních firem, která již od roku 2017 kladla důraz na konkrétní implementaci BIM v oblasti čistých prostor a laboratoří. Building Information Modeling je metoda, při níž jednotlivé profesní obory v rámci stavebního projektu mohou digitálně spolupracovat v síti. Zejména vysoké požadavky na čistotu a přesnost v projektech s čistými prostory činí BIM téměř nezbytným.

Ale co je vlastně BIM přesně a jak může BIM pomoci, aby byl stavební projekt realizován efektivněji?
Stručně řečeno, Building Information Modeling (BIM) je digitalizace stavebního průmyslu. Pod tímto pojmem se rozumí plánování, výstavba a provoz budov pomocí digitálních – částečně virtuálních – informací o budově, vztahujících se na celý její životní cyklus. BIM není žádný konkrétní software, ale komplexní pracovní metoda, která výrazně usnadňuje výměnu informací a tím i celkovou spolupráci mezi všemi zúčastněnými profesemi.

Motivace:

Pro mnoho lidí je BIM stále temnou stranou Měsíce, kterou je třeba prozkoumat. Připojte se k BIM-šutru a vydejte se za novými možnostmi v oblasti plánování a realizace staveb. Již existuje řada úspěšných příběhů z celého světa, které slouží jako motivace stejně jako tento článek. Strach je temnota v nás, dokud někdo nepřijde s malým světlem a neukáže cestu. Důležité je rozpoznat toto světlo a využít jeho přínos. BIM je budoucnost! Stačí ji jen poznat a správně využít.

Výhody BIM

Nyní, když je definice BIM jasná, je přirozené se ptát, jaké výhody BIM přináší v oblasti čistých prostor a laboratoří. Tento článek se zaměřuje jednak na plánování samotné a jednak na provádění, tedy na stavební proces s BIM. Již od začátku plánování je třeba změnit myšlení, pokud se řídíme metodou BIM. Dosud byly 2D nebo 3D plány po dokončení stavby většinou pouze archivovány a zřídka dále využívány. BIM-modely jsou využívány po celý životní cyklus čistého prostoru nebo laboratoře s ohledem na úroveň detailu (LOD), úroveň informační potřeby (LOIN), úroveň informací (LOI) a úroveň geometrie (LOG). Kromě 3D modelu jsou do procesu zahrnuty také časové údaje (4D), náklady (5D), simulace (6D) a facility management (7D), přičemž se využívají normy VDI 2552 list 3 a lze je přímo propojit s modelem. Proto je nutné, aby při realizaci projektu byly zohledněny aspekty časového a rozpočtového plánování, stejně jako měřicí body pro pozdější kvalifikační měření. Také informace důležité pro následné údržby – například čísla náhradních dílů – musí být zohledněny.

U větších staveb, jako jsou komplexní budovy, je také zaznamenán pozdější demontáž budovy, tedy koordinovaný průběh demolice, který je v modelu uložen. Aby bylo možné vše realizovat, je BIM-model vybaven požadovanými informacemi a může být později například k dispozici facility managementu (FM). Všechny informace, jako výpočty, technické listy, údaje o součástech, časové a nákladové toky a simulace stavebního procesu, jsou uloženy v jednom souboru – BIM 3D modelu – a mohou být při potřeba dále využity pro plánování, rekonstrukce nebo demolici, což šetří čas i náklady.

Informace, časový aspekt výměny dat (Data Drop), případy použití BIM a cíle zadavatele jsou nejdříve zaznamenány v dokumentu požadavků na informace od zadavatele (AIA) a následně v plánu realizace BIM projektu (BAP) podle VDI 2552 list 10. BAP je mimo BIM svět také označován jako specifikace požadavků a je považován za smluvní dokument. U projektů s GMP lze do BAP také začlenit body ze specifikace uživatelských požadavků (URS). Z právního a technického hlediska se doporučuje oddělit AIA jako BIM-dokument a URS jako GMP-dokument a při tvorbě BAP sloučit obsah obou dokumentů.

Výhody projektů v oblasti čistých prostor a laboratoří jsou tedy následující:

– Zajištění rozpočtové jistoty stavebních prací prostřednictvím modelově založeného sledování časových a rozpočtových plánů
– Zvýšení kvality plánování díky vypočitatelnému 3D modelu a použití stavebních norem
– Zlepšení a zpřehlednění průběhu projektů
– Optimalizace návrhu technických zařízení
– Předpříprava například rozvodů a zapojení v 3D modelu
– Digitální předání definovaných dat do provozu a údržby
– Podpora veřejné účasti
– Méně dodatečných požadavků
– Opětovné využití BIM-modelu při přeplánování, rozšíření, demolici, což šetří čas i náklady

BIM ≠ BIM

Stejně důležité jako používání BIM je definice a rozhodnutí o open-BIM, closed-BIM, little-BIM a Big-BIM. Proto se na začátku projektu v rámci BIM rozlišují tyto přístupy. Ale proč se v rámci BIM metodiky ještě rozlišují closed-BIM a open-BIM? Zásadou BIM je společná práce na projektu. Celkové výhody BIM jsou viditelné pouze tehdy, pokud na úspěchu projektu pracují všichni společně, místo aby každý těžil pouze ze svých osobních výhod. Aby bylo možné sdílet společný model, musí být k dispozici vhodné nástroje a definované rozhraní. U příkladu open-BIM a closed-BIM se u open-BIM používají softwarově neutrální standardy a pracovní postupy. Každý účastník projektu si volí vlastní software. Sdílený formát výměny je například IFC (Industry Foundation Classes) podle DIN EN ISO 16739.
U closed-BIM je software určen pouze jednomu výrobci a všichni účastníci projektu musí pracovat podle stejných předpisů a pracovních postupů. Nicméně, stanovení konkrétních výrobců softwaru přináší rizika, pokud nástroje, například pro výpočty statiky, nesplňují požadavky na výměnu dat podle pravidel closed-BIM kvůli chybějícím rozhraním, což znemožňuje plynulou předávku do předem stanoveného systémového prostředí. V oblasti čistých prostor a laboratoří, kde se používá mnoho různých nástrojů pro výpočty chladicích a ventilačních rozvodů, tlaků v místnostech a rozložení osvětlenosti, je třeba pečlivě zvážit volbu varianty.

Software

Jak bylo zmíněno na začátku, BIM není software. Nicméně je potřeba speciální software, který umožní realizaci BIM projektů. Především zavedení softwarových produktů do zavedených firemních struktur představuje jednu z největších výzev. Náklady na implementaci, školení, vývoj vlastních součástí jsou jen některé z mnoha aspektů, které je nutné vzít v úvahu.

Platí zásada: „Čím lépe jsou interní procesy před implementací strukturovány, tím snazší je jejich realizace.“
Pro mnoho projektových a plánovacích účastníků je to stále velká neznámá – tedy temná strana Měsíce. Důležité je motivovat k objevování nových cest, stejně jako uvažovat o přínosu BIM pro firmu a projekt, a také se odvážit vydat na dobrodružnou cestu s BIM-šutrem za objevováním nových možností.

Kromě hlavního softwaru, označovaného také jako autorovací software, jsou v závislosti na požadované úrovni modelových informací potřebné i další nástroje pro spolupráci s jinými firmami. Zejména vzhledem k tomu, že se plánuje a realizuje stavební projekt s řadou firem a subdodavatelů, je třeba stanovit mezifunkční pravidla. Jedním z těchto pravidel je například spolupráce v cloudu, označovaná v BIM jazyce jako CDE (Common Data Environment) podle DIN SPEC 91391 části 1 a 2, kde je uložen centrální 3D model a pravidelně synchronizován s pracovním kopiemi jednotlivých projektantů. Tento přístup zaručuje, že všechny zúčastněné profesní obory mají vždy aktuální stav plánování a mohou jej používat. CDE také umožňuje předkládat dokumenty ke kontrole a schválení. Konvenční schvalování stisknutím pera a razítka je tak nahrazeno právně závaznou schvalovací procedurou přes CDE, což často šetří čas.

Kelvin Reinraumsysteme GmbH využívá možnosti CDE k komunikaci se všemi projektovými účastníky a k získání schválení plánů. Vzhledem k tomu, že stále existují projektanti, kteří nepoužívají BIM-kompatibilní software, ale jejich odborné znalosti jsou pro projekt nezbytné, nabízí Kelvin Reinraumsysteme GmbH možnost spolupracovat v prostředí, kde lze například implementovat IFC-soubory (Industry Foundation Classes) od subdodavatelů nebo jiných projektantů. IFC-soubory lze dnes již exportovat z mnoha ne-BIM softwarů. Tak jsou nativní 3D modely z autorovacího softwaru spojeny s IFC modely, například pro detekci kolizí nebo kontrolu pravidel modelování. Zejména v čistých prostorách a laboratořích, kde je vysoká hustota technologií, lze kolize a změny přímo a bez velké ztráty času hlásit a vizualizovat přes CDE, například pomocí formátu BIM Collaboration Format (BCF).

Role BIM

BIM přináší nové úkoly a odpovědnosti pro všechny projektové účastníky, což se odráží i ve vhodném pojmenování rolí. Hovoří se například o BIM (celkových) koordinátorech, BIM manažerech a BIM konstruktérech.

Nejčastější role v BIM jsou uvedeny v normách VDI 2552-7 a DIN EN 19650-1 jako informační manažeři a informační koordinátoři. Často – ale ne vždy – se v nich skrývají osvědčené postupy projektové realizace, jen v kombinaci s metodou BIM. Přísné rozdělení úkolů podle rolí BIM je zvláště u menších projektů obtížné, protože jedna osoba může zastávat i více rolí. Následující diagram a tabulka ukazují zjednodušené rozdělení rolí a jejich úkoly v projektu BIM pro čisté prostory.

Tabulka 1: Úkoly rolí BIM

Smluvní podmínky

V budoucnu je nutné a žádoucí, aby při konvenční smluvní praxi byla zohledněna metodika BIM. Protože podle výše popsaných rolí BIM často vznikají nové úkolové oblasti, které je třeba zahrnout do smluvních dokumentů, což může také vést ke vzniku nových odměňovacích pravidel. Neexistují však žádné nezvladatelné právní překážky pro začlenění BIM do smluvního práva podle platných stavebních předpisů, protože potřebné úpravy lze do smluv začlenit. Navíc každý BIM projekt má svůj BAP, který odráží cíle zadavatele a na jehož základě lze stanovit odměnu a cenu. Přesto je vhodné upravit platné VOB/A, VOB/B a VOB/C v souladu s metodikou BIM, aby bylo možné v složitých právních záležitostech zajistit jistotu a právní jistotu.

Při uplatňování HOAI je třeba, podobně jako u VOB, doplnit další dokumenty k inženýrské smlouvě, tzv. speciální smluvní podmínky (BIM-BVB), které budou považovány za rámcové podmínky BIM, neboť HOAI i VOB jsou formulovány jako metodicky neutrální.

Je třeba diskutovat o právních důsledcích chyb v plánování a realizaci s BIM, stejně jako o autorských právech na BIM komponenty a celé BIM modely, a do jaké míry se na to vztahují stávající právní předpisy. V případě potřeby je nutné do smluv nebo BIM-BVB začlenit doplňky. Zejména v souvislosti s odpovědností za BIM stavební práce na základě složitého BIM modelu je třeba zkoumat, do jaké míry jsou odpovědné role BIM. Například existují rozsáhlé důsledky při zařazení výkonů do smluv o dílo nebo službách v rámci odpovědnosti projektových účastníků. Bez ohledu na zavinění odpovídá dodavatel pouze v případě výkonů založených na výsledku.

Příklad použití

Na základě teorie následuje praktický příklad aktuálního stavebního projektu společnosti Kelvin Reinraumsysteme GmbH:

Rijksuniversiteit Groningen (RUG) staví na počest nositele Nobelovy ceny prof. Dr. Ben Feringa novou výzkumnou budovu s plochou přes 62 000 m², délkou 260 metrů a šířkou 63 metrů, určenou pro technické vzdělávání a výzkum v oblasti beta. Tím univerzita podporuje svůj záměr i nadále přispívat k významným mezinárodním výzkumným oblastem, jako je chemické inženýrství, (nano-) technologie, materiálový výzkum a astronomie.

V čistých prostorách a laboratořích uvnitř této budovy lze zkoumat témata jako kosmický výzkum, nanotechnologie, polovodičová technika a litografie. Kelvin Reinraumsysteme GmbH zde působí jako generální dodavatel pro čisté prostory a laboratoře, včetně jejich technického provedení a realizace.

Kromě mnoha výzkumných místností jsou v nové budově například budovány čisté prostory pro skupiny Zernike & Stratingh a SRON. Například čistý prostor Zernike & Stratingh o rozloze přes 1000 m² je většinou postaven ze skleněných prvků, takže zvenčí je vidět práce v čistém prostoru i technika v plenárním prostoru.

Celá budova a zejména čisté prostory a laboratoře jsou od začátku plánovány a realizovány metodou BIM. Na začátku byly rámcové podmínky stanoveny společností Kelvin Reinraumsysteme GmbH prostřednictvím AIA (Požadavky zadavatele na informace), BAP (Plán realizace BIM) a IDM (Manual pro dodávku informací). Poté následovala plánovací fáze a centrální spolupráce s ostatními členy projektu.
Kelvin Reinraumsysteme GmbH používá vlastní definované procesy, jako MVD (Model View Definition) a IDM (Information Delivery Manual), stejně jako vlastní inteligentní BIM obsah. Pomocí speciálního softwaru lze vytvářet simulace stavebního procesu a provádět kolizní kontroly mezi profesemi. CDE podporuje všechny účastníky projektu při společné práci na jednom centrálním místě.

V technickém řešení používá Kelvin Reinraumsysteme GmbH standard IFC ve spojení s BCF (BIM Collaboration Format). To, co dříve představovaly neskladné excelové seznamy, lze od zavedení BCF přesněji a podrobněji popsat. V oblasti čistých prostor a laboratoří je důležité vzhledem k často enormní hustotě instalací zachovat vazbu na model a tím i na realitu.

Pro všechny komponenty plánované v čistých prostorách a laboratořích jsou v BIM modelu uloženy technické listy (odkaz na interní a GDPR-kompatibilní cloud), ke kterým mají přístup pracovníci v čistých prostorách, servisní technici při údržbě, facility management, uživatelé nebo stavební dozor z jakéhokoliv zařízení s připojením k internetu, například tablet, smartphone nebo notebook.

Závěrečné slovo:

Kelvin Reinraumsysteme GmbH již realizovala několik projektů s využitím BIM. Bez výjimečného týmu inženýrů a projektantů by taková plynulá realizace nebyla možná.