Návrhy železobetonových konstrukcí vodohospodářských staveb s využitím principů BIM

Návrh železobetonových konstrukcí vodohospodářských staveb má oproti běžným konstrukcím své požadavky a specifika. Od požadavků na objemy a tvar nádrží, vodonepropustnost betonů, zajištění proti vztlaku podzemní vody a mnohdy zakládání v podmínkách, kde se „nedá“ stavět. Nejedná se jen o nové konstrukce, ale i o rekonstrukce, dostavby a sanace stávajících objektů, kdy ne vždy je k dispozici projektová dokumentace. V tomto článku na základě své dlouholeté praxe popisuji, jak efektivně využít Building Information Modeling, respektive openBIM v profesi statika, zejména při práci se specifickými vodohospodářskými objekty, a zdůrazňuji klíčovou roli modelování výztuže a řízení dat ve společném datovém prostředí (CDE) pro maximální transparentnost a kontrolu stavebního procesu.

HISTORIE

Co se týká projekce a navrhování železobetonových konstrukcí vodohospodářských staveb, věnuji se těmto stavbám již od roku 1997. Už v té době jsem pro výpočty a navrhování konstrukcí využíval SW, kde 3D modely byly analyzovány pomocí metody konečných prvků. Někdy kolem roku 2000 jsme v projekci přešli na projektování železobetonových konstrukcí ve 3D. Výhody byly od začátku jasné – díky 3D řešení jsme měli přehled o konstrukci, generovaná 2D dokumentace vždy odpovídala 3D modelu a výkazy výztuže byly rychlé, přesné. V té době slovo BIM znal jen málokdo.

Dnes se technologie posunuly dál, a to jak ve výkonnosti HW, tak SW, i když principy zůstávají stejné. To, co fungovalo před více jak 20 roky, funguje dodnes. Rozdíl je jen v tom, že dnes se těmto postupům říká BIM. Mnozí si pletou BIM s pouhým 3D modelováním, ale z pohledu statika je klíčové, že moderní BIM nástroje a principy (jako je IFC a CDE) umožňují efektivní a bezchybný přenos výstupů projektanta mezi architekty, statiky, TZB specialisty a hlavně na staveniště, což je skutečný posun v kvalitě a koordinaci.

 

OBR. 1 – KOORDINACE GEOMETRIE A ATRIBUTŮ
Řez konstrukcí vodohospodářského objektu. Popisy prvků (S1, S4, D5) jsou generovány přímo z 3D modelu, což zajišťuje konzistenci
s výkazy a přiřazenými BIM atributy.

OBR. 2 – DETAIL VÝZTUŽE A PŘESNÁ SPECIFIKACE
Modelování výztuže umožňuje generovat výkresy s přesnými
specifikacemi (počty, profily, rozteče), které jsou automaticky
propojeny s daty 3D modelu, minimalizující chyby na stavbě.

MŮJ OSVĚDČENÝ POSTUP BIM
NA PROJEKTECH STATIKY

Efektivní tvorba analytického modelu pro statické výpočty

V kontextu moderního stavebnictví a BIM (Building Information Modeling) je proces tvorby analytického modelu pro statické výpočty klíčový pro zajištění přesnosti a efektivity projektu. Tento proces začíná převzetím výchozích 3D dat od architekta nebo stavaře (Revit), typicky ve formátu IFC (Industry Foundation Classes), která jsou následně nahrána do společného datového prostředí (Trimble Connect). V CDE probíhá prvotní vizuální kontrola dat a koordinace s ostatními modely stavby.
 

OBR. 3 – DATA PRVKU V CDE (TRIMBLE CONNECT)
Zvolená stěna S4 v 3D modelu s viditelnými atributy, jako je objem betonu 20,7 m3 a třída betonu C30/37.V CDE je prvek propojen s příslušným výkresem výztuže.

Nově se mně v procesu tvorby dokumentace osvědčil formát IDS (Information Delivery Specification) pro zadávání požadavku na negrafické informace jednotlivých prvků vstupního stavebního modelu pro potřeby tvorby konstrukčního řešení. Mám vytvořeny jednoduché požadavky na typy prvků, materiál, zabudované prvky a na to, zda se jedná o nosnou konstrukci. Díky IDS jsem schopen atributy vstupních dat zkontrolovat v CDE dříve, než s nimi budu dále pracovat. IDS tak funguje jako digitální kontrolní seznam, který automaticky ověří, zda architektonický model splňuje datové požadavky (např. zda je u všech sloupů uveden atribut „Nosná konstrukce“ a třída betonu) nutné pro statický software.
 

OBR. 4 – KONZISTENTNÍ 2D VÝSTUP
Výkres výztuže daného pracovního záběru, včetně výpisu prutů a sítí. Veškeré informace v popisech, výtazích a výkazech prutů pocházejí přímo z BIM modelu.

Následně importuji tato IFC data do svého profesního BIM softwaru (Allplan). V této fázi je zásadní kontrola a úprava surových dat, včetně ověření geometrie, doplnění a správného přiřazení atributů (např. označení prvků, IFC typ, materiál) a převodu na editovatelné prvky.

Takto připravený a zkontrolovaný model exportuji do CDE ve formátu IFC, přičemž jsou data filtrována tak, aby obsahovala pouze nosné konstrukce (železobeton, zdivo, ocelové a dřevěné konstrukce, případně zabudované prvky) se správnými atributy pro statiku (např. „Nosná konstrukce“).

Tato data následně importuji do analytického softwaru (SCIA Engineer), kde z tohoto modelu tvořím finální analytický model, definuji zatížení, zatěžovací stavy a jejich kombinace. Následuje samotný výpočet, optimalizace konstrukce a vyhodnocení výsledků, jako jsou deformace, kontaktní napětí, vnitřní síly a napětí.

Pro další práci je pak důležitý návrh a posouzení výztuže jak 1D prvků, tak 2D prvků, který slouží jako zadání pro konstruktéry.

V případě složitějších konstrukcí se osvědčuje přístup slučování dílčích analytických modelů (např. po patrech) do jednoho generálního modelu, což usnadňuje údržbu a kontrolu změn.
 

 

OBR. 5 – 3D MODEL VÝZTUŽE PRACOVNÍHO ZÁBĚRU
Přesný digitální model výztuže pracovního záběru (zde stěny S4). Modelování výztuže je klíčové pro ověření kolizí (např. s technologickými prostupy) před betonáží.

OBR. 6 – VÝKAZ VÝZTUŽE
Zobrazení hmotností a délek výztuže pracovního záběru přímo v prostředí CDE.

Komplexní tvorba BIM modelu a výkresové dokumentace včetně výkazů množství

Jednou z klíčových výhod práce s BIM modelem ve statice je možnost efektivní a konzistentní tvorby veškeré výkresové dokumentace a souvisejících výkazů přímo z modelu.

Po skončení analytické fáze projektu, optimalizace dimenzí a návrhu výztuže následuje dopracování modelu železobetonové konstrukce.

OBR. 7 – VIZUALIZACE A PROPOJENÍ DAT Výběrem řádku v datové tabulce (zde položka číslo 4) dojde k okamžitému zobrazení a zvýraznění těchto prutů přímo v 3D modelu. Toto usnadňuje kontrolu statikem i přejímku stavby.

Model dělíme na pracovní záběry dle plánovaných taktů betonáže, zapracujeme prostupy, doplníme o vestavěné prvky, jako jsou těsnicí pásy, vylamovací výztuž a kotevní desky a podobně.

Tento dopracovaný model nahrajeme do CDE, kde provedeme kontrolu geometrie, jak se stavbou, tak případně i s ostatními profesemi (např. technologie). Právě při koordinaci s TZB (např. potrubími, technologickými prostupy) ve vodohospodářských stavbách se ukazuje maximální přínos BIM, jelikož zajišťuje, že prostupy jsou správně umístěny, dimenzovány a nekolidují s nosnou výztuží či technologickými požadavky.

Po kontrole přistupujeme k modelování výztuže. Navrženou výztuž zpravidla modelujeme po jednotlivých pracovních záběrech. Tyto záběry exportujeme do samostatných 3D modelů, které odpovídají jednotlivým výkresům výztuže pracovního záběru.

Výkresovou dokumentaci zásadně generujeme z modelu. Jak výkresy tvaru, tak výkresy výztuže.

Výkresy obsahují označení prvků a výrobků přímo z modelu. Dále se tvoří výkresy výztuže s označením a popisem výztuže a automaticky generovanými výtahy s tvary prutů, výkazy prutů a sítí. Tento proces minimalizuje lidské chyby a zajišťuje, že veškeré změny atributů v modelu se okamžitě promítnou do výkresové dokumentace. Výstupní BIM data a veškerá dokumentace jsou následně uloženy do CDE, což umožňuje snadnou koordinaci se všemi zúčastněnými stranami projektu.

Z modelu lze rovněž generovat výstupní tabulky s klíčovými informacemi, jako jsou objemy, počty kusů, délky a hmotnosti prvků. Celkově tento BIM přístup, i přes počáteční nároky na preciznost a zvládnutí funkcionalit softwaru, představuje spolehlivou cestu k efektivnějšímu a přesnějšímu projektování, avšak je důležité si uvědomit, že software nikdy nenahradí inženýrský přístup a odborný úsudek.
 

 

OBR. 8 – ČOV ROUSÍNOV
Komplexní koordinační model ČOV Rousínov – zobrazení velkého projektu v CDE, kde jsou vizuálně sloučeny modely stavby (konstrukce, architektura) a inženýrských sítí/technologií.

OBR. 9 – ČOV JAROSLAVICE
Příklad komplexní rekonstrukce/dostavby, kde BIM model zahrnuje všechny stavební a technologické části.

PŘÍKLADY VYUŽITÍ DAT Z BIM MODELŮ

• Koordinace geometrie a atributů (obr. 1).
• Detail výztuže a přesná specifikace (obr. 2).
• Data prvku v CDE (Trimble Connect) (obr. 3).
• Konzistentní 2D výstup (obr. 4).
• 3D model výztuže pracovního záběru (obr. 5).
• Výkaz výztuže (obr. 6).
• Vizualizace a propojení dat (obr. 7).

PŘÍKLADY VODOHOSPODÁŘSKÝCH
OBJEKTŮ PROJEKTOVANÝCH METODOU BIM

• ČOV Rousínov (obr. 8).
• ČOV Jaroslavice (obr. 9).
• ČOV Pohořelice (obr. 10).

ZÁVĚR

Jako statik se podivuji, že stále v zadání projektu chybí požadavek na modelování výztuže. Je to alarmující, jelikož se tím znehodnocuje jeden z největších přínosů BIM.

OBR. 10 – ČOV POHOŘELICE Koordinace stavební a technologické části.

Za mě, pokud je požadován BIM, je modelování výztuže prvků nosné konstrukce naprosto klíčové a nezbytné. Model výztuže je využitelný jak v době výstavby pro stavebníka i stavební dozor, dále pro následnou údržbu, tak i pro případnou následnou přestavbu nebo rekonstrukci.

V praxi se často při projektech rekonstrukcí setkávám, že lze dohledat dokumentaci TZB, vzduchotechniky, elektro, ale výkresy výztuže nikdo nemá. Pak se příprava staveb zbytečně prodražuje o drahou diagnostiku.

Celý proces BIM je jen tak dobrý, jak kvalitní je jeho start. Zadání projektu musí být jasné, srozumitelné a jednoduché. Kvalita díla se odvíjí od kvality zadání. BIM nemůže být cílem, ale je pouze prostředkem k dosažení cíle.

Odborná profese statika vždy musí zůstat na prvním místě, přičemž BIM je mocný nástroj, který inženýrskému úsudku dává přesná data a efektivní kontrolu.