Implementace parametrických modelů do projektové přípravy VRT Velká Bíteš – Brno

Projekt RS1 VRT Velká Bíteš – Brno představuje rozsáhlý infrastrukturní projekt, zahrnující mimo jiné téměř 50 mostních konstrukcí a 12 opěrných zdí. Již v počáteční fázi návrhu se kladl důraz na flexibilitu a adaptabilitu, což vedlo k využití parametrického modelování mostních konstrukcí. Tento přístup umožnil rychlou a efektivní reakci na změny směrového a výškového vedení železniční trati, jež byly způsobeny požadavky investora a místních samospráv. V rámci zpracování projektu došlo přibližně k 30 verzím směrového a výškového vedení železniční trati – zejména v počátečních fázích projektu docházelo ke směrovým posunům v desítkách a výškových v jednotkách metrů.

NÁVRH PŘÍČNÝCH ŘEZŮ MOSTNÍCH KONSTRUKCÍ

V počátečních fázích projektu byl návrh všech mostů řešen pouze garantem mostních konstrukcí, což umožnilo jednotný návrh přes všechny mostní konstrukce stejného typu. Parametrické 3D modelování umožňovalo rychlý návrh, popřípadě kontrolu návrhu ve 3D, což výrazně snižovalo časovou náročnost projekčních prací a minimalizovalo chyby vznikající při návrhu ve 2D. V počátečních fázích projekčních prací byly vytipovány následující typy příčných řezů nosných konstrukcí:

• betonová komora pro estakády na vysokorychlostní trati,
• ocelobetonová spřažená konstrukce pro estakády na konvenční trati,
• železobetonová deska pro rámové konstrukce a propustky
  na vysokorychlostní a konvenční trati,
• spřažená konstrukce beton–beton pro silniční nadjezdy a mosty
  na pozemních komunikacích.

Sjednocení konstrukčního řešení mostních objektů se stalo klíčovým prvkem návrhu, jelikož jednotný přístup při návrhu výrazně zjednodušil projekční práce. Parametrické modelování umožnilo integrované přenášení změn do celkového modelu, čímž se zajistila jednotnost základního návrhu napříč celým projektem. Vzhledem ke skutečnosti, že prostorový model i výkresová dokumentace vznikaly zároveň s řešením tras (železničních tratí i souvisejících silničních podjezdů a nadjezdů), byla schopnost parametrizace tvarů a automatizace vybraných procesů zásadní.

Výše definované příčné řezy mostních objektů byly v dalších fázích projektu podrobně rozpracovány jednotlivými projektanty mostních objektů. Podrobné rozpracování projektu přineslo již více odvozených typů příčných řezů vlivem osazení PHS, různých návrhových rychlostí, tedy volných mostních průřezů atd.

Obr. 1 – Model nosné konstrukce a spodní stavby.

SDÍLENÍ DAT A KOORDINACE PROFESÍ

Výměna dat mezi jednotlivými projekčními firmami a týmy byla klíčová pro úspěšné zvládnutí takto rozsáhlé stavby obsahující stovky stavebních objektů. Pro centralizovanou správu a sdílení veškeré projektové dokumentace bylo zvoleno CDE Trimble Connect.

Obr. 2 – Přehled typů příčných řezů.

Trimble Connect umožňuje centralizované uložení dat, zajišťující jednotnost a aktuálnost informací dostupných pro všechny zainteresované projekční týmy. Využití CDE zajišťovalo přístup k nejnovějším verzím modelů, výkresů a dalších dokumentů, což výrazně minimalizovalo riziko chyb způsobených používáním neaktuálních dat. Funkce správy verzí a revizí navíc umožňovaly transparentní sledování provedených změn.

Výměna veškerých dat a informací mezi jednotlivými projekčními týmy probíhala pomocí formátu XML. Formát XML umožnil jednoduchý a bezproblémový přenos a integraci dat mezi různými softwarovými systémy. Využití XML formátu přispělo k hladké a efektivní komunikaci mezi jednotlivými projekčními týmy. Tento přístup k přenosu dat zajistil, že všechny změny a aktualizace byly jednoduše dostupné, což výrazně zjednodušilo koordinaci prací a vedlo k optimalizaci celého návrhového procesu.

Díky přenosu tras a povrchů konstrukcí pomocí XML byla minimalizována chybovost, zvýšena konzistence projektové dokumentace a umožněna rychlá reakce na neustále se vyvíjející požadavky projektu.

SOFTWAROVÉ ŘEŠENÍ: NÁSTROJ PONTON A PARAMETRIZACE TVARŮ

Návrh modelů tvaru nosných konstrukcí a spodních staveb mostů byl maximálně parametrizován.

Obr. 4 – Parametry typického mostního SO.

Byl použit „in-house“ softwarový balík Ponton, který je tvořen samostatnou aplikací a nástrojovým doplňkem pro CAD. Výkonná aplikace generuje soubor definičních (vytyčovacích) dat (trasy, osy), formálních informačních dat (jména objektů, čísla a staničení podpěr, informace o délkách polí, výškách nad terénem) a prostorový model konstrukčních prvků mostu (nosná konstrukce, opěry, pilíře). Aplikace obsahuje integrovaný programovací jazyk a poskytuje výpočtovou API, čímž je umožněno uživateli rozšiřovat možnosti programu podle potřeby prostřednictvím vlastních modulů – tato funkcionalita byla v souvislosti s předmětnou akcí s výhodou použita.

Obr. 5 – Definice typů opěr.

Generování celého modelu bylo sestaveno do tematické vícerozměrové „matice“: v jednom směru stál výčet stavebních objektů, ve druhém směru které konstrukční části se mají vytvořit, případně v jakém formátu. Uspořádání umožnilo dynamicky „zapínat“, co a v jakém detailu má být předmětem přepočtu: při změně trasy se provedl přepočet celé stavby (vyhodnocovaly se mj. průjezdné profily; detaily – piloty, ložiskové bloky apod. se nevyhodnocovaly, neboť pro globální analýzu nemají význam); naopak při podrobném zpracování jednotlivých SO se detaily „zapnuly“.

Prostorové modely byly primárně reprezentovány pomocí tří- a čtyřúhelníkových sítí. Formát je univerzální pro předávání mezi různými pracovními skupinami: je dostatečný pro grafické znázornění, odpadá problém s nepřenositelností binárních dat objemových modelářů používaných různými softwary, prostřednictvím průniků lze provádět detekci kolizí a – tvoří-li síť uzavřený prostor – sítě lze snadno konvertovat do 3D tělesa a BIM.

Tvary (vč. parametrizace vybraných vlastností) příčných řezů nosných konstrukcí, pilířů i opěr byly zařazeny do databáze (knihovny) typových prvků. Každému mostnímu objektu byl přiřazen konkrétní typ příčného řezu nosné konstrukce a spodní stavby; a stanovily se polohy os podpěr. V kombinaci s DTM zaměřením program výškově umístil základy pilířů i opěr a vznikl primární prostorový návrh objektu. Dalšími zásahy projektanta do vstupních dat (úpravou defaultních parametrů) se model upravil do finální podoby.

VÝSLEDKY A PŘÍNOS PARAMETRICKÉHO PŘÍSTUPU

Využití parametrického modelování při projektování mostních konstrukcí na vysokorychlostních tratích přineslo výrazné zjednodušení projekčních prací a umožnilo rychlou a efektivní reakci na změnu vstupních dat. Tento přístup nejenže zvyšuje opakovatelnost návrhu, ale také významně přispívá k interakci mezi jednotlivými profesními skupinami a zajišťuje kvalitu výsledné projektové dokumentace. Celkově se kombinace BIM a parametrického modelování stává trendem při návrhu a koordinaci rozsáhlých infrastrukturních projektů, kde je nezbytná flexibilita a schopnost rychle reagovat na jednotlivé změny projektu.