Jakie możliwości daje modelowanie BIM w inwestycjach przemysłowych?

2023-03-17 15:28
BIM usprawnia projektowanie hal przemysłowych z uwzględnieniem odbywających się w nich procesów technologicznych
Autor: 7R

Hale przemysłowe znacząco różnią się od innych obiektów kubaturowych, gdyż sama budowla stanowi jedynie obudowę dla znajdujących się w nich elementów. Fakt ten narzuca odwrócenie tradycyjnej kolejności projektowania. Zwiększone możliwości optymalizacji tego procesu daje wykorzystanie metodologii BIM.

Spis treści

  1. Od czego zacząć projektowanie hali przemysłowej?
  2. Tworzenie modelu 3D hali przemysłowej
  3. Możliwości jakie daje modelowanie w BIM
  4. BIM na etapie wykonawstwa
  5. Czym zajmuje się BIM manager?
  6. Możliwości aktualizacji projektu w BIM
  7. Laserowy skan obiektu
  8. Dokumentacja powykonawcza w BIM
  9. Zarządzanie obiektem z BIM

Od czego zacząć projektowanie hali przemysłowej?

Pierwszym krokiem musi być opracowanie szczegółowego modelu urządzeń i instalacji technologicznych, niezależnie od tego, czy dotyczą one procesów produkcyjnych, czy składowania. Na tym etapie powinien on zawierać informacje na temat:

  •  gabarytów obiektu,
  • kształtu i wymiarów elementów wielkogabarytowych wymagających wprowadzenia i ewentualnej wymiany w trakcie eksploatacji, a także zapotrzebowania na pole manewrowe, drogi komunikacyjne i przestrzenie niezbędne do ich serwisowania,
  • zapotrzebowania na media,
  • lokalizacji punktów styku (podłączeń),
  • parametrów technicznych połączeń (gwint, kołnierz itp.),
  • lokalizacji i specyfiki elementów konstrukcyjnych dla instalacji technologicznych (fundamentów, kanałów, zamocowań, pomostów, podpór itp.),
  • kolejności montażu,
  • warunków stawianych przez ubezpieczyciela w zakresie ochrony ppoż.,
  • logistyki procesu, ułatwiającej projektantowi zrozumienie wynikających z niej uwarunkowań,
  • konsekwencji procesu produkcyjnego dla otoczenia, co można ocenić na podstawie:– ilości i specyfiki odprowadzanych ścieków,– ilości i specyfiki emitowanych gazów, aerozoli itp.,– ilości, parametrów i lokalizacji źródeł ciepła odpadowego,– ilości, parametrów i lokalizacji zapotrzebowania na moc chłodniczą,– zapotrzebowania na przestrzeń manewrową oraz niezbędną do serwisowania, a także dróg komunikacyjnych,– reżimu temperatur i wilgotności względnej w poszczególnych strefach obiektu,– informacji o strefach wymagających szczególnych środków zabezpieczenia, np. przed wybuchem, emisją substancji szkodliwych, dostępem osób niepowołanych itp.,– opisu i specyfikacji używanych środków transportu pionowego i poziomego,– liczby i lokalizacji miejsc pracy,– przewidywanej liczby i struktury personelu w części biurowej.

Stopień kompletności powyższych danych w momencie rozpoczęcia prac projektowych wpływa w decydującym stopniu na czas i efekt realizacji projektu. Pozwala również na wczesnym etapie wychwycić wszelkie ograniczenia techniczne rozpatrywanych rozwiązań, a nawet ich niezgodność z obowiązującymi przepisami. Dzięki temu powstaje optymalna koncepcja bez konieczności zawierania niekorzystnych, z eksploatacyjnego punktu widzenia, kompromisów na późniejszych etapach prac.

Tworzenie modelu 3D hali przemysłowej

Rozpoczęcie projektowania w fazie 3D w zakresie robót budowlanych przebiega w ścisłej współpracy branży konstrukcyjnej i instalacyjnej, których wytyczne przekładają się na wymiary całej inwestycji. Wszystko odbywa się pod nadzorem architekta, określającego ramy wynikające z wymogów formalnych, dotyczących np. stref pożarowych, dróg ewakuacyjnych czy wielkości i wyposażenia pomieszczeń socjalnych oraz sanitarnych. Prowadzenie wszystkich prac projektowych równolegle na wspólnym modelu przestrzennym wymusza koordynację międzybranżową. Specjaliści z różnych dziedzin mają możliwość wychwytywania na bieżąco wszelkich punktów kolizyjnych (jednoznacznie uwidocznionych na modelu) i ich eliminacji przed kontynuacją prac. Dotychczas praktykowane uzgodnienia pomiędzy dwiema branżami prowadziły do powstawania nowych problemów z innymi. Było to bardzo czasochłonne i obarczone dużym ryzykiem, zwłaszcza przy powszechnie występującym w tej fazie projektu napięciu terminowym.

Możliwości jakie daje modelowanie w BIM

1. Prefabrykacja

Na początkowym etapie tworzenia modelu możliwe jest uwzględnienie obowiązujących wymogów prefabrykacji i wygenerowanie szczegółowej dokumentacji dla wielu elementów budowli, które zostaną wyprodukowane i gotowe do montażu dostarczone na miejsce budowy. W taki sposób działał, wzniesiony w latach dziewięćdziesiątych, zakład produkujący części do Mercedesa – centrale techniczne stanowiły oddzielne moduły, zamknięte w przygotowanych w formie gotowych pomieszczeń kontenerach, które montowano na konstrukcji, w przewidzianych na nie miejscach, jeszcze przed pokryciem dachu i wylaniem posadzki. Następnie, po zamknięciu hali, dostarczano odcinki instalacji wykonane na podstawie trójwymiarowego modelu (konfekcjonowane w zakładzie producenta), wymagające jedynie zamocowania i połączenia z centralami w kontenerach. Czas montażu w porównaniu z metodą tradycyjną zredukowany był do niezbędnego minimum. Ponadto jakość i czas montażu w warunkach warsztatowych był nieporównywalny do możliwego do osiągnięcia w warunkach budowy.

Nieuniknione przestoje z powodu braków na budowie niezbędnych do kontynuacji elementów, armatur i materiałów pomocniczych były, dzięki sąsiedztwu warsztatu i magazynu centralnego, również minimalne. Dodatkowo, w porównaniu do klasycznej organizacji, użycie gotowych elementów pozwoliło zmniejszyć ilość odpadów materiałowych i wyeliminować konieczność ich zwrotu. Ograniczono także zapotrzebowanie na miejsca składowania materiałów na placu budowy, gdzie wystawione były na działanie warunków atmosferycznych, gdyż duża część prefabrykatów mogła być montowana wprost ze środków transportu.

2. Otworowanie

Problemem, skutecznie rozwiązywanym przez prawidłowo przebiegający proces projektowania w BIM na poziomie 3D, jest otworowanie. Przy pomocy specjalnych nakładek na oprogramowanie możliwe jest generowanie przebić dokładnie odpowiadających przebiegowi instalacji. Uzgodnienie zarówno ich lokalizacji, jak i wymiarów staje się o wiele szybsze, ponieważ są one widoczne w części konstrukcyjnej i architektonicznej modelu.

3. Symulacje energetyczne

Już na tym etapie można też przystąpić do wykonania symulacji energetycznych, pozwalających na wybór najkorzystniejszych systemów wentylacji, klimatyzacji i ogrzewania. Dysponując trójwymiarowym modelem obiektu, można skutecznie zoptymalizować gospodarkę energetyczną budynku, wykorzystując ciepło odpadowe, ograniczając racjonalnie lokalne kondycjonowane strefy przebywania ludzi, ekranując intensywne źródła ciepła itd. Symulacje wymienionych procesów, w połączeniu z odpowiednim oprogramowaniem, umożliwiają określenie całkowitych kosztów użytkowania budynku w okresie np. 20 lat, w zależności od zastosowanych systemów instalacyjnych. Pozwala to inwestorowi odpowiednio wcześnie podjąć decyzję o wprowadzeniu rozwiązań inwestycyjnie droższych, jednak przynoszących istotne oszczędności w trakcie 20-letniej eksploatacji. Ten element jest nadal często pomijany w analizach poprzedzających decyzję o wyborze systemów i rozwiązań, mimo że jego waga – w obliczu rosnących kosztów energii i niemniej istotnych aspektów ekologicznych – jest znacząca.

4. Harmonogram robót

W fazie 4D, po powiązaniu wskaźników czasowych z poszczególnymi elementami obiektu, przeprowadza się szczegółową analizę kolejności i logistyki prac budowlanych oraz montażowych, a także ustala ostateczny harmonogram robót. Śledzenie na modelu jego etapów pozwala precyzyjnie przewidzieć potencjalne spiętrzenia i zastoje obejmujące wszystkie branże. Często praktykuje się przesuwanie w czasie uruchamiania poszczególnych obszarów, co w tej fazie jest przedstawiane wirtualnie i umożliwia kompleksowe zdefiniowanie wynikających stąd uwarunkowań i uzależnień.

5. Analiza kosztów budowy

Moduł 5D dotyczy relacji elementów budowli ze wskaźnikami finansowymi. Każdy fragment modelu jest przyporządkowany do pewnej struktury kosztów i otwiera możliwość wyselekcjonowania określonej grupy w celu prognozowania i kontroli niezbędnych nakładów finansowych. Ich suma stanowi całkowity koszt obiektu możliwy do oszacowania z dużą dokładnością jeszcze przed rozpoczęciem prac budowlanych. Wtedy też, wykorzystując symulację energetyczną, można sprecyzować całkowity nakład potrzebny do realizacji planowanego przedsięwzięcia, zawierający koszty inwestycyjne, kapitałowe i użytkowania w okresie np. 20 lat, z uwzględnieniem serwisowania czy zużycia. Dzięki temu już w fazie projektowania możliwe jest podejmowanie decyzji, które w tradycyjnym procesie tak bardzo zakłócają jego płynność.

Automatycznie wygenerowane przebicia konstrukcji
Autor: J. Janota-Bzowski

BIM na etapie wykonawstwa

BIM przynosi istotne usprawnienia również na etapie wykonawstwa. Trójwymiarowy model zrealizowany przez zespół wielobranżowy praktycznie wyklucza kolizje, dzięki czemu maleje potencjał roszczeń wykonawców robót dodatkowych, wynikających z błędów w projekcie. Ekipy montażowe otrzymują dokumentację w formacie 2D, wygenerowaną w tym samym czasie, zatem sytuacja, w której firmy branżowe posługują się nieaktualnymi danymi, nie ma miejsca.

Czym zajmuje się BIM manager?

BIM manager obsługuje kompletny model znajdujący się na budowie. Osoba pełniąca tę funkcję jest w stanie wyjaśnić wątpliwości brygad montażowych bez konieczności prowadzenia korespondencji i porównywania indeksów dokumentacji firm wykonawczych.BIM manager panuje również nad modułami 4D i 5D, sprawując ścisłą kontrolę nad przebiegiem realizacji. Harmonogram prac i zaangażowanie środków finansowych są wizualizowane i stanowią dla inwestora rzetelną formę raportowania. Rozliczenie firm wykonawczych nie opiera się już na szacunkach zaawansowania przedstawianych przez inspektorów nadzoru, lecz na konkretnym i trudnym do zakwestionowania wyliczeniu.

Możliwości aktualizacji projektu w BIM

Zmiany zaistniałe w trakcie wykonawstwa aktualizowane są w modelu na bieżąco, prowadząc do powstania rzetelnej dokumentacji powykonawczej. W sytuacji, gdy inwestor już w trakcie realizacji zamierza wprowadzać istotne modyfikacje, które wraz z długim (z reguły) procesem decyzyjnym dezorganizują najpierw prace projektowe, a potem budowlano-montażowe, możliwe jest przedstawienie ich kompleksowych, technicznych, terminowych i kosztowych konsekwencji. Informacja ta ułatwia inwestorowi podjęcie decyzji o dalszych krokach – zaniechania zmian lub bezkolizyjnego ich rozliczenia w ramach robót dodatkowych.Na zakończenie poszczególnych etapów w modelu nanoszone są obszary np. robót zanikających odebranych częściowo. Ich wizualizacja pozwala uniknąć pominięcia tej formalności. Podobnie odbiory końcowe – są uwzględnione w modelu wraz z lokalizacją błędów i mogą od razu zostać opatrzone atrybutem określającym założony termin ich usunięcia. W ten sposób można ograniczyć się jedynie do kontroli usuwanej usterki, bez konieczności sprawdzania całego obiektu.

Wycinek dokumentacji w fazie 6D z parametrami wybranego elementu modelu
Autor: J. Janota-Bzowski Wycinek dokumentacji w fazie 6D z parametrami wybranego elementu modelu

Laserowy skan obiektu

Można przeprowadzić laserowy skan obiektu i precyzyjnie dopasować model do stanu faktycznego. W efekcie całego procesu użytkownik otrzymuje dokument nieporównywalny ze wszystkimi praktykowanymi dotychczas formami dokumentacji powykonawczej, zawierający m.in.:

  • precyzyjne odwzorowanie obiektu, zgodne ze stanem faktycznym,
  • bank danych z dokumentacją techniczną powiązaną ze składnikami modelu,
  • oznaczone w modelu usterki nieusuwalne oraz te, które mają być zniwelowane w okresie gwarancyjnym,
  • analizy energetyczno-kosztowe umożliwiające kontrolę tych parametrów w okresie eksploatacji oraz ich wykorzystanie w przypadku adaptacji, zmiany funkcji itp.
Skan laserowy - tunel instalacyjny Katar
Autor: J. Janota-Bzowski Skan laserowy - tunel instalacyjny Katar

Dokumentacja powykonawcza w BIM

Jakość przekazywanej aktualnie dokumentacji powykonawczej nie jest obca każdemu, kto zajmował się rozbudową, adaptacją bądź zmianą funkcji istniejącego obiektu. Z reguły pod koniec trwania budowy personel firm wykonawczych jest znacznie redukowany, przez co brakuje osób mogących tę dokumentację wykonać, jak i tych, które mogłyby ją zweryfikować. Dopełnienie tego uciążliwego dla wykonawcy obowiązku sprowadza się wobec tego do ostemplowania oraz podpisania wydruków i sprawdzenia, na wyrywkowej kontroli, spisu treści z zawartością rzędu segregatorów. W rzeczywistości zaś stan obiektu istotnie różni się od istniejących danych.

Modelując ośmiokilometrowy tunel techniczny w Katarze, na podstawie stosunkowo solidnie wykonanej dokumentacji powykonawczej w 2D, natrafiono na dużą liczbę kolizji między poszczególnymi branżami, które mogły być usunięte dopiero po sfotografowaniu odnośnych miejsc. Jednak dopiero skan laserowy wykazał wiele różnic w wymiarach i rzeczywistej lokalizacji elementów obiektu, które należało ponownie wprowadzić do modelu. Egzekwowanie niezmiernie ważnej dla użytkownika dokumentacji napotyka z powyższych względów na wiele trudności, a przypadki zmiany wykonawcy w trakcie realizacji obiektu jeszcze ten stan pogarszają. W rezultacie użytkownik otrzymuje ogromną liczbę dokumentów, które dekompletują się i w miarę upływu czasu stają się coraz mniej użyteczne. Dodatkowo sytuację komplikuje nowa dokumentacja, powstająca w trakcie użytkowania, dotycząca wszelkich zmian i adaptacji. Pierwotne rysunki nie są z reguły korygowane i z czasem tworzy się mieszanina wycinkowych informacji uniemożliwiająca kompleksowe określenie stanu faktycznego.

Inaczej rzecz ma się w przypadku opisanej powyżej dokumentacji, będącej wynikowym produktem stosowania metodologii BIM. Model podąża za realizacją i w momencie zakończenia prac budowlano-montażowych jest praktycznie gotowy do przekazania. Minimalizuje to liczbę przekazywanych wydruków, gdyż dysponując trójwymiarowym modelem obiektu, użytkownik może generować z niego, w zależności od potrzeb, aktualne rzuty i przekroje, bez konieczności czasochłonnego wyszukiwania w archiwum właściwej specyfikacji.

Ponadto możliwość powiązania modelu z Building Management System pozwala określić na wirtualnym modelu trójwymiarową lokalizację źródła otrzymanego meldunku. Inną cenną dla użytkownika funkcją jest opcja ujęcia w atrybutach okresów zużycia czy przeglądów okresowych urządzeń i materiałów występujących w projekcie. Pozwala to na wizualizację pojedynczych urządzeń lub ich grup, wymagających np. ingerencji serwisantów w określonym terminie. W trakcie użytkowania obiektów o charakterze przemysłowym bardzo często prowadzone są różnego rodzaju adaptacje, mające wpływ np. na przebieg innych instalacji. Najczęściej realizowane są one wycinkowo, a dokumentacja z tego zakresu jest włączana do wcześniej zmagazynowanej powykonawczej. Po upływie dłuższego czasu powstaje chaos. Nieużywane kable i rurociągi stanowią problem przy tworzeniu koncepcji kolejnej adaptacji. Dodatkowo brakujące informacje o funkcji przegród rzutują na aktualną sytuację w zakresie zmieniających się przepisów ppoż. i mogą skutkować koniecznością przeprowadzenia kosztownych uzupełnień lub stanowić zagrożenie dla ludzi i materiałów w sytuacjach awaryjnych.

Model wykonany w technologii BIM ułatwia bieżącą analizę stanu budynku w przypadku planowania zmian. Ich realizacja może być dokumentowana w jednym miejscu. Dzięki temu w razie zmiany użytkownika nie jest konieczne sporządzanie kosztownej ekspertyzy due diligence, gdyż kompletna dokumentacja znajduje się w aktualizowanym na bieżąco modelu.

Zarządzanie obiektem z BIM

W większości opisywanych tutaj przypadków inwestor jest jednocześnie użytkownikiem obiektu. Dysponowanie technologią BIM zapewnia zdecydowane usprawnienie procesu zarządzania obiektem, a co za tym idzie – oszczędność czasu i kosztów ponoszonych na personel. W przyszłości z pewnością powstaną specjalistyczne firmy oferujące profesjonalną obsługę projektów BIM i użytkownik nie będzie już musiał kupować drogiego oprogramowania ani zatrudniać specjalistów w tym zakresie. Filozofia BIM po raz pierwszy dostarcza skutecznych narzędzi w całym okresie istnienia budynku i stwarza realne szanse na umożliwienie przewidywalności procesu inwestycji i eksploatacji. Przejrzysta struktura tej metodologii wymusza systematykę i pozwala osobom odpowiedzialnym za przedsięwzięcie na skuteczną kontrolę na każdym jego etapie. Radykalne oszczędności czasu i środków w fazie wykonawstwa równoważą koszty projektowania, które są zazwyczaj wyższe w okresie wdrażania BIM. Po osiągnięciu wprawy we współpracy między branżami i obsłudze oprogramowania wydatki te mogą być znacznie niższe. W wyniku uporządkowania obiegu dokumentów i eliminacji ich formy papierowej, a także uproszczenia uzgodnień i koordynacji międzybranżowej możliwe jest stworzenie produktu o wyższej jakości przy zmniejszonych nakładach zarówno czasowych, jak i finansowych. BIM jest formą realizacji zamierzeń inwestycyjnych, która już niedługo stanie się obowiązującym standardem. Zmieni ona również aktualnie panujące w tej branży stosunki na bardziej partnerskie i konstruktywne, niosące korzyści użytkownikowi, który najdłużej ma do czynienia z efektem końcowym całego procesu.

Czy artykuł był przydatny?
Przykro nam, że artykuł nie spełnił twoich oczekiwań.
NAJNOWSZE Z DZIAŁU Projektowanie