Úkolem práce architekta odjakživa bylo pomocí dostupných nástrojů navrhnout budovu takovým způsobem, aby ji bylo možné fyzicky zhmotnit. Jak šel čas, šel dopředu i vývoj a nástroje v rukou architektů se měnili. Současně se díky moderním technologiím v budovách stal návrh stavby mnohem složitější. I proto se dnes na projektu podílí kromě architekta celá řada specialistů, kteří musí navzájem spolupracovat.
Fyzický vs. digitální svět
Navrhování a využití 3D modelů není v architektonické praxi nic neobvyklého, architekti si odjakživa ověřovali své prostorové vize pomocí fyzických modelů. Takových modelů vznikalo během návrhového procesu hned několik. Od pracovních verzí fyzického modelu, přes různé varianty návrhu až po finální prezentační modely.
Dnešní generace architektů si osvojila počítačové techniky natolik, že mnozí z nich jsou v dnešní době schopni skicovat v prostoru počítačového 3D světa. Navíc pokud přijmeme skutečnost, že se nacházíme ve věku čtvrté průmyslové revoluce, je jisté, že pracovními postupy nejen architekti, ale i ostatní účastníci stavebního řetězce začali reagovat na důsledky zavádění inovací a digitalizace procesů ve stavebnictví. Metodu BIM (Building Information Modeling nebo také Management) lze přitom bez nadsázky, vedle 3D laserového skenování, 3D tisku, robotizace, parametrického navrhování, umělé inteligence, off-site výroby, virtuální a rozšířené reality či dronů nebo internetu věcí, považovat za jednu z technologií, která má zásadní vliv na všechny fáze životního cyklu stavby.
3D model může být základ BIM modelu, ale…
Podoba 3D modelu reprezentující návrh stavby může mít mnoho podob. 3D model primárně vzniká ve virtuálním prostředí počítače a reprezentuje tak digitální dvojče (v případě novostavby mu předchází), k dvojčeti reálnému, vlastní stavbě.
Navrhovat architekturu pomocí softwarových 3D nástrojů je dnes v zásadě běžnou praxí. Většina architektů i architektonických ateliérů si našla softwarové nástroje a pracovní postupy, které jim pomáhají v návrhovém procesu. I tyto pracovní postupy při navrhování se však vyvíjí, protože do hry vstupují nové technologie, které jednak mohou práci architekta zefektivnit a také práci architekta pomáhají lépe odprezentovat vůči klientovi, úřadům či veřejnosti. Návrh se tak díky inovativním technologiím stává lépe pochopitelný jak pro investora, tak pro ostatní účastníky řízení i širokou veřejnost.
V počátcích počítačového 3D modelování byly postupy vytváření projektové 2D dokumentace a zpracování 3D modelu de facto oddělené procesy. Oba postupy architekt postupně střídal, aby jednou odladil 2D dokumentaci a na základě úprav je přenesl do 3D modelu. V dalším kroku zas díky změnám 3D modelu byly odladěny půdorysy, případně řezy a pohledy. Toto vše musel architekt opakovaně koordinovat ve své hlavně a propsat z a do 2D projektové dokumentace a zpět do 3D modelu. Na zpracování 2D dokumentace používal architekt většinou nějaký 2D/CAD program. Pro vymodelování a vizualizaci modelu musel použít jiný softwarový nástroj určený pro tvorbu 3D modelu a jeho vizualizaci. Mnohdy tak vznikal jen dílčí 3D model jako divadelní kulisa, kde byly vymodelovány pouze části objektu, které byly viditelné ze stanovisek, která byla po architektovi požadována pro prezentační účely projektu.
3D model jako podklad pro vizualizaci návrhu
I dnes jsou nedílnou součástí projektové dokumentace vizualizace - perspektivy, které vystihují 3D představu autora návrhu o hmotovém i materiálovém řešení.
S vývojem hardware i software je však dnes mnohem jednodušší prezentovat architektonické návrhy formou animací či vizualizací nezřídka zpracovávaných v reálném čase. Další úrovní prezentace jsou čím dál častěji využívané 3D modely staveb umístěné v prostředí virtuální, rozšířené nebo mixované reality.
Posuzování více variant architektonického návrhu se tak nemusí odehrávat zdaleka pouze nad vizualizací 3D modelu nebo zákresu vizualizovaného modelu do fotografie…
…není 3D model jako 3D model
Architektonický návrh si dnes díky různým druhům reality můžete procházet, prohlížet v kontextu okolního prostředí. Jenže, co když ale potřebujete zjistit kolik jakého materiálu je ve stavbě použito, jaké konstrukce se například skrývají pod finálními vrstvami stěn, podlah nebo podhledů apod. Díky informačnímu modelu a mixované realitě to nemusí být problém kdekoliv v místě stavby mít tuto informaci k dispozici. Nicméně je tu jeden zásadní rozdíl ve zpracování 3D modelu…
Pokud byl 3D model vytvořen v obecném modelovacím 3D programu pro účely vizualizace celkem logicky nenese informace o jednotlivých stavebních prvcích. Proto, abychom dokázali pracovat nejen se základní geometrií, ale také dalšími vlastnostmi jednotlivých stavebních dílů je potřeba 3D model modelovat v některém ze 3D/BIM softwarových nástrojů. Tyto nástroje umožňují modelovat budovu z jednotlivých stavebních prvků jakými jsou zeď, deska, sloup, schodiště, zábradlí, okna, nebo dveře… Teprve v těchto nástrojích jsem jako architekt schopen modelovat digitální dvojče nebo chcete-li virtuální prototyp stavby. A to je také jeden z hlavních benefitů metody 3D/BIM projektování, kdy díky virtuálnímu prototypu jsem schopen lépe odladit detaily návrhu i v těch nejsložitějších místech stavby.
Zásadní rozdíl tohoto způsobu práce pak je, že takto definovaný 3D model může posloužit jako základ pro Informační model budovy, respektive stavby. Zároveň ten stejný model slouží pro generování tradiční 2D dokumentace. Odpadá tedy výše zmiňované riziko, kdy architekt musel ručně veškeré změny hlídat a aktualizovat mezi sebou nezávisle projektovanou 2D dokumentaci a 3D model.
3D model není nutně BIM, ale…
Pokud 3D model začne vznikat v souladu s pravidly modelování v nástrojích k tomu určených je hranice mezi 3D a BIM velmi tenká. Již skutečnost, že modeluji v CAD/BIM nástroji znamená, že na elementy stavby jsou navázány programem přednastavené další informace. Například zeď kromě geometrických parametrů, s sebou nese informace o povrchové úpravě, skladbě (jedná-li se např. o sendvičovou konstrukci). Podle úrovně detailu může rovněž nést informace o materiálech, pevnosti konstrukce, třídě hořlavosti, zvukové neprůzvučnosti atp.
Výměna dat v prostředí BIM
K informacím o budově (stavbě), které jsou zaznamenávány a průběžně aktualizovány v databázi je potřeba dle rolí a práv průběžně přistupovat. Výměna informací by rozhodně neměla probíhat přes Úschovnu, We Transfer natož e-mailem. Dokonce ani cloudová úložiště typu OneDrive, iCloud, Google Disk nebo Dropbox nejsou pro specifickou týmovou spolupráci ve stavebnictví ideálním řešením.
Společné datové prostředí
Pokud zde hovoříme o metodě práce BIM, pak v souvislosti se správou dat hovoříme o tzv. CDE (Common Data Environment), společném datovém prostředí, které umožňuje přístup do databáze informací o stavbě, přičemž každý účastník má nastaveny přístupy a práva dle příslušné role nastavené v rámci projektového týmu.
Zásadní pro společné datové prostředí je možnost zobrazovat si jednotlivé modely a k nim navázané informace, dokumenty. Aby k těmto modelům nemusel kdokoliv z týmu přistupovat prostřednictvím softwarových nástrojů, ve kterých je architekti a projektanti vytvořili, vznikl nezávislý otevřený souborový formát IFC (Industry Foundation Classes), který lze otevřít v celé řadě IFC prohlížečů. Smyslem IFC prohlížečů je zpřístupnit databázi informací o stavbě běžnému uživateli v prostředí webového prohlížeče. Většina CDE řešení má v sobě IFC prohlížeč již integrovaný. Dalšími důležitými parametry společného datového prostředí je možnost verzování, zálohování a archivace. Nemohou chybět ani možnosti vytváření a sdílení úkolů, diskuzí k jednotlivým dokumentům, jejich správa. Vše v závislosti na právech přidělených administrátorem.
Než se vrhnete do BIM spolupráce…
Ujasněte si s investorem některé pojmy. Pod zkratkou BIM si totiž může každý představit něco jiného. K tomu, aby všichni účastníci projektu našli společnou řeč by měl sloužit BIM protokol, jeho nedílnou součástí je tzv. BEP (BIM Execution Plan), neboli plán realizace BIM. BEP popisuje, jak konkrétně bude projektový tým spolupracovat pomocí metody BIM. Obsahuje většinou úvodní ustanovení, základní informace o projektu, kontakty odpovědných osob, cíle BIM projektu, softwarové vybavení a datové formáty, strukturu modelu, strategii výměny dat a informační toky. Součástí příloh může být základní struktura modelu, datová struktura prvků a manuál s operacemi datového úložiště (CDE). Od jakživa platí, co je psáno, to je dáno. V tomto případě se díky BEP předejde nemilým překvapením, která by mohla vyvstat z nepochopení se i z toho, že pod pojmem BIM si každý z nás představí může představovat zcela něco jiného…
Obr. 01: Pointcloud - mračno bodů získané pomocí 3D laserového skenování zachycuje pomocí husté sítě bodů 3D prostorovou reprezentaci stavby. Mračno bodů slouží „jen“ jako podklad pro vynesení 3D modelu stávajícího stavu před rekonstrukcí objektu nebo při jeho pasportizaci.
Obr. 02: 3D model vynesený na základě podkladu mračna bodů v úrovni podrobnosti, která umožní z 3D modelu generovat 2D projektovou dokumentaci – půdorysy, pohledy, řezy.
Obr. 03: Vizualizace 3D modelu
Obr. 04: Vizualizace 3D řezu modelem
Obr. 05: Stejným modelem lze vést libovolný 3D řez nebo vygenerovat 2D řez. Pokud autor modelu dodržuje „hygienu práce“, pak lze vygenerovat pohled či řez v libovolném místě. Jejich dopracování – okótování či doplnění popisů – není časově zásadně náročné, je však nutné být při modelování precizní.
Obr. 06: 2D pohled fasády vygenerovaný z 3D modelu je neustále propojený s 3D modelem.
Obr. 07: Okno stejně jako každý jiný prvek stavby může obsahovat nejen geometrické informace jako jsou šířka, výška, ale ve své podrobnosti může nést veškeré další parametry deklarované výrobcem konkrétního stavebního výrobku, v tomto případě okna.
Ing. arch. Petr Vaněk
Psáno pro časopis Era21