Je BIM odpovědí na všechny inženýrské problémy?

Building Information Modeling (BIM) je tu s námi již více než deset let, a přesto je stále poměrně často vnímán spíš jako překážka v skutečné práci, než jako nástroj pro zvýšení efektivity. K tomuto konstatování mne vede hned několik důvodů, ale především vycházím z toho, co slyším a vidím v každodenní praxi – jak spousta inženýrů pracuje a jak spolupracuje s ostatními.

Už před více než deseti lety jsem tvrdil, že existují tři typy modelování:

1. Modelování pro dokumentaci
2. Modelování pro návrh a posudek
3. Modelování pro samotnou realizaci stavby

S prvním z nich jsou mnozí zastánci BIM pro stavební konstrukce spokojeni a většina bude souhlasit s tím, že zefektivnil jejich projekty. 

Navzdory rozsáhlým investicím největších poskytovatelů BIM platforem, jen málokteré BIM řešení je schopno integrovat konstrukční a analytický (výpočetní) model. Pokud bychom toto dokázali vylepšit, mohlo by to přinést obrovské výhody.

Třetí úroveň nastává ve chvíli, kdy se konstrukční model dále rozvíjí tak, aby odrážel nejen to, CO se bude stavět, ale i JAK se bude stavět. Málokterý inženýr se dostane se svým BIM modelem tak daleko. A ti, kteří to skutečně zvládnou, obvykle velmi úzce spolupracují s hlavním dodavatelem.

V tomto článku se zaměřím na druhou fázi, protože jsem si jistý, že o té první už byly popsány stohy papírů a internetových stránek. Třetí etapu si necháme na jindy. Prozatím asi stačí říci, že vývoj modelu je lineární a informace by se neměly ztrácet, ale rozšiřovat a rozvíjet.

Jaký přístup by měli inženýři zvolit?

Existuje hned několik přístupů k integraci analytického a konstrukčního modelu. Obecně se přístupy dělí do tří kategorií: přímý, založený na sdílení celých souborů a založený na nějakém mezičlánku (middleware).

Příkladem přímého i souborového přístupu je Autodesk Revit, který kombinuje analytický a konstrukční model. Tekla Structures má integraci založenou na přenosu souborů. Novinkou je cloudové řešení SCIA AutoConverter od skupiny Nemetschek, které zavedlo nový formát souborů (SAF) založený na Microsoft Excel. 

Všechny tři přístupy mají své přednosti, úskalí a nevýhody. Ať už se zvolí jakákoli cesta, je nutné, aby všichni chápali a vnímali správně celý pracovní postup, protože jinak se z daného přístupu rychle stane jen "šuplíková metoda".  

Tady opět mluvím z vlastní zkušenosti!

Pokud se má stát návrh přípojů účinnou součástí celkového BIM procesu, pak by měl být dostatečně flexibilní, aby se mohl začlenit do jakéhokoli z výše uvedených přístupů. 

V IDEA StatiCa jsme přišli s řešením, které je schopné automaticky vygenerovat z konstrukčního modelu model analytický – Checkbot.

Checkbot splňuje požadavky jak na modelování pro analýzu, tak i pro návrh, a dokonce i pro stavbu. Technologie byla navržena tak, aby byla maximálně flexibilní s budoucím potenciálem sloučení pracovních postupů.

Požadavky na návrh styčníků

Inženýři, kteří navrhují a posuzují ocelové styčníky, jsou důležitou částí procesu návrhu celé konstrukce. Jejich specializace je nezbytná, bez těchto detailů byla ohrožena stabilita celého ocelového rámu. 

Ale musím se zeptat: Kdy se v pracovním postupu uvažuje o návrhu přípojů? Obvykle ke konci celého procesu. A přitom, která část konstrukce se jako první dotkne základů? Přípoj s patní deskou. 

V minulosti se konstruktéři přípojů spoléhali na to, že jim statik poskytne potřebné informace prostřednictvím poznámek ve výkresech. Velmi často se přenášené síly vůbec nepodobaly zatěžovacím stavům a kombinacím, které se používaly pro posouzení prutů. 

A já se tady veřejně přiznávám, že jsem býval jedním z nich. Myslel jsem si, že doby, kdy se používal maximální moment s maximálním smykem a maximální normálovou silou (vše zaokrouhleno nahoru na 25 kN/kNm), jsou už pryč. Ale bohužel nejsou...

Konstruktéři přípojů vyžadují stejné výsledky kombinací i proto, aby bylo zajištěno, že styčník obstojí při VŠECH situacích, nikoliv jen v domnělém nejhorším případě. Je ale asi jasné, že dokumentovat každý výsledek kombinace zatěžovacích stavů pro každý prut ve spoji je nebezpečné: existuje další riziko, že čísla (a poznámka) mohou být chybná. 

Některá řešení umožňují výstup třeba do souborů Microsoft Excel, ale i tento přístup nakonec vede k nutné přípravě dat, aby údaje na výstupu byly ve správném formátu.

Náš přístup

Ve IDEA StatiCa jsme vyvinuli řadu BIM propojení (pomocí Checkbota), která integrují naše řešení pro návrh a posouzení přípojů s ekosystémem řešení MKP a CAD. Někteří naši partneři také vyvinuli propojení svých vlastních MKP a CAD softwarů s IDEA StatiCa pomocí našeho IOM (IDEA Open Model). 

Tato metoda umožňuje sdílení informací a snižuje riziko chyb a zároveň výrazně zvýšit efektivitu. Pro inženýra je totiž sdílení modelu mnohem důležitější než samotný konstrukční model.

Pokud ale chceme analytický model sdílet, musí být také správný a lze na něm provést výpočet. 

Co tím myslím?  

Za prvé, model musí být správně sestaven bez "plovoucích" uzlů. Pruty se musí připojovat ke správným uzlům. Může se klidně jednat o zjednodušený model (ostatně inženýři mají rádi zjednodušené věci) s několika prvky, které se setkávají v určeném uzlu, i když ve skutečnosti tomu tak není. Pruty by měly být zadány se správnou excentricitou. Měla by také existovat rovnováha sil, která by měla být v ideálním případě "vypadnout" přímo z výsledků analýzy.

Co se ale stane, když máme k dispozici zvlášť konstrukční a analytický model (někdy třeba od různých inženýrů)? 

V takovém případě je možné zvolit hybridní přístup, a to tak, že v aplikaci IDEA StatiCa vytvoříme dva projekty s tím, že z jednoho získáme geometrii a z druhého vnitřní síly. Můžeme to nazvat sloučeným modelem. To ale vyžaduje, aby obě strany měly synchronizované modely se správnými pruty na správných místech.

Shrnutí

Jaká pravidla by měli inženýři dodržovat pro efektivní sdílení informací?

1. Konzistentní modely pro celý pracovní postup – pruty správně umístěné ve všech modelech
2. Spočitatelné modely – vždy musí být možné provést posouzení
3. Materiály by měly odpovídat regionu a být konzistentní ve všech modelech
4. Velikost průřezů by měla být v ideálním případě konzistentní ve všech modelech
5. Vyhněte se používání speciálních nebo složených průřezů nebo je důkladně zdokumentujte
6. Pracujte společně

Informace, které IDEA StatiCa poskytuje, jsou základem pro fázi 3 - Modelování pro stavbu. Proč? Protože jsou připravené pro výrobní proces, ale využívají informace získané ve fázích 1 a 2, aby posunuly návrh dále.

Netvrdím, že takto funguje celé odvětví. Možná jsme v tomto jen napřed, protože se nebojíme zkoušet nové věci. Ale upřímně řečeno, když se ptám na to, proč inženýři postupovali v projektu určitým způsobem, většinou slyším jen: "protože tak jsme to dělali vždycky...".

Jako odvětví můžeme udělat mnohem více, abychom se vyhnuli plýtvání časem a materiály nebo třeba snížili uhlíkovou stopu projektu. 

A jako inženýři bychom měli jít příkladem.