Sąd Rejonowy w Katowicach (krajowe studium przypadku) – skanowanie i modelowanie budynku istniejącego na potrzeby remontów, rozbudowy, przyszłego zarządzania

Wprowadzenie - dlaczego dobra inwentaryzacja jest taka ważna?

Udział projektów przebudów i modernizacji w gęsto zainwestowanych terenach miejskich sukcesywnie rośnie. Według różnych źródeł, może on osiągnąć w miastach Unii Europejskiej średnią wartość nawet 60%. Jednym z najważniejszych aspektów pozwalających na podjęcie trafnych decyzji inwestycyjnych jest precyzyjne określenie warunków wyjściowych. Sprawą kluczową jest przygotowanie dokładnej dokumentacji stanu istniejącego w standardzie pozwalającym projektantom na sprawne przystąpienie do pracy. Projekty przebudów stawiają przed inżynierami wykonującymi dokumentację oraz wykonawcami wielkie wyzwanie. Tak też jest w przypadku modelowania BIM, które (pomimo wymaganego nakładu pracy i zaangażowania zaawansowanej technologii) wspomaga efektywne wykorzystanie środków finansowych na etapie realizacji.

rys.1 Model BIM Sądu Rejonowego w Katowicach

Praktyka w inwentaryzacji architektonicznej dziś

rys.2 Rozbieżności dokumentacji tradycyjnej 2D (podkład na pomarańczowo) z dokumentacją uzyskaną na podstawie modelu BIM

Dokumentacja

Obecnie, w większości przypadków inwentaryzacje są opracowywane w postaci dwuwymiarowych odwzorowań opartych o liniowe pomiary dokonywane za pomocą tzw. dalmierzy laserowych uzupełniane czasem o osnowę geodezyjną. W założeniu dobrej jakości, rzetelnie wykonana dokumentacja stanu istniejącego powinna (niezależnie od stosowanych metod pomiarowych) cechować się dokładnością (dla skali 1:50 przynajmniej w granicach +/- 2,5 cm) oraz wewnętrzną spójnością, a także wystarczającą zawartością informacji, pozwalającą na odtworzenie (odbudowanie) istniejącego obiektu. Doświadczenie autora (na które składa się analiza porównawcza dziesiątek przykładów dokumentacji ze stanem faktycznym) wskazuje, że cech tych nie posiadała prawie żadna z inwentaryzacji opracowywanych obecnie wymienionymi powyżej metodami. Źródła tego stanu rzeczy są następujące:

Tę ostatnią przyczynę można streścić stwierdzeniem, że jedynym sposobem sprawdzenia jakości inwentaryzacji jest w tej chwili jej ponowne wykonanie.

Studium przypadku - inwentaryzacja budynku Sądu Rejonowego w Katowicach

Sformułowane przy udziale SARP Katowice zapytanie ofertowe dotyczące inwentaryzacji budynku Sądu Rejonowego w Katowicach było pierwszym przypadkiem w naszym kraju, gdy jednym z wymagań było dostarczenie oprócz standardowej dokumentacji rysunkowej, modelu informacyjnego budynku. Zapytanie bardzo precyzyjnie określało dopuszczalne metody pomiarowe oraz parametry oczekiwanego modelu BIM. Bardzo konkretnie określono także kryteria jakim powinien odpowiadać plik modelu. Co ważne, trafnie wskazano oczekiwany format pliku, czyli IFC CV 2.0^[1] - otwarty format opracowany przez organizację non profit buildingSMART International^[2].

 

Jak przebiegała inwentaryzacja BIM budynku sądu?

Inwentaryzacja BIM jest procesem złożonym. Można przyjąć, że typowo składa się minimum z trzech etapów:
 

- etap I - skanowanie (gromadzenie informacji)
 

Wykonanie inwentaryzacji BIM wymaga stosowania na poszczególnych etapach wyrafinowanych technologii. W pierwszej kolejności wykorzystuje się skanery laserowe - urządzenia pozwalające na wykonywanie pomiarów odległości i kątów z prędkością setek tysięcy na sekundę. Proces tak zwanego skanowania 3D, daje w efekcie cyfrową „chmurę” - trójwymiarową reprezentację budynku składającą się z setek milionów punktów pomiarowych rozmieszczonych w odstępach ok. 1 - 10 mm. Skanowania sądu dokonano w sumie z przeszło 400 pozycji. Następnie połączono wszystkie skany w jedną całość.

rys.3 Chmura punktów budynku jako źródło geometrii

- etap II - modelowanie (interpretacja)
 

Dane uzyskane w trakcie skanowania posłużyły do przygotowania materiałów, na podstawie których został opracowany model BIM budynku. Chmura punktów stanowi idealne odwzorowanie geometrii budynku. Nie stanowi jednak źródła kompletu informacji wymaganych do inwentaryzacji. Obejmuje ona wyłącznie informacje związane z geometrią, ewentualnie kolorem elementów budynku. Wszystkie dodatkowe dane dotyczące np. funkcji elementów, ich podziału przestrzennego, materiałów budowlanych, cech (takich jak choćby kierunek otwierania drzwi, numerów i przeznaczenia poszczególnych pomieszczeń itp.) wymagają interpretacji projektanta i wprowadzenia do modelu BIM.

rys.4 Weryfikacja geometrii modelu BIM na bazie referencyjnej chmury punktów

- etap III - eksport modelu i dokumentacji (publikacja)
 

Opracowany na specjalistycznym oprogramowaniu model stanowi kompletną bazę informacji o obiekcie istniejącym. Obejmuje zarówno precyzyjne dane geometryczne, jak i komplet informacji o poszczególnych elementach, ich wszystkie istotne cechy (np. jaką funkcję ma dana ściana, czy jest nośna czy nie), atrybuty (np. z czego jest wykonana ściana, jaki ma kolor), dane o położeniu (np. na którym piętrze znajduje się ściana), a także zależności (np. jakie dwa pomieszczenia rozdziela ściana). Oprócz tego model jest podstawą wszystkich wymaganych dokumentów, zwłaszcza rysunków: rzutów, przekrojów, elewacji. Wszystkie rysunki mają źródło w tym samym modelu trójwymiarowym, dzięki czemu ich zawartość jest zawsze spójna (doświadczenie wskazuje, że dokumentacja rysunkowa wykonywana inną metodą, jest praktycznie zawsze wewnętrznie niespójna). Dokumentacja to jednak nie tylko informacje o charakterze wizualnym. Rysunki zawierają szereg elementów takich jak opisy, odnośniki itp. Informacje pojawiające się w tego typu elementach również pochodzą z modelu. Dzięki temu są pewne i wiarygodne. Inne dokumenty (takie jak choćby tabelaryczne zestawienia powierzchni pomieszczeń, stolarki, czy wyposażenia) są tworzone automatycznie na podstawie informacji zawartych w modelu. To wszystko, uzupełnione o tak zwany model referencyjny w formacie IFC stanowi idealny materiał wyjściowy dla projektantów prowadzących kolejne etapy realizacji inwestycji przebudowy.

rys.5 Model BIM wraz z dokumentacją techniczną

Inwentaryzacja BIM - propozycje wytycznych

Podsumowując, wymagania w przetargach dotyczących inwentaryzacji obiektów istniejących w technologii BIM powinny obejmować przynajmniej:

Jest rzeczą oczywistą, że każde z powyższych wymagań musi posiadać punkt odniesienia w postaci ustalonych krajowych standardów. Działania w tym zakresie prowadzi m.in. stowarzyszenie BIM Klaster. Do tej pory np. zostały opracowane tabele szczegółowości modeli budynków istniejących w czterech poziomach LoD.

Katowicki przetarg stanowi dobry przykład tego, jak mogą być formułowane zapytania dotyczące inwentaryzacji BIM. Na pewno w przyszłości wymagania te będą określane bardziej szczegółowo. Konieczne będzie także wdrożenie narzędzi pozwalających na weryfikację dostarczonych materiałów. Już teraz narzędzia takie są dostępne. Istnieją doskonałe polskie rozwiązania informatyczne w tym zakresie. Wydaje się, że w tej chwili głównym utrudnieniem i zarazem najbardziej palącą sprawą jest brak obowiązujących w naszym kraju norm i standardów w zakresie wykonywania modeli BIM. Dopóki standardy takie nie zostaną opracowane, powodzenie zastosowania BIM będzie zależeć od wiedzy, doświadczenia i dobrej woli osób zaangażowanych w postępowanie. W chwili obecnej poziom wiedzy na temat BIM jest częstokroć niewystarczający. Optymizmem napawa jednak fakt, że wzrasta on dynamicznie.

^[1] Gdzie i dlaczego stosuje się IFC?
W krajach, w których stosowanie Building Information Modeling od lat jest normą, mam tutaj na myśli głównie kraje Skandynawii, do wymiany modeli w projektach kubaturowych używany jest najczęściej właśnie format IFC. Również w krajach będących o krok za Skandynawami, takich jak Wielka Brytania, Niemcy, czy Austria stosowanie IFC jest nie tylko standardem wymiany międzybranżowej, ale także formatem, w którym wydawane są opracowania na poszczególnych etapach realizacji inwestycji - z modelem As built (powykonawczym) włącznie. Format ten posiada szereg cech, dzięki którym doskonale się nadaje do wymiany informacji BIM. Są to przede wszystkim:

Powyższe cechy (jak również fakt, że format IFC jest unikalny na skalę globalną i cieszy się rosnącą popularnością zarówno w Europie, jak też w Azji i obu Amerykach) wskazują, że również w naszym kraju zastosowanie tego formatu będzie w przyszłości normą.
 

^[2] Czym jest buildingSMART International?
BuildingSMART to stowarzyszenie zrzeszające tysiące podmiotów z całego świata związanych z budownictwem kubaturowym i infrastrukturalnym. Do organizacji należą między innymi inwestorzy (prywatni i publiczni), generalni wykonawcy i projektanci, producenci sprzętu, materiałów budowlanych i oprogramowania. Głównym celem działalności jest opracowywanie standardów i rozwiązań poprawiających tak zwaną interoperacyjność w procesach budowlanych. W ramach struktur stowarzyszenia działają grupy robocze, w których konkurujące na co dzień firmy pracują ramię w ramię na rzecz poprawy jakości wymiany informacji w branży budowlanej. Uważa się, że trudności związane z wymianą informacji są głównym winowajcą niezadowalającej efektywności tej branży. Flagowym osiągnięciem buildingSMART jest opracowanie IFC (Industry Foundation Classes) - otwartego formatu plików pozwalającego na przenoszenie modelu 3D budynku wraz ze wszystkimi istotnymi informacjami dotyczącymi obiektu budowlanego.