Výstavba sídla Nejvyššího kontrolního úřadu s využitím BIM se zaměřením na systémy TZB

Současně jde o pilotní veřejný projekt kompletně prováděný metodou BIM. O zkušenostech s metodou BIM v rámci přípravy zakázky a ve fázi zpracování dokumentace pro provádění stavby, jejímž autorem je interní oddělení PDE (PORR Design & Engi­neering), bylo pojednáno ve Stavebnictví č. 12/2021.

Krátké shrnutí základních údajů o stavbě

Budova je součástí areálu bývalého Holešovického pivovaru, kde na původním brownfieldu vznikla v několika etapách nová víceúčelová zástavba. Vlastní objekt je polyfunkční, s převažující administrativní funkcí. Stavba je tvořena dvěma hlavními budovami, označenými jako H a G. Objekty jsou propojeny společným suterénem a spojovacím „krčkem“ na úrovni 4.–5.NP. Primárně objekt slouží jako sídlo Nejvyššího kontrolního úřadu včetně doplňkových provozů, jako je gastro s jídelnou, centrální spisovna nebo prostory dětské skupiny. Objekt H současně využívá Kancelář Poslanecké sněmovny Parlamentu ČR. Jedná se o prostory kanceláří, depozitáře parlamentní knihovny nebo restaurátorské dílny. Budovy jsou navrženy pro cca 500 stálých uživatelů, kapacita parkování je 143 míst. Součástí projektu je příprava pro budoucí elektromobilitu nebo vybavené zázemí pro zaměstnance cyklisty.

Zadání stavby

V rámci zadání zakázky formou Design & Build zadavatel pevně definoval klíčové parametry projektu, jako např. dispozice, tepelnětechnické parametry obálky, koncepční schémata systémů TZB či náklady životního cyklu stavby. Ostatní části projektové dokumentace byly zařazeny v kategorii „informativní“, čímž zadavatel umožnil zhotoviteli využít svých zkušeností a navrhnout srovnatelné nebo „lepší“ technické řešení pro zajištění závazně definovaných parametrů budovy. Tato úloha byla úspěšně splněna v rámci zpracování dokumentace pro provádění stavby – viz ­Stavebnictví č. 12/2021.

BIM a TZB

Přestože je tento článek zaměřen především na zkušenosti s metodou BIM v realizaci, je nutno se z důvodu souvislostí krátce vrátit do fáze navrhování. Projektování a realizace se časově překrývaly, projektová dokumentace byla v počátku s cca měsíčním náskokem před realizací, postupně se náskok jejího dokončování zvyšoval. Díky poskytnutí nativních BIM modelů TZB z předchozího stupně zadavatelem se podařilo zvládnout kritickou fázi v počátku výstavby a včas zajistit projektový podklad pro konstrukce suterénu včetně velkých sdružených prostupů pro rozvody VZT, vytápění, chlazení a elektro. Díky BIMu se podařilo nahrubo zkoordinovat rozvody a definovat požadavky na prostupy i montážní otvory.

Následně bylo na základě zpřesněných tepelnětechnických výpočtů upraveno dimenzování systémů. Do výpočtů byly zohledněny konkrétní parametry obálky budovy včetně aktivního stínění, byla zohledněna akumulace energie v konstrukcích a nesoučasnost provozu jednotlivých systémů podle zkušeností z provozu obdobných projektů. Technické systémy byly zjednodušeny, sloučeny do logických celků podle způsobu využití jednotlivých částí budovy. Na základě výpočtů byly upraveny výkony, které jsou v porovnání s předchozím stupněm dokumentace nižší. Pomocí cirkulačních armatur umístěných na konci jednotlivých větví v každém podlaží bylo využito objemu teplonosného média v rozvodech tepla a chladu pro akumulaci energie. Byly sloučeny některé kabelové trasy a rozvaděče silnoproudu a MaR. Celkově se snížily prostorové nároky na technické systémy, a to jak v potrubních trasách, tak i v samotných strojovnách. Objednateli byl tak zajištěn dodatečný prostor, např. pro účely skladování náhradních dílů. Vhodným propojením byl zajištěn požadavek na redundanci.

Za vyzdvihnutí nepochybně stojí systém vytápění a chlazení, při jehož návrhu byl využit princip regulace, který popisuje v odborných článcích Ing. Karel Matějíček, a návrh s ním byl také osobně konzultován. Jedná se především o provoz tepelných čerpadel s maximální efektivitou díky vhodnému řízení teploty média na kondenzátorové straně podle rozdílu tlaků na chladivu mezi kondenzátorem a výparníkem, vlečnou regulací výkonu primárních a sekundárních oběhových čerpadel bez „anuloidu“ nebo řízení výkonu oběhových čerpadel na „otevřený ventil“. Systém vytápění a chlazení je navržen tak, aby v prvním stupni využil energii v objektu, tedy odpadní teplo z chlazení pro ohřev užitkové vody, případně vytápění, a obráceně – odpadní chlad z vytápění se využívá na chlazení datových místností nebo chlazení osluněných kanceláří. Přebytky tepla/chladu jsou ukládány do vrtného pole, případně „suchého chladiče“ umístěného na střeše stavby. Je tak dosaženo maximální možné efektivity provozu celého systému. Na modelech se dále pracovalo, zejména na vzájemné koordinaci a řešení kolizí s využitím koordinačního modulu BIM 360.

Modely TZB byly zpracovány s vysokou mírou detailu, LOD 300–400. Byly namodelovány a přes konektory napojeny veškeré drobné armatury, koncové prvky. V profesích elektro a MaR byly modelovány koncové prvky, kabelové trasy, zdroje, rozvaděče. Grafika TZB rodin v BIMu umožnila jednoduše zohlednit i prostorové nároky na transport a servis jednotlivých zařízení. V technických strojovnách jsou vyřešeny transportní cesty pro náhradní díly. V poslední řadě jsme se začali zabývat návrhem závěsného systému, který běžně bývá spíše součástí dílenské, nikoli prováděcí dokumentace. Z praxe je však známo, že někdy bývá tato část dodávky podceněna a mnohdy ponechána na zvyklostech montážních firem, přestože se jedná o staticky i dynamicky velmi namáhané konstrukce, zejména u větších systémů, jako tomu bylo i v případě NKÚ. Jsme zvyklí navrhovat závěsné systémy TZB standardně na všech projektech tak, aby bylo vyřešeno pevné a kluzné uložení rozvodů, byly správně navrženy kompenzace, typy kotev a hmoždinek, např. v případě kotvení skrze tepelnou izolaci stropu v suterénních podlažích. Nalezli jsme společnou řeč a společné nadšení pro BIM se zástupci společnosti Hilti, kteří již měli stejně jako PORR zkušenosti s projektováním v BIMu z předchozích projektů. Rozvinula se projektová spolupráce, začal vznikat BIM model závěsného systému s cílem optimalizovat množství kotev i kotevního materiálu a v maximální míře využívat sdružených závěsů pro více typů potrubních rozvodů.

V rámci projektování vnímáme BIM model jako pomocníka pro odhalení potenciálních problémů, na které by se v rámci klasické 2D dokumentace nepřišlo, respektive by se na ně přišlo pozdě, až na stavbě. BIM model je i „bičem“ na projektanta, neodpustí žádné chyby, kolizní body jsou jednoduchými nástroji snadno kontrolovatelné. Pracnost je v porovnání s klasickým 2D projektováním nepochybně vyšší, zejména z důvodu větší míry detailu a řešení správných návazností mezi jednotlivými konstrukcemi stavby a technických systémů. Díky BIMu se daří včas „na papíře“ vyřešit většinu problémů, na které se běžně přijde až v průběhu rea­lizace. Zvýšené úsilí věnované kvalitnímu návrhu je bohatě vyváženo následným hladkým průběhem stavby. Na NKÚ bylo využito benefitů zpracovaného BIM modelu na stavbě v maximální možné míře.

Využití BIM v realizaci

Po pečlivém vyhodnocení BIM manažerem a projektovým týmem bylo rozhodnuto využívat platformu BIM 360, a to z několika důvodů. Prostředí BIM 360 poskytovalo všechny důležité funkcionality pro projektový i realizační tým, tedy především cloudové uložiště, práci se sdílenými modely, koordinační modul, pro realizaci možnost prohlížení publikovaných výkresů z modelu prostřednictvím aplikace v mobilních telefonech, tabletech nebo PC. Využíván byl BIM 360 jako nástroj pro komunikaci mezi projektovým a realizačním týmem formou kontrol a zakreslování změn, případně vad dokumentace. Vznikala tak průběžně dokumentace skutečného stavu. Veškerá dokumentace byla uložena na jednom místě a byla průběžně aktualizována. Tím bylo zajištěno, že se stavělo vždy podle platných výkresů. Průběžně byly projektově zpracovány i variace objednatele. Přístup na datové uložiště měli jak členové realizačního týmu společnosti PORR, tak zástupci objednatele, správce stavby a většina subdodavatelských firem. Tištěnou dokumentaci, publikovanou z BIM modelu, využívali pouze montážníci. Ti měli v místě složitých koordinačních uzlů vytištěný i 3D model daného místa. Stavbyvedoucí, stavební dozor i zástupci objednatele vy­užívali digitální verzi dokumentace. Prostorově zkoordinovaná dokumentace je dalším obrovským benefitem digitálního modelu stavby. Je však nezbytné, aby stavbyvedoucí pečlivě kontrolovali, že jednotliví subdodavatelé pracují v souladu s projektovou dokumentací. Případné odchylky je třeba neprodleně opravit. Problém nemusí být v počátku patrný, ale s postupně přibývajícími novými konstrukcemi se objeví později. Následné opravy jsou již spojeny s vysokými náklady nejen finančními, ale i časovými.

Užitečným pomocníkem při odhalování odchylek od digitálního modelu byla tzv. rozšířená realita. Jedná se o porovnání digitálního modelu a stavby např. pomocí mobilní aplikace s názvem Gamma AR, do které byl nahrán digitální model stavby ve formátu IFC. Modely jednotlivých profesí a konstrukcí lze v aplikaci jednoduchým způsobem zobrazovat nebo skrývat. Aplikace je přístupná z mobilního zařízení nebo tabletu. Stavbyvedoucí, který kontroluje provedené práce, nejprve označí konstrukci v modelu, např. stěnu nebo sloup. Následně ho aplikace vyzve k označení stejné konstrukce na stavbě pomocí kamery a dvou označených bodů. V tento okamžik je synchronizována poloha na stavbě s polohou v digitálním modelu. Kontrola stavby může začít. Pohledem kamery tabletu na určitá místa stavby se na displeji prolíná zobrazení stavby s modelem a na první pohled jsou patrné případné odchylky. Nejedná se o přeměření s přesností na mm, ale o hrubou kontrolu dodržení vedení a vzájemné polohy jednotlivých konstrukcí. Na stavbě se tento nástroj využíval především při kontrole vedení hlavních tras TZB a elektro. Díky BIM modelu závěsného systému byly využity údaje o poloze jednotlivých kotev. Souřadnice kotvení byly vyexportovány do vyměřovací robotické PLT stanice. Tato stanice laserovým bodem vyznačí přesnou polohu místa pro navrtání kotvy. Výsledek je naprosto přesný a rychlý. Přesné vynesení bodů umožnilo dodržet polohy rozvodů podle BIM modelu. Dalším benefitem byla obrovská, cca 50% úspora časových nákladů v porovnání s vynášením pomocí měřicího pásma od konstrukcí sloupů nebo stěn.

„Lidem myšlení, strojům dřinu“

Díky použitým BIM technologiím se nám (jako prvním v ČR a střední Evropě) podařilo naplnit podmínky pro použití poloautomatického vrtacího robota Hilti Jaibot, který byl schopen nejen přesně vytyčit polohu kotev v konstrukci, ale i vyvrtat požadovaný průměr a nastavenou hloubku.Stroj je vybaven pásovým pojezdem, vlastním akumulátorem, vrtací hlavicí, odsáváním od vrtací hlavice, dálkovým ovládáním i značkovacím sprejem. Informace o poloze získává z PLT stanice, umístěné v dohledu v rámci podlaží. Do příslušného podlaží byl robot dopraven stavebním výtahem, v rámci podlaží se pohyboval vlastním pojezdem. K provozu je nutná přítomnost proškoleného operátora, který robota pomocí dálkového ovládání přemístí do místa, kde bude provádět vrtací činnost. Následně probíhá vrtání zcela automaticky v dosahu robotického ramene r = 2,5 m. Po dokončení všech vrtů ve zvoleném rádiu operátor opět ručně posune stroj do nové pozice. Práce je bezprašná, vrtací hlava je vybavena manžetou, ze které se odsává prach do zásobníku umístěného pod kapotáží ve spodní části. Součást výbavy tvoří rovněž značkovací tryska, která každý vyvrtaný otvor označí podle příslušného typu potrubí, které je na dané kotvě zavěšeno. Na NKÚ byly vrtány otvory pro profese VZT, vytápění, chlazení, ZTI, elektro silnoproud. Jaibot dokáže vyvrtat až 700 otvorů za den, a to na jedno nabití akumulátoru.V poslední řadě byla využita možnost prefabrikace části závěsného systému mimo prostory stavby. Právě takto, na dílně mimo prostor stavby, byly vyrobeny sdružené kotevní systémy podle BIM modelu. Na stavbu dorazily prefabrikáty označené podle pozic v projektové dokumentaci. Výsledkem bylo další urychlení výstavby a vyšší kvalita provedení.

Celkové zhodnocení

V březnu 2023 bylo nové sídlo NKÚ úspěšně předáno objednateli. Zpětným vyhodnocením a porovnáním s jinými projekty, které nebyly projektovány metodou BIM, jsou především následující benefity:

• efektivnější využití personálu zhotovitele;
• úspora nákladů a času na opravy;
• zkrácení doby realizace;
• možnost rozdělení subdodávek na menší dodavatelské celky.
• úspora materiálu díky možnosti volby optimálních délek tras, sdružování – např. kabelové žlaby, závěsné systémy;
• využití souřadnic z modelu pro automatické vytyčování na stavbě, vysoká míra přesnosti, úspora času;
• možnost využití robotické práce;
• možnost využití prefabrikace.

Dokumentace skutečného provedení stavby

Projekt NKÚ je pilotní a zavedl využití metodiky BIM do stavebnictví. Jedním z hlavních úkolů projektantů bylo vypracování přesného a zkoordinovaného BIM modelu, včetně zanesení parametrů jednotlivých konstrukcí a částí TZB. Tyto parametry byly předem stanoveny pomocí přílohy Specifikace BEP (Building Execution Plan / Plán realizace BIM) BIM protokolu, ve kterém byl definován mimo jiné i požadavek na informace – LOI (Level of Information), a to formou tabulky s definovanými jednotlivými parametry pro dané části modelu.Získání informací pro vyplnění jednotlivých parametrů probíhalo ve spolupráci se stavbou a jednotlivými subdodavateli. Za každou profesi byly z Revitu exportovány tabulky podle kategorií (okna, dveře, mechanická zařízení, potrubí, …), které obsahovaly jak potřebné parametry, tak prvky, kterým byly tyto parametry přiřazeny. Pracovníci stavby parametry ve spolupráci se subdodavateli vyplnili a zaslali zpět projektovému týmu. Projektanti následně importovali vyplněné tabulky zpět do Revitu a díky parametru Revit ID se vlastnosti přiřadily ke správným prvkům.

Ruku v ruce s požadavkem na datový standard byl vypsán i požadavek na klasifikaci stavebních prvků. Zvolen byl klasifikační systém CCI (Construction Classification International) zpracovávaný Českou agenturou pro standardizaci (ČAS), který napomáhá k identifikaci jednotlivých prvků modelu. Klasifikace prvků probíhala ve vzájemné spolupráci profesantů zpracovávajících část dokumentace, BIM koordinátora a specialisty z agentury ČAS. Výstupem dokumentace skutečného provedení stavby byly kromě výkresů v PDF i dílčí modely ve formátu IFC, které obsahovaly pouze požadované parametry. Kromě stavebního modelu a modelů jednotlivých profesí byl ve spolupráci se společností Hilti zpracován i model požárních ucpávek.Cílem splnění těchto požadavků bylo poskytnutí relevantního podkladu pro budoucí facility management objektu pro provozování budovy a při renovacích.

GRARFICKÉ PODKLADY: PORR a.s.