Abstrakt
Projektovanie pomocou metodiky BIM sa pomaly presadzuje aj pri projektovaní rekonštrukcií historických pamiatok. Tento trend kladie pred geodetov nové výzvy nielen v zbere dát, ale aj v ich spracovaní. Na vyhotovenie podrobného modelu už nepostačuje pásmo, totálna stanica a GNSS prijímač. Je potrebné siahnuť po laserovom skenovaní a fotogrametrii. Tieto metódy poskytujú dostatok podkladov na to, aby sa dala dosiahnuť potrebná podrobnosť a presnosť modelu. Len tieto technológie poskytnú výstupy z ktorých je možné relatívne jednoducho, efektívne a hlavne dostatočne presne modelovať inteligentné BIM modely.
Úvod
Skratku BIM (building information model) pravdepodobne veľa z vás už počulo. Cieľom tohoto článku nie je vysvetlenie projektovania pomocou metodiky BIM, ale poukázanie na úlohy geodeta v tomto procese. BIM kladie väčšie nároky na všetkých zúčastnených v procese tvorby projektu. To sa týka samozrejme aj geodetických prác, ktoré sa menia úplne diametrálne. Geodetické činnosti si vyžadujú iné metódy merania, iný filozofický prístup a dosť výraznú zmenu myslenia. Presnosť prestáva byť kľúčová, moderné metódy vedia zabezpečiť dostatočnú presnosť takmer automaticky, oveľa dôležitejšie je však interdisciplinárne myslenie a prepojenie s ostatnými profesiami – výstup v tvare BIM modelu musí spĺňať požiadavky jeho budúcich užívateľov.
Pri BIM projektovaní sa chyby, nepresnosti a nedostatočne spracované detaily skrývajú ťažšie, než pri klasickom 2D projektovaní. Odmenou za to je zníženie nákladov pri realizácií, výrazne jednoduchšie riadenie stavby, odstránenie nedorozumení s rôznymi verziami projektu a podobne. “Chirurgická” presnosť modelu vyžaduje skutočne presné a podrobné podklady, ktoré by autorizovaný geodet mal byť schopný pomocou moderných metód zabezpečiť. A to v celom procese využitia od zamerania existujúceho stavu tak, aby bolo možné projekt úspešne realizovať až po kvalitné porealizačné zameranie.
Čo je to vlastne BIM
Skratka BIM znamená Building Information Model. Preložiť by sa to dalo ako informačný model budovy. BIM nie je software ani nejaký 3D model. Je to databáza informácií o objekte. Časť informácií je geometrická a pri rekonštrukciách je ich potrebné získať, zamerať, priamo na stavbe. Táto časť je priestor pre prácu geodeta.
Spojenie „model v BIM“ neznamená 3D model. Model je súhrn všetkých informácií. Niektoré môžu byť reprezentované aj 3D modelom. 3D model bol zvolený ako forma prezentácie dát kvôli prehľadnosti a pochopiteľnosti.
BIM model je 5 rozmerný model. Štvrtá dimenzia je čas. Vďaka kvalitnému modelu je možné simulovať priebeh výstavby alebo rekonštrukcie v čase a tým predísť kolíziám. Umožní nám precíznejšiu správu materiálu, ľudských zdrojov a mechanizácie.
Piata dimenzia sú peniaze. Vďaka podrobnosti BIM modelu je možné urobiť presné rozpočty materiálu, výkopov a podobne. Dalo by sa povedať, že až na tehlu presne. Vo fáze užívania budovy zas výrazne šetrí prostriedky aktuálny model pri akejkoľvek rekonštrukcii.
Výhodou BIM modelu je jeho schopnosť reagovať na zmeny a analyzovať ich od stavby až po správu budovy a tým odstrániť prípadné chyby a ušetriť nemalé prostriedky.
Úrovne podrobnosti (LOD) v BIM
V projektovaní pomocou metodiky BIM máme definované rôzne úrovne detailu, respektíve vývoja (development). Používame na to skratku LOD (level of detail / development).
Úrovne LOD100 a LOD200 sú koncepčné a schematické modely a nie je potrebná geometrická presnosť. Geodetické činnosti sa začínajú na úrovni LOD300 – to je už presný model. Mal by byť geometricky verný, mal by obsahovať objekty ktoré majú skutočný tvar aj umiestnenie. Tento model by mal umožniť robiť merania priamo na modeli bez potreby externých údajov. V tomto stupni sa vyžaduje obvykle zameranie objektu a okolia, označované aj ako predprojektová dokumentácia. Úloha geodeta je vytvorenie takéhoto modelu, prípadne dodanie podkladov potrebných na vytvorenie modelu takejto podrobnosti. Úrovne LOD350 a LOD400 sú projektová dokumentácia a samotná realizácia. Sú to výstupy z procesov vo fáze projektovania.
Geodet sa dostáva k slovu v poslednej úrovni, a tou je LOD500 – porealizačná fáza. Podklady na vyhotovenie modelu v podobe, v akej bola stavba naozaj realizovaná, vznikajú priebežne počas kontrolných meraní.
Vytvorenie predrealizačného BIM modelu (LOD300)
V tejto fáze sa väčšinou začína s modelovaním na základe staršej dokumentácie. Je to núdzové riešenie, lebo mnohokrát nesedí ani len počet okien. Historické stavby buď dokumentáciu nemajú vôbec, alebo je tak stará, že budova prešla už desiatkami prestavieb, ktoré neboli zanesené do dokumentácie. Výroba BIM modelu zo starej dokumentácie je tiež geodetická činnosť. Je potrebné urobiť aspoň niekoľko overovacích meraní, aby sa objavili prípadné nepresnosti v starej dokumentácií. Samozrejme najistejšia cesta je urobiť hneď nové meranie. Mnohokrát je to aj lacnejšie než tvorba modelu podľa starej dokumentácie a po odhalení závažných nepresností opätovná tvorba modelu podľa nového zamerania.
V tejto fáze sa do modelu môžu pridávať aj mnohé “nie 3D” informácie. Informácie o vedeniach, popisné informácie o stavebných prvkoch, fotografie detailov a podobne.
Priebežné meranie počas stavby, porealizačné zameranie (LOD500)
V ponímaní BIM je porealizačné zameranie LOD500 myslené ako skutočný model vyhotovenia. Priebežnými kontrolnými meraniami vlastne postupne vzniká porealizačné zameranie. Takže geodet by mal byť na stavbe prítomný aj počas stavby. Mal by robiť priebežné merania a porovnávať ich s BIM modelom. Niektoré odchýlky je možné ešte počas stavby opraviť, neodstrániteľné zmeny je potrebné zdokumentovať, aby po ukončení stavby a odovzdaní do užívania dostal investor aktuálny BIM model a mohol ho úspešne používať pri správe budovy. Takto spracovaný BIM model sa po kolaudácii posúva do druhej fázy svojho života – do fázy správy realizovanej stavby jej správcom či investorom.
Nároky na geodeta
Geodet musí zmeniť filozofiu, technológiu aj pracovné postupy. Vývoj meracej techniky v posledných rokoch prešiel úžasnou cestou. Meracia technika výrazne zlacnela a zjednodušila sa jej obsluha. To núti geodetov hľadať iné miesta uplatnenia. Geodet by nemal degradovať na obsluhu meracieho zariadenia. Mal by si rozširovať svoje znalosti z ďalších oblastí, hlavne v oblastiach počítačového spracovania dát, analýzy chýb a v prípade okumentovania stavieb, z oblasti architektúry.
Zber dát
Zber dát sa čím ďalej tým viac automatizuje a zrýchľuje. Na väčšinu prác postačujú osoby zaškolené na obsluhu prístrojov bez potreby znalostí z oblasti geodézie. Geodet je potrebný na zvolenie správneho postupu a určenie vhodnej technológie, ale na samotný výkon terénnych prác nie je potrebný. Meranie laserovým skenerom nie je náročný proces a pri dodržaní správneho pracovného postupu má spôsoby na opravenie prípadnej chyby. Tak isto zber dát pre fotogrametriu vyžaduje správne zaškoleného fotografa, prípadne operátora bezpilotného lietadla (UAV) a nie človeka s geodetickým vzdelaním.
Spracovanie nameraných dát
Geodetická práca v pravom slova zmysle nastupuje pri registrácií dát z terénu. Ich vzájomné skladanie a prepájanie. Vyčíslovanie rôznych chýb a v prípade prekročenia odchýlok navrhovaní postupu ako s chybami naložiť, ako ich odstrániť.
Práca, kde je automatizácia len v plienkach, je samotná interpretácia nameraných dát. Mnoho programov má viac alebo menej rozvinutý systém podporných nástrojov, ale bez ľudského pričinenia zatiaľ nie je možné pretvoriť mračno bodov na BIM model. V tejto fáze potrebuje geodet znalosti z oblasti architektúry
Interpretácia nameraných dát
Pri vytváraní BIM modelu je potrebné zmeniť myslenie z 2D na 3D a začať pracovať s priestorom. Pochopiť, že zameraním stavby týmito technológiami mám všetky potrebné údaje u seba v počítači. Potrebujem rez? Proste si prerežem mračno bodov v požadovanom mieste. Potrebujem preskúmať detail na fasáde? Mám k dispozícií veľké množstvo podrobných fotografií, prípadne texturovaný mesh (trojuholníková sieť) model. 2D výkresy nedokážu dodať tie informácie naviac, ktoré sú automaticky zbierané pri laserovom skenovaní a fotogrametrii. Na vyhotovenie samotného BIM modelu používame rôzne interpretácie nameraných dát.
2D Výkresy v CAD programe
Ak geodet vytvára 3D model priamo z nameraných dát (mračno bodov), tak tvorba 2D dokumentácie opäť z nameraných dát by bola duplicitná robota. Preto sa 2D výkresy odvodzujú z existujúceho 3D modelu. V prípade, že 3D model modeluje niekto iný tak 2D dokumentácia vyhotovená z nameraných dát je nevyhnutná.
Fotoplány
Fotogrametria má tendenciu zaoblovať hrany a laserový skener nezachytí detail. Ak ich však spojíme, tak skener zachytí presný priebeh hrán a fotogrametria dodá potrebnú podrobnosť. Na takto získanom fotopláne vieme ísť do úžasných podrobností. Detail pohľadu na ornament dokážeme spraviť v rozlíšení 1mm na 1 pixel. Podobne vieme zdokumentovať okná, dvere. Nie vždy je potrebné na BIM modeli podrobne modelovať výplne okien a dverí. Niekedy postačuje podrobný fotoplán ako doplňujúca informácia k jednoduchšiemu modelu.
Fotoplán by mal byť samozrejme vyhotovený v mierke, a tým pádom je to veľmi hodnotný podklad pri modelovaní BIM modelu. Rôzne vektorové rezy vyhotovené v 2D sú nepomerne prácnejšie ako vytvorenie rezu z mračna bodov, prípadne mesh modelu vo formáte obrázku – fotoplánu. Vysoká ekonomická výhodnosť bez výraznej straty informácii robí z fotoplánu úžasný
podklad pri vytváraní presných BIM modeloch.
Mračno bodov
Najzákladnejšou interpretáciou nameraných dát je mračno bodov. Je to výstup, ktorý automaticky vytvára každý program na spracovanie fotogrametrie a meraní pomocou laserového skenera. V takomto “surovom” tvare je väčšinou nevhodné na prácu. Je potrebné ho zmenšiť, zjednotiť hustotu. Pre väčšinu prác postačuje rozlíšenie mračna bodov cca 5 mm niekedy dokonca stačí 10 mm. Pri takomto rozlíšení sa množstvo bodov redukuje na cca 10%, čo je veľmi výrazná úspora. Mračno bodov je tvrdý oriešok aj pre výkonné počítače a preto je veľmi vhodné ho rozdeliť na menšie časti. Napríklad po podlažiach, oddeliť exteriér od interiéru, prípadne porozdeľovať podlažie ešte na trakty. Rozdelenie by malo byť logické, aby sa s ním ľahko pracovalo. Skúsenosťami sa ukázalo že je zbytočné mračno čistiť od rôzneho šumu ako ľudí, nábytku, rôznych odrazov a podobne. Je to veľmi prácne a ušetrí to minimum práce pri ďalšom používaní.
Práca s mračnom je veľmi náročná. Vyžaduje od geodeta veľkú zručnosť s prácou v 3D priestore, ale obsahuje skoro všetky informácie potrebné k tvorbe BIM modelu.
3D model
Pri modelovaní BIM modelu si vieme pomôcť dielčimi 3D modelmi. Zložité ornamenty, hlavice stĺpov a podobne, vieme doplniť do parametrického BIM modelu ako trojuholníkovú sieť – mesh. Takýmto spôsobom vieme zapracovať do BIM modelu aj veľmi zložité tvary.
V externých programoch vieme automatizovane, alebo poloautomatizovane vyhľadávať rôzne tvary. Hranoly alebo rôzne oceľové profily. Vďaka tomu dokážeme rýchlo vymodelovať 3D model krovu. Modelovanie rôznych potrubí a podobne zvládne modul určený na “piping”. S jeho asistenciou je detekcia potrubí na mračne bodov jednoduchá a rýchla. Takto pripravený medzimodel vložíme priamo do programu na tvorbu BIM modelu. Tak isto aj pri klenbách. V externom programe na modelovanie organických tvarov vymodelujeme presne podľa mračna bodov aj zložitý klenbový strop a vložíme ho do BIM modelu. Kompatibilita je samozrejme trochu horšia. Organické tvary nieje možné upravovať priamo v projekčnom programe ale pri zmene opäť v externom modelovacom programe.
Virtuálna prehliadka s možnosťou merania
Ďalšou významnou interpretáciou dát meraných laserovým skenerom je virtuálna prehliadka objektu Každé stanovisko skenera je znázornené ako 360° panoráma. Samozrejme, na pozadí majú všetky body xyz súradnice a tak je možné priamo na panoráme merať rôzne dĺžky. Architekt, projektant alebo samotný geodet dostáva do rúk silný nástroj, vďaka ktorému má stavbu u seba v počítači. Dokáže identifikovať podrobnosti a súvislosti ktoré môže byť problematické vidieť na mračne bodov. Ak sa potrebuje po stavbe orozhliadnuť nemusí vycestovať, stačí mu prechádzať virtuálnou prehliadkou a vidí tvary, povrchy a v prípade farebného skenu aj farby.
Záver
Nároky na geodeta sa v poslednej dobe veľmi rýchlo a prudko zvyšujú. Už nestačia len vedomosti z geodézie samotnej, ale je potrebné aby sa geodet venujúci sa dokumentácií stavieb intenzívne vzdelával aj v iných oblastiach. Architektúra, história, udržiaval si prehľad o moderných trendoch, ako napríklad BIM, pilotoval UAV dron, zvládal modelovanie v rôznych 3D modelovacích programoch a podobne. Mnohokrát je jedinou cestou špecializácia členov početnejšieho tímu. Na vrchole ale stále ostáva autorizovaný geodet, ktorý na celý proces dohliada a na konci autorizuje, a tým ručí za kvalitu odvedenej práce.