Podczas gdy architekci wciąż opracowują plan piętra, rozmieszczenie instalacji technicznych opiera się często na przypuszczeniach. Ewentualne zmiany mogą szybko stać się bardzo kosztowne. Niniejszy artykuł pokazuje, w jaki sposób oparte na BIM koncepcje tras rurociągów typu „lean” rozwiązują ten problem już na wczesnym etapie: przy zaledwie kilku danych wejściowych odcinki sieci są automatycznie wymiarowane i w sposób spójny przekształcane w bryły tras rurociągów oraz same rury. Praktyczny przykład systemu wentylacyjnego dla biur wyraźnie pokazuje, w jaki sposób można szybko sprawdzić różne warianty, uzyskać przekroje oraz niezawodnie skoordynować przestrzenie instalacyjne z architekturą. Nowe możliwości wymiarowania oferowane przez koncepcję tras rurociągów tworzą ciągły przepływ pracy – od karty danych pomieszczenia po dalsze szczegółowe projektowanie.
Współpraca na wczesnych etapach projektu
Wczesne etapy projektu charakteryzują się ogromną zmiennością. Powstają koncepcje pomieszczeń, które są częściowo odrzucane, a także ustalane są układy dostosowane do zamierzonego przeznaczenia. W modelu architektonicznym, na podstawie listy wymagań oraz planu powiązań między przestrzeniami, w kilku etapach koordynacji tworzy się konkretny model rzutu poziomego planowanego projektu. Jednocześnie istotne czynniki wpływające z innych dziedzin, takich jak inżynieria instalacyjna, są wciąż w dużej mierze nieznane i należy je przyjmować z założenia. Obszary te często kolidują z potrzebą maksymalnego wykorzystania przestrzeni użytkowej. W rezultacie powierzchnie przeznaczone na szyby, sufity podwieszane, rozdzielnice i pomieszczenia techniczne są zazwyczaj zbyt małe.
Obietnica projektowania opartego na BIM – włożenie wysiłku na początku, aby później zaoszczędzić czas i pieniądze – wydaje się nierealna w przypadku konwencjonalnych procesów pracy. Gdy tylko w moim projekcie wykraczam poza czysto schematyczne koncepcje i zaczynam pracować z konkretnymi systemami dystrybucji oraz przepływem poszczególnych mediów, nawet pozornie niegroźne wnioski o zmiany mogą skutkować kosztami porównywalnymi do kosztów pierwotnej budowy dotkniętych obszarów. Ze względu na wzajemne zależności, zamrożenie projektu, w którym konstrukcja może zostać zaakceptowana jako ostateczna struktura nośna dla wyposażenia technicznego, jest raczej wyjątkiem niż regułą. Aby uniknąć znacznych nakładów związanych z przeprojektowaniem, wymagany jest wysoki poziom współpracy i doświadczenia projektowego ze strony wszystkich zaangażowanych osób.
Modele tras rurociągów typu „lean” oferują wyjście z koszmaru przeprojektowywania. Modele te są opracowywane na znacznie niższym poziomie szczegółowości, ale jednocześnie zapewniają elastyczność w zakresie dostosowań. Prace nad rozwojem takich metodologii i niezbędnych narzędzi trwają już od kilku lat. W niniejszym artykule chcielibyśmy przedstawić decydujący etap rozwoju, który pozwala uwzględnić wpływ projektowania instalacji technicznych na strukturę obiektu na bardzo wczesnym etapie.
Co się dotychczas wydarzyło?
Przeniesienie wczesnego projektowania instalacji technicznych na wyższy poziom przy użyciu metodologii BIM wymaga nowych modeli, które generują wysoką wartość informacyjną przy jak najmniejszej liczbie stopni swobody i umożliwiają przeniesienie istniejących danych do dalszego dopracowywania szczegółów. Już w numerze 2/2020 przedstawiliśmy propozycję tego typu uproszczonych modeli wraz z wprowadzeniem koncepcji tras rurociągów w programie LINEAR Desktop. Kluczową innowacją było tutaj to, że po raz pierwszy całe wiązki rur i kanałów można było połączyć w proste struktury liniowe z dwuwymiarowym planem przekroju w celu wymiarowania przeszkód. W razie potrzeby można było tu również zaplanować wymagania przestrzenne dotyczące zawieszeń lub zarezerwowanych przestrzeni. Takie podejście nie tylko umożliwiło omówienie wymagań przestrzennych dla systemów instalacji budowlanych na wczesnym etapie. Miłym efektem ubocznym było to, że modelowanie tras rurociągów można było już przekształcić w rzeczywiste rury, łącznie z izolacją (patrz rysunek 1).
W kolejnym artykule, opublikowanym w numerze 2/2022, przedstawiliśmy oparte na tym koncepcje, które pozwalają nam przejść od samego tworzenia tras rurociągów wielosystemowych do w znacznym stopniu zautomatyzowanego i opartego na modelach wymiarowania, co znacznie upraszcza projektowanie kompleksowych koncepcji tras rurociągów. Teraz chcemy przenieść te pomysły z deski kreślarskiej do praktyki. Zanim przejdziemy do szczegółów, przypomnijmy pokrótce główne założenia.
Każdy, kto korzysta z programu LINEAR, prawdopodobnie zna nasze obliczenia sieciowe. Dlatego naszą metodę wymiarowania tras rurociągów opieramy na analogii, w której traktujemy określone obszary techniczne (np. pomieszczenia techniczne lub jednostki dachowe) jako generatory, a obszary użytkowe (pomieszczenia lub szersze obszary o tym samym przeznaczeniu) jako odbiorców, którzy komunikują się ze sobą za pośrednictwem szybów i tras rurociągów. Oprócz rozmieszczenia brył tras rurociągów i określenia pewnych warunków brzegowych (np. typu budynku, ograniczeń prędkości), pozostaje jedynie zdefiniowanie punktów przesyłu i zasięgu dla poszczególnych systemów. Na podstawie tych informacji można wyprowadzić topologię systemu z prostej koncepcji trasy rurociągu i – biorąc pod uwagę ograniczenia techniczne (np. współwystępowanie) – automatycznie przypisać prawidłowo zwymiarowane rury do każdego odcinka trasy rurociągu. Kluczową kwestią jest to, że można to zrobić na dowolnym etapie procesu projektowania wstępnego i nie wymaga to żadnych danych, których jeszcze nie posiadamy lub których nie możemy łatwo wprowadzić. Ponieważ traktujemy nasze pomieszczenia jako centralne elementy modelowania, zaczynają się ujawniać interesujące efekty synergii w podejściu opartym na kartach danych pomieszczeń.
Struktura sieci
Podstawowa struktura sieci w programie Revit nie różni się prawie niczym od wczesnego projektowania wentylacji z częściowymi elementami początkowymi i końcowymi sieci. Odpowiednie trasy rur zasilających są modelowane przy użyciu odpowiednich klas modeli tras rurociągów. W tym miejscu należy podjąć decyzję, gdzie znajdują się strefy pionów oraz czy poziome trasy rurociągów powinny być umieszczone w podłodze czy w suficie. Odpowiednie punkty przesyłowe i zbierające modelują zasilanie konkretnych pomieszczeń, które na tym etapie można jeszcze pogrupować w szersze kategorie. Uproszczoną reprezentację systemu tras rurociągów przedstawiono na rysunku 2.
Do faktycznego modelowania w programie Autodesk Revit firma LINEAR Solutions oferuje gotowe rodziny obiektów służące do projektowania przestrzeni konstrukcyjnej dla tras rurociągów oraz wymaganych punktów zasilania i rozgałęzień. Jednak dzięki zastosowaniu odpowiedniej klasyfikacji możliwe jest również wykorzystanie własnych rodzin obiektów.
Metoda wymiarowania
Trasa rurociągu może zostać zdefiniowana w sposób wystarczający dla wczesnej fazy modelowania przy użyciu danej sieci tras rurociągów oraz informacji dotyczących zasilania w punktach końcowych (wskaźniki pokrycia, różnica temperatur itp.). Oznacza to, że dla każdej branży można wyprowadzić odpowiednie sieci wyłącznie na podstawie połączeń oraz obliczyć sumy wymaganych przepływów w poszczególnych odcinkach sieci. W przypadku sieci sanitarnych przy określaniu przepływów szczytowych uwzględnia się również standardowe podejścia dotyczące współwystępowania.
Dla wyjaśnienia przyjrzyjmy się sieci sanitarnej zawartej w sposób dorozumiany na rysunku 2. Jeśli pominę wszystkie odcinki sieci, które nie wymagają zaopatrzenia w wodę pitną, strukturę sieci można znacznie uprościć, jak pokazano na rysunku 3.
Na końcach sieci można obecnie wykorzystać dane liczbowe do określenia urządzeń, które należy uwzględnić w poszczególnych pomieszczeniach, ustalając w ten sposób wymagany całkowity przepływ na końcach sieci. Łącząc te informacje z podejściem opartym na współwystępowaniu dla danego typu budynku, można w prosty sposób określić przepływy szczytowe. Łącząc to z prędkością maksymalną, można również w prosty sposób określić średnice nominalne odcinków rur.
W ten sam sposób można traktować systemy ogrzewania i chłodzenia, przy czym sumowane są nie natężenia przepływu, lecz moce. Można je przeliczyć na natężenia objętościowe poprzez określenie różnicy temperatur w systemie oraz na średnice nominalne przy ograniczonej prędkości. Wymagania dotyczące pomieszczeń określa się tutaj zazwyczaj poprzez określenie obciążeń związanych z powierzchnią. Jeśli dostępne jest już szczegółowe obciążenie grzewcze/chłodnicze, wyniki te można oczywiście wykorzystać. Objętości powietrza określone w koncepcji wentylacyjnej można również zastosować bezpośrednio do wymiarowania wentylacji. Alternatywnie, jeśli koncepcja wentylacyjna nie jest jeszcze dostępna, brakujące informacje do wstępnego wymiarowania można uzyskać na podstawie typu systemu w pomieszczeniu (powietrze nawiewane/wywiewane) oraz orientacyjnej wartości wymiany powietrza na podstawie kubatury pomieszczenia.
Przykład
praktyczny Aby zilustrować przebieg pracy w programie LINEAR Solutions for Revit, przyjrzyjmy się systemowi wentylacyjnemu w budynku biurowym. System składa się z jednostki dachowej, która zasila sieć wentylacyjną. Powietrze jest odprowadzane przez 54 punkty przelotowe (po jednym na każde wentylowane pomieszczenie), przy czym w każdym punkcie przelotowym określa się, czy ma być podłączone powietrze nawiewane i/lub wywiewane.
Dzięki tym prostym czynnościom przygotowawczym można uzyskać w pełni zwymiarowany model trasy rurociągowej. Prawidłowość obliczonych wymiarów można sprawdzić za pomocą wbudowanej funkcji wizualizacji sieci. Zwymiarowane systemy można następnie automatycznie przenieść do modelowanych elementów trasy rurociągowej.
Po wzbogaceniu tras rurociągów można zdefiniować parametryczne układy przekrojów. W tym przykładzie zastosowano jednolity przekrój (powietrze nawiewane obok powietrza wywiewanego), zachowując indywidualnie określone wymiary dla całego budynku. Dzięki połączeniu wymiarów z planami przekrojów można teraz zmienić wymiary brył tras rurociągów i wyeksportować je jako przeszkody, np. za pośrednictwem ścieżki IFC, dla osób odpowiedzialnych za budynek. Narzędzia LINEAR można jednak wykorzystać również do stworzenia dokumentacji informacyjnej dotyczącej najważniejszych etapów projektu. Na początku kolejnej fazy projektu można użyć funkcji generowania rur i kanałów, aby stworzyć wstępną sieć rurociągów do dalszego dopracowania.
Podsumowanie i perspektywy
Koncepcja trasowania rur LINEAR została znacznie ulepszona dzięki nowemu asystentowi wymiarowania. Dzięki prostym procedurom możliwe jest wymiarowanie nawet rozległych sieci obejmujących wiele systemów w oparciu o wymagania przestrzenne oraz szybkie analizowanie wariantów. Przedstawione narzędzia są dostępne dla wszystkich klientów od wersji 26.0 w ramach wersji beta bez dodatkowych kosztów licencyjnych. Znaczące ulepszenia w zakresie zmiany wymiarów, tj. automatycznej zmiany rozmiaru brył tras rurociągów i późniejszego tworzenia rur, zostaną wdrożone przed ostateczną premierą. Jesteśmy przekonani, że to rozwiązanie może w przyszłości stać się ważnym elementem koordynacji przestrzeni konstrukcyjnych MEP we wczesnych fazach projektu. Zachęcamy do rozpoczęcia pracy z tą funkcją już teraz i do skontaktowania się z nami. Wspólnie z Państwem chcemy przenieść projektowanie MEP na wyższy poziom.