A következőkben bemutatom azt a korszerű mérnöki folyamat-rendszert, amely alkalmas arra, hogy egy létesítmény létrehozásán dolgozó minden szereplő egységesen mindig a szükséges információk birtokában legyen. Az információ szükséges ahhoz, hogy a gondolat megszületésétől a beruházás előkészítése, a tervezés, a kivitelezés, az üzemeltetés, majd az életciklus végén a felújítás, vagy az újrahasznosítás folyamatáig biztosítva legyen a szükséges tudás. Ez azt jelenti, hogy a tervlapok mellett a műszaki, pénzügyi, anyagjellemző és technikai, valamint üzemeltetési és szabályozástechnikai információkat kell tárolni. Ez az eljárás új gondolkodásmódot, hardver és szoftver igényeket, team munkát és megfelelő korszerű látásmódot igényel.
A tervezői munka során a tervező egy létesítmény megvalósításán dolgozik, mégpedig az épület születése előtti időszakban. Ezt úgy éri el, hogy munkáját és feladatát – a valós életben végezve – először a virtuális világban oldja meg. A mérnöki virtuális világ nagyon komoly világ, hiszen itt válik a gondolatból megvalósítható terv, amely alkalmas a megvalósításra, a létesítmény megszületésére és az életciklus megvalósítására.
Az épületgépész tervezés nagy felelősséget jelent az emberek jó közérzetének kialakítása érdekében, ezért mindenképpen ki kell használni a modern technika minden lehetőségét. Az emberi környezet sokszínűsége és különlegessége igazi kihívást jelent az épületgépészeti tervezés számára. A megfelelő környezet és emberi közérzet biztosítása mellett több tényezőt is figyelembe kell venni. A következőkben röviden ismertetjük az épület tervezése során alkalmazott megoldásokat, az épületgépészeti tervezés Épületinformációs Modellezési eljárását.
Mit is jelent a tervezés világában a több dimenzió?
A mérnöki világban a 3D tervezési eljárás napjainkban teljes mértékben elterjedt. A rendszerelvű tervezés alapja a 3D tervezés. Ebben az esetben már az elméleti tervezés során alkalmazni lehet a kivitelezési metódusokat. Egy-egy ilyen rendszer kiépítése esetén egyértelműen bebizonyosodik a projekt optimális megépítésének a lehetősége. A virtuális térben, ahol a tervezés történik, figyelembe kell venni az építészeti adottságokat, és a társtervezői igényeket is. Háromdimenziós tárgyakat, épületeket a tervezőik gyakran csak vetületi képeikkel és metszeteikkel ábrázolják. Ezek a vetületek és metszetek nélkülözhetetlenek a kivitelező munkájához, mivel lehetővé teszik a pontos méretezést, de nem keltenek térbeli hatást.
Ha látni vagy láttatni akarjuk a formák valódi karakterét, a térbeli tárgyak ábrázolásához érdemes a perspektivikus vagy az axonometrikus ábrázolási rendszert választani. Aki ezekben az ábrázolási rendszerekben jártas, annak nem jelenthet gondot egy ilyen szemléletes ábrázolás létrehozása.
1. ábra. 2D és 3D tervezés
Ez azonban még nem az Épületinformációs Modellezési eljárás. Ez akkor válik 3D modellezéssé, ha a beépített elemek minden műszaki, fizikai, technikai és pénzügyi információját is megadjuk.
Az épületgépészeti tervezés 4D-modelltervezési eljárásában lehetőségünk nyílik arra, hogy a tervezés virtuális világában szimulálni tudjunk egyes áramlási és hőtechnikai eseteket az idő függvényében is. Az épület gépészeti rendszereit a tervezési munkánk során úgy kell felépítenünk, hogy azok kiszolgálják a komplex létesítmények működésekor jelentkező általános és különleges igényeket. A nagyobb létesítmények 4D-modelltervezési eljárással való tervezése csapatmunkát igényel. Tervező műhelyünk tagjai a saját munkájuk alapján – mivel a gépészeti tervek és a látványtervek 3D-modellben készültek – azon szerencsések közé tartoznak, akik már a tervezési időszakban „sétálhatnak” az általuk felépített virtuális térben.
A felépített modellel már könnyebben lehet szimulálni a valóságban előforduló egyes üzemállapotokat. A 4D-modelltervezési eljárás nemcsak a teljes modell kiépítésére előnyős, hanem az egyes részletek kidolgozása szempontjából is fontos. Tulajdonképpen a modell az egyes részletek összerakásából áll össze. Ennek megfelelően alkalmas mind az egész, mind az egyes részlet-egységek kidolgozására, vizsgálatára és elemzésére.
A tervezés során az épületet egységként kell kezelni, így a szinteken levő épületgépészeti vezetékek kapcsolatát a virtuális térben már tisztán láthatjuk. A rendszerben való gondolkodás, és annak 4D megjelenítése új távlatokat nyit a tervezés folyamatában. A tervező nyugalmát biztosítja a látvány, amely bizonyítja, hogy a virtuális térben felépült rendszer a valóságban megépíthető, és a tudat, hogy a születendő létesítmény az idő dimenzió figyelembevételével biztosítja az emberi komfortérzethez szükséges üzemvitel és a fenntarthatóság kritériumait.
A virtuális világban az épület megtervezése csapatmunkát igényel. Ez szó szerint azt jelenti, hogy a tervezői gárdának egy időben kell dolgoznia a modellen. Minden változtatást és tervezői lépést a modell minden elemének követnie kell, és informálni kell a tervezőcsapatot a virtuális építés fejlődéséről.
Az ember megfelelő környezetének kialakítása szempontjából számos fontos feladatot kell megoldani a virtuális és a valós épületben egyaránt. Az energiafelhasználás csökkentése, az alternatív energiaforrások felhasználása, valamint az üzemeltetési költségek figyelembevételével a rendszereinket úgy kell kialakítanunk, hogy az épület használata során biztosíthatók legyenek az emberek által használt élettérben a megfelelő funkcionális és komfort paraméterek értékei.
A tudomány fejlődésével lehetőségünk nyílt arra, hogy a virtuális tervezői terünkben is olyan időben lefolyó és változó folyamatokat szimuláljunk, amelyek befolyásolják a megvalósuló épületben a benntartózkodó emberek komfortérzetét és környezeti paramétereit. Az épületgépész mérnöknek az emberi komfortkörnyezet kellemessé tételén kell dolgoznia. Ennek a célnak az eléréséhez szükségünk van olyan gondolkodásbeli és technikai fejlődésre, amelyek segítségével a mai igényeknek megfelelő különleges terek komfort-méretezését már a négydimenziós virtuális térben is el tudjuk végezni.
Példaként szeretnénk bemutatni egy bonyolult komfortteret, amely egy tudományos központ előcsarnok tere. Az alapterület 650 m2, átlagos belmagassága 17 m. A határoló szerkezet üveg, amely megfelelő árnyékoló szerkezettel van ellátva. A komfort teret bonyolítja, hogy a térben található egy elhatárolt, 200 főt befogadó konferenciaterem, valamint a térben különböző magasságban könyvesboltok, ruhatár és különböző funkcionális helyiségek kapnak helyet. Figyelembe kell venni az emberek számára a különböző térbeli pozícióban a komfortérzet biztosítását, egyidejűleg az energiaracionalizálási, gazdaságossági, fenntarthatósági és egyéb fontos szempontokat.
2. ábra. A mintapélda (előcsarnok) 3D modellje
Tehát különleges térnek tekinthető az épületben található előcsarnok és konferenciaközpont, amelyben a megfelelő komfortérzet kialakításához igen pontos, komfortelméleti alapokon nyugvó szimulációs modellszámítást kell elvégezni. Egyrészt figyelembe kell venni a külső üvegfelületeket, amelyek télen a hőveszteséget, nyáron a hőterhelést okozzák, másrész számolni kell a belső falak hőmérsékletével is. A felépített modellben dinamikus vizsgálatot végzünk el, a külső hőmérséklet, valamint a napsugárzási intenzitás figyelembe vételével. A légállapotot úgy méretezzük, hogy mind az emberek számára fontos komfortérzet, mind az épület állagvédelme szempontjából megfelelő legyen. A fő cél az, hogy a gépészeti berendezések optimális mennyiségű energiát használjanak fel a megfelelő belső légállapot kialakításához.
A tervezési feladatunk céljának tekintjük, hogy megállapítsuk a kialakuló áramlási és hőmérsékletviszonyokat és azok változását a klímaberendezés működése közben. A belső tér adott pontján a komfortviszonyokat a komfortparaméter értéke fejezi ki, amely a helyi áramlási sebesség és a hőmérséklet függvénye is. Ezen értékek alapján lehetőség nyílik a gépészeti tervek háromdimenziós elkészítésére, valamint az áramlástani és hőtechnikai folyamatok időbeli lefutásának elemzésére.
3. ábra. A mintapélda numerikus háló-modellje
A tervezési rendszer alkalmazása a komfort terek esetén is alkalmas a számítógépes szimulációra, amellyel modellezni tudjuk a helyiségekben lejátszódó komfortérzeti folyamatokat. A szimulációs elemzés módszerét a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépészmérnöki Kar Áramlástan Tanszékének munkatársai – Kristóf Gergely és Péter Norbert – segítségével alkalmaztuk az adott feladatra.
Az előcsarnok területén belül kezelt levegő befúvásával biztosítjuk a megfelelő komfortérzetet. A légvezetési rendszer befúvó elemeinek elhelyezésére az előcsarnok szimulációval méretezett megfelelő felületét használjuk fel. A kialakított szellőztető rendszer energetikai szempontból igen kedvező, hiszen lényeges energia-megtakarítást érünk el és a fenntarthatóság szempontjait vesszük figyelembe az üvegfelület mögött elhelyezkedő légrés gravitációs szellőztetésével, valamint az irodai rendszerből távozó levegő „újrahasznosításának” alkalmazásával.
Mindezen épületgépészeti és energetikai rendszerrel az épületegyüttes korszerű energia-felhasználását biztosítjuk.
Térjünk vissza a példánk után a dimenziók kérdésére!
A mérnöki munka során a virtuális terünkben már régóta használjuk a három tér-dimenziót. Terveinket térben elkészítve az (x; y; z) koordináta síkokban elhelyezett térbeli elemekből építjük fel. Tulajdonképpen mindig is használtuk a negyedik dimenziót, hiszen az energetikai számítások, a megtérülési számítások, üzemeltetési költségszámítások és így tovább, mind-mind az idő dimenzióban lezajló események előrejelzésére vonatkozó számítások.
A tervezési folyamat azonban nem áll meg az épület megszületésével. Az épületet a teljes életciklusa alatt gazdaságosan üzemeltetni kell. A tervező munkájának fontos eleme, hogy a virtuális térben felépített és szimulációval modellezett 4D virtuális épület minél több információt adjon át a megvalósításért felelős mérnök gárdának. Az információáramlást a létesítmény teljes élettartama alatt biztosítani kell. Ez már nagyon komoly mérnöki munkát igényel, amelyhez komoly hardver- és szoftvertámogatás is szükséges. Elérkezett ez az idő, hiszen a feltételek biztosítottak.
4. ábra. Épületgépészeti folyamatok ábrázolása a 4D virtuális térben
A következőkben együtt kell kezelnünk az épület összes elemeinek információját. Ehhez fejlett rajzolói, tervezői, építési és üzemeltetési eljárások ismeretére van szükségünk. A tervezési fázisoknál – programterv, koncepcióterv, 3D modelltervezés, folyamatszimuláció – az egyes elemek minden egyes térbeli, fizikai jellemzőit ismernünk és digitálisan a tervben tárolnunk kell. A tervezési folyamat dokumentációját úgy kell elkészíteni, hogy a költségelemzés, az anyagrendelés, a gyártás, a kivitelezés ütemezése és az organizáció a rendszer segítségével elvégezhető legyen. A rendszernek releváns műszaki adatokat, információkat kell tartalmazni a gazdaságos és hibamentes épületüzemeltetés számára.
További információkat kell tárolnunk az épületinformációs modellezési eljárás során az életciklus végén levő elágazáshoz. Egyrészt az életciklus végén, az épület felújítása során az információk hordozzák a beépített anyagok jellemzőit és a felújítási programtervhez nyújtanak segítséget. Másrészt az életciklus végén az épület bontásakor a tárolt adatok segítséget nyújtanak az anyagok újrafeldolgozási folyamatának kidolgozásához, valamint a hulladék szelektív bontási, gyűjtési folyamatának és újrahasznosításának kidolgozásához.
Az épületgépészeti szakágban is kezd szükségszerűen elterjedni az Épületinformációs Modellezési eljárás – angol nyelvű rövidítés alapján BIM (Building Information Modelling) –, amely olyan modern, komplex folyamatot jelent, ami az egész beruházási, tervezési, kivitelezési, épület-fenntartási folyamatot foglalja magában.
Az Épületinformációs Modellezési eljárás azokat az információkat tartalmazza, amelyek az épülettel kapcsolatos jelenlegi, illetve későbbi feladatok (tervezés, építés, üzemeltetés, átalakítás és bontás) elvégzését elősegíthetik, és ez az információhalmaz az épület egész élettartama alatt használható formátumban van rögzítve. A rendszer olyan fejlett rajzolói, tervezői, építési, műveleti és üzemeltetési eljárás, amely minden új vagy régi épületnél szabványosított gépi olvasásra alkalmas információs modellt alkalmaz, és ami az épülettel kapcsolatosan releváns műszaki adatokat, információkat tárolja.
A BIM rendszerek kiegészítéseként, a tervek ellenőrzésének egyszerűsítése, hibáinak kiküszöbölése végett fejlesztették ki a „tervek ütközésvizsgálatát” végző programokat. Ezekkel a programokkal rövid idő alatt ki lehet szűrni a modellben szereplő tervhibákat. Gyorsasága miatt akár lehetőség van arra is, hogy a folyamatos tervszolgáltatás esetén minden új tervváltozaton elvégezzék ezeket a vizsgálatokat, így egyszerűen ellenőrizhetővé válik a hibák kijavításának megtörténte, illetve esetleges hatása is.
5. ábra. 3D rendszermodell látványterve
De térjünk vissza a „több dimenzió”-ra!
Mit is jelent a címben jelzett több dimenzió az Épületinformációs modellezési eljárás során az életciklusra vonatkozó épületgépészeti folyamattervezésben?
Vegyük sorra az épület születése előtti és az élettartama alatti időszak dimenzióit felsorolásszerűen:
• 3D a modellezés
a létesítmény 3D modellje az elemek műszaki és fizikai paramétereinek és adatainak rögzítésével;
• 4D az időfaktor
ez már sokkal szélesebb értelemben vett dimenzió, mivel tartalmazza
– a szimulációs folyamatokat,
– a projekt ütemtervet,
– a részletes idődiagramokat, logisztikai szimulációt;
• 5D a költségek
– költségtervezés, mennyiségi kigyűjtés,
– részletes költségbecslés, értékelemzés;
• 6D a létesítménygazdálkodás
– életciklus stratégiák, megvalósulási tervek,
– BIM-be ágyazott műveleti és karbantartási kézikönyvek,
– BIM alapú létesítmény-hasznosítás;
• 7D az életciklus modellezés
– egészségvédelmi, életvédelmi modellek,
– életciklus alatti komfort modellek,
– újrahasznosítási modellezés.
Véleményem szerint egyre szélesebb körben terjed el a szakmai köztudatban a „BIM” fogalma. Ez a fogalom már 1975 óta létezik, azonban csak néhány éve vált általánosan ismertté. A szoftverfejlesztő cégek is felismerték az ebben rejlő lehetőségeket, így már nagyon sok program képes a BIM-nek megfelelő modellek előállítására. A szoftverfejlesztők olyan BIM szoftvereket hoznak létre, amelyek többféle fájlformátum kezelésére képesek. Ennek ellenére hazánkban még mindig csak néhány mérnökiroda használja ki a BIM lehetőségeit.
A külföldi tendenciákat figyelve, úgy gondolom, hogy hazánkban is egyre szélesebb körben alkalmazni fogják a BIM rendszereket. Ennek folyamatát jelentősen felgyorsítja, hogy több hazai tervező külföldre is tervez, ahol sokszor már megrendelői elvárás a BIM rendszerek használata.
6. ábra. Séta a virtuális térben
Látható a fejlődés, hogy a tervezői virtuális világban is előreléphetünk és az Épületinformációs modellezési eljárással megvalósíthatjuk azt a lehetőséget, hogy még közelebb kerülhessünk a való világ folyamatainak megismeréséhez és az emberi komfort biztonságosabb megvalósításához. Megjelent tehát a többdimenziós Épületinformációs modellezési eljárás a tervezés virtuális világában, hogy még pontosabb kapcsolatot teremtsen a Való Világ folyamataival.
A technikai fejlődés meghozta, hogy biztonságosan mozoghassunk a tervezői virtuális tér dimenzióiban, az már rajtunk múlik, hogy ezt a rendszert megfelelően használjuk és felzárkózzunk a Világ haladó folyamataihoz!
Virág Zoltán
Szóljon hozzá
A hozzászóláshoz be kell jelentkezni.