Приложение на строително- информационния модел (BIM) в архитектурното проектиране

Прочетена: 743

Д-р арх. Цвета Жекова, ВСУ „Черноризец Храбър“

Изменението на климата e вече факт и ще има сериозни последици за нашето общество и средата, която обитаваме. Промяната се свързва и със замърсяването на природната среда. Строителната промишленост е свързана с големи количества от потреблението на енергия. Най-важното в жизнения цикъл на сградата и съответния ефект върху околната среда е тяхната енергийна зависимост. Другите екологични проблеми, които възникват, почти винаги са производни на енергийната ефективност. Намаляването на потреблението на енергия в зданията е един от най-важните и значими начини за понижаване на вредното въздействие на човечеството върху околната среда. Статистиката показва, че сградите изразходват около 40% от потреблението на енергия в световен мащаб. Строителните дейности консумират около 2/3 от енергията. Използваната енергия в сградите е 90% от вредното влияние върху околната среда. Жилищни и търговски сгради консумират 40% от първичната енергия и 71% от общата електроенергия в Съединените щати. [1].

СИМ – строително-информационно моделиране (BIM) и енергийна ефективност на сградите

Технологичните иновации играят ключова роля в дългосрочен план както върху екологичната, така и върху икономическата и социалната устойчивост. Според американския национален стандарт за строително-информационно моделиране (BIM) именно тази технология е най-иновативна и ефективна за постигане на икономическа, социална и екологична устойчивост. [2].
BIM – Building Information Modeling, в превод означава Строително-информационен модел (СИМ). Той е създаден с идеята да предостави следните възможности [1]:

 На проектанта да създаде модел, който носи информация за геометрията на сградата (Building Geometry Model);
 На архитекта или инженера да създаде енергиен модел на сградата (EAM- Energy Analytical Model);
 На електро-, ОВК и ВиК инженерите да създадат подробен модел с елементите на инженерните и ВиК инсталации в бъдещата сграда (MEP- Mechanical, Electrical and Plumbing);
 Дава възможност да се създаде модел, носещ информация за сградата във всички части на проектирането от специалистите в съответната сфера (Аggregated Design Model);
 Дава повече информация от стандартните 2D чертежи за финансови анализи и специфики на проектирането както на инвеститора, така и на изпълнителя;
 Дава информация за енергийната ефективност и поведение на сградата при реални условия – естествено и изкуствено осветление, ослънчаване, слънчева радиация, климат, въздушен поток, вентилация и живот на сградата;
 Дава възможност за бързо и лесно тестване, анализиране и калкулиране на информация за енергийната ефективност и поведение на сграда чрез инструменти към различните софтуери (BPA- Building Performance Analysis; PHPP- Passive House Planning Package; BEM-Building Energy Model, EcoDesigner Star, Ecotect Analysis и др.).
BIM може да бъде определена в две основни измерения:
 Продукт за описване на сгради и метод за информация. Чрез този строително-информационен модел се създава и управлява документацията за един проект през целия му жизнен цикъл чрез цифрово представяне на строителния процес. Той представлява тримерен модел с обща база данни от информация, която всеки участник в процеса използва за различни цели;
 Система, чрез която да се увеличи ефикасността и качеството на конструкцията на една сграда, както и на нейното поведение при експлоатация. BIM технологията може да улесни постигането на устойчивост за една сграда във всички фази на проектирането. Също така зданието лесно може да бъде променяно във всички етапи на проектиране, докато се постигне желаната ефективност.

Проектантите използват BIM за сложни анализи относно ефективността на сградата, конструкцията и системите в нея, като в крайна сметка създават и строителната документация. Строителите използват тази технология, за да управляват по-ефективно ресурсите, необходими за проекта (материали, персонал и техника). Това, заедно с възможността за по-точно остойностяване, води до предимство пред конкурентите още по време на организацията на строителството. Инвеститорите правят бързи финансови анализи за своите вложения, пестят разходи от липсата на конфликти между участниците в строителния процес, от ускореното изграждане и от ефективната поддръжка на сградата. Така освен от екологична гледна точка BIM има и положително икономическо и социално влияние (фиг. 1).

Енергийна ефективност и устойчиво проектиране

Сградите са предназначени за хората, за това те се нуждаят от качества като удобство, ефективност, осигуряване на здравословна и безопасна среда. Устойчивото проектиране осигурява този комфорт на обитаване, като едновременно с това и свежда до минимум негативните въздействия на строителството върху околната среда. Целият жизнен цикъл на едно здание може да се разгледа в различни етапи на устойчиво строителство. Те включват намаляване на потреблението на ресурси, повторното им използване, както и на възобновяеми такива, опазването на природата от строителни отпадъци, премахване на токсините, като се прилагат за целия жизнен цикъл, залага се на стойността и се подчертава качеството или т.нар. оценка на жизнения цикъл (LCA – Lifecycle Cost Analysis). [3] За проектирането на сгради с нулево потребление на енергия на първо място трябва да се намали необходимостта от използването й доколкото е възможно. На второ място по важност е изборът на добри източници. Методиката на проектиране трябва да включва следните стъпки: намаляване на енергийните товари, оптимизиране на дизайна с пасивни стратегии, оптимизиране на дизайна с активни системи, използващи възстановяване на енергията или генериране на място, въглеродни компенсации.

Устойчивостта ­изисква системен подход, който включва в себе си оценка и на финансовите последици от предложението за осъществяването на даден проект.
Именно BIM и вградените в него различни системи за анализ спомагат за изработването на LCA на сградата от разходите за проектирането до създаването и ефективното й използване. [1] Това улеснява разработването и по-доброто представяне на инвестиционните разходи и евентуалното им намаляване и компенсиране.

Устойчивото проектиране на пръв поглед често може да се разглежда като „твърде скъпо“, но чрез оценка на възвръщаемостта на инвестициите могат да се направят интелигентни, ценово-ефективни решения. Изследванията и тестовете, които доказват това, се правят бързо и лесно чрез анализ на BIM, тъй като симулациите се извършват върху цифров модел, максимално отговарящ на реалния физически модел на сградата (фиг. 2).

Фази на проектиране и създаване на устойчив дизайн

Първото нещо, което прави BIM софтуе­рът, е да се създаде модел, който се опитва да се доближи максимално до физическата реалност, което ще даде и максимална точност на симулацията за енергоефективността на сградата. Симулацията представлява съвкупност от калкулационни системи, които произвеждат количествен набор от резултати на базата на енергийното потребление в зданието, нива на осветление или на въздушния поток. На фундаментално ниво резултатите от симулациите са само числови стойности. За да се вземат решения от тези резултати, трябва да се визуализират в диаграми, графики или цветни мрежи, насложени върху модела. Обхватът на един проект включва очер­таване на целите, условията и средствата. Програмата обикновено се определя от инвеститора, но също така в нейното съставяне е важно да се включат проектантите и бъдещите обитатели. След като са ясни целите и очакваните параметри, могат да се приложат и симулациите с цел анализ. Ако има голямо разминаване между двата резултата, то трябва да се провери какво не е наред и проектът да се оптимизира. Именно тук BIM има най-голямо преимущество, а именно, че промените се правят бързо и ефективно в хода на проектиране. Резултатите от симулацията са само полезни, ако ги анализираме и ги използваме, за да се подобри дизайнът във всички етапи. Анализът трябва да се фокусира върху разбирането и подобряването на променливите, които управляват изпълнението и стойността на проекта.

Етап „Предпроектно проучване“

Цели: Проучване на съществуващите условия и изискванията към проекта.

Действия:

 Определяне на климатичните данни, характерни за географското местоположение;
 Анализиране на климатични диаграми и определяне дали сградата има необходимост от отопление/охлаждане;
 Провеждане на анализ на терена, който минимално включва изследване на слънчевата радиация, ветрови модели и особености, наличие и състояние на съществуващите сгради и растителност;
 Проучване на подходящи стратегии спрямо географското положение, климатична зона и изисквания за устойчив дизайн;
 Създаване на измервателни матрици, които да се използват по време на проектирането, за да се потвърдят и отчитат индикаторите за устойчивост. Това могат да бъдат формулираните системи за устойчив дизайн като LEED и BREEAM.

Етап „Концепция“

Цели: Определяне на основните насоки за проектиране чрез експериментиране. Анализира се коя е най-ефективната форма на сградата, как тя е разположена на терена, как е организирана функционалната й схема, как стратегиите за устойчив дизайн се интегрират с нея.

Действия:

 Стартира се енергиен анализ, който модифицира формата на сградата. Провежда се основният анализ за ослънчаване и засенчване на модела, което ще определи кои части ще имат дневна светлина и кои не. При този анализ може да се прецени разположението върху терена;
 Провеждат се изследвания за слънчевата радиация на модела за максимално използване на възможностите за пасивна отопление за осигуряване на топлинен комфорт. Проучва се как ориентацията на модела взаимодейства с посоката на ветровете на терена. Ориентацията може да оптимизира възможностите за пасивно охлаждане и вентилация.

Етап „Идеен проект“

Цели: Взема се решение за посоката и развитието на дизайна чрез експериментиране. Определя се конструктивната форма на сградата, как е разположена на терена, как е организирана функционално, избор на материали.

Действия:

 Извършва се цялостен енергиен анализ на модела на сградата, след като е определена форма, ориентация и разположение в терена. Установява се как промените в конструкцията на стени или друг конструктивен елемент може да намали загубите на енергия. Тестват се също ОВК системи, които първоначално са били избрани в концептуалния дизайн. Тук се решава дали да се използват системи за събиране и филтриране на дъждовната или отпадъчната вода. Също така добра стратегия е използването на водопроводни системи, които разделят водата на питейна, сива и черна, като целта е да се оползотвори всяка капка. Може също така да се пречисти водата на място с машини или септични системи в зависимост от дадения резултат при симулациите.
 Стартират се пълни симулации, които могат да дадат размери за засенчващите системи, светлинни комини и др. Правят се анализи за осветеността на помещенията. Всичко това е с цел определянето на добър визуален комфорт, при който имаме достатъчно разпространяване на естествената слънчева светлина вътре в пространството. Добра стратегия е използването на автоматични системи за балансиране на естествено и изкуствено осветление чрез специални сензори.
 Извършва се анализ на сградната обвивка и избор на материали, строго зависим от ситуацията и целите. Той се прави на база на анализа и компромисни решения спрямо ефективността му в дадената сграда. Трябва да се обърне внимание на структурните и топлофизичните свойства на материала, както и на жизнения му цикъл. Важно е да се обърне внимание дали е рециклируем, биоразградим или добит от бързо възобновяеми ресурси. Добра стратегия е използване на местни суровини и рециклирани материали. Тя води до намаляване на вложените продукти и може да удължи живота и ефективността на сградата, както и да намали вредното въздействие върху околната среда.
 След извършване на анализ на сградната обвивка следва анализ на всички инженерни системи в нея и тяхното оразмеряване.
 Стартира се анализът на конструктивната система и се проучва възможността за оптимизиране на нейната ефективност, ако не отговаря на очакваните резултати.

Етап „Технически проект“ и документиране

Цели: Постигнати ли са целите на устойчивия дизайн? Отговарят ли очакванията на възложителя на разходите? Каква е очакваната ефективност?

Действия:

 Извършва се подробен енергиен анализ на цялата сграда, за да се документира очакваното изпълнение;
 Анализират се вредните емисии, за да се документира очакваното въздействие върху околната среда;
 Проверяват се избраните строителни материали за съответствие между цена и качество за устойчив продукт (рециклирано съдържание, близост до строителната площадка, ниско съдържание на летливи органични съединения).

Етап „Строителство“

Цели: Физическо изграждане на сградата чрез използване на методите за устойчиво строителство и на такива за контрол на качеството.

Действия:

 Извършва се проверка дали количествата, заложени в проекта, са същите, които са доставени на терена, като по този начин се избягва превръщането на излишния материал в отпадък;
 Разпределят се строителните подетапи във времето, така че да се гарантира липсата на излишно оборудване на площадка на обекта. По-малкото използване на строителна техника намалява разхода на енергия и замърсяването на въздуха.
Етап „Експлоатация и поддръжка“
Цели: Работят ли правилно системите за устойчив дизайн? Извършва ли се техническо обслужване, което да осигури оптимално действие на системите?

Действия:

 Извършва се анализ на първоначалното и текущото въвеждане в експлоатация на системите за опазване на околната среда, за да се гарантира, че те работят според очакванията. Недостатъчно ефективните системи могат да доведат до нарушаване комфорта на обитателите.
 Добавят се данни за разходите и идентифициране на различията между проектираните и действителните резултати.
 Прилага се проучване за удовлетвореността на обитателите и се задават препоръки за експлоатацията и управлението на сградата с цел подобряване на условията съгласно изискването им.

Изводи

Програмите за BIM и вградените към тях различни софтуери за енергийно тестване работят чрез поставянето на ясни цели и показатели като средства за анализиране и подобряване на всеки проект в насоката на устойчивото проектиране. Този вид моделиране се очаква да се превърне в стандарт при изготвянето на строителните проекти в бъдеще. Преходът към него и преминаването към цифрово проектиране е вече задължителна стъпка за всяко проектантско бюро и/или инженерна компания, за да си гарантира конкурентоспособност в бъдеще. Това от своя страна ще улесни и осигури по-енергоефективно проектиране и устойчиво строителство.

Сподели в социалните мрежи

Автор на 27.12.2017. Категория Анализи, Новини. Можеш да следиш всички коментари и промени по тази публикации през RSS 2.0. Можете свободно да коментирате тази публикация

Вашият коментар

Вашият имейл адрес няма да бъде публикуван. Задължителните полета са отбелязани с *