Projektování TZB v Revitu: Problémy a úskalí

Tags: Autodesk | BIM | Revit | TZB

Ve stavebním průmyslu je při projektování stále více využívána technologie BIM (Building Information Model), tzv. informační model budovy. Jednou z aplikací, které tuto platformu podporují, je i Autodesk Revit. Tato aplikace nabízí projektové řešení jak pro část architektonickou, tak i pro statickou a TZB (technická zařízení budov). Zavádění a implementace BIM není jednoduchou otázkou a je nutné si uvědomit, že i přes řadu výhod, které tato technologie nabízí, je nutno vzít v potaz i úskalí na která narazíte při jejím používání v národním prostředí. Tento článek sestává ze dvou částí. První z nich seznamuje se základním rozdíly mezi projektování v CAD vs. BIM, další část se pak věnuje problematice BIM a TZB z profesní stránky.

Zakreslování dle norem, nebo BIM?

Projektant, který se rozhodne přejít z projektování v CAD systému na Revit, se bude zpočátku potýkat se zakreslováním prvků, např. stěn. Najednou stojí před rozhodnutím, zda stěny bude zakreslovat tak, jak je zvykem, tzn. ve skladebných rozměrech, kde nevykresluje omítku. Anebo jednotlivé vrstvy do skladby stěny zahrne a tím umožní přesnější vykazování výkazu výměr, kterého při použití stávajícího principu zakreslování nedocílil. U základních CAD systémů je princip založen na grafické reprezentaci prvků pomocí kresby a zástupných značek, kde nebylo nutno tuto otázku řešit. Stěny zde reprezentovaly pouhé dvě čáry, které mezi sebou neměly žádnou vazbu a byly umístěny ve vzdálenosti odpovídající modulovým rozměrům.

Obr. 1 Příklad skladby stěny v Revitu

Pokud bychom chtěli přizpůsobit Revit projektování dle norem, můžeme například vytvářet stěnu jako prvek o jednom materiálu a námi definované tloušťce. Toto řešení by však bylo velmi krátkozraké. Ztráta cenných informací, které mohou být součástí modelu, se totiž projeví v dalších fázích projektu, kde nám tyto informace mohou být výrazně nápomocny. Na základě několika kliknutí můžeme vytvořit výpisy skladeb včetně tlouštěk a materiálu vrstvy, které lze použít pro výkaz výměr. Pokud budeme mít vytvořenou konstrukci jen z jednoho prvku, dostáváme se na úroveň CAD systému a plnohodnotně tak nevyužijeme potenciál BIM a používáme jej jako elektronické rýsovací prkno, které nám pak vytvoří pouze 3D model.

Poznámka: Při tvorbě projektové dokumentace v BIM dochází k zapojení řady dalších parametrů (cena, tepelnětechnické vlastnosti, …), díky kterému je usnadněna vzájemná koordinace profesí a umožněno vykazování prvku nebo materiálu, případně je možno model použít pro další zpracování. Je nutno tedy důkladně zvážit, pro jaký účel je dokumentace určena, a tomu následně přizpůsobit úroveň detailu modelu. Neboť tvorba podrobného modelu je přímo úměrná časové náročnosti, která zpočátku narůstá, avšak při dalších fázích projektu se tato náročnost vrací a je možnost dosáhnout mnohem větší efektivity a menšího množství chyb.

Pokud bychom na závěr provedli srovnání, tak způsob práce v CAD systémech je jako používání elektronického rýsovacího prkna. Tzn., to co si nenakreslíte, to nemáte. Při využití BIM je tomu tak, že již v počátku můžete tvořit komplexní model, který pak můžete využít pro řadu profesních disciplín (simulace, rozpočty, profese, správa budovy aj.).

Nabízí se tedy otázka, zda je nutné projektovat dle norem, pokud grafický výstup z Revitu sice nebude 100% odpovídat zažitému grafickému značení, ale bude taktéž srozumitelný. Otázku lze překlopit i do roviny finanční, neboť při výstavbě jsou často peníze „až na prvním místě“. Tzn., co je důležitější, zda je výkres zakreslen přesně dle normy, nebo je správně výkaz výměr?

Projektování TZB v Revitu

Zakreslovaní TZB podle ČSN

Revit umožňuje projektovat kromě architektonicko-stavebního řešení i systémy TZB včetně jejich dimenzování. Protože Revit slouží především pro projektování, nelze od něj očekávat pokročilé funkce pro dimenzování, jako například vyvažování škrticích ventilů. Tuto funkčnost lze ovšem do Revitu přidat pomocí aplikací od firem třetích stran.

Níže uvádím vlastní zkušenosti z tvorby modelu otopné soustavy v Revitu:

V půdorysech a řezech se potrubí zakreslené v Revitu zobrazuje naprosto shodně s českými normami (při nastavení správné viditelnosti). Rychlost rýsování je srovnatelná s CAD systémy. Velkou výhodou, oproti CAD systémům, je však rychlost editací rozměru potrubí, kdy můžeme na základě jednoho kliknutí změnit dimenzi potrubí. Automatická oprava velikosti koncových armatur nebo vložení redukcí je zde pak samozřejmostí. Dále lze například nastavit sklon potrubí. Výsledná soustava tedy odpovídá mnohem více skutečnosti. Posledně jmenovaná možnost však může být mnohými chápana i jako nevýhoda. Tato je obdobná jako při rýsování stěn, a tedy zobrazení dle skutečnosti není v souladu se schematickým zobrazením dle normy.

Například v Revitu nelze vytvořit klasický rozvinutý řez otopné soustavy, jak jsme zvyklí dle ČSN. U rozvinutého schématu máme v zásadě tři problémy.

1. Pokud vedeme potrubí v podlaze, tj. potrubí leží vedle sebe ve stejné výšce. Při rýsování rozvinutého řezu kreslíme potrubí vždy pod sebe, a to i v případě, že potrubí je ve skutečnosti vedeno vedle sebe. Revit toto schematické zobrazení neumí zobrazit, protože vždy zobrazuje skutečnost, tzn. v tomto případě se potrubí překrývá.
2. 2. Při rozvinutém řezu se všechna otopná tělesa zakreslují tak, aby byla zobrazena jejich čelní plocha. Tudíž musíme vytvořit zalomený pohled. Tento zalomený pohled však Revit neumožňuje vytvářet. Zde si musíme pomoci tvorbou více jednoduchých řezů a jejich následným pospojováním ve výkresovém prostoru.
3. 3. Pokud chceme využít potenciál Revitu a potrubí zakreslovat ve skutečných sklonech, dostáváme se k dalšímu problému, a to že napojení jednotlivých řezů neleží v jedné přímce, viz obr. 2.

Obr. 2 Rozvinuté schéma otopné soustavy

Doporučení: Při tvorbě modelu otopné soustavy v Revitu nedoporučuji přizpůsobovat zakreslování potrubí dle českých norem, tj. schematicky. Zakreslováním dle ČSN se rozumí zakreslení bez sklonu, kdy sklon je reprezentován pouze symbolem s hodnotou v %. Tímto způsobem se sice vytvoří výkresy, které se zobrazí přesně tak, jak jsme zvyklí, ale přijdeme o další funkce Revitu, jako je například kontrola kolizí. Díky této funkci můžeme pak odhalovat kolize jednotlivých TZB oborů i kolize potrubí s konstrukcemi. Pomocí této funkčnosti lze výrazně zjednodušit koordinaci jednotlivých profesí ještě před samotným začátkem stavby.

Dimenzování a tlakové ztráty potrubí

Výpočet tlakových ztrát

Kromě možnosti zakreslování potrubí, armatur a zařízení pro TZB umožňuje Revit také výpočty tlakových ztrát. Při těchto výpočtech Revit využívá nastavení průtoku koncového prvku (ať už se jedná o průtok vody v otopných tělesech nebo průtok vzduchu ve vyústkách VZT). Při těchto výpočtech je proto kladen důraz na správně vytvořenou rodinu koncového prvku. Po vložení této rodiny a napojení potrubí na ni proběhne automaticky výpočet tlakových ztrát v potrubí. Tyto hodnoty si můžeme ihned po vybrání trubky prohlédnout v panelu vlastnosti. Při změně průřezu potrubí dochází k automatickému přepočtu, a pracujeme tedy vždy s aktuálními informacemi.

Naneštěstí se tlakové ztráty zobrazují pouze při laminárním (vrstevnatém) nebo turbulentním proudění. Pokud máme proudění přechodné, program hodnoty nezobrazí. Tyto hodnoty se dopočítají a zobrazí až v tabulce celkových ztrát.

Obr. 3 Ukázka panelu vlastnosti pro jednotlivé typy proudění

Při výpočtu ztrát vřazenými odpory používá Revit následující výpočtový vztah:

kde místo koeficientu ξ používá koeficient K. Jedná se však pouze o nesoulad v označení, který nemá vliv na výpočty.

Ke každé armatuře lze přiřadit ztrátu vřazenými odpory. Tuto ztrátu lze volit několika způsoby, a to:

1. zvolením koeficientu K,
2. zvolením interní tabulkové hodnoty (ASHRAE) nebo
3. přiřazením přesné ztráty armatury v pascalech [Pa].

Možnosti a doporučení pro výpočet ztrát vřazenými odpory:

1. Zvolíme koeficient K a provedeme přesný výpočet dle výše uvedeného vztahu.
2. Zvolíme interní tabulkové hodnoty (ASHRAE) a provádí se interní výpočet koeficientů podle přednastavených hodnot. Výsledné koeficienty však mohou být vypočítány špatně (rozdíl ve výsledcích se může lišit v řádech jednotek). Domnívám se, že je to způsobeno špatným převodem jednotek uvnitř programu. Nicméně tento nedostatek se nedá běžně odstranit, neboť nelze jednoduše zasáhnout do jádra programu a vstupní tabulkové hodnoty změnit. Z tohoto důvodu tento způsob nedoporučuji.
3. Zvolíme nastavení hodnoty tlakové ztráty v pascalech [Pa] na armatuře. Toto řešení skýtá jeden problém, a to že Revit bere armaturu (např. koleno) jako jeden prvek. Při změně dimenze této armatury tedy zůstává původní hodnota přednastavené tlakové ztráty. To ovšem již neodpovídá skutečnosti, protože tlaková ztráta se musí se změnou dimenze armatury měnit též. Možné řešení tohoto problému je přidání vyhledávací tabulky přímo do rodiny armatury, kdy pro jednotlivé dimenze nastavíme tlakové ztráty. Toto řešení však svou komplikovaností není určeno pro běžného uživatele.

Doporučení: Jako nejschůdnější řešení se jeví nastavení tlakových ztrát pomocí prvního způsobu a to je nastavení koeficientu K (ξ).

Změna směru proudění

Další nedokonalostí aplikace Revit je, že u armatur rozšíření a zúžení a T-kusů nerozlišuje směr proudění. Koeficienty ξ se pro rozšíření a zúžení potrubí liší. Revit tuto armaturu bere jako stejný prvek, a tudíž mu můžeme přiřadit pouze jeden koeficient ξ.

Možností řešení tohoto problému je několik, ovšem žádné není dokonalé.

1. Po nakreslení veškerých rozvodů najdeme jednotlivá rozšíření a přiřadíme jim koeficient K „ručně“. Totéž lze provést u všech zúžení. Toto řešení je nejen pracné, ale také zdlouhavé a při složitějších projektech nepřehledné.
2. Zvolíme předpoklad, že rozšíření i zúžení bude ve stejných úsecích na rovnoběžných trubkách. Poté lze uvažovat, že koeficient K je roven polovině součtu koeficientů pro rozšíření i zúžení. Toto řešení lze použít jen ve specifických případech vytápění u dvoutrubkové protiproudé otopné soustavy.
3. Použijeme tabulkové hodnoty (ASHRAE). Tyto tabulky rozlišují směr proudění a pro stejný prvek dokážou přiřadit dvě hodnoty. Velkou nevýhodou je nemožnost editace velikosti těchto koeficientů, a jak jsem uvedl výše, chybovost výpočtu.

Poznámka: Revit interně rozlišuje směr proudění. Pouze rodinám armatur chybí možnost nastavit dva koeficienty tření. Toho by šlo využít při vytváření doplňkové aplikace, která by koeficienty nastavila správně.

Vykazování ztrát

Po narýsování otopné soustavy si můžeme z Revitu vykázat tabulku ztrát. Ta je zatím bohužel vykazována do needitovatelné stránky html. Pro úpravy je tedy nutné tabulku nakopírovat do tabulkového editoru (např. MS Excel). Zde již lze editovat do požadované grafické podoby.

Obr. 4 Tabulka tlakových ztrát, Revit

Shrnutí: Běžnou praxí v oboru TZB je postup, kdy si projektant počítá tlakové ztráty v tabulkovém procesoru a nevyužívá pro výpočty žádný specializovaný software. Výpočty pomocí Revitu jsou s touto metodou srovnatelné a nespornou výhodou je skutečnost, že data nejsou uložena v samostatném souboru, ale jsou propojena s prvky a je tak zajištěna jejich aktuálnost.

Nedostatek knihoven TZB

Přestože Revit umožňuje projektování TZB systémů již několik verzí nazpět, není aktuálně k dispozici dostatek kvalitních rodin (prvků) pro české prostředí. Z tohoto důvodu jsou kladeny požadavky na projektanta, aby si potřebné rodiny vytvářel nebo upravoval z rodin stávajících. Jelikož zatím nejsou stanoveny žádné standardy, které by tvorbu rodin definovaly, je možné při používání rodin z různých zdrojů narazit na rodiny, které jsou vytvořeny velmi chaoticky a nemusí korektně fungovat. V některých případech je proto jednodušší upustit od editace stávajících rodin a vytvořit si vlastní sadu rodin.

Závěr

Velkou výhodou BIM modelu je možnost vložení řady informací v podobě parametrů přímo do projektu a následně je využít pro řadu úkonů. CAD systémy sice částečně umožňovaly přiřazení informací k prvkům (např. atributy u bloků), ale práce s nimi a jejich následné využití je velmi omezené. U oboru TZB namátkou zmíním plochy potrubí, ceny materiálů, název dodavatele, popisy barev prvků, dimenzování tlakových prvků apod., které jsou díky BIM modelu nedílnou součástí projektu, jsou vzájemně provázány a jsou schopny reflektovat změny v dílčích částech. Není tedy již nezbytně nutné vytvářet řadu tabulek v tabulkovém procesoru, neboť tyto jsou již automaticky generovány z projektu.

Je pravda, že ne vše umí Revit na jedničku, ale v řadě případů je možné si najít „svou vlastní cestu“ či využít aplikace třetích stran, které standardní funkčnost Revitu mohou rozšířit, jako je tomu např. u aplikací pro pokročilé výpočty či simulace. Tyto aplikace jsou však prozatím v anglickém jazyce a řada z nich je placená. Dalším zajímavým nástrojem pro BIM model v Revitu je možnost využití vizuálního programování pomocí open source nástroje Dynamo.

I přes výše uvedené nedostatky ukazuje praktické nasazení technologie BIM a používání Revitu v oblasti TZB výraznou změnu v přístupu k projektování, která se pozitivně odráží na snižování chybovosti a vede k výrazně efektivnějšímu způsobu práce.

Seznam zkratek:

BIM – Building Information Model (informační model budovy)
TZB – technická zařízení budov
VZT – vzduchotechnika
ASHRAE – American Society of Heating, Refrigerating, and Air-Conditioning Engineers (Americká společnost topení, chlazení a klimatizační techniky)
CAD – Computer aided design (počítačem podporované projektování)
ČSN – Česká technická norma