belépés / regisztráció
2020. november 26. csütörtök
Aktuális lapszám

7D tervezési eljárás az épületgépészetben

Mit jelent ez a sok dimenzió a címben? Talán elírás lehet? Nem! A következőkben bemutatom azt a korszerű mérnöki folyamatrendszert, 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.

Az általunk megtapasztalt világot évezredek óta jobbára háromdimenziósnak tartjuk: a tárgyakat szélességük, hosszúságuk és magasságuk határozza meg. A téridő, amelyben élünk, négydimenziós, a negyedik dimenzió nem a térbeli kiterjedés iránya, hanem időbeli kiterjedést jelent. Ebből következik, hogy a köznapi értelemben vett világ három- és négydimenziós is lehet, attól függően, hogy az idő dimenzióját beleszámítjuk-e.

Akkor mit is jelent a címben a 7Dimenzió?

A mérnöki világban a 3D tervezési eljárás napjainkban teljes mértékben elterjedt. A rendszerelvű tervezés alapja a 3D tervezés. Ebben az esetben a kivitelezési metódusokat már az elméleti tervezés során alkalmazni lehet. Egy-egy ilyen rendszer kiépítése során egyértelműen bebizonyosodik a projekt optimális megépítésének lehetősége. A virtuális térben, ahol a tervezés történik, figyelembe kell venni az építészeti adottságokat, és a társtervezői igényeket is. A három dimenziós tárgyakat, épületeket 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.

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 eljárásunkban lehetőség nyílik arra, hogy a tervezés virtuális világában szimulálni tudjunk egyes áramlási és hő-technikai 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 felépített modellel már könnyebben lehet szimulálni a valóságban előforduló egyes üzemállapotokat. A 4D-modelltervezési eljárás nemcsak a teljes modell kiépítéséhez előnyős, hanem az egyes részletek kidolgozása szempontjából is fontos. A modell tulajdonképpen az egyes részletek összerakásából áll össze. Ennek megfelelően alkalmas úgy az egész, mint 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 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.

A tervezői folyamat során, így az Épületinformációs Modellezési eljárás esetében is törekednünk kell arra, hogy a majdan üzemelő létesítmény a lehető legkevesebb fosszilis és elektromos energiát vegye ki a közműhálózatból. A fenntartható épület igényének megfelelően az üzemeltetés költségein túl a környezetet terhelő szennyezőanyag kibocsátást is csökkentenünk kell. Az építészeti, statikai és épületgépészeti tervezés kiemelten fontos célja az épületek alacsony energia felhasználásának elérése. Szintén fontosnak tartjuk, hogy az egyes helyiségek irodák, tárgyalók felhasználási módja, hőterhelése, valamint a hőleadókkal szemben támasztott igény időbeli gyors változásának lekövetése lehetővé váljon.

Az épületgépész feladata, hogy az energia-mátrix felállítása után jól látható legyen, hogy a rendszerünket felkészítjük az alternatív energiaforrások alkalmazására, valamint a későbbi befogadására. Az energetikai rendszerekbe további hővisszanyerőket, korszerű energiaosztályú berendezéseket és a távozó energia és hulladékhő visszaforgató berendezéseket építünk be. A gáz és az elektromos primerenergia felhasználásának csökkentése érdekében fel kell használni a napsugárzás és a levegő hőjét. A napelemek által termelt elektromos energiát az épületgépész berendezések ellátására lehet fordítani. Energiatároló alkalmazásával lehet biztosítani a különböző energiaforrások felhasználását az energetikai rendszer biztonságos működéséhez.

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 komfort környezet kellemessé tételén kell dolgoznia. Ennek a célnak az eléréséhez szükségünk van olyan gondolkodásbeli és technikai fejlődésre, amelynek segítségével a mai igényeknek megfelelő különleges terek komfortméretezését már a négydimenziós virtuális térben is el tudjuk végezni.

Egy példa

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 különböző magasságban könyvesboltok, ruhatár és különböző funkcionális helyiségek. Figyelembe kell venni az emberek számára a különböző térbeli pozícióban a komfortérzet biztosítását, egyidejűleg az energiaracionalizálási, gazdaságossági, fenntarthatósági és egyéb fontos szempontokat.

Tehát különleges térnek tekinthető az épületben található előcsarnok (1. ábra) és konferenciaközpont, amelyek megfelelő komfortérzetének 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 figyelembevételével. A légállapotot úgy méretezzük, hogy mind az emberek számára fontos komfortérzet, mind az épület állagvédelme szempontjából megfelelő legyen. A fő cél, hogy a gépészeti berendezések optimális energiát használjanak fel a megfelelő belső légállapot kialakításához.

A tervezési feladatunk céljának tekintjük, hogy megállapítsuk a kialakuló áramlási- és hőmérsékletviszonyokat, valamint azok változását a klímaberendezés működése közben. A belső tér adott pontján a komfort viszonyokat a komfortparaméter értéke fejezi ki, amely a helyi áramlási sebesség és a hőmérséklet függvénye is. Ezen értékek alapján lehetőség nyílik a gépészeti tervek három dimenziós elkészítésére, valamint az áramlástani és hőtechnikai folyamatok időbeli lefutásának elemzésére (2. ábra).

A tervezési rendszer alkalmazása alkalmas komfort-terek esetén is a számítógépes szimulációra, amellyel modellezni tudjuk a helyiségekben lejátszódó komfortérzeti folyamatokat. A szimulációs elemzés módszerét a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépészmérnöki Kar Áramlástan tanszék 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 energiamegtakarítást érünk el és a fenntarthatóság szempontjait veszszük figyelembe az üvegfelület mögötti légrés gravitációs szellőztetésével, valamint az irodai rendszer távozó levegő „újrahasznosításának” alkalmazásával (3. ábra).

Mindezen épületgépészeti és energetikai rendszerekkel biztosítjuk az épületegyüttes korszerű energiafelhasználását (4. ábra).

Térjünk vissza a példánk után a „Dimenziók” kérdésére!

A tervezési folyamat azonban nem áll meg az épület megszületésével. Az épületet teljes életciklusa alatt gazdaságosan kell üzemeltetni. A tervező munkájának fontos eleme, hogy a virtuális térben felépített és szimulációval modellezett 4D virtuális épület minél több információját adja át a megvalósításért felelős mérnök gárdának (5. ábra). Az információáramlást biztosítani kell a létesítmény teljes élettartama idején. Ez már nagyon komoly mérnöki munkát igényel, amelyhez már komoly hardver és szoftvertámogatás is szükséges. Elérkezett ez az idő, hiszen a feltételek biztosítottak.

A következőkben együtt kell kezelnünk az épület összes elemének információját. Ehhez szükségünk van fejlett rajzolói, tervezői, építési és üzemeltetési eljárások ismeretére. A tervezési fázisoknál – programterv, koncepcióterv, 3D modelltervezés, folyamatszimuláció – az egyes elemek minden egyes térbeli, fizikai jellemzőjét ismernünk és digitálisan a tervben tárolnunk kell (6. ábra). 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 tartalmaznia a gazdaságos és hibamentes épületüzemeltetés részére.

További információkat kell tárolnunk az épületinformációs modellezési eljárás során az életciklus végén levő elágazáshoz. Egyrészt az életciklus végén az épület felújításakor 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 egy 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 még elősegíthetik, és ez az információhalmaz az épület egész élettartama során használható formátumban van rögzítve. A rendszer egy olyan fejlett rajzolói, tervezői, építési, műveleti és üzemeltetési eljárás, amely minden új vagy régi épületnél szabványosított gépi olvasásra alkalmas információs modellt alkalmaz, és az épülettel kapcsolatosan releváns műszaki adatokat, információkat tárolja (7. ábra).

De térjünk vissza a „Dimenziók”-ra!

Mit is jelent a címben jelzett 7D 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, projekt ütemtervet, 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, BIMalapú létesítményhasznosítás.
  • 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 ismerté. A szoftverfejlesztő cégek is felismerték az ebben rejlő lehetőségeket, így már nagyon sok program képes a BIM-nek megfelelő modellek előállítására, valamint a többféle fájlformátum kezelésére. 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 fogják alkalmazni a BIM-rendszereket. Ennek a folyamatát jelentősen felgyorsítja, hogy több hazai tervező külföldre is tervez, ahol már sokszor megrendelői elvárás a BIM-rendszerek használata.

Látható a fejlődés, hogy a tervezői virtuális világban is előreléphetünk és megvalósíthatjuk az Épületinformációs Modellezési eljárással azt a lehetőséget, hogy még közelebb kerülhessünk a való világ folyamatainak megismeréséhez és az emberi komfort biztonságosabb megvalósításához. Megjelent tehát a több dimenziós Épületinformációs modellezési eljárás a tervezés virtuális világában, hogy még pontosabb kapcsolatot teremtsen a való világ folyamataival.

Az már rajtunk múlik, hogy ezt a rendszert használjuk és felzárkózzunk a világ haladó folyamataihoz!

***

1. ábra. A mintapélda (előcsarnok) 3D modellje
2. ábra. A mintapélda numerikus háló-modellje
3. ábra. Az előcsarnokhoz tartozó irodai légtér numerikus háló-modellje
4. ábra. Hőtranszport az üvegfelületeken keresztül [W/m2]
5. ábra. Épületgépészeti folyamatok ábrázolása a 4D virtuális térben
6. ábra. 3D rendszermodell látványterve
7. ábra. Séta a virtuális térben

Virág Zoltán
DUOPLAN Kft.

A szerzõ egyéb cikkei:

  Technológiai és komfortkövetelmények megvalósítása a Szegedi ELI Lézer Kutató Intézet tervezése során
  Közintézmények energetikai helyzete Magyarországon
  „Magyar Épületgépészek Napja 2012” tervpályázat

Eseménynaptár

Hirdetés
Kiadja a Média az épületgépészetért Kft.
Szerkesztőség és kiadóhivatal:
H-1112 Budapest, Oltvány u. 43. I/2.
Telefon: +36 (1) 614 5688
E-mail: kiado@magyarinstallateur.hu

 
Előfizetésben terjeszti a Magyar Posta Zrt. Hírlap Igazg.
Előfizetés és reklamáció: +36 (1) 767-8262
E-mail: hirlapelofizetes@posta.hu
 
 
elfelejtettem a jelszavam