Projekty a granty

Tvorba 3D informačního modelu města a implementace facility managementu pro efektivní správu a provoz s využitím CFD simulací

SP2018/113

Předmět výzkumu v rámci projektu: Projekt bude řešen v návaznosti na disertační práci řešitele projektu „Tvorba 3D modelů měst a výpočty šíření znečištění v zástavbě“. Projekt má řešit možnosti uplatnění informačního modelování staveb (BIM) při modelování měst a aplikaci jednotlivých přínosů této metody v měřítku měst. Součástí projektu je nalezení ideální metodiky tvorby 3D modelů měst včetně terénu a jednotlivých prvků (budovy, komunikace, inženýrské sítě, technické prvky apod.). Podstatnou částí konceptu BIM je také facility management. Tento projekt má za cíl najít vhodnější alternativy správy měst a možnosti uplatnění modelu ve facility managementu města za užití BIM modelu, simulací a virtuální reality. Facility management je obor zaměřený na správu majetku a provoz budov. Můžeme říci, že facility management je multioborem pokrývající veškeré procesy spojené se správou majetku a provozem budov. [1] Stát je největším vlastníkem budov a pozemků v zemi, které je potřeba kvalitním způsobem spravovat. Dle údajů ÚZSVM (Úřadu pro zastupování státu ve věcech majetkových) víme, že na stát je v katastru evidováno 1 626 414 položek, z toho většina – přes 1,58 miliónu – je pozemků, staveb je zhruba 43 tisíc. [2] Ať už se jedná o úrovně krajů, okresů nebo měst, tato samospráva by měla mít odborníky z oblasti facility managementu, kteří by zajišťovali služby spojené se správou a provozem veřejných prostor, inženýrských sítí, infrastruktury a objektů. Správnou implementací FM lze šetřit náklady, zdroje i čas. Náklady na provoz a údržbu několikrát převyšují pořizovací nebo likvidační náklady stavby. [3] Je důležité si uvědomit, že město má svůj životní cyklus trochu odlišný od klasických staveb, a to především v časovém horizontu provozní a údržbové části, která je neúměrně vyšší u města jako celku, než u solitérních staveb. [4] Vytvořený model by měl obsahovat veškeré budovy v daném měřítku, včetně výšek, dále také například dopravní komunikace, chodníky, parkovací plochy, zelené plochy, technické prvky, inženýrské sítě a mnoho dalších prvků, které podléhají údržbě nebo jejichž informace lze zužitkovat pro efektivnější management města. [4] BIM je koncept skrze celý životní cyklus stavby a je stále více rozšířeným pojmem skrze celé stavebnictví. Jeho uplatnění lze nalézt ve všech fázích životního cyklu, facility management nevyjímaje. [7] Dalším díle je virtuální realita za užití 3D brýlí. Díky funkcím Revitu nebo ArchiCADu lze interaktivně procházet stávající nebo budoucí městskou zástavbou a včas odhalit případné nesrovnalosti nebo si vybrat z variant projektu. [5] Moderní technologie virtuální reality pomáhají zprostředkovat a „zažít“ myšlenku architektonického záměru nebo porovnat varianty projektu i laikům. BIM projekt můžeme tímto způsobem snadno komunikovat zákazníkovi nebo i zatím jen potenciálnímu investorovi – není potřeba vyrábět 3D modely z kartonu nebo jiné vizualizace. [6] Na základě virtuální reality lze procházet městem a identifikovat chybná místa, plánovat změny a opravy, definovat cíle rozvoje města s konkrétní představou nebo procházet skrytá místa, jako jsou například inženýrské sítě. Různé výzkumy, např. dle [8], že CFD simulace pohybu a rychlosti větru v městské zástavbě lze zástavbou korigovat a snižovat tak negativní dopady na celé město. CFD simulací můžeme na model aplikovat více. Lze uplatnit již zmíněné simulace proudění větru a s tím spojené šíření znečištění, vliv na pohodu obyvatel v ulicích [9], simulace záplavových oblastí, šíření hluku z dopravy apod. Výzkum spočívá především v nalezení optimální metodiky tvorby 3D modelů měst s využitím znalostí a zkušeností metody BIM u solitérních staveb. Následná implementace ve fázi provozu budov a správy majetku (facility management) s využitím virtuální reality a podobných přínosů, které virtuální realita přináší u metody BIM, a CFD simulací. Optimalizace procesů správy majetku měst na základě odbornosti facility managementu může městům přispět v konceptu udržitelného rozvoje měst, udržitelné výstavby, energetického hlediska a v neposlední řadě šetřením nákladů. [1] ČSN EN 15221 - Facility Management, část 1. – Termíny a definice [2] ÚZSVM. Stát užívá 3400 administrativních budov [online]. Praha [cit. 2017-12-05]. Dostupné z: http://www.uzsvm.cz/leden-1687-0-85/stat-uziva-3400-administrativnich-budov-121815/ [3] VYSKOČIL, Vlastimil K., KUDA, František a kol. Management podpůrných procesů facility management, 2. vydání, Příbram, 2011, ISBN 978-80-7431-046-1, s. 492. [4] FALTEJSEK, Michal. Využití informačních modelů budov v jejich životním cyklu. Diplomová práce. Vysoká škola báňská – TU Ostrava. Ostrava, 2016. s. 75. [5] CAD studio. Enscape pro virtuální realitu BIM modelů [online]. 2016. Praha [cit. 2017-12-09]. Dostupné z: http://www.cadstudio.cz/enscape-pro-virtualni-realitu-bim-modelu-art2259 [6] Michl, V. Na zdi. Virtuální realita pro BIM projekty [online]. 27. března 2017. Praha [cit. 2017-12-09]. Dostupné z: http://www.nazdi.cz/2017/03/virtualni-realita-pro-bim-projekty.html [7] Eastman, Chuck, Teicholz, Paul and Liston, Kathleen. BIM Handbook: A Guide to Buidling Information Modelling for Owners, Managers, Designers, Engineers and Contractors. 2011. 978-0-470-54137-1. [8] LIU, BenLi, JianJun QU, QingHe NIU, JunZhan WANG a KeCun ZHANG. Computational fluid dynamics evaluation of the effect of different city designs on the wind environment of a downwind natural heritage site. Journal of Arid Land [online]. 2014, 6(1), 69-79 [cit. 2017-12-12]. DOI: 10.1007/s40333-013-0192-9. ISSN 1674-6767. Dostupné z: http://link.springer.com/10.1007/s40333-013-0192-9 [9] BLOCKEN, Bert, Jan CARMELIET a Ted STATHOPOULOS. CFD evaluation of wind speed conditions in passages between parallel buildings—effect of wall-function roughness modifications for the atmospheric boundary layer flow. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics [online]. 2007, 95(9-11), 941-962 [cit. 2017-12-12]. DOI: 10.1016/j.jweia.2007.01.013. ISSN 01676105. Dostupné z: http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0167610507000268 Přehled použitých metod: • 3D modelování v CAD softwarech ArchiCAD, Revit, ArchiCAD MEP, MEP modeler pro Revit a hledání ideálních cest. IFC prohlížeč BIM Vision pro BIM model. Tyto softwary jsou vhodné pro 3D BIM modelování u solitérních staveb, disponují možnostmi doplnit prvky o informace (atributy). Uplatnění studentské verze. • 3D brýle pro virtuální realitu (nutné vybavení). Těchto brýlí se již začíná užívat právě v prostředí BIM metody při projektování solitérních staveb. Průzkum virtuálního modelu města lze uplatnit v mnoha ohledech. Využití lze nalézt při průzkumu a přehledu městských prvků (inženýrských sítí apod.), které jsou ve skutečnosti skryty, dále pro zhodnocení bezbariérovosti, informacích o budovách, pozemcích a dalšího majetku. • ANSYS fluent – CFD simulace, popř. open source software OpenFOAM. Zkušenosti a uplatnění těchto nástrojů v disertační práci. Softwary jsou k dispozici pro školní účely (uplatnění Research licence na IT4Innovations). Zdůvodnění zapojení jednotlivých členů týmu: Ing. Michal Faltejsek – hlavní řešitel projektu, tvorba 3D informačního modelu města, hledání nových metod a způsobů efektivního modelování a následného využití modelu, možnosti uplatnění facility managementu ve správě a provozu města s využitím informačního modelu a definování hlavních přínosů, CFD simulace, využití pro disertační práci Ing. Blanka Chudíková – možnosti efektivního využívání obnovitelných zdrojů v energetice a environmentálním pohledu města dle informací a digitálního 3D modelu, inženýrské sítě v modelu města (technická zařízení) a informační hledisko pro provoz a správu těchto sítí (facility management), obslužnost a identifikace rizik těchto sítí, energetický a teplotní pohled v rámci výsledků CFD simulací Předchozí dosažené výsledky členů týmů: Předcházející projekty SGS (spoluřešitel) • Ing. Michal Faltejsek: SP2017/173 Evaluace indikátorů ovlivňující úspěšnost regenerace brownfields • Ing. Michal Faltejsek: SP2017/167 Numerické metody pro modelování environmentálních procesů • Ing. Michal Faltejsek: SP2016/120 Analýza a hodnocení úrovně evidence brownfields v malých obcích a městech Publikační činnost: FALTEJSEK, Michal, SZELIGOVÁ, Natálie, VOJVODÍKOVÁ, Barbara. Uplatnění informačních nástrojů Facility Managementu při evidenci brownfields. Journal of Engineering and Applied Sciences. Faisalabad, Pákistán: Medwell Publishing, 2016. 11(9), s. 2003-2008. ISSN 1816-949X. Dostupné z doi: 10.3923/jeasci.2016.2003.2008. SZELIGOVÁ, N., VOJVODÍKOVÁ, B., TEICHMANN, M., FALTEJSEK, M.. Možnosti efektivnějšího přístupu ke správě dříve využívaných území na území malých obcí a měst. In: SGEM2017: 17th Int. Multidisciplinary Scientific GeoConference 2017: Nano, Bio, Green and Space: Technologies for Sustainable Future: conference proceedings: Sofia: STEF92 Technology, 2017. ISSN 1314-2704. FALTEJSEK, Michal. Selbstverwaltung der städte unter verwendung von informationstechnologien: Sammelband der Referate von der 22. Internationale Konferenz Stadttechnik Karlovy Vary 2017 - "Stadtarchitekt - Stadtingenieur". Karlovy Vary: ČKAIT, ČSSI, 2017. ISBN 978-80-87438-88-3. FALTEJSEK, Michal. Smart Cities – chytrá správa města s využitím metody BIM: Sborník konference Udržitelnost, inovace a ekonomika ve stavebnictví 2016. Praha: ČVUT, Fakulta stavební, 2016. ISBN 978-80-01-05994-4 FALTEJSEK, Michal, SZELIGOVÁ, Natálie. Management of Urban spaces and properties with use of Information Modelling of Buildings. In: The Journal Tehnički vjesnik – Technical Gazette 2017. Croatia: Univesity of Osijek, 2017. I SSN 1330-3651 (Print), ISSN 1848-6339 (Online). (zatím nepublikováno) CHUDIKOVÁ, Blanka, FALTEJSEK, Michal. Solar energy in buildings solved by building information modeling. In: The 5th International Conference on Mechanical Engineering Materials Science and Civil Engineering: Kuala Lumpur, Malaysia. (D) (zatím nepublikováno) MIKLICA, Petr, FALTEJSEK, Michal. Řešení pro projektanty na cestě k BIM. CAD: www.cad.cz. 2017, 2017(5), 3. VALACHOVA, Denisa, Nada ZDRAZILOVA a Blanka CHUDIKOVA. Methods to include the influence of thermal bonds on the calculation of the energy performance of buildings and their influence on the heat demand for building heating. In: International konference on mechanical engineering applied composite materials. Hong Kong, China. (D) Zatím nepublikováno Časový harmonogram: 03 - 08/2018: • sběr dat a podkladů pro tvorbu modelu • identifikace jednotlivých možností modelování a aplikace v problematice • 3D modelování města včetně reliéfu terénu a všech důležitých prvků městské zástavby pro aplikaci procesů FM 07 – 09/2018 • doplnění informací k jednotlivým prvkům městské zástavby (na základě konceptu metodiky BIM), možnosti uplatnění informací a aplikace ve FM 08 – 10/2018 • CFD simulace na městském modelu zástavby 10 – 12/2018 • aplikace procesů facility managementu z dostupných informací modelu • využití 3D virtuální reality pro facility management (možnosti uplatnění jako je tomu u metody BIM, porovnání využití oproti solitérním stavbám) • finalizace, vyhodnocení a analýza dosažených výsledků 1. Osobní náklady z toho: 0 Kč Celkem 1.1 Mzdy (včetně pohyblivých složek) školitel prof. Ing. Tomáš Kozubek, Ph.D. (0 Kč) 0 Kč 1.2 Odvody na pojistného 0 Kč 2. Stipendia Stipendium studentům doktorského studia: Ing. Michal Faltejsek (50 000 Kč) Ing. Blanka Chudíková (40 000 Kč) 90 000 Kč 3. Materiálové náklady Kancelářské potřeby (1000 Kč) 1 000 Kč 4. Drobný hmotný a nehmotný majetek Brýle + komponenty pro virtuální realitu 30 000 Kč 5. Služby Poplatky spojené s konferencemi – vložné: např. SGEM 2016 (6 500 Kč), CCC2018 (12 000 Kč), Journal of Management in Engineering (11 500 Kč) 30 000 Kč 6. Cestovní náklady Cestovní náklady na konference 6 500 Kč 7. Doplňkové režijní náklady max. do výše 10% poskytnut podpory 17 500 Kč Celkem: 175 000 Kč

2018

2018

Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy

SGS

Specifický výzkum VŠB-TUO

Faltejsek Michal Ing., Ph.D.