Vplyv využitia BIM pri návrhu komplexných tvarov a fasád

Fasády či obálky budov sú bezpochyby pri projektovaní stavieb obrovskou výzvou pre autora a historicky jednými z najnáročnejších častí budovy. Je pravda, že ani v dávnej histórii sa nestavali len pravouhlé budovy s jednoduchým členením priečelia, ale dnešný trend vyjadrovania autorov komplexnými tvarmi sa obyčajne nezaobíde bez využitia informačného modelovania stavieb. Zložité projekty, ktoré sa realizujú po celom svete posúvajú hranice architektonického návrhu a inovatívnych konštrukčných riešení. Building Information Modeling (BIM) sa z pohľadu využitia pri návrhu fasád, dá považovať za systémový prístup, ktorý kombinuje 3D dizajn a komplexné vyhodnocovanie dát v reálnom čase, čím umožňuje vznik digitálnych prototypov budovy pred tým, než je v skutočnosti postavená. Už v čase jej koncepčného návrhu umožňuje využitie BIM optimalizáciu návrhu fasády, čo je základom pre zvýšenie produktivity a tiež ziskovosti počas realizácie. Najväčšie stavby sveta sa dnes totiž bežne stavajú dvakrát. Z toho raz vo virtuálnom priestore.

Parametrický návrh

Od 19. storočia, kedy sa začínala využívať v stavebníctve vo väčšej miere oceľ v kombinácii so sklom na odľahčenie obvodového plášťa (The Crystal Palace, Londýn), cez rok 1952, kedy bol prvýkrát ľahký obvodový plášť inštalovaný na výškovej budove (Lever house, New York) sa čoraz častejšie využívajú komplexné fasádne systémy, ktoré sa neustále zdokonaľujú. V súčasnej dobe je obálka považovaná za jeden z aspektov budov, ktoré sa študujú a navrhujú samostatne. Navyše, vzhľadom k trendu globálneho otepľovania, problematika udržateľnosti v poslednom desaťročí vo významnej miere ovplyvnila a zásadne zmenila vzhľad a zloženie ľahkých obvodových plášťov a celkové požiadavky na realizáciu fasády.

S rozvojom informačných technológií sa proces návrhu stavieb posunul z kreslenia na papier, cez CAD systémy až po parametrické navrhovanie, čo nám umožňuje integrovať viac dát do návrhu fasády. Na modelovej báze môžeme analyzovať vhodné elementy v rámci celého systému nielen z hľadiska estetiky, ale aj funkčnosti a rôznych požiadaviek (osvetlenie, tienenie, izolácia, atď.).

Hlavným účelom týchto parametrických modelov nie je kopírovať existujúce fasádne vzory, ale stanoviť mechanizmus, podľa ktorých možno jednotlivé elementy modelovať, parametrizovať a vytvoriť v súlade s požiadavkami prostredia a samozrejme aj autora. Kontrolou rôznych vstupov a prispôsobením parametrov môže systém generovať variantné návrhy fasády.

Prvky fasádnych plášťov, ako sú dvere, okná a balkóny možno definovať ako parametrické faktory pre odvodenie variantných návrhov a následne výberu optimálneho riešenia fasády. Parametrický návrh umožňuje konštruktérovi riešiť dôležité aspekty, ako sú ekológia, estetika, udržateľnosť a v neposlednom rade aj cena.

Vhodnými nástrojmi, ktoré zvládnu zložité výpočty a pomocou nich vieme zahrnúť mnohé aspekty to konštrukčného návrhu s cieľom poskytnúť autorovi požadované analýzy sú softvéry, ktoré umožňujú tzv. vizuálne programovanie. Vizuálne programovanie poskytuje prostredie, v ktorom je možné vytvoriť logiku a presne definovať chovanie jednotlivých prvkov, z ktorých sa skladá výsledný systém. Alternatívnym označením je generatívne modelovanie. Generatívny model je model pre náhodné generovanie ohraničených hodnôt dát, typicky vzhľadom k jednotlivým parametrom konštrukčného návrhu. Takýto model je v zásade výsledkom použitia autonómneho systému. Typickými predstaviteľmi takýchto softvérov sú Grasshopper a Dynamo. Netvoria však len 3D geometriu, ale pomáhajú riešiť na základe algoritmov úlohy spojené s popisom projektu (textové úlohy), alebo s výpočtom určitých vlastností elementov, resp. celého systému. Parametre obsahujú rôzne dáta, to znamená že niečo ukladajú, nesú nejakú geometrickú informáciu (zastupujú skutočne existujúcu krivku, plochu, bod v modeli) alebo hodnotu (numerickú, logickú, atď).

Medzi nesporné výhody navrhovania konštrukcií, resp. fasád pomocou vizuálneho programovania patrí najmä rýchlejšie rozhodovanie na úrovni všetkých účastníkov životného cyklu (od procesu návrhu, cez výstavbu, až po samotnú údržbu). Samotný 3D model zlepšuje výmenu myšlienok a umožňuje rýchle simulácie vrátane výkazu výmer jednotlivých elementov. Aktívnou spoluprácou na projekte prostredníctvom modelu sa skracuje časová náročnosť návrhu, zjednodušuje výroba prvkov, urýchľuje sa výstavba a znižuje počet chýb tým pádom aj prác navyše a taktiež sa redukuje množstvo odpadu.

Phoenix International Media Center, Peking, Čína

Gigantické mediálne centrum Phoenix International Media Center sa nachádza v juhozápadnej časti Pekingského parku Chaoyang Park s podlahovou plochou 65 000m2 a s celkovou výškou 55m. Návrh pochádza z dielne Bejing Institute of Architectural Desig a logika dizajnu bola obaliť hlavný - nezávisle udržiavateľný priestor, ekologicky funkčným plášťom z oceľovej konštrukcie s nesúmerným špirálovitým tvarom, čím vznikol koncept budovy v budove. Všetky elementy tohto plášťa sú prispôsobené krivkám a je isté, že bez pokročilých BIM nástrojov, by sa táto budova realizovala len ťažko. Pre podčiarknutie jedinečnosti a racionalitu technológie je nutné dodať, že architekti kreatívne navrhli elementy pre vonkajší povrch tak, že nenájdete dve rovnaké, a teda každá z 5,180 jednotiek je unikátna – ako snehové vločky.

Barclay Center, New York, USA

Barclays Center je viacúčelová krytá aréna v Brooklyne - časť mesta New York. Je súčasťou obchodného a obytného komplexu teraz známeho ako Pacific Park v hodnote 4,9 miliardy dolárov. Táto stavba bola navrhnutá architektami z firmy SHoP Architects. Pôvodný koncept vytvoril Frank Gehry, ktorý navrhol na streche park. Autori museli realizovať zámer s vysokou mierou geometrickej presnosti a s efektivity nákladov. Proces konštrukčného návrhu postavili na parametrickom 3D modeli na ktorom definovali základnú geometriu a s využitím simulácií odvodzovali ďalší návrh s prioritou na uskutočniteľnosť, tzn. museli využiť svoje znalosti a skúsenosti z oblasti realizácie stavieb tak, aby celú konštrukciu bolo možné priamo na mieste v daných podmienkach zmontovať.

Allianz Arena, Mníchov, Nemecko

Allianz Arena je futbalový štadión, ktorý sa nachádza v severnej časti nemeckého mesta Mníchov. Štadión leží v severnej časti mníchovskej štvrte Schwabing-Freimann vo Fröttmaningu. Celková kapacita štadiónu je 70 000 miest. Strecha a fasáda boli vytvorené z 2 874 ETFE-fóliových vankúšov, ktoré sú naplnené suchým vzduchom pod tlakom. Pod strechou sú rolety, ktoré sú počas prevádzky uzavreté. Osvetlenie vankúšov je možné farebne meniť. Štadión používa osvetlenie rôznych farieb, v závislosti od práve prebiehajúceho podujatia. Kvôli svojej forme má už dnes Allianz Arena prezývku nafukovací čln. Stavebné náklady štadiónu boli zhruba 340 miliónov eur.