Aplikácia BIM technológií v kontexte historickej architektúry a súčasnej výstavby

Článok sa venuje využitiu BIM technológií pri historických stavbách a porovnáva ich s postupmi v súčasnej výstavbe. Zameriava sa na rozdiely v procesoch, dátach a technických nárokoch vyplývajúcich zo špecifík historických objektov a hodnotí možnosti aj limity BIM pri ich dokumentovaní a obnove.

Analýza vychádza z porovnania tvorby modelov pre existujúce historické objekty a novostavby, pričom sleduje presnosť, úroveň detailu, dátové toky a potrebu spolupráce profesií. Výsledky ukazujú, že BIM prináša prínosy najmä pri správe a monitoringu, no zároveň naráža na problémy, ako je náročné modelovanie zložitej geometrie, nedostatok štandardov a obmedzená automatizácia. Napriek tomu má BIM veľký potenciál pre digitalizáciu a správu architektonického dedičstva.

Porovnanie prístupov a metód pri existujúcich a historických objektoch a novostavbách

Proces tvorby dokumentácie budov sa výrazne líši v závislosti od typu objektu, jeho veku, stavebného systému a dostupnosti projektovej dokumentácie. Zatiaľ čo pri novostavbách sú geometrické údaje zvyčajne dostupné v projektovej dokumentácii alebo v digitálnych modeloch budovy, pri historických stavbách často presná dokumentácia chýba alebo je neúplná. Z tohto dôvodu si dokumentácia historických objektov vyžaduje špecifické metodické postupy, ktoré kombinujú viaceré technológie zberu a spracovania dát.

Pri historických stavbách sa často využívajú moderné metódy bezkontaktného merania, ako je terestriálne laserové skenovanie, digitálna fotogrametria alebo ich kombinácia. Tieto technológie umožňujú presné zaznamenanie komplexnej geometrie objektu vrátane nepravidelností, deformácií a detailov architektonických prvkov. Laserové skenovanie predstavuje neinvazívnu a vysoko presnú metódu dokumentácie historických objektov, ktorá umožňuje vytvoriť detailné 3D modely využiteľné pri analýze stavebného stavu, plánovaní obnovy alebo archivácii kultúrneho dedičstva.

Historické stavby sa zároveň vyznačujú vysokou mierou geometrickej nepravidelnosti spôsobenej postupnými stavebnými úpravami, degradáciou materiálov alebo dlhodobým pôsobením zaťaženia. Z tohto dôvodu je potrebné pri ich dokumentácii využívať detailné 3D záznamy vo forme bodových mračien, ktoré umožňujú presnú digitálnu rekonštrukciu existujúceho stavu objektu. Takto získané dáta môžu slúžiť ako podklad pre tvorbu modelov, ktoré umožňujú systematické spravovanie informácií o historických objektoch počas ich životného cyklu.

Naopak, pri novostavbách sa digitálne zameranie využíva predovšetkým na kontrolu kvality realizácie a porovnanie skutočného stavu s projektovou dokumentáciou. Moderné stavebníctvo čoraz viac využíva Building Information Modeling (BIM), ktorý poskytuje detailný digitálny model budovy už vo fáze projektovania. V tomto kontexte sa technológie ako laserové skenovanie alebo fotogrametria využívajú najmä v procese Scan-to-BIM, kde sa získané bodové mračno porovnáva s projektovým modelom s cieľom identifikovať odchýlky medzi projektovaným a realizovaným stavom.

Významným rozdielom medzi dokumentáciou historických stavieb a novostavieb je aj samotný cieľ merania. Pri historických objektoch je prioritou zachovanie kultúrneho dedičstva, archivácia existujúceho stavu a podpora reštaurátorských zásahov. Digitálne záznamy historických objektov umožňujú nielen ich detailnú analýzu, ale aj vytvorenie virtuálnej dokumentácie pre budúce generácie.

Pri novostavbách je naopak hlavný dôraz kladený na efektívne riadenie výstavby, kontrolu kvality a správu budovy počas jej životného cyklu. Digitálne technológie slúžia najmä na optimalizáciu projektovania, koordináciu stavebných profesií a kontrolu realizácie stavby v porovnaní s projektovou dokumentáciou.

Analýza a porovnanie týchto prístupov ukazuje, že zatiaľ čo dokumentácia historických stavieb sa zameriava na presné zachytenie existujúceho stavu a architektonických detailov, dokumentácia novostavieb je viac orientovaná na integráciu digitálnych dát do projektových procesov a riadenia výstavby. Správna voľba metód merania a spracovania dát je preto kľúčová pre efektívne využitie digitálnych technológií v oblasti architektúry, stavebníctva a ochrany kultúrneho dedičstva.

Analýza a možnosti historických stavieb a novostavieb z hľadiska tvorby informačného modelu

Využívanie metodiky BIM sa v súčasnej dobe stáva čoraz väčším štandadom v oblasti projektovania, realizácie a správy budov. Proces tvorby BIM modelu sa výrazne líši v závislosti od typu objektu, najmä pri porovnaní novostavieb a historických stavieb, kde sú najväčšie odlišnosti v dostupnosti vstupných dát, geometrická presnosť a najmä samotný cieľ informačného modelu.

Pri novostavbách vzniká častokrát vo fáze návrhu a projektovej dokumentácie. Projektanti vytvárajú digitálny model budovy, ktorý obsahuje presné geometrické údaje, materiálové charakteristiky a technické informácie o jednotlivých prvkoch. V ideálnom prípade sa tento model využíva aj pri samotnej výstavbe, kde sa využíva koordinácia jednotlivých profesií, optimalizácia stavebných procesov a kontrola samotnej relizácie.

Avšak pri historických stavbách BIM model nevznikal v procese projektovania keďže sa jedná najmä o historické objekty, ktoré majú spravidla niekoľko sto rokov za sebou. Model sa výtvára až dodatočne na základe zamerania skutkového stavu. Základným vstupom pre tvorbu modelu sú častokrát mračná bodov získané skenovaním alebo digitálnej fotogrametrie. Tento podklad poskytuje presný geometrický záznam objektu, ktorý môže byť následne spracovaný do parametrického BIM modelu. Tvorba takéhoto modelu pri historických stavbách je však výrazne náročnejšia ako pri samotných novostavbách. Historické stavby sa častokrát vyznačujú nepravidelnou geometriou, rôznorodosťou stavebných techník a konštrukčných prvkov. Historické stavby môžu obsahovať množstvo architektonických detailov, ornamentov alebo aj poškodených konštrukcií, ktoré je potrebné zdokumentovať. Preto proces modelovania si vyžaduje individuálny prístup pri vytváraní prvkov v digitálnom prostredí. Napriek tomu prináša digitalizácia nesporné výhody aj v oblasti historických stavieb umožňuje systematické ukladanie a správu informácií o samotnom objekte, vrátane údajov a materiálov. Takýto model môže poslúžiť ako podklad pre plánovanie obnovy, monitorovanie degradácie konštrukcií alebo samotnú správu objektu počas ďalšieho využitia daného objektu. Hlavné rozdiely znázorňuje nasledujúca tabuľka:

Tabuľka porovnnia historických budov a nových budov pri vytváraní BIM modelu

Záver

Článok sa zameriava na analýzu využitia BIM technológií pri historických objektoch a ich porovnanie s postupmi používanými pri novostavbách. Hlavným cieľom bolo odhaliť rozdiely v tvorbe digitálnych modelov, dostupnosti vstupných údajov, náročnosti modelovania a účele využitia BIM v oboch prípadoch. Zistenia ukazujú, že pri novostavbách sa BIM model vytvára už vo fáze návrhu na základe presnej projektovej dokumentácie, zatiaľ čo pri historických stavbách vzniká dodatočne na základe zamerania reálneho stavu, často pomocou laserového skenovania, fotogrametrie a doplnkových meraní. Porovnanie zároveň poukazuje na vyššiu náročnosť modelovania historických objektov, spôsobenú nepravidelnou geometriou, chýbajúcou dokumentáciou a potrebou individuálneho prístupu k prvkom. Naopak, novostavby profitujú zo štandardizovaných prvkov, parametrov a jasne definovaných požiadaviek. Pri historických stavbách je kľúčová aj interpretácia získaných dát a ich prevod do parametrického BIM modelu, čo patrí medzi najzložitejšie fázy procesu.

Ing. Denis Konovalov, doc. Ing. Jozef Švajlenka, PhD., MBA, ING.PAED.IGIP, prof. Ing. Dušan Katunský, CSc., Stavebná fakulta TUKE, Vysokoškolská 4, 040 01 Košice, email: denis.konovalov@tuke.sk

Poďakovanie

Tento príspevok vznikol vznikol v priebehu realizácie projektu VEGA 1/0228/24, KEGA 017TUKE-4/2024, 35/2024/ESGTUKE.

Literatúra

Ibrahim, A., Mohd, T., Ali, W. W., & Zin, I. M. (2023). Building information modeling (BIM) in green building projects. Int J Acad Res Bus Soc Sci, 13. http://dx.doi.org/10.6007/IJARBSS/v13-i12/19849

Muller, M. F., Loures, E. R., & Junior, O. C. (2015, April). Interoperability assessment for building information modelling. In 3rd International Conference on Mechatronics, Robotics and Automation (pp. 224-231). Atlantis Press. 10.2991/icmra-15.2015.45

Steel, J., Drogemuller, R., & Toth, B. (2012). Model interoperability in building information modelling. Software & Systems Modeling, 11(1), 99-109. DOI 10.1007/s10270-010-0178-4

Nairne Schamne, A., Nagalli, A., & Soeiro, A. A. V. (2022). Building information modelling and building sustainability assessment: a review. Frontiers in Engineering and Built Environment, 2(1), 22-33. https://doi.org/10.1108/FEBE-08-2021-0038

Chong, H. Y., Lee, C. Y., & Wang, X. (2017). A mixed review of the adoption of Building Information Modelling (BIM) for sustainability. Journal of cleaner production, 142, 4114-4126. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2016.09.222

Shafiq, M. T. (2021). Client-driven level 2 BIM implementation: a case study from the UAE. The Open Construction & Building Technology Journal, 15(1). DOI: 10.2174/1874836802115010129

Knobel, M., Ahmed, V., Saboor, S., Gledson, B., & Kassem, M. (2020, December). A socio-cultural perspective to BIM adoption: a case study in South Africa. In Collaboration and Integration in Construction, Engineering, Management and Technology: Proceedings of the 11th International Conference on Construction in the 21st Century, London 2019 (pp. 405-412). Cham: Springer International Publishing. https://doi.org/10.1007/978-3-030-48465-1_68

Llabani, Arli, and Freskida Abazaj. „3D documentation of cultural heritage using terrestrial laser scanning.“ Journal of Applied Engineering Science 22.2 (2024): 267-271. https://doi.org/10.5937/jaes0-50414

Nasir, N., Abdullah, N. M., Amran, N. M., Harun, N. A., & Sabil, A. (2024). A Review: Monitoring Historical and Heritage Buildings Using Terrestrial Laser Scanning. Enhanced Knowledge in Sciences and Technology, 4(2), 680-686.

Karagianni, A. (2021). Terrestrial laser scanning and satellite data in cultural heritage building documentation. The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, 46, 361-366.  https://doi.org/10.5194/isprs-archives-XLVI-M-1-2021-361-2021, 2021

Damięcka-Suchocka, M., Katzer, J., & Suchocki, C. (2022). Application of TLS technology for documentation of brickwork heritage buildings and structures. Coatings, 12(12), 1963. https://doi.org/10.3390/coatings12121963

Článok bol recenzovaný.