Case study: CadMakers - nowy wymiar innowacji w budownictwie

-- czwartek, 25 czerwiec 2020

Uniwersytet Kolumbii Brytyjskiej (UBC) niedaleko Vancouver przyciąga studentów z trzech powodów: to zalesiony półwysep, na którym znajduje się kampus, miejsce uczelni w rankingu 40 najlepszych na świecie oraz jej ukierunkowanie na innowacyjność. Ponad 400 studentów będzie mieszkać w nowym akademiku, który jest przykładem podważania przez UBC status quo w imię rewolucyjnych odkryć.

Nowy akademik o nazwie Brock Commons - Tallwood House zrywa z tradycyjnym postrzeganiem wieżowców jako konstrukcji ze stali i betonu, powstających w całości na placu budowy. Ten 18-piętrowy budynek jest pierwszym wieżowcem mieszkalnym w Ameryce Północnej, w którym zastosowano elementy konstrukcyjne z materiału budowlanego ‘mass-timber’.

W porównaniu z tradycyjnymi materiałami, pozyskiwane w sposób zrównoważony drewno kanadyjskie pozwala ograniczyć emisję dwutlenku węgla o 2432 tony metryczne rocznie, co odpowiadałoby wycofaniu z ruchu na rok 511 samochodów. Co więcej, dzięki pionierskiemu zastosowaniu modelowania VDC (ang. Virtual Design and Construction, wirtualne projektowanie i budownictwo) i montażu prefabrykatów na placu budowy, budynek Tallwood House ukończono niższym kosztem i w czasie niemal 70% krótszym niż w przypadku podobnej wielkości wieżowców z betonu.

Krótszy czas budowy, niższe koszty i zrównoważony ekorozwój: Tallwood House to nie tylko pięknie zaprojektowany budynek i funkcjonalnie zaawansowana przestrzeń do życia, ale także przykład tego, co można osiągnąć w dziedzinie projektowania.

– Na samym początku działalności postanowiliśmy wyróżnić się na tle pozostałych firm z branży budowlanej – mówi Javier Glatt, współzałożyciel i dyrektor generalny firmy CadMakers z Vancouver, która podczas prac projektowych odpowiadała za modelowanie VDC. – Cyfrowe modelowanie i symulacje pozwalają nam zrozumieć, jak będzie funkcjonować budynek po jego wzniesieniu. W odróżnieniu od budownictwa szkieletowego, ‘podejście produkcyjne’ do budynku pozwala lepiej kontrolować tolerancje i ryzyko, a także zoptymalizować planowanie i wykorzystanie zasobów w porównaniu z tradycyjnym budownictwem wykorzystującym konstrukcje betonowe lub stalowe.

MODELOWANIE WIRTUALNE ZMIENIA PODEJŚCIE DO BUDOWANIA

Firma CadMakers rozwiązuje problemy i optymalizuje procesy, wykorzystując zintegrowane technologie budowlano-produkcyjne. Przy projekcie Brock Commons – Tallwood House firma CadMakers odpowiadała za wirtualny projekt budynku i współpracowała ściśle ze wszystkimi interesariuszami, w tym biurem architektonicznym Acton Ostry Architects, Inc., firmą Urban One Builders i kierownictwem ds. projektu z ramienia funduszu UBC Properties Trust. Wykorzystując platformę 3DEXPERIENCE w chmurze firmy Dassault Systèmes zaprojektowano strukturalny model 3D oraz symulacje produkcyjne budynku Tallwood House z zastosowaniem pionierskich innowacji w zakresie materiałów, współpracy i procesów budowlanych.

– Budynek Tallwood House powstawał głównie w fabryce i został bardzo szybko zmontowany na placu budowy – mówi Glatt. – Wykorzystanie prefabrykatów i integracja procesów pomogły nie tylko zrealizować projekt szybciej, ale także ograniczyć ryzyko. Budując w ten sposób, możemy zwiększyć tempo prac. Zaoszczędzone środki można z kolei zainwestować, aby dostarczyć większą wartość.

WYŻSZA EFEKTYWNOŚĆ WSPÓŁPRACY DZIĘKI ZINTEGROWANYM MODELOM 3D

Wirtualny model 3D stworzony przez CadMakers w aplikacji CATIA Design for Fabrication zawierał dane pochodzące od wszystkich uczestników projektu w postaci zunifikowanego widoku i umożliwiał niezwykle szczegółową analizę planu w  wirtualnym środowisku. W typowym projekcie wszystkie zaangażowane zespoły, a więc architekci, specjaliści ds. konstrukcji budowlanych, specjaliści ds. inżynierii mechanicznej, geotechnicy, wytwórcy materiałów, hydraulicy i elektrycy, korzystają z różnego oprogramowania. Firma CadMakers umieściła wszystkie dane w chmurowym środowisku platformy 3DEXPERIENCE, aby udostępnić je autoryzowanym użytkownikom bez względu na czas i miejsce z możliwością kontrolowanego aktualizowania w czasie rzeczywistym. W ten sposób rozwiązano powszechny w branży budowlanej problem gospodarowania zasobami i konfliktów powodowanych brakiem spójności danych.

- Stworzenie w pełni zintegrowanego i wysoce szczegółowego modelu 3D już na samym początku projektu nie tylko ułatwia jego wizualizację, ale także usprawnia koordynację prac i komunikację między wszystkimi zaangażowanymi stronami – mówi Glatt. – W rezultacie przy projekcie Tallwood House pracował jeden rozbudowany zespół. Tego rodzaju współpraca jest dużo bardziej wartościowa i nie cechują jej typowe dla projektów budowlanych antagonizmy.

Czynnikiem integralnym dla projektu była praca w środowisku chmurowym. – Chmura obliczeniowa nie tylko usprawnia przepływ pracy, ale także pozwala oszczędzać czas i zasoby – mówi Justin Khabra, specjalista ds. modelowania projektów w CadMakers. – Jeśli mam naprawdę dużo pracy, kolega lub koleżanka z innego miasta lub kraju może tymczasowo przejąć część moich tematów i później przekazać mi je z powrotem, co pozwala realizować zadania terminowo. Przy tym samym projekcie mogą pracować trzy osoby, dzięki czemu można go ukończyć trzy razy szybciej.

MODEL 3D UŁATWIA PRODUKCJĘ PREFABRYKATÓW

Model, stworzony przy użyciu oprogramowania CATIA, z dokładnością do 0,1 mm, pomógł w rozmieszczeniu otworów na rury i przewody oraz szyby, a także zapewnieniu ich odpowiedniej wielkości i zachowaniu norm dotyczących prześwitów i odstępów. Dane zawarte w modelu pomogły także producentom prefabrykatów. W drewnianym szkielecie budynku Tallwood House zastosowano panele z drewna laminowanego krzyżowo (CLT) oraz tzw. klejonkę. Z uwagi na fakt, że klejonka jest bardziej wytrzymała od stali, budowniczowie mogli wyjść poza standardowe ograniczenie dla konstrukcji drewnianych wynoszące sześć pięter. Dane trafiły bezpośrednio do fabrycznych routerów CNC, które nawierciły drewno w odpowiedni sposób. Dostarczone na plac budowy prefabrykaty były gotowe do montażu i przycięte w sposób umożliwiający pracę zespołom fachowców, np. hydraulikom.

– Oprogramowanie pozwoliło nam tworzyć modele 3D i analizować je pod kątem zgodności ze specyfikacją i rozmieszczenia poszczególnych elementów – mówi Karla Fraser, starsza menedżerka ds. projektów w Urban One Builders. – Od samego szczytu budynku wszystkie piony hydrauliczne biegną z milimetrową dokładnością i wszystko znajduje się dokładnie tam, gdzie być powinno. W rezultacie nie trzeba było prowadzić dodatkowych prac na placu budowy, co pozwoliło nam znacząco oszczędzić zasoby.

SYMULACJA PRODUKCJI USPRAWNIA ZARZĄDZANIE PROJEKTEM

Poza stworzeniem wirtualnego modelu budynku Tallwood House specjaliści z CadMakers użyli rozwiązania DELMIA Optimized Planning w chmurze do stworzenia symulacji środowiska produkcyjnego projektu budowlanego w czasie. Pozwoliło to menedżerom ds. projektu zidentyfikować problemy w 3D, zanim mogłyby powstać na placu budowy, obciążając zasoby i budżet. Zespół projektowy przetestował m.in. scenariusze mające na celu zapewnienie płynnej współpracy między budowlańcami a monterami konstrukcji drewnianych z uwagi na fakt, że drewno nie może być zbyt długo wystawione na oddziaływanie czynników zewnętrznych. Okazało się też, że opóźnienie montażu klatki schodowej mogłoby wpłynąć na cały projekt.

– Z początku nie wydawało nam się, że klatka schodowa może być aż tak ważna, jednak w miarę tworzenia modelu stało się to zupełnie jasne – mówi Karla Fraser z Urban One Builders. – Opóźnienie budowy klatki schodowej mogło zaburzyć harmonogram całego projektu. Gdyby nie symulacja, przekonalibyśmy się o tym dopiero na placu budowy, a znalezienie rozwiązania mogłoby być utrudnione.

Utrudnione i niewątpliwie kosztowne. Zdaniem Glatta samo utrzymanie placu budowy to miesięczny koszt rzędu 140 tys. dolarów bez odsetek i innych kosztów finansowania przedsięwzięcia. Oczekiwanie na rozwiązanie problemu ma negatywny wpływ zarówno na harmonogramy, jak i budżety. Przeprowadzenie komputerowej symulacji z wyprzedzeniem jest bardziej efektywne, ponieważ optymalizacja scenariuszy wirtualnych eliminuje konieczność wstrzymania fizycznych prac na placu budowy.

Przy projekcie Tallwood House problem ten rozwiązał Justin Khabra przy użyciu symulacji konfliktów w 4D. Konflikt w przestrzeni geometrycznej występuje wtedy, gdy dwa elementy budynku nachodzą na siebie w nieprawidłowy sposób. Do konfliktu może także dojść w kontekście przepływu pracy, kiedy to np. hydraulicy stawiają się na placu budowy, zanim trafią tam zamówione rury. Specjaliści z CadMakers przewidzieli wszystkie potencjalne problemy w środowisku wirtualnym.

– Tradycyjny proces stawiania budynków przekształcamy w bardziej naukowy proces produkcyjny – mówi Khabra. – Jedną z najciekawszych cech tych symulacji jest ich fizyka. Możemy przedstawić m.in. ruch maszyn w przestrzeni, rozmieszczenie poszczególnych elementów w odniesieniu do innych, szybkość ruchu żurawia budowlanego oraz ładowność ciężarówek. Dzięki temu znam faktyczne ograniczenia sprzętu lub zasobów, zanim pojawię się na placu budowy. Co więcej, symulację można w dowolnym momencie zatrzymać, aby np. rozwiązać problem prześwitów, dokonać pomiarów oraz sprawdzić, co jest faktycznie możliwe do zrealizowania.

BUDOWLANY MODEL PRZYSZŁOŚCI

Dzięki wykorzystaniu prefabrykatów, procesów angażujących współpracę oraz zaawansowanych metodologii rozwiązywania problemów, projekt Tallwood House udało się zakończyć w 9,5 tygodnia w tempie ok. dwóch pięter na tydzień i na około trzy miesiące przed terminem. Z uwagi na fakt, że był to pierwszy budynek tego rodzaju, Glatt jest zdania, że w miarę oswajania się branży budowlanej z nowymi metodami pracy przy kolejnych projektach, uda się zaoszczędzić jeszcze więcej czasu i pieniędzy.

Potencjalne korzyści to m.in. ograniczenie marnotrawstwa, krótszy czas realizacji oraz zachowanie równowagi ekologicznej.

– Zleceniodawca oczekuje budynku najwyższej jakości, wzniesionego na czas i w granicach dostępnego budżetu – mówi Glatt. – Stworzenie zintegrowanego procesu we współpracy z zespołem i wykorzystanie technologii w innowacyjny sposób pozwoliło nam nie tylko wykroczyć poza oczekiwania UBC, ale także osiągnąć znaczny postęp, który zaowocuje dla całej branży budowlanej.


CadMakers