HRVATSKI OGRANAK MEĐUNARODNOG VIJEĆA ZA VELIKE ELEKTROENERGETSKE SUSTAVE – CIGRÉ 11. savjetovanje HRO CIGRÉ Cavtat, 10. – 13. studenoga 2013. X-XX Antun Foškulo, dipl.ing.el. Končar – Inženjering za energetiku i transport d.d. [email protected] OSNOVE IZRADE 4D SIMULACIJE I NJENA PRIMJENA NA PROŠIRENJU TS 400/110/10 kV ZEMBLAK SAŽETAK 4D modeliranje ili 4D CAD je pojam karakterističan za nadogradnju već postojećeg prostornog 3D modela objekta sa vremenskom dimenzijom u vidu vremenskog plana tj. gantograma. Unija uspostavljena na taj način ima svoj rezultat u uspostavi 4D simulacije izgradnje postrojenja koja vjerno predočava četverodimenzionalnu prirodu građevinskih aktivnosti na projektu. Vremenskim planom definiraju se aktivnosti i njihovo trajanje te u slučaju kompleksnih objekata takav vremenski plan postaje teško pregledan. Njegovom vizualizacijom moguće je detektirati učinjene propuste tj. uočiti greške čije ispravljanje dovodi do daljnje optimizacije vremenskog plana. Cilj ovog članka je prezentirati osnovne korake nužne za uspostavu 4D modela uključujući i provedbu analize kolizija. Kao primjer sekvencioniranja izgradnje rasklopnog postrojenja poslužiti će projekt nadogradnje TS 400/110/10 kV Zemblak. Ključne riječi: 4D CAD, rasklopno postrojenje, vremenski plan, analiza kolizija BASICS FOR PRODUCING A 4D SIMULATION AND ITS USAGE ON 400/110/10 kV ZEMBLAK SS UPGRADE SUMMARY 4D modelling or 4D CAD is a term that is characteristic for the process of upgrading the existing spatial 3D model with a time dimension by means of adding a bar chart or Gantt chart. Union established on that way results in creation of 4D simulation for facility construction which clearly presents the 4D fourdimensional nature of construction activities taking place on a project. Time plan used for defining activities and their durations in case of complex objects can easily become immense. Therefore, by visualizing it omissions and errors made can be corrected leading to additional optimisation of such a bar chart. Objective of this paper is to present necessary steps that must be taken in order to create such a 4D model. Clash detection analysis shall also be explained. As an example for construction sequencing for a switchyard, an extension project for a 400/110/10 kV Zemblak SS shall be used. Key words: 4D CAD, switchyard, bar chart, clash analysis 1 1. UVOD 1.1. Detekcija problema Za razliku od izgradnje novih rasklopnih postrojenja koja su manje-više jednostavna za izvedbu u smislu progresivnosti izgradnje, nadogradnja i proširenje postojećeg rasklopnog postrojenja spadaju u zahtjevnije radnje koje obuhvaćaju proširenja dijelova postrojenja i/ili zamjenu primarne opreme koja je trenutno pod naponom. Za obavljanje takvih radnji potrebno je identificirati vremenske intervale nužne za ishodovanje beznaponskog stanja te definirati sklopne radnje aparature u svrhu fizičkog omogućavanja beznaponskog stanja na dijelu postrojenja od interesa. Štoviše, definirane sklopne radnje mogu biti nedostatne ukoliko postoje dodatni zahtjevi u vidu fizičkog ostvarenja premoštenja VN polja prema dalekovodu. Kako vremenski plan treba definirati sve aktivnosti i njihovo trajanje koje dovode do ostvarenja konačnog rješenja u vidu novog ili novo rekonstruiranog postrojenja, on ipak ne komunicira i ne vizualizira napredak projekta, [1]. Štoviše, uporabom tradicionalnog gantograma teško je brzo razviti alternativne planove i identificirati najbolji način ostvarenja rješenja, [1]. Detaljnost samog gantograma ovisi o dogovoru između voditelja projekta te investitora i/ili njegovog konzultanta te neovisno o njihovom dogovoru rijetko ikad detaljnije definira sve aktivnosti. Štoviše, upotreba podataka o produktivnosti pojedinih zanata, raspoloživost građevinske opreme i sl. u vidu definicije resursa rijetko se prakticira. Definiranje sklopnih radnji aparata u vidu naponskog premoštenja dijela postrojenja bazira se na izradi zasebnog dokumenta. Takav dokument sastoji se od podloga jednopolne sheme ili tlocrtne dispozicije koja je nadopunjena popratnim tekstualnim opisom. Izrada takvog dokumenta osim što je vremenski zahtjevna može promatraču biti i neshvatljiva što ovisi o njegovom stupnju razumijevanja. 1.2 Ciljevi Obzirom na navedene detektirane probleme postavljeni ciljevi su slijedeći : • 2. izrada 4D simulacije izgradnje rasklopnog postrojenja OSNOVE IZRADE 4D SIMULACIJE Shematska reprezentacija modeliranja u 4D okruženju prikazana je na slijedećoj slici i definirana prema [2]. Detaljan 3D model 3D CAD objekti -Vremenski plan Aktivnosti Povezivanje 3D objekata sa aktivnostima 4D simulacija Slika 1. Shematski prikaz procesa izrade 4D simulacije Slijedeće radnje su potrebne u svrhu izrade 4D simulacije izgradnje modela : • • • 2.1 priprema 3D modela priprema gantograma povezivanje objekata sa aktivnostima Pripremanje modela Nakon razvoja 3D detaljnog modela objekta potrebno je isti model dodatno pripremiti na način da se model podvrgne analizi. Tipična analiza koja se provodi u ovoj fazi modeliranja je analiza kolizija. Pokretanje takve analize ovisno o definiranju može rezultirati otkrivanjem tvrdih kolizija i/ili lakih kolizija. Tvrda kolizija je definirana kao kolizija dvaju čvrstih objekata koji zauzimaju isti fizički prostor dok laka 2 kolizija se definira kao kolizija u slučaju kada prvi objekt zauzima prostor koji je potreban za funkcioniranje drugom objektu, [1]. Tipični primjer lake kolizije je nemogućnost otvaranja prozora do kraja ili vrata ormara do kraja budući ista udaraju u drugi objekt. Primjer analize kolizija provedene unutar aplikacije Navisworks Manage dan je na slici 2. Slika 2. Vršenje analize detekcije kolizija Nakon pokretanja analize kolizije pristupa se slijedećim aktivnostima, [1] : • • • • 2.2 organiziranju 3D modela na radne elemente u svrhu prilagođavanja stupnja detalja unutar gantograma pohrani geometrijske informacije unutar određenih slojeva (layers) regrupiranje CAD komponenti na različite grupe spojeva (layers) dijeljenje komponente na manje dijelove unutar različitih slojeva Priprema gantograma Primjer gantograma dan je na donjoj slici. Pošto je vidljivo da su koraci u vidu imenovanja aktivnosti, dodjele trajanja aktivnostima te njihovog međusobnog povezivanja odrađeni, jedina preostala radnja je kategorizacija aktivnosti unutar različitih tipova. Gantogram je pripremljen korištenjem MS Project aplikacije. Slika 3. Definirani vremenski plan 3 2.3 Objekti i aktivnosti Povezivanje objekata sa aktivnostima predstavlja ručni rad pa prema tome veći i kompleksniji projekt podrazumijeva veći broj definiranja veza ručni putem. Proces podrazumijeva vezivanje po nazivu sloja, nazivu komponente ili po metodi izgradnje, [1]. Svaka aktivnost unutar gantograma mora imati definiranom svoj tip tj. definirani način na koji će se povezani 3D objekt prikazivati tijekom perioda trajanja same aktivnosti. Najvažniji tipovi aktivnosti su prikazani unutar slijedeće tablice : ODABIR None Hide Construct Demolish Temporary Tablica I. Najvažniji tipovi aktivnosti sa odgovarajućim posljedicama POSLJEDICA Ništa se ne događa sa objektima povezanim sa aktivnostima Skriva objekte koji su povezani sa aktivnostima Objekt poprima zelenu boju za vrijeme trajanja aktivnosti te nakon kraja aktivnosti poprima boju definiranu unutar modela Objekt poprima crvenu boju za vrijeme trajanja aktivnosti da bi nakon kraja aktivnosti objekt nestao Objekt u početku izgradnje poprima žutu boju da bi nakon trajanja aktivnosti nestao Međutim, vrste aktivnosti koje nisu prisutne unutar aplikacije su slijedeće, [3] : NAZIV Construct before Demolish Demolish before Construct Refurbish Tablica II. Ostali tipovi aktivnosti POSLJEDICA Izgradnju unutar jedne aktivnosti uz rušenje izgrađenog unutar druge aktivnosti Objekt privremeno de-instaliran Obnova objekta tijekom jednog perioda 3. PRIMJER SEKVENCIONIRANJA IZGRADNJE RASKLOPNOG POSTROJENJA 3.1 Osnovne činjenice o primjeru Kao primjer za izradu 4D simulacije poslužiti će postojeća TS 400/110/10 kV Zemblak locirana na jugu Albanije i izgrađena 2003. godine. Sklapanjem ugovora sa operatorom prijenosnog sustava (OST Tirana) u Albaniji na realizaciji proširenja postojeće trafostanice, definiran je obim posla unutar ugovora te isti obuhvaća : • • • • • • • • • • • • • • • • proširenje dvostrukog sustava sabirnica 400 kV proširenje dvostrukog sustava sabirnica 110 kV instalacija novog energetskog transformatora 400/110 kV snage 120 MVA instalacija transformatorskog polja 400 kV instalacija transformatorskog polja 110 kV instalacija spojnog polja 110 kV instalacija vodnog polja 110 kV (OHL Korca 2) zamjena postojećih odvodnika prenapona postojećeg 110 kV vodnom polju (OHL Korca 1) zamjena postojećih odvodnika prenapona na postojećem 110 kV transformatorskom polju izmještaj postojećih transformatora vlastite potrošnje na drugu blisku lokaciju ugradnja novog transformatora vlastite potrošnje 20/0,4 kV snage 400 kVA izmještaj postojećeg SN razvoda i ugradnja novog SN razvoda ugradnja novog 20 kV rastavljača na tercijar postojećeg energetskog transformatora proširenje zgrade u kojoj su locirani ormari zaštite, AC / DC ormari razvoda, SN ormari razvoda proširenje sustava vanjske rasvjete proširenje sustava zaštite od udara munje itd. U radnje povezane sa proširenjem trafostanice, a koje nisu uključene unutar ugovora, spada izgradnja dalekovoda prema mjestu Korca tj. OHL Korca 2. Iako izvan ugovora i time izvan naše kontrole, dovršetak izgradnje dotičnog dalekovoda je od iznimne važnosti za osiguravanje neprekidnog napajanja 4 prema istom mjestu uslijed nužnosti zamjene već postojeće opreme koja zahtjeva isključenje postojećeg transformatorskog polja kao i postojećeg vodnog polja. Slika 4. Početno stanje trafostanice (AS-IS model) 5 Prikazi postojećeg stanja dotične trafostanice kao i njenog planiranog izgleda nakon obavljenog proširenja dani su na slikama 4. i 5. Slika 5. Završno stanje trafostanice (TO-BE model) 6 Kompletni i detaljni 4D model proširenja rasklopnog postrojenja je kreiran, a unutar ovog članka će samo pojednostavljeni VN dio 4D modela bit će prezentiran. Kako je model napravljen unutar CAD aplikacije, a ne unutar BIM aplikacije, slojevi (layers) će biti korišteni u svrhu vizualizacije sekvencioniranja. 3.2 Potrebne pripremne radnje Kako izrađeni detaljni 3D model nije bio primarno predviđen za izradu 4D modela, neke prinake na njemu su bile potrebne u vidu : • • • • promjene naziva slojeva izmjene pohrane objekata unutar određenih slojeva dodatno modeliranje usklađivanje sa gantogramom Preinake na gantogramu su obuhvaćale slijedeće radnje : • • detaljnija definicija aktivnosti kreiranjem podaktivnosti usklađivanje sa 3D modelom rasklopnog postrojenja Što se tiče promjene naziva slojeva razne varijante mogu biti usvojene. Ono što se treba barem pokušati izbjeći je da svaki suradnik na projektu koristi svoju varijantu označavanja. AIA standard označavanja preporuča označavanje u skladu sa slijedećom tablicom. POWR STRM COLS LITE POWR POWR-CABL POWR-SWBD Tablica III. Označavanje prema AIA standardu GRAĐEVINSKI DIO Transformator snage TOPO Odvod oborinskih voda BEAM Stupovi portala FNDN ELEKTRO DIO Rasvjeta AUXL Transformator snage GRND Kabelski kanali SITE Razvodni ormari SITE-OVHD Digitalni model terena Prečka portala Temelji Rezervni sustavi Uzemljenje Trafostanica Dalekovodi Gore navedeni primjer označavanja može se dodatno proizvoljno proširiti na način da opisuje različite naponske razine, različita polja unutar rasklopnog postrojenja, postolja aparata, spojnu te ovjesnu opremu itd. Usklađivanje između modela i gantograma odvija se definiranjem WBS-a (Work Breakdown Structure) tj. određuje se optimalna definicija radnih aktivnosti u svrhu obuhvata 3D objekata te što vjernijeg prikaza unutar 4D modela. 3.3 Identifikacija tipa aktivnosti Prema vrsti aktivnosti spomenutih unutar poglavlja 2.3. i sukladno sa potrebnim radnjama proširenja, slijedeći tipovi aktivnosti pridodaju se dijelovima modela. Tablica IV. Definicija tipa aktivnosti ovisno o svrsi modela / dijelu modela TIP AKTIVNOSTI OBIM MODELA None Dio modela koji ostaje nepromijenjen Construct Dio modela koji se gradi Demolish before Construct Modeli opreme koja se mijenja te se izmiče Temporary Prilagodbe radnje u svrhu konekcije / rekonekcije Primjer tipa aktivnosti „Demolish before Construct“ odnosi se na izmicanje položaja odvodnika prenapona unutar postojećeg 110 kV vodnog polja. 7 3.4 Rezultat simulacije Primarni cilj identificiran je kao kreiranje 4D simulacije izgradnje. Najprikladniji način promatranja takve simulacije je putem promatranja animacije koja dinamički prikazuje napredak izgradnje. Međutim, izrada slika u bilo kojem trenutku je moguća, [5]. Budući je napredak gradnje ovdje najprikladnije prikazati putem fotografija, slijedeći set slika služi upravo u tu svrhu. Na svakoj fotografiji je u gornjem lijevom kutu uključen prikaz datuma. Slika 6. Simulacija izgradnje dijela rasklopnog postrojenja Objekti prikazani sa zelenom bojom su objekti trenutno u fazi montiranja te definirani odgovarajućom aktivnošću sa planiranim danom početka te završetka. Smeđa boja prikazuje aktivnosti iskopa kako kabelskih kanala tako i transformatorske kade prije nego što se pristupi njihovoj betonizaciji. Pored definiranje planiranog početka i završetka aktivnosti moguća je i definicija njihovih istinskih datuma početka i završetka. Time je ostvaren nužni uvjet u svrhu usporedbe oba plana te takvu usporedbu je moguće i prikazati vizualno unutar simulacije na način da se ekran podjeli na dva dijela. 8 Slika 7. Simulacija izgradnje dijela rasklopnog postrojenja 9 4. ZAKLJUČAK Analiza kolizija osim što služi za detekciju fizičkih kolizija služi i za detekciju duplih količina opreme koja može biti duplirana na istom mjestu, a ponovno automatski uključena u specifikaciju količina opreme čime se izbjegava narudžba viška opreme. Kako je simulacija primarno animacija to pruža bolji uvid u cjelokupni obim posla nego gantogram sam. Međutim, i gantogram s druge strane ima svoju prednost koja se očituje u vidljivosti veza pojedinih aktivnosti što je teško percipirati unutar 4D simulacije. Unatoč uključenosti gantograma unutar animacije, ipak takva opcija nije idealno rješenje, pogotovo ne za kompleksne projekte i objekte sa na stotine definiranih aktivnosti. Izrada 4D simulacije izgradnje rasklopnog postrojenja ukoliko se posjeduje odgovarajuća aplikacija te ukoliko se od početka izrade 3D modela vodi računa da će isti biti iskorišten za uspostavu 4D modela, ne predstavlja težak proces. Međutim, disciplina pri modeliranju je nužna. Također, pri definiranju vremenskog plana izgradnje trebalo bi voditi računa da je nivo detalja u vidu definicije aktivnosti što više odgovara potrebnim radnjama koje treba provesti tj. umjesto definicije jedne aktivnosti naziva „izrada temelja 110 kV“ definirati više aktivnosti izrade temelja sa opisom oznake polja. Time se izbjegava dodatno prepravljanje gantograma. Radnje u svrhu uspostave 4D modela podrazumijeva povećano komuniciranje i koordinaciju između voditelja projekta zaduženog za izradu vremenskog plana i projektanta koji je uspostavio 4D model. Takav model trebao bi biti konstantno obnavljan u skladu sa zadnjim promjenama. Koordinacija između voditelja projekta i projektanta mora biti i dublja od navedene budući da se 4D model može iskoristiti i za analiziranje što-ako slučaja u svrhu smanjenja troškova kako putem optimizacije vremenskog plana tako optimizacijom 3D modela, [6]. Sami 4D model može biti dodatno proširen te biti iskorišten za procjenu cijene. U tom slučaju govorimo o 5D modelu čija uspostava omogućava usporedbu cijena za više alternativnih rješenja u realnom vremenu. Ono čemu treba posvetiti pažnju je točno definirati cijene resursa (kako ljudskih tako i materijala / opreme) te ih početi i koristiti na način da se pridijele aktivnostima unutar gantograma. Ovaj članak zamišljen je kao uvod u četverodimenzionalnost. Daljnji progres unutar iste dimenzije ili nadogradnja na višu dimenziju osim što je osobni izazov predstavlja i izazov za kompaniju koja će nakon početnih troškova implementacije u budućnosti uspjeti vratiti investiciju, time više što je multidimenzionalnost u posljednje vrijeme trend, a u skorašnje vrijeme možda postane i ljestvica ocjenjivanja sposobnosti kompanija da dostave kompletno i detaljno projektno rješenje te da ga u potpunosti brane i opravdaju činjenicama, a ne pretpostavkama što može biti i jedan od uvjeta pri dodjeljivanju ugovora u budućnosti. 5. [1] [2] [3] [4] [5] [6] LITERATURA G. Aouad, S. Wu, A. Lee & T. Onyenobi, „Computer Aided Design Guide for Architecture, Engineering and Construction“, 2012, Spon Press. B. Lankheet & T. Hartmann, „4D Models for Safety Planning of Hospital Renovations“, 2010, VISICO Center, University of Twentee. T. Hartmann, „How to Link and Present a 4D Model Using Navisworks“, 2009, VISICO Center, University of Twentee. T. Hartmann, „How to Setup and Manage a 3D-4D Modeling Project“, 2009, VISICO Center, University of Twentee. J. Dodds & S. Johnson, „Mastering Autodesk Navisworks 2012“, 2011, Wiley Publishing. W. Kymmell, „Building Information Modeling : Planning and Managing Construction Projects with 4D CAD and Simulations“, 2008, McGraw Hill. 10