O tem, kaj zmorejo sodobne pametne hiše ali pametni domovi, se lahko prepričamo tudi pri nekaterih slovenskih ponudnikih, predvsem pa na raznih sejmih ali v medijih. Možnosti so osupljive, od samodejnega uravnavanja svetlobe, okenskih zastorov, glasbenega ozadja, zalog hrane v hladilniku ali nastavitev pohištva glede na naše navade do spreminjanja sobe v domači kino na ukaz. Ker je pametna hiša opremljena z različnimi senzorji za upravljanje z objektom, lahko denimo tudi sporoča, kje se trenutno nahaja vaš otrok ali domači ljubljenček.

Avtomatizacija, digitalizacija in pametna tehnologija torej bivanje v hišah precej spreminjajo, pri čemer naj bi šlo udobje vštric z energijsko varčnostjo in trajnostjo. Nekoliko manj znan pa je tovrstni razvoj tehnologije pri samem projektiranju novih gradenj.

BIM (Building Information Modelling), informacijsko modeliranje gradenj, je primer procesnega modela, ki ga najpogosteje uporabljajo arhitekti za načrtovanje objektov. BIM namreč omogoči ne le arhitekturni 3D-načrt, ampak v načrt lahko vključi tudi vso infrastrukturo, opremo in številne podatke, ki so pri izgradnji objekta pomembni, denimo koliko energije potrebujemo za ogrevanje objekta ali kaj za objekt pomeni izbira materialov glede na stroškovnik. Poleg tega se BIM lahko nadgradi tudi s tehniko virtualne resničnosti (VR) oziroma z razširjeno resničnostjo (AR – augmented reality), saj investitorju omogoča, da si objekt »ogleda« in se po njemu »sprehodi«, pri čemer njegovo vizualizacijo lahko spremlja glede na sončno osvetljavo v poljubnem letnem času in delu dneva.

Obseg podatkov, ki jih vključuje BIM, je odvisen od različice modela. Najpogosteje jih razvrščajo v sedem kategorij. Osnovna verzija je BIM 3D, ki je nadomestila prejšnji arhitekturni 2D-načrt in omogoča tridimenzionalno vizualizacijo objekta. Dodatne funkcionalnosti, ki so mu sledile, so časovno načrtovanje izgradnje (BIM 4D), stroškovnik, ki omogoča cenovno in energijsko optimizacijo objekta (BIM 5D), analiza glede na zunanje oziroma podnebne vplive (BIM 6D) in upravljanje objekta na podlagi dokumentacije (med drugim tehničnih podatkov, garancijskih rokov, navodil za montažo), ki se zbirajo med samim projektiranjem objekta (BIM 7D).

Vse več modelov BIM vključuje tudi vplive gradnje (v celotnem življenjskem ciklu) na okolje. Temu se pridružuje tudi projekt BIM, ki so ga zasnovali Zavod za gradbeništvo Slovenije (ZAG) kot nosilec projekta in partnerji raziskovalni inštitut InnoRenew CoE, Univerza na Primorskem (UP), Zavod za varstvo kulturne dediščine Slovenije (ZVKDS), Nacionalni inštitut za javno zdravje (NIJZ) in Zavod eOblak. Pri projektu proučujejo možnosti, kako sistem upravljanja BIM razširiti še posebej pri lesenih gradnjah.

Dr. Jakub Sandak, ki je za projekt zadolžen v InnoRenew CoE, pravi, da so koncept priprave novih funkcionalnosti BIM zasnovali glede na različnost projektnih partnerjev oziroma njihovih strokovnih področij, vsem skupno izhodišče pa je uporaba senzorjev za monitoring stavb z različnih vidikov. Posamezni projektni partner je določil tisto funkcionalnost, ki bi bila na njegovem področju dobrodošla, a je specifikacije programske opreme pri aktualnih različicah BIM ne vključujejo. InnoRenew CoE je tako določil okoljske vplive in estetsko učinkovitost objekta v njegovem celotnem življenjskem ciklu, NIJZ poudaril pomen spremljanja kakovosti zraka v notranjosti objekta, ZVKDS pa možnost informacijskega modeliranja zgradb, ki so del kulturne dediščine. Da bi omogočili nove funkcionalnosti, je treba razviti izvirne rešitve za sistem strojne in programske opreme, ki bo zmogel  te podatke zbirati, obdelati in analizirati in bo vključen v obstoječo programsko opremo BIM. Velik delež teh raziskav bodo opravili raziskovalci InnoRenew CoE.

Pri InnoRenew CoE so prvotno načrtovali razvoj posebne aplikacije za vizualizacijo sprememb, ki nastanejo na zunanjosti objekta zaradi njegove izpostavljenosti vremenskim vplivom. Spremembe materiala so odvisne od tega, koliko je material izpostavljen vplivu dežja, sončnega sevanja, temperature zraka in vlažnosti, pa tudi od arhitekturnih podrobnosti. Izkazalo se je, da je prav BIM odlična platforma za simulacijo predvidenih estetskih sprememb, ki sčasoma nastajajo na objektu. To pomeni, da bi lahko omogočil, denimo, vizualizacijo zunanje podobe deset let stare hiše na izbrani lokaciji glede na izbor fasadnega materiala. Numerično simulacijo (vizualizacijo) lahko združujemo tudi s posebno množico senzorjev, ki zbirajo dejanske podatke o lokalnih podnebnih razmerah in s tem beležijo faktor vremenskih dejavnikov. Senzorji, ki jih za to potrebujemo, bi bili določeni že v gradbenem načrtu in bi jih zato lahko vključili v digitalna programska navodila BIM. Zbiranje podatkov, ki bi jih pridobivali senzorji po izgradnji, pa bi omogočilo optimalno načrtovanje vzdrževalnih del, zasnovano glede na dejansko izmerjeni faktor vremenskih dejavnikov. Virtualno bi torej prestopilo v dejansko.

»Projektna ekipa se je po posvetu odločila, da bomo merili le določene vremenske pogoje (sončno sevanje, padavine, vlago zraka in zunanjo temperaturo) in površinsko temperaturo fasade. Ko bodo vse te strojne komponente ustrezno sestavljene v prototipu večsenzorske sonde, bo mogoče razviti tudi programsko opremo, ki bo izračunavala skupni faktor vremenskih dejavnikov. To pomeni, da bomo lahko proučili vpliv spremenljivih podnebnih razmer na razkrajanje materiala, ki je pomemben dejavnik estetskega vtisa, povezanega z zunanjo podobo stavbe,« pravi dr. Sandak. Prototip takšnih senzorjev so v InnoRenew CoE že izdelali.

Prototip senzorja, ki meri faktor vremenskih dejavnikov in podnebne razmere

Senzorjem, ki so pomembni pri zunanjosti hiše, so po predlogu raziskovalne ekipe z NIJZ dodali senzorje za merjenje kakovosti zraka v notranjosti objekta in v sodelovanju z InnoRenew CoE prav tako nameravajo razviti prototip. Novi instrument bi omogočil ne le nadzor nad kvaliteto zraka v notranjosti stavbe, ampak tudi obveščanje ali alarm, če bi (določene) vsebnosti zraka prestopile dovoljeno mejo.

Raziskovalna ekipa iz ZVKDS pa je predlagala senzorje za merjenje pogojev v notranjosti stavb kulturne dediščine, predvsem vsebnosti vlage v lesu ter temperature in vlage v zraku. Taki senzorji bi izvajali neprekinjen monitoring nosilne konstrukcije in preprečili, denimo, gnitje lesa zaradi klimatskih pogojev, ugodnih za mikroorganizme. Poleg implementacije teh senzorjev so kot novo funkcionalnost BIM predlagali tudi nekakšen »reverzibilni BIM«. Postavitev zgradbe bi namreč lahko projicirali za nazaj, kar bi bilo lahko koristno pri rekonstrukcijah zgodovinskih objektov ali proučevanju njihove mehanske trdnosti.

Priprave za uporabo laboratorijskih prototipov že tečejo. V raziskovalne namene projekta BIM so za proučevanje izbrali hišo na Bledu, v kateri zadnjih 40 let nihče ni bival. Znanstveniki so naredili meritve in popise, proučili gradbene materiale in nastavili senzorje za monitoring.

Zapuščena hiša na Bledu, ki so jo opremili s senzorji. Foto: Iztok Šušteršič

Hišo na Bledu so lasersko poskenirali in tako dobili tridimenzionalni digitalni posnetek celotnega objekta, po katerem se lahko virtualno sprehajamo, merimo razdalje itd. Ker je model digitalen, obstaja možnost, da posameznih delov objekta tudi ne prikažemo. Če recimo »ugasnemo« prikaz strehe, lahko vidimo v notranjost objekta. Lahko pa »ugasnemo« tudi celotni nadzemni del objekta in vidimo samo še digitalni model kleti. Take možnosti z različnimi prikazi med drugim omogočajo boljši pregled nad modelom objekta in njegovo konstrukcijo.

Različni prikazi modela hiše na Bledu, izrisanega s tehnologijo laserskega 3D skeniranja. Foto: Iztok Šušteršič

Danes se senzorji, kakršni so nameščeni v tej hiši in beležijo različne dejavnike, pogosto uporabljajo v sodobnih gradnjah. Toda zbiranje podatkov, ki jih je mogoče neposredno uvoziti v uporabnikom prilagojeni programski vtičnik programa BIM, predstavljajo pomembno inovacijo, pojasnjuje dr. Sandak. Ta odpira povsem nove možnosti za arhitekte, gradbenike in tudi uporabnike stavb. Vtičnik bo pomagal pri postavitvi senzorjev, njihovi povezavi z bazo podatkov v oblaku, ki bo hranila meritve, in pri podatkovnem rudarjenju. Zbrani podatki bodo zelo uporabni ne le za monitoring zgradbe ali opozarjanje uporabnikov o morebitnih nevarnostih, ampak tudi za preverjanje digitalnih modelov in simulacij, ki se običajno uporabljajo v priznanih najsodobnejših praksah na področju gradbeništva. Rezultati obdelave večsenzorskih podatkov z naprednimi algoritmi bodo upravljavcu zgradbe pomagali pri potrebnih vzdrževalnih ali obnovitvenih delih in preprečevali prekomeren razkroj, s tem pa tudi prispevali k zmanjšanju ekonomskih in okoljskih stroškov.

Uporaba BIM je ponekod po svetu zelo razširjena, še več, v ZDA in v nekaterih evropskih državah je pri gradnji v javnem sektorju celo zakonsko zavezujoča. Kot pravi dr. Katja Malovrh Rebec iz ZAG, so v Evropski uniji pri uvajanju BIM vodilni v Veliki Britaniji (od 2016 je uporaba BIM v vseh gradbenih projektih javnega sektorja, ki so financirani iz proračuna, obvezna) in Skandinaviji, sledijo jima Francija, Avstrija in Španija. V Nemčiji je od 2015 so 2017 veljalo pripravljalno obdobje, do leta 2020 pa poteka razširjena pilotna faza s sistematičnim povečevanjem števila projektov infrastrukturnih gradenj z BIM-pristopom. V Sloveniji smo trenutno v fazi izvajanja večjega števila pilotnih projektov, uporaba pa še ni obvezna, dodaja. Obeta se torej, da bo projekt BIM obstoječi procesni model ne le dopolnil, ampak tudi prispeval k večji uveljavitvi BIM, tako v Sloveniji kot drugod po svetu.