Jak zmienia się projektowanie mostów w erze BIM i symulacji cyfrowych?

Projektowanie mostów od zawsze należało do najbardziej złożonych obszarów inżynierii lądowej. Konstrukcje te muszą spełniać jednocześnie wysokie wymagania nośności, trwałości, bezpieczeństwa użytkowników oraz estetyki, a przy tym funkcjonować przez dziesięciolecia w zmiennych warunkach środowiskowych. Jeszcze kilkanaście lat temu podstawowym narzędziem projektanta były rysunki 2D, arkusze obliczeniowe i klasyczne modele obliczeniowe, często tworzone w oderwaniu od dokumentacji rysunkowej. Dziś projektowanie mostów coraz wyraźniej wchodzi w nową erę – erę BIM oraz zaawansowanych symulacji cyfrowych, które fundamentalnie zmieniają sposób myślenia o całym procesie inwestycyjnym (segregator na egzamin ustny - pytania i opracowane odpowiedzi).

Projekt mostu

Building Information Modeling przestał być jedynie modnym hasłem czy narzędziem do wizualizacji. W przypadku obiektów mostowych BIM staje się cyfrowym kręgosłupem projektu, integrującym geometrię, dane materiałowe, harmonogramy, koszty, a coraz częściej również modele obliczeniowe i informacje eksploatacyjne. Projekt mostu nie jest już zbiorem niezależnych plików, lecz spójnym modelem informacyjnym, który ewoluuje od koncepcji aż po utrzymanie obiektu w trakcie jego wieloletniego użytkowania.

Jedną z najważniejszych zmian, jakie przynosi BIM w projektowaniu mostów, jest odejście od płaskiej dokumentacji na rzecz trójwymiarowego modelu parametrycznego. Każdy element konstrukcji – dźwigar, płyta pomostowa, łożysko, filar czy przyczółek – istnieje w modelu jako obiekt posiadający określone właściwości geometryczne i fizyczne. Zmiana rozpiętości przęsła, klasy betonu czy układu sprężenia nie wymaga już żmudnego poprawiania dziesiątek rysunków, lecz automatycznie aktualizuje powiązane elementy modelu. W praktyce oznacza to znaczne ograniczenie liczby błędów projektowych oraz większą spójność dokumentacji, co w przypadku mostów, gdzie tolerancje i zależności geometryczne są kluczowe, ma ogromne znaczenie.

Dynamiczny postęp w zakresie symulacji numerycznych

Równolegle z rozwojem BIM nastąpił dynamiczny postęp w zakresie symulacji numerycznych. Metody elementów skończonych, które jeszcze niedawno były domeną analiz specjalistycznych, dziś stają się standardowym narzędziem w projektowaniu mostów. Co istotne, coraz częściej modele obliczeniowe nie są tworzone od zera w oderwaniu od dokumentacji, lecz powstają bezpośrednio na bazie modelu BIM. Taka integracja pozwala na zachowanie pełnej zgodności pomiędzy geometrią projektową a modelem obliczeniowym, a także ułatwia wprowadzanie zmian i analizę ich skutków konstrukcyjnych (program TESTY UPRAWNIENIA BUDOWLANE - wersja na komputer).

Symulacje cyfrowe umożliwiają projektantom znacznie głębsze zrozumienie pracy mostu niż było to możliwe w tradycyjnym podejściu obliczeniowym. Analizowane są nie tylko klasyczne stany graniczne nośności i użytkowalności, ale również zjawiska nieliniowe, wpływ etapowania budowy, reologia betonu, sprężanie, interakcja konstrukcji z podłożem czy oddziaływania dynamiczne wywołane ruchem pojazdów, wiatrem lub trzęsieniami ziemi. Dzięki temu projekt mostu coraz częściej opiera się na rzeczywistym zachowaniu konstrukcji, a nie na uproszczonych schematach obliczeniowych.

Zmiana paradygmatu projektowania

Zmiana paradygmatu projektowania jest szczególnie widoczna w kontekście optymalizacji konstrukcji. BIM w połączeniu z symulacjami numerycznymi pozwala na szybkie porównywanie wariantów rozwiązań konstrukcyjnych pod względem zużycia materiałów, masy obiektu, kosztów oraz śladu węglowego. Projektant może analizować różne typy ustrojów nośnych, przekroje czy technologie wykonania, wybierając rozwiązanie najlepiej dopasowane do lokalnych warunków i wymagań inwestora. W dobie rosnącej presji na zrównoważone budownictwo i racjonalne gospodarowanie zasobami ma to znaczenie nie tylko ekonomiczne, ale również środowiskowe (segregator aktów prawnych).

Istotnym elementem transformacji projektowania mostów jest także zmiana sposobu współpracy pomiędzy uczestnikami procesu inwestycyjnego. Model BIM staje się wspólną platformą komunikacji pomiędzy projektantami konstrukcji, drogami, geotechnikami, instalatorami, wykonawcami oraz inwestorem. Kolizje pomiędzy elementami konstrukcyjnymi, wyposażeniem mostu czy infrastrukturą towarzyszącą są identyfikowane już na etapie projektu, a nie dopiero na budowie. W przypadku skomplikowanych obiektów mostowych, zwłaszcza realizowanych w trudnych warunkach terenowych lub w istniejącej zabudowie, taka koordynacja ma kluczowe znaczenie dla terminowości i kosztów realizacji.

Cyfrowy model mostu

Nowym etapem rozwoju BIM w mostownictwie jest koncepcja cyfrowego bliźniaka. Cyfrowy model mostu, wzbogacony o dane z czujników monitorujących przemieszczenia, drgania, temperaturę czy odkształcenia, staje się narzędziem do bieżącej oceny stanu technicznego obiektu. Projektowanie mostu nie kończy się więc w momencie oddania go do użytkowania, lecz płynnie przechodzi w fazę eksploatacji i utrzymania. Symulacje cyfrowe pozwalają prognozować zachowanie konstrukcji w długim okresie, analizować skutki obciążeń nadzwyczajnych oraz planować prace utrzymaniowe w sposób bardziej świadomy i oparty na danych (uprawnienia budowlane).

Warto również zwrócić uwagę na wpływ BIM i symulacji cyfrowych na proces decyzyjny na etapie koncepcji i przetargu. Wizualizacje 3D, animacje etapów budowy oraz analizy wariantowe umożliwiają inwestorom i decydentom lepsze zrozumienie proponowanych rozwiązań. W przypadku mostów o dużym znaczeniu społecznym i krajobrazowym, gdzie akceptacja społeczna odgrywa istotną rolę, czytelna prezentacja projektu może mieć realny wpływ na jego dalsze losy. Cyfrowe modele stają się językiem porozumienia pomiędzy światem technicznym a odbiorcami nietechnicznymi.

Transformacja cyfrowa w projektowaniu mostów

Transformacja cyfrowa w projektowaniu mostów niesie jednak również wyzwania. Wymaga od inżynierów nie tylko znajomości norm i zasad mechaniki konstrukcji, ale także umiejętności pracy z zaawansowanymi narzędziami informatycznymi, rozumienia struktury danych BIM oraz krytycznej interpretacji wyników symulacji numerycznych. Coraz większego znaczenia nabiera również standaryzacja wymiany danych oraz interoperacyjność pomiędzy różnymi środowiskami projektowymi, rozwijanymi m.in. przez firmy takie jak Autodesk czy Bentley Systems. Bez spójnych standardów cyfrowy model mostu może stać się jedynie kolejnym zamkniętym plikiem, zamiast uniwersalnym nośnikiem informacji. Zmiany te wpływają również na edukację przyszłych projektantów mostów (program egzamin ustny).

Umiejętności modelowania przestrzennego

Coraz częściej od młodych inżynierów oczekuje się nie tylko biegłości w obliczeniach, ale także umiejętności modelowania przestrzennego, pracy na wspólnych platformach danych oraz rozumienia idei projektowania opartego na cyklu życia obiektu. BIM i symulacje cyfrowe nie zastępują wiedzy inżynierskiej, lecz ją wzmacniają, pod warunkiem że są stosowane świadomie i odpowiedzialnie (opinie o programie).

Podsumowując, era BIM i symulacji cyfrowych radykalnie zmienia projektowanie mostów, przesuwając je z obszaru statycznej dokumentacji w stronę dynamicznego, zintegrowanego procesu opartego na danych. Most przestaje być jedynie konstrukcją zaprojektowaną na deskach kreślarskich czy w programie CAD, a staje się cyfrowym obiektem, który można analizować, optymalizować i monitorować przez cały okres jego istnienia. Dla branży mostowej oznacza to nie tylko nowe narzędzia, ale przede wszystkim nowy sposób myślenia o projektowaniu, odpowiedzialności i jakości infrastruktury, która kształtuje przestrzeń publiczną na pokolenia.