Technologia w służbie środowiska i jakości życia, czyli BIOBIM

Czym jest BIOBIM?

Czy użycie technologii BIM może pomóc w Projektowaniu Zrównoważonym w duchu Biofilii?

Definicje

BIM

Building Information Modeling, w szerokim znaczeniu to modelowanie procesu budowlanego, od fazy założeń wstępnych, przez budowę i funkcjonowanie, do ostatecznej utylizacji/rozbiórki.

W tym celu tworzy się cyfrową bazę danych o obiekcie/inwestycji. Integralnym elementem tej bazy danych jest model 3D obiektu. Jest on wyposażony we wszystkie niezbędne informacje w postaci rekordów, dzięki czemu staje się graficzną reprezentacją, ilustracją bazy danych dotyczących danej inwestycji. W sensie ogólnym taki model służy do koordynacji procesów, modelowania ich oddziaływań, pozyskiwania danych, dokonywania obliczeń, wykrywania kolizji itd. Architekci i planiści wykorzystują go do podejmowania decyzji projektowych, opracowania spójnej dokumentacji budowlanej, analiz zyskowności, szacunków kosztów inwestycji, a docelowo także do zarządzania obiektem. Bardzo ważnym aspektem jest możliwość wirtualnego testowania różnych wariantów w celu wybrania optymalnych rozwiązań. Zakłada się, że wyniki testów na takim modelu są spójne i wiarygodne dzięki właściwemu przypisaniu do obiektów odpowiednich danych parametrycznych. BIM jako technologia projektowa cały czas rozwija się i powoli zaczyna stawać się normą w pracowniach projektowych.

BIO

Projektowanie w duchu zrównoważonego rozwoju i biofilii ma na celu kształtowanie przestrzeni zgodnie z wymogami środowiska w celu zapewnienia dobrostanu człowieka. To działanie dla dobra planety i istot ludzkich, z poszanowaniem relacji pomiędzy ciałem, a umysłem, jako wskaźnikami zdrowia i dobrego samopoczucia. Projektowanie w kontekście tego, co odpowiednie dla danej lokalizacji i optymalne pod względem rozwiązań technicznych, tak aby maksymalizować zyski: zdrowotne, kulturowe, energetyczne i ekonomiczne. Biofilia zakłada głęboki wgląd w potrzeby istot ludzkich i kierowanie się prawami percepcji. To rosnący w siłę i znaczenie trend we współczesnym projektowaniu.

Czy BIM może wspomóc BIO i odwrotnie?

Najczęściej uważa się, że to dwa różne światy - jeden to domena tzw. działań miękkich, humanistycznych, drugi to twarda technologia. Zatem w jaki sposób mogą ze sobą współpracować?

Mogą, a nawet powinny jeśli chcemy odpowiedzialnie inwestować w Naszą Planetę, do czego nawołuje hasło tegorocznego Dnia Ziemi. Nie mamy już czasu na półśrodki. Nadciąga katastrofa klimatyczna i jeśli jej nie powstrzymamy stanie się rzeczywistością jeszcze w tym stuleciu.

Dlatego propagujemy ideę BIO-BIM

Projektowanie Zrównoważone i Biofilne to treść - BIM to sposób jej realizacji. 

Jedno to IDEA, drugie to narzędzie jej realizacji. 

Natura i zaawansowane technologie informatyczne wspierają się wzajemnie, trzeba tylko wiedzieć w jaki sposób użyć narzędzi BIM, aby tworzyć projekty bardziej BIO - niezależnie od skali.

Projektowanie biofilne, lub projektowanie w duchu biofilii:

1. IDEA

Projektowanie biofilne, lub projektowanie w duchu biofilii:

• to projektowanie przestrzeni zgodnie z naturalnymi wzorcami percepcyjnymi człowieka
• to takie kształtowanie środowiska, aby optymalnie rozwijać i wykorzystać naturalne ludzkie możliwości intelektualne, emocjonalne i fizyczne istot ludzkich.

To nurt mający na celu przywrócenie utraconej równowagi między człowiekiem a środowiskiem naturalnym. Osiąga to poprzez świadome planowanie procesów zachodzących w środowisku naturalnym i naśladowanie zależności jakie w nim występują.

Architekt staje się w tym ujęciu koordynatorem oddziaływania na siebie systemów. W tym ujęciu to projektant ma za zadanie takie zaplanowanie ich wzajemnych relacji, aby przewidzieć przebieg procesu w czasie, a nie tylko stworzyć obiekt w przestrzeni.

Zasady projektowania biofilnego określają te podstawowe zależności w postaci prostych formuł, które mogą być zrozumiane i przyswojone przez każdego. Nie odnoszą się one do konkretnych obiektów, ale opisują relacje pomiędzy użytkownikiem, a przestrzenią.

Efekty stosowania tych założeń projektowych zostały sklasyfikowane i zmierzone. Okazało się, że zastosowanie zasad projektowania biofilnego skutkuje wymiernymi korzyściami finansowymi i społecznymi. Bezpośrednio stymuluje wzrost zysków z inwestycji poprzez:

1. minimalizację strat wynikłych z absencji chorobowych
2. zwiększenia efektywności pracy (maksymalizacja wskaźników koncentracji)
3. ogólną poprawę jakości życia
4. podwyższenie wartości inwestycji.

W 2014 roku Terrapin Bright Green opublikował i udostępnił online raport „14 wzorców Biophilic Design”. Publikacja zawiera zwięzłe i systematyczne zestawienie 14 modeli wzorców przestrzennych gotowych do zastosowania w pracy projektowej. Jest efektem pracy badawczej, do której wykorzystano ponad 500 publikacji naukowych na temat związków człowieka z naturą.

Zasady ujęto w 3 główne grupy wzorców związków natury z przestrzenią:

I. Natura w przestrzeni

Jest to najbardziej oczywista grupa wzorców. Obejmuje bezpośrednią obecność obiektów naturalnych w miejscu lub w przestrzeni.

Może to być obecność roślin, wody i zwierząt, ale także przepływ powietrza, dźwięki, zapachy i inne naturalne elementy i zjawiska oddziałujące na zmysły człowieka. Typowe przykłady to: rośliny doniczkowe, rabaty kwiatowe, karmniki dla ptaków, ogrody dla motyli, instalacje wodne, fontanny, akwaria, ogrody na dziedzińcach i zielone ściany lub porośnięte roślinnością dachy, ale też miejsca przeciągów, nawiewów, kurtyn powietrznych lub ich brak.

Ta grupa obejmuje siedem schematów wzorców projektowych:

1. Wizualne połączenie z naturą - mogą to być pozostające w zasięgu wzroku elementy przyrody, systemy życia i procesy naturalne. Np. terraria, akwaria i rośliny we wnętrzach.

2. Poza wizualne połączenie z naturą - polega na takim wykorzystaniu bodźców zmysłowych, które wywołują świadome i pozytywne odniesienie do natury lub procesów naturalnych. Np. bodźce słuchowe - szum wiatru, śpiew ptaków, bodźce zapachowe - zapach lasu, morza etc.

3. Nierytmiczne bodźce sensoryczne - to użycie w przestrzeni nieprzewidywalnych i efemerycznych zjawisk naturalnych, które występują w środowisku naturalnym (np. deszcz, burze.)

‍4. Zmienność termiczna i przepływ powietrza - to wykorzystanie zmian temperatury powietrza, wilgotności względnej, przepływu powietrza przez skórę i zmienność temperatury powierzchni, które naśladują środowisko naturalne (np. regulowanie subtelnych różnic temperatury pomieszczeń).

5. Obecność wody - jak dowodzą badania siła odbioru zmysłowego danego miejsca może zostać bardzo poprzez widzenie, słyszenie lub dotykanie wody (np. oczka wodne, strumienie, fontanny, kurtyny itd.).

 6. Dynamiczne i rozproszone światło - polega na wykorzystaniu różnych intensywności światła i cienia, które zmieniają się w czasie, tworząc warunki występujące w naturze.

7. Połączenie z systemami naturalnymi - to świadome użycie zmian charakterystycznych dla procesów naturalnych, zwłaszcza sezonowych, związanych z porami roku i fazami zmian ekosystemów. Np. przypływy, zmienność kolorystyczna roślin w zależności od pór roku, cykle suche i wilgotne, etc.

II. Nawiązania do Natury 

Pojęcie odnosi się do organicznych, nieożywionych i pośrednich nawiązań do natury. Sekwencje i wzory występujące w przyrodzie przejawiają się w środowisku wygenerowanym sztucznie, jako dzieła sztuki, ozdoby, meble, dekoracje i tkaniny, czyli jako przedmioty, materiały, kolory i kształty. Są to obiekty naturalne, ale przetworzone, zatem stanowiące nawiązanie do nich samych w ich „naturalnym” stanie. Mogą to być wzory organiczne, jak muszle i liście, meble o organicznych kształtach i naturalne materiały, mimo że zostały przetworzone lub w znacznym stopniu zmienione (np. deski drewniane, granitowe blaty).

Naturalne Analogie, obejmują trzy wzorce:

1. Biomorficzne formy i wzory - są to symboliczne odniesienia do występujących w przyrodzie kształtów, wzorów, tekstur lub układów numerycznych. Np. wzory tapet, dywanów, układ ścieżek w ogrodach.

‍2. Materialne połączenie z naturą - najczęściej to wykorzystanie materiałów i elementów naturalnych, które poprzez minimalne przetwarzanie nawiązują bezpośrednio do lokalizacji, tworząc wyraźne poczucie miejsca. Np. użycie lokalnych kamieni, wzorców graficznych charakterystycznych dla lokalnej kultury.

‍3. Złożoność i porządek - tu mamy do czynienia z bardzo silnie oddziałującymi na podświadomość strukturami sensorycznymi, jest to np. wzajemny układ brył, obiektów w przestrzeni, podziały powierzchni, elewacji (np. wzory na posadzkach , dywanach, itd.). Zawierają one czytelne na poziomie podświadomym informacje o podobieństwie do struktur i hierarchii spotykanych w naturze, np. złoty podział, układy fraktalne. Jest to prawdopodobnie najmniej uświadamiany wzorzec, niemniej jest jednym z najsilniejszych i w sposób najbardziej wymierny wpływających na ludzkie zdrowie, jak dowodzą ostatnie badania nad stosowaniem układów fraktalnych.

III. Przestrzenie Naturalne

Są to analogie do naturalnych konfiguracji przestrzennych. Najsilniejsze wrażenia analogii do naturalnych schematów przestrzennych osiąga się poprzez tworzenie angażujących percepcyjnie konfiguracji łączących w sobie z wzory z dwóch grup poprzednich.

Analogie do naturalnych schematów przestrzennych obejmuje cztery biofilne wzorce projektowe:

1. Otwarcie wizualne - polega na tworzeniu otwartych wizualnie perspektyw, umożliwiających swobodną obserwację dalekich planów przestrzennych.

2. Schronienie - jest to takie kształtowanie przestrzeni, aby dać użytkownikom poczucie wyłączenia, oderwania się od otaczających warunków środowiskowych, w którym jednostka czuję się chroniona w jakiś sposób, np. za pomocą różnego rodzaju przegród, np. wnęki w murach, ogrody kieszonkowe.

3. Tajemnica - to wprowadzanie użytkownika w przestrzeń zawierającą w sobie obietnicę uzyskania większej ilości informacji, budzącą chęć poznawania, zaintrygowanie. Efekt ten można osiągnąć dzięki częściowym otwarciom/zasłonięciom, takim dozowaniem bodźców lub prowadzeniu komunikacji, aby zachęcała do eksploracji otoczenia np. wnętrza sanktuariów.

4. Niebezpieczeństwovs. spokój - to wywołanie efektu chwilowej ekscytacji użytkownika, na skutek skonfrontowania go z wyraźnie odczuwalnym zagrożeniem połączonym z natychmiastowym zabezpieczeniem poczucia bezpieczeństwa, np. przejście po moście ze szklaną posadzką.

To są wzorce, ale na ile zostaną wykorzystane w procesie projektowym zależy zawsze od decyzji projektanta. To on jest tutaj Twórcą i osobą, która podejmuje decyzje. Jednak aby te decyzje były właściwe, stanowiące właściwą odpowiedź na potrzeby danego środowiska warto, aby proponowane rozwiązania zostały wcześniej poddane testom. Najlepszym środowiskiem do ich przeprowadzenia jest symulacja cyfrowa. Narzędzia do tej symulacji oferuje szeroko pojęta technologia BIM.

2. NARZĘDZIE

Dlaczego BIM? 

Najlepszym narzędziem do koordynacji procesów w szeroko pojętym budownictwie i zagospodarowaniu przestrzennym jest użycie technologii BIM.

Nikt już nie wątpi, że wizualizacja to potężne narzędzie do komunikacji z inwestorami i przyszłymi użytkownikami. Model BIM to jednak znacznie więcej niż model, to 3D.

Na jego podstawie nie tylko wygenerujesz pełną dokumentację projektową i przekonujące wizualizacje, ale dokonasz symulacji odbioru projektu przez użytkowników. 

Jednym z głównych zalet technologii BIM jest koordynacja zachodzących interakcji, co przekłada się bezpośrednio na spójność całego procesu, a więc na oszczędność nakładów materiałowych i czasu pracy. Zastosowanie BIM w projektowaniu biofilnym wydaje się czymś zupełnie naturalnym. Tu też chodzi o spójny przepływ i modelowanie informacji o obiekcie, niwelację nakładów i maksymalizację zysków.

Bez BIM nie ma LCA, czyli szacowania cyklu życia inwestycji, w tym kosztów dla środowiska i określania śladu węglowego.

Budownictwo i przemysł budowlany jest odpowiedzialny za 38% całkowitej emisji CO2. 

Jest to największe pojedyncze źródło, co jest  zaskakujące, ponieważ powszechnie uważa się, że najbardziej szkodliwy dla środowiska jest transport i używane w nim paliwa kopalne. Zgodnie z badaniami, transport odpowiada tylko za około 23% globalnej emisji dwutlenku węgla, czyli aż 15% mniej niż budynki. Dlatego tak wiele zależy od architektów i wszystkich osób zaangażowanych w proces budowlany.

Ślad węglowy dzieli się na 2 podgrupy:

1. Wbudowany ślad węglowy to ilość dwutlenku węgla emitowanego podczas budowy, transportu, konserwacji, produkcji i utylizacji materiałów oraz procesów budowlanych w całym cyklu życia projektowanego obiektu. Węgiel wbudowany odpowiada za około 10% globalnej emisji CO2.
2. Operacyjny ślad węglowy - to suma emisji podczas fazy użytkowania budynku w cyklu życia. Obejmuje to emisje z operacji takich jak ogrzewanie, chłodzenie, oświetlenie i wentylacja. Węgiel operacyjny odpowiada za około 28% globalnej emisji CO2.

Jeśli świat ma wypełnić porozumienie paryskie i osiągnąć neutralność klimatyczną do 2050 roku, to wdrożenie ekologicznych materiałów i nowych technologii w budownictwie staje się sprawą o kluczowym znaczeniu. Biorąc to pod uwagę można śmiało stwierdzić, że architekci i planiści mogą istotnie przyczynić się do osiągnięcia tego celu. W tym aspekcie na plan pierwszy wysuwają się działania na rzecz redukcji wbudowanego śladu węglowego.

Liczby są jednoznaczne. Na tym polu sektor AEC ma najwięcej do zrobienia. 

Mimo, że wbudowany ślad węglowy stanowi mniejszą część całkowitej emisji niż operacyjny, trzeba mu poświęcić znacznie więcej uwagi. Ślad węglowy powstały w czasie realizacji inwestycji nie może zostać zredukowany po jej zakończeniu. Można to zrobić już na etapie koncepcji, ale aby tego dokonać trzeba zacząć zmieniać cały sposób myślenia o planowaniu inwestycji. Zaawansowane narzędzia cyfrowe do projektowania (programy BIM) są już wyposażone w specjalne narzędzia, takie jak Energos wbudowany w program Vectorworks, dzięki którym można testować przyjęte rozwiązania pod względem energochłonności już na wczesnym etapie opracowania. Dzięki szczegółowym modelom BIM można łatwo i szybko policzyć ilość wbudowanego śladu węglowego i skorygować podjęte decyzje projektowe.

Oto kilka rad pochodzących od architektów aktywnych na polu projektowania zrównoważonego i biofilnego, korzystających na co dzień z technologii BIM:

• Projektuj obiekty tak wydajne energetyczne, jak to tylko możliwe - staraj się wykorzystać usytuowanie obiektu, aby wykorzystać naturalne sposoby na ogrzewanie i chłodzenie.
• Poznaj i stosuj naturalne sposoby na uzyskanie komfortu we wnętrzach bez konieczności zwiększania powierzchni klimatyzowanej.
• Staraj się kształtować obiekty o zwartej formie, aby uniknąć strat związanych z ogrzewaniem.
• Już na etapie koncepcji wykorzystuj narzędzia BIM, takie jak kalkulator efektywności energetycznej Energos w Vectorworks, aby zweryfikować usytuowanie, bryłę i przyjęte rozwiązania, odnośnie materiałów i urządzeń. 
• Wykorzystaj model BIM do testów efektywności energetycznej, w tym obliczania śladu węglowego w celu zweryfikowania obciążeń dla środowiska, wiążących się z daną inwestycją.
• Stosuj rekuperatory, pompy ciepła i fotowoltaikę. Aby uzupełnić ewentualne deficyty staraj się używać energii pochodzącej z lokalnych źródeł energii odnawialnej,
• Projektując wnętrza wybierz najbardziej oszczędne pod względem energetycznym urządzenia, sprzęty i oświetlenie
• Zmniejsz ilość używanego betonu - beton jest odpowiedzialny za dużą część emisji dwutlenku węgla w procesie budowlanym. Produkcja i transport betonu powoduje emisję ponad czterech miliardów ton CO2 rocznie, co stanowi około 8% całkowitej światowej emisji.
• Stosuj więcej materiałów organicznych. Warto zauważyć, że w 2016 roku na całym świecie wyhodowano 2,16 miliarda ton słomy. Taka ilość pochłania tyle dwutlenku węgla, że jest w stanie zrównoważyć wszystkie roczne emisje związane z transportem, a słoma może zastąpić wszystkie stosowane obecnie materiały izolacyjne.
• Używaj drewna i materiałów pochodnych - drzewa pochłaniają CO2 z atmosfery dlatego użycie drewna zmniejsza ślad węglowy dla całości inwestycji.
• Zapoznaj się z zasadami kierującymi ludzka percepcją, aby projektować w duchu biofilii.
• Do każdego wyzwania projektowego podchodź możliwie szeroko analizując wszystkie istniejące uwarunkowania wynikające z usytuowania, budżetu, oczekiwań inwestorów i użytkowników.
• Nie bój się pokory wobec natury. Jako projektant masz koordynować współpracę procesów i systemów. Musisz je zrozumieć, aby je w pełni wykorzystać.

• Nie ustawaj w zdobywaniu informacji - sprawdzaj strony internetowe organizacji i stowarzyszeń, bierz udział w kursach i szkoleniach, staraj się uzyskać więcej informacji o tym, jak możesz zmniejszyć emisję dwutlenku węgla w swoich projektach architektonicznych.

Koordynacja procesów... czy to brzmi znajomo?

Powtórzmy to co stwierdziliśmy wcześniej:

Projektowanie Biofilne to treść - BIM to sposób jej realizacji. Jedno to zawartość, drugie to narzędzie. 

Projektowanie Zrównoważone i Biofilne określa cel, czyli projektowanie zrównoważonych systemów środowiskowych, a BIM jest technologią produkcji projektu, narzędziem do osiągnięcia tego celu.

Biofilny BIM to użycie technologii w służbie dobrostanu człowieka.

Czy zatem BIM i BIO wspierają się wzajemnie?

Owszem. O ile projektant wykorzysta możliwości jakie oferują.

Odpowiedzialni dostawcy oprogramowania zawsze służą pomocą użytkownikom swoich produktów oferując liczne kursy doszkalające i webinaria. Każdy może przekonać się, że projektowanie w zgodzie z natura wcale nie jest trudne. Narzędzia GIS i cyfrowy model terenu umożliwią właściwe zlokalizowanie obiektu w odniesieniu do warunków naturalnych. Narzędzia modelowania 3D pozwalają na wczesne wykrycie kolizji obiektów i to nie tylko w obrębie konstrukcji czy instalacji, ale i drzew istniejących względem budynków, czy uzbrojenia terenu. Narzędzia do symulacji percepcji obiektów - wizualizacje, AR, VR - pomagają zaplanować odbiór przez użytkownika danych elementów inwestycji, np. kolorów, czy otwarć wizualnych. Dzięki odpowiednim narzędziom jesteśmy w stanie oszacować energochłonność obiektów i ich ślad węglowy, zarówno wbudowany jak i operacyjny. To zaledwie kilka przykładów tego jak bardzo współczesna technologia jest w stanie wesprzeć decyzje projektowe.

Rozwój technologiczny nie stoi w sprzeczności z dobrostanem ludzkości - o ile właściwie i umiejętnie wykorzystamy narzędzia jakie nam oferuje. 

Chcesz się przekonać jak to działa - pobierz wersję próbną Vectorworks, najbardziej wszechstronnej platformy projektowej BIM. 

Uwaga: wszystkie prezentowane projekty powstały w oprogramowaniu Vectorworks i są udostępnione dzięki uprzejmości ich twórców.