Od plánů k realitě s nástroji pro efektivní návrh městské infrastruktury pomocí simulací

Vytvořeno dne 6. 9. 2024

Urbanismus a navrhování veřejné infrastruktury zažívají revoluční změny díky novým technologiím, zejména numerickým simulacím. Tyto simulace, využívané k modelování proudění vzduchu, šíření tepla, zatížení konstrukcí a dalších fyzikálních jevů, umožňují architektům a inženýrům nejen efektivněji navrhovat městskou infrastrukturu, ale také předvídat a řešit potenciální problémy dříve, než dojde k realizaci projektů. V následujícím článku se podíváme na to, jakým způsobem tyto inovativní nástroje mění přístup k návrhu a plánování měst. 

Image
Urbanismus

Význam numerických simulací v urbanismu 

Numerické simulace, konkrétně simulace výpočetní dynamiky tekutin (Computational Fluid Dynamics neboli CFD), představují nástroje, které umožňují analyzovat a předvídat chování tekutin, plynů a dalších materiálů v různých prostředích. Tyto simulace jsou klíčovým nástrojem pro optimalizaci návrhu staveb a veřejné infrastruktury, protože inženýrům a architektům umožňují předpovědět, jak se budou konstrukce a veřejné prostory chovat v reálném světě, a to nejen z hlediska mechanického zatížení, ale také z hlediska vnějších vlivů, jako jsou vítr, déšť nebo vibrace. 

Výpočetní technika se v posledních desetiletích posunula na takovou úroveň, že simulace, které byly dříve dostupné pouze akademické sféře, jsou nyní běžně dostupné i pro komerční účely. Díky těmto simulacím lze předpovídat chování budov a infrastrukturních projektů v různých podmínkách, což umožňuje přesnější a efektivnější návrh. 

CFD simulace a jejich aplikace 

CFD simulace umožňují modelovat proudění vzduchu, šíření tepla a další fyzikální jevy, které ovlivňují stavby a infrastrukturu. Například při navrhování nových budov mohou simulace odhalit, jaký vliv bude mít vítr na fasády a konstrukci budovy. To je klíčové nejen pro zajištění bezpečnosti, ale také pro zlepšení komfortu lidí, kteří se v okolí budovy pohybují. Pro otevřené konstrukce a zastřešení a u nestandardních tvarů budov je možné výrazně zlevnit výstavbu díky korektnímu určení namáhání takovýchto konstrukcí. 

V městském prostředí jsou CFD simulace využívány například při plánování pěších zón a veřejných prostranství, kde je potřeba zajistit, aby vítr neobtěžoval chodce nebo neohrožoval stabilitu staveb. Simulace mohou také pomoci při navrhování střech a odvodňovacích systémů, aby bylo zajištěno, že voda bude správně odvedena i za extrémních povětrnostních podmínek. 

Další typickou aplikací simulací je jejich využití v návrhu vzduchotechnických a vytápěcích systémů s cílem zajistit dobrý komfort a tepelnou pohodu uvnitř staveb. Simulace je možné využít pro vhodné rozmístění vyústek chlazení, nebo umístění otopných ploch a zdrojů tepla pro dosažení optimální tepelné pohody osob. 

Zajímá Vás některé z těchto témat?

Banner
  • Nové nástroje pro urbanistické plánování a návrh veřejné infrastruktury
  • Městská záplavová území a jejich hodnocení pomocí pokročilých simulací
  • Kamerová měření deformací metodou DIC a využití ve stavebnictví
  • Predikce zatížení konstrukcí větrem a deštěm
  • Atmosférický větrný tunel a jeho využití pro návrh staveb
  • Hodnocení účinků výbuchů na stavební objekty a ochranné prvky městského mobiliáře
  • Tvorba modelů městské infrastruktury ve virtuální realitě

Příklady využití CFD simulací v praxi 

Jedním z konkrétních příkladů využití CFD simulací, který zazněl na našem webináři, je projekt nadstavby budovy CERIT Science Park II, kde bylo nutné zohlednit účinky větru na konstrukci během výstavby, v době, kdy budova ještě nebyla opláštěná. Simulace pomohla odhalit, jak bude vítr působit na jednotlivé části konstrukce, a umožnila optimalizovat návrh, aby nedošlo k žádným neplánovaným rizikům během výstavby. 

Dalším zajímavým příkladem je plánování zastřešení veřejného prostoru plánované výstavby Dornychu v Brně, kde CFD simulace pomohly určit, jakým způsobem budou dešťové kapky dopadat pod zastřešení a jaké odvodňovací systémy je třeba navrhnout, aby nedošlo k hromadění vody na nesprávných místech. Tento přístup zajišťuje, že veřejné prostory budou nejen esteticky atraktivní, ale také funkční a bezpečné. 

Při návrhu lávek a mostů jsou simulace využívány k analýze, jak konstrukce bude reagovat na různé rychlosti a směry větru. Tyto informace umožňují inženýrům předem identifikovat rizika a optimalizovat konstrukci tak, aby byla nejen bezpečná, ale také pohodlná pro uživatele. Například u lávky v Banské Bystrici byly CFD simulace klíčové pro určení dynamických účinků větru, které by mohly ovlivnit komfort chodců. Simulace umožnila navrhnout tlumiče vibrací, které zajistily, že lávka bude stabilní a bezpečná i při silnějším větru. 

Image
Hodnocení zatížení ocelové konstrukce budovy před instalací opláštění
Hodnocení zatížení ocelové konstrukce budovy před instalací opláštění

Bezpečnostní analýza pomocí simulací 

Bezpečnost je jedním z klíčových aspektů, kde numerické simulace hrají zásadní roli. V městském prostředí může dojít k různým nebezpečným situacím, jako jsou výbuchy, požáry nebo nárazy vozidel, a numerické simulace umožňují předpovědět, jak se tyto události budou šířit a jaký budou mít dopad na okolní infrastrukturu. 

Například simulace výbuchů může pomoci zjistit, jak se tlaková vlna bude šířit v městském prostředí a jaký dopad bude mít na okolní budovy. Díky těmto simulacím je možné předem navrhnout ochranná opatření, která minimalizují rizika pro lidi a majetek. 

Příklady bezpečnostních simulací zahrnují: 

  • Simulace výbuchů: Tlaková vlna z exploze se může šířit městskou zástavbou a způsobit škody na budovách i ohrozit životy lidí. Simulace umožňují modelovat, jak se vlna šíří a jaký bude mít dopad na různé konstrukce, což umožňuje navrhnout ochranná opatření, jako jsou odolné fasády nebo ochranné bariéry. 

  • Simulace fragmentace: Při výbuchu nebo nárazu mohou vzniknout fragmenty, které se šíří prostorem a mohou proniknout konstrukcemi budov. Simulace umožňují předpovědět, kam a s jakou intenzitou fragmenty dopadnou, což je klíčové pro návrh ochranných opatření. 

  • Ochranné bariéry a infrastruktura: Numerické simulace se využívají i pro návrh ochranných bariér, které mají za úkol zabránit nárazu vozidel do kritické infrastruktury nebo pěších zón. Tyto simulace pomáhají optimalizovat návrh bariér tak, aby byly co nejúčinnější, aniž by narušovaly estetiku městského prostředí. 

Integrace virtuální a rozšířené reality 

Dalším důležitým nástrojem, který se stále více prosazuje v urbanismu a návrhu veřejné infrastruktury, je virtuální a rozšířená realita. Tyto technologie umožňují nejen vizualizaci architektonických návrhů, ale také interaktivní práci s numerickými výsledky, což výrazně zvyšuje porozumění a komunikaci mezi odborníky a veřejností. 

Virtuální realita umožňuje podrobné prohlídky plánovaných projektů, které mohou zahrnovat nejen vizuální, ale i fyzikální aspekty, jako je šíření tepla nebo hluku. Tato technologie je zvláště užitečná při plánování velkých městských projektů, kde je třeba zohlednit mnoho různých faktorů, od estetických po bezpečnostní. 

Rozšířená realita zase umožňuje integraci digitálních modelů do reálného prostředí, což je ideální pro prezentaci projektů přímo na místě jejich budoucí realizace. Tento přístup usnadňuje komunikaci s veřejností a umožňuje efektivnější plánování a realizaci projektů. 

 

Zajímá Vás víc než jen tento článek?

Výhled do budoucna 

Využití numerických simulací, virtuální a rozšířené reality v urbanismu a návrhu veřejné infrastruktury má potenciál výrazně změnit způsob, jakým se plánují a realizují městské projekty. Tyto technologie nejen zlepšují přesnost a efektivitu návrhů, ale také zvyšují bezpečnost a komfort pro obyvatele měst. 

S pokračujícím vývojem výpočetní techniky a rozšiřováním dostupnosti těchto nástrojů lze očekávat, že jejich význam v oblasti urbanismu a veřejné infrastruktury bude i nadále růst. Města budou díky nim moci reagovat na nové výzvy, ať už jde o klimatické změny, zvyšující se urbanizaci nebo potřebu zlepšit kvalitu života ve městech. 

Tyto inovace představují klíčový krok k vytvoření udržitelných, bezpečných a funkčních měst, která budou připravena čelit výzvám 21. století. 

Pro koho jsou simulace určeny

Využití simulací může být přínosné v celém životním cyklu projektu a přípravy stavby. Od úprav architektonického návrhu s ohledem na komfort chodců a lidí ve venkovním prostředí staveb, přes zpřesnění dimenzování stavebních konstrukcí s ohledem na zpřesněné namáhání až po opatření během realizace stavby. V každé fázi projektu je možné pro jednotlivé profese zpřesňovat podmínky a snižovat náklady na finální výstavbu. Cílovou skupinou jsou tudíž jak architekti, tak i projektanti konstrukcí, nebo vzduchotechniky.