Niniejszy artykuł ma na celu przybliżenie sposobu powstawania budynków na rynku brytyjskim oraz szeregu wyzwań inżynierskich, z jakimi polscy inżynierowie mierzyli się przy projektowaniu budynku Bloom Clerkenwell zlokalizowanego w dzielnicy Islington, tuż przy granicy z London City.
Buro Happold Polska na co dzień jest zaangażowane w projekty, które są zlokalizowane w różnych częściach świata. Stanowi to ważny element charakteryzujący firmę, dla której zbieranie doświadczeń z różnych krajów oraz wymiana wiedzy pomiędzy inżynierami jest jednym z podstawowych elementów rozwoju. Dotyczy to zarówno technologii, w oparciu o które są projektowane budynki, jak i sposobu prowadzenia nadzorów na budowie. Dodatkowo bardzo ważny jest sposób implementacji technologii BIM, który jest charakterystyczny dla regionu, w jakim powstaje projekt.
Specyfika rynku
Zaczynając od podziału samego procesu budowlanego, rynek brytyjski charakteryzuje się nieco odmiennym podejściem, niż jest to na rynku polskim. Cały proces podzielony jest na 8 etapów nazywanych „Stage”, które są zdefiniowane w ramach planu projektowego RIBA (Royal Institute of British Architects). Jedną z głównych cech charakteryzujących ten model jest skupianie się na istocie technicznej danej fazy projektowej zamiast przypisywania jej znaczenia formalnego (projekty budowlany, przetargowy oraz wykonawczy), jaki funkcjonuje w Polsce. Takie podejście znacznie upraszcza sposób interpretacji dokumentacji projektowej. Jest też niezwykle pomocne przy definiowaniu zakresu prac projektowych.
Podany wyżej podział faz bardzo dobrze wpisuje się w proces projektowania w środowisku BIM. Stopniowe rozbudowanie modelu poprzez zatwierdzanie poszczególnych etapów jest pomocne z uwagi na czasochłonność, która towarzyszy parametryzowaniu elementów. Ta metoda kolejnych przybliżeń bardzo dobrze sprawdza się w przypadku skomplikowanych projektów posiadających szereg stron zaangażowanych w powstawanie danej inwestycji.
Specyfiką brytyjskich miast, a w szczególności Londynu, jest ścisła miejska zabudowa wiążąca się z wieloma wyzwaniami, z jakimi trzeba było się zmierzyć podczas procesu projektowania. Przeważnie są to ograniczenia związane z planowaniem przestrzennym, określającym ścisłe parametry, jakie powinien spełniać nowy budynek. W Londynie dla każdego nowo budowanego obiektu zostaje opracowany szereg warunków – nie tylko tych związanych z aspektem wizualnym, ale także określających maksymalną ilość zużywanej energii mierzonej w ilości emisji CO2. Wartość emisji jest określana na podstawie procentu jej redukcji odniesionego do wartości bazowej podawanej w przepisach. Poza nieco odmiennym sposobem opisywania parametrów budynku innym typowym dla londyńskiej zabudowy rozwiązaniem jest projektowanie podziemnych stacji metra z wyznaczonym miejscem pod nadbudowę budynku. Takie inwestycje nazywane są w skrócie OSD (Over Site Development), a jedną z nich jest opisany budynek wielofunkcyjny Bloom Clerkenwell, który został zaprojektowany nad dworcem kolejowym Farringdon West, gdzie krzyżują się koleje Crossrail i Thameslink, będące głównym środkiem transportu dla osób codziennie dojeżdżających do pracy w Londynie. Szacuje się, że w najbliższej przyszłości dworzec Farringdon West będzie najbardziej zatłoczoną stacją w Wielkiej Brytanii, co znacząco podnosi wartość wybranej przez inwestora, firmę HB Reavis, lokalizacji dla obiektu biurowego.
Bloom Clerkenwell
Opisywany budynek to obiekt o powierzchni 18 100 m2, z łączną liczbą 10 kondygnacji, którego największą część będą stanowić biura zlokalizowane na poziomach od 1 do 7. Na poziomach od 1 do 3 płyty stropowe zmieniają się kaskadowo z uwagi na dostosowanie do istniejącej konstrukcji stacji metra. Kondygnacje 4, 6 i 7 mają dodatkowo dostęp do tarasów, z których roztacza się widok na katedrę Św. Pawła.
Rys. 2. Budynek Bloom Clerkenwell – Elewacja północno-zachodnia
Rys. 3. Budynek Bloom Clerkenwell – Elewacja południowo-wschodnia
Rys. 4. Budynek Bloom Clerkenwell – Przekrój pionowy
Z uwagi na zastosowanie tarasów w różnych lokalizacjach na stropach budynek posiada aż 3 kondygnacje transferowe. Na parterze zaprojektowano hol wejściowy wraz z jednostkami najmu i parkingiem dla ponad 200 rowerów (!). Obszar podziemny został podzielony na dwie części: część sportową z siłownią, prysznicami i przebieralniami oraz techniczną, gdzie znalazły się przede wszystkim pomieszczenia przygotowania i dystrybucji wody użytkowej, zbiornik na wodę deszczową oraz maszynownia tryskaczowa.
Ambicją było stworzenie przyjaznego środowisku i zdrowiu oraz zrównoważonego budynku, który ma uzyskać certyfikat WELL Platinum, ocenę BREEAM „Outstanding” oraz certyfikat Energy Performance Certificate na poziomie B. Dodatkowo budynek ma posiadać certyfikat WiredScore Platinium gwarantujący niezawodność, wysokie parametry oraz elastyczność w korzystaniu z usług telekomunikacyjnych. Najwyższe
rynkowe standardy, jeśli chodzi o jakość budynku, wraz z jego obwarowaną szeregiem obostrzeń lokalizacją wykreowały szereg wyzwań inżynierskich, z jakimi Buro Happold Polska musiało zmierzyć się na etapie projektowania.
Wyzwania inżynierskie
Niewątpliwie jednym z nich było posadowienie budynku na istniejącej stacji metra. Jest to budynek o konstrukcji belkowo-słupowej i każdy punkt oparcia słupów oraz zamocowania niektórych belek poziomów od 1 do 3 został dokładnie określony w projekcie.
Rys. 5. Punkt mocowania podstawy słupa do istniejącej konstrukcji
Rys. 6. Punkt mocowania belki do istniejącej konstrukcji
Dodatkowo zostały podane maksymalne siły poziome oraz pionowe, jakie przenoszą dane punkty zamocowania. Taka charakterystyka projektu powodowała, że po wykonaniu każdego ze znaczących etapów projektu wartości sił musiały być weryfikowane, uzgadniane i akceptowane z projektantami stacji metra. Oprócz wartości sił odkształcenia płyty stropowej stacji metra musiały zostać również uwzględnione w analizie stateczności budynku oraz w przyjęciu różnicowych ugięć belek krawędziowych, które były bardzo istotne w przypadku projektu
fasady.
Ograniczenia dotyczące maksymalnych sił schodzących na stację metra nie wpływały tylko na projektantów konstrukcji. Typową lokalizacją dla zbiorników retencyjnych jest z reguły najniższa kondygnacja budynku. W przypadku obiektu Bloom Clerkenwell najniższa kondygnacja nie była oparta na gruncie, lecz była to płyta stropowa stacji.
Rys. 7. Model koordynacyjny BIM – Poziom piwnicy
Umiejscowiony w podziemiu zbiornik magazynujący wodę nie mógł mieć wymaganej objętości do zapewnienia retencji wody deszczowej ze względu na określone w projekcie stacji maksymalne powierzchniowe obciążenia. Znalezienie miejsca na dodatkowy zbiornik okazało się niemożliwe. Wyjściem z sytuacji było wykorzystanie powierzchni dachu i tarasów przy zastosowaniu systemu „Blue Roof”. System ten wkomponowany w warstwy wykończeniowe dachu umożliwia magazynowanie wody deszczowej w postaci znaczącego spowolnienia jej spływu do zbiornika, a w konsekwencji do sieci miejskiej. Dzięki temu jesteśmy w stanie kontrolować ilość odprowadzanej wody deszczowej tak, by było to zgodne z warunkami technicznymi.
Rys. 8. Układ warstw “Blue Roof”
Część nadziemna budynku została zaprojektowana w konstrukcji słupowo-belkowej z żelbetowym trzonem zapewniającym stateczność. Zastosowano dość nieregularną siatkę słupów 9 x 12 m, 9 x 9 m oraz 12 x 12 m. W przypadku rynku brytyjskiego bardzo powszechnym rozwiązaniem dla konstrukcji stropów jest zastosowanie belek zespolonych z deskowaniem traconym w postaci blachy trapezowej. Jest to często stosowane rozwiązanie z uwagi na zyski związane z czasem budowy konstrukcji i niskim ciężarem stropów. Sam trzon jest wznoszony przy pomocy deskowania samowznoszącego.
Ze względu na spore rozpiętości belek oraz ograniczenie maksymalnej wysokości konstrukcyjnej do 640 mm w przypadku belek transferowych oraz podpierających największe przęsła zastosowano przekroje blachownicowe. Dla typowych rozpiętości zastosowano katalogowe przekroje używane na rynku brytyjskim typu UB (Universal Beam), odpowiednik polskich IPE.
Przy przyjętych rozpiętościach oraz niskich ciężarach płyt stropowych (grubość 130 mm) zostały zastosowane dodatkowe belki usztywniające, aby ograniczyć odpowiedź dynamiczną stropów na drgania mogące się pojawić na skutek użytkowania obiektu.
Rys. 9 Rzut konstrukcyjny stropu poziomu +05
Szachty instalacyjne były prowadzone nie tylko w obrębie żelbetowego trzonu. Część z nich znajdowała się we wspólnej powierzchni najmu, gdzie ściany szachtów wykonano w technologii l ekkiej – z abudowy g ipsowo-kartonowej. Z tego względu ściany nie miały wystarczającej sztywności, aby typowo zamocować do nich instalacje. Takie podejście wymusiło zaprojektowanie dodatkowej podkonstrukcji zamocowanej w belkach krawędziowych szachtów. Mocowanie podkonstrukcji dla instalacji to tylko jedna z roli belek krawędziowych. Głównie zostały one wykonane, aby zabezpieczyć otwory szachtów przed spływem wody deszczowej na niższe kondygnacje podczas budowy.
Rys. 10. Model koordynacyjny BIM – Układ szachtów
Rys. 11. Żelbetowe belki krawędziowe wokół szachtów
Aby nie zmniejszać wysokości użytkowej kondygnacji, zazwyczaj stosuje się belki zespolone o okrągłych, prostokątnych lub owalnych otworach w regularnym rozstawie. Takie rozwiązanie pozwoliło na połączenie strefy konstrukcyjnej i instalacyjnej, jednak powodowało szereg wyzwań w zakresie koordynacji oraz dystrybucji instalacji. Szczególnie z uwagi na fakt, iż w budynku nie było typowej kondygnacji powtarzalnej i w obrębie jednej kondygnacji przewidziano 2 najemców. Dzięki prowadzeniu projektu w technologii BIM zespół projektowy był w stanie na bieżąco dostosowywać dystrybucję instalacji do otworowania konstrukcji i dokonywać weryfikacji potencjalnych kolizji. Niewątpliwą zaletą było zlokalizowanie zespołu projektowego konstrukcji i instalacji w tym samym biurze, co znacząco wpływało na szybkość rozwiązywania technicznych zagadnień. W rezultacie możliwe było osiągnięcie zamierzonego celu, którym było uzyskanie maksymalnej wysokości kondygnacji oraz odpowiednie rozprowadzenie instalacji zapewniające uzyskanie wymaganych parametrów w zakresie ilości powietrza świeżego i temperatury na całej powierzchni najmu. Jako źródło chłodu i ciepła zaprojektowano fancoile czterorurowe. Dystrybucja powietrza została zaprojektowana w oparciu o system dostosowujący ilość nawiewanego powietrza świeżego w zależności od stężenia dwutlenku węgla. Proces regulacji został zapewniony poprzez regulatory VAV współpracujące z czujnikami CO2.
Rys. 12. Model koordynacyjny BIM – Rozkład instalacji
Budynek został zaprojektowany również w sposób elastyczny konstrukcyjnie. Przewidziano sytuację, gdy jeden najemca będzie ulokowany na dwóch sąsiadujących kondygnacjach, które chciałby ze sobą połączyć klatką schodową. Skutkowało to przyjęciem takich założeń, aby każda z belek zespolonych miała wystarczającą nośność w momencie, kiedy będzie sąsiadowała z klatką schodową.
Rys. 13. Model koordynacyjny BIM – Widok maszynowni
Rys. 14. Model koordynacyjny BIM – Widok dachu
Dużym wyzwaniem z uwagi na ograniczenia planu miejscowego było zaprojektowanie maszynowni na ostatniej kondygnacji budynku. Brak zgody na to, aby jakiekolwiek urządzenia mechaniczne poza panelami fotowol-taicznymi wystawały poza krawędź attyki dachu, wymagał przemyślanej strategii rozdziału dystrybucji powietrza i podziału na szereg central wentylacyjnych tak, by pojedyncza jednostka nie przekraczała 3 m wysokości. Spełnienie tego warunku udało się otrzymać dzięki zaprojektowaniu szachtów wentylacyjnych po zewnętrznym obrysie trzonu. Rozwiązanie pozwoliło znacząco usprawnić koordynację w maszynowni, a także wygospodarować szereg wolnych stref pod przyszłe urządzenia najemców. Życzeniem inwestora było zwiększenie elastyczności funkcji i aranżacji powierzchni najmu. Zgodnie z wymaganiami planu miejscowego część energii, którą zużywa budynek, musiała zostać zbilansowana. Aktualny plan miejscowy dla Londynu zakłada, że nowo budowane obiekty mają wykazywać min. 35% redukcji energii zużywanej przez budynek, który powstałby w oparciu o obowiązujące standardy. Na etapie projektowania został przeprowadzony szereg analiz energetycznych, które miały na celu wykazanie, że sporządzany przez nas projekt spełnia warunki planowania przestrzennego. Zarówno analizy, jak i dobór urządzeń charakteryzujących się ograniczonym zużyciem energii były po stronie zespołu projektowego Buro Happold Polska. Ograniczone zużycie energii zostało uzyskane przede wszystkim poprzez:
- Urządzenia mechaniczne charakteryzujące się niskim SFP (parametr określający ilość zużywanej energii do przetransportowania jednostki powietrza).
- Instalację wolnostojących paneli fotowoltaicznych o mocy ok. 50 kWp.
- Sterowanie oświetleniem w całości oparte na systemie DALI, obejmującym również monitoring opraw awaryjnych.
- Zdalny monitoring zużycia energii przez najemców, jak i poszczególne grupy odbiorców (oświetlenie, HVAC), zgodnie z wymogami certyfikacji BREEAM.
- System zarządzania budynkiem (BMS) odpowiadający za monitoring techniczny, sterowanie urządzeniami HVAC oraz optymalizację zużycia energii.
BIM wpisany w sukces
Projektowanie w Londynie wymaga dostosowania się do rozwiązań nietypowych z punktu widzenia rynku polskiego. Zaczynając od samego prowadzenia i podziału procesu budowlanego na „Stage” inne niż w Polsce, użycie technologii typowych dla lokalnych uwarunkowań, po dostosowanie się do ograniczeń związanych ze ścisłą zabudową czy parametrami związanymi z lokalnym planem zagospodarowania przestrzennego. W przypadku Bloom Clerkenwell były to również dodatkowe ograniczenia związane z projektem konstrukcji metra. Jednak ostatecznie uzyskano efektywne wykorzystanie przestrzeni i zapewnienie bardzo dobrej funkcjonalności budynku. Jednocześnie udało się zmaksymalizować wydajność instalacji i elastyczność aranżacji powierzchni najmu bez potrzeby zwiększenia wysokości kondygnacji.
Ze względu na poprowadzenie projektu w technologii BIM koordynacja na każdym z etapów wszystkich procesów była bardzo precyzyjna. Zaczynając od modelowania konstrukcji i dostosowania otworowania w belkach do zróżnicowanej geometrii stropów, koordynację wielobranżową aż po wykonanie na budowie: etapowanie robót, weryfikacja prac oraz późniejsze użytkowanie obiektu.
Zdjęcia archiwum BuroHappold
