Digitální data jako ideální podklad pro práci architekta

Pondělí, 17. Srpen 2020 - 0:00
| Napsal:

Digitální doba si žádá digitální podklady. Digitální data ve své praxi využívají také architekti. A ať už se zabývají návrhem konkrétní budovy v zastavěném území, nebo řeší urbanistickou úlohu většího rozsahu, zcela jistě ocení při své práci digitální podklady v podobě 3D modelu. Pokud architekti navrhují na území Hlavního města Prahy, nemají o digitální data nouzi, většina dat je navíc k dispozici zdarma. Pojďme se v případě dostupných digitálních dat, která jsou k dispozici na Geoportálu Institutu pro plánování hlavního města Prahy, soustředit v tomto článku především na 3D model. Datový 3D model Prahy lze prohlížet pomocí webové aplikace, nicméně pro práci architekta jsou k dispozici praktičtější otevřená data, jež jsou rozdělena po tzv. mapových listech, kde jsou k dispozici jednotlivé části Prahy. Každý mapový list tvoří území 2,5 x 2 kilometry a takových listů zabere hlavní město Praha celkem 210, což představuje území o celkovém rozměru 37,5 x 28 km.

Terén okolí, po osazení zvlášť vytištěného 3D modelu řešeného objektu
Fotoalbum: 

3D tisk z ArchicaduPřehled různých aplikací využívajících geografická data Prahy (zdroj: Geoportal Praha, www.geoportalpraha.cz)

3D tisk z ArchicaduRozhraní 3D modelu Prahy je k dispozici přes webový prohlížeč.

3D tisk z ArchicaduPomocí zadání adresy do vyhledávače v 3D modelu se přesunete na požadované místo.

Jak vytvořit (tištěný) 3D model řešeného území a jeho okolí?

3D model řešeného území může stejně dobře posloužit jako podklad pro vizualizace architektonického návrhu, ale zároveň také jako podklad pro fyzický model vytištěný pomocí technologie 3D tisku. Jedním z příkladů takového postupu byl požadavek na zaměření objektu Střední průmyslové školy stavební J. Gočára v Praze 4. Za účelem zaměření, v tomto případě geodet v mapovém podkladu Prahy identifikoval mapový list, kde se řešený objekt nachází, v našem případě mapový list pod označením 56-3 / Praha 6-3. Pod tímto označením si tedy stáhneme budovy ve 3D a digitální model terénu.

3D tisk z ArchicaduMapa Prahy na tzv. kladu mapových listů, kde je každý mapový list pojmenován a očíslován.

3D tisk z Archicadu

Mapový list Praha 6-3

3D tisk z ArchicaduVýřez z ortofotomapy odpovídající rozsahu mapového listu Praha 6-3

3D tisk z ArchicaduVýstup z 3D tiskárny: Než se propracujeme k podobnému 3D modelu vytištěnému na 3D tiskárně, který můžete vidět na obrázku nahoře, čeká nás několik kroků.

Stažení datových souborů z Geoportálu hlavního města Prahy

Velikost obou stažených souborů ve formátu ZIP činí v součtu nějakých 21,1 MB. Po rozbalení mají DWG soubory velikost 13MB (terén) a 14MB (budovy). 3D podklady máme staženy a nyní nás čeká jejich příprava pro vytištění na 3D tiskárně.

Import podkladů do CAD/BIM programu

V našem případě budeme pracovat v prostředí CAD/BIM software Archicad, který použijeme i pro úpravy 3D souborů ve formátu DWG. Při importu souborů se nám podařilo bez větších potíží naimportovat do Archicadu verze 22 budovy ve 3D. V případě terénu se nám z neznámých důvodů nepodařilo data naimportovat. Proto jsme zkusili import 3D DWG terénu uložit v jiném programu do jiného souborového formátu. Konkrétně jsme zvolili Sketchup, který si ve své nejnovější verzi s importem 3D DWG poradil.

3D tisk z Archicadu3D DWG terénu mapového listu po importu do programu SketchUp

Terén jsme poté uložili ve formátu SketchUp verze 18. Následný převod souboru SketchUpu do Archicadu byl již bezproblémový.

3D tisk z ArchicaduTerén ve formátu *.skp (Sketchup) po importu do Archicadu.

Úpravy 3D modelu mapového listu

Protože terén s budovami (mapový list Praha 6-3) zaujímá rozlohu 2,5 x 2 km budeme pro naše potřeby muset model oříznout tak, abychom vytiskli oblast, která nás zajímá. Pro naše účely jsme vybrali oblast o velikosti 500 x 400 metrů. Jaký byl konkrétní postup?

1) převod knihovních prvků na morf

Terén ze SketchUpu i 3D budovy z DWG souboru se do Archicadu naimportují jako knihovní prvky. Abychom mohli provádět operace s tělesy, je nejdříve nutné převést knihovní prvky na morfy. Tato nabídka se objeví po kliknutí pravým tlačítkem myši na vybraném knihovním prvku.

2) vytvoření hmoty 3D terénu

Možná jste si již ve SketchUpu všimli, že terén je tvořen "pouze" jako tzv. Mesh plocha, tvořená trojúhelníky a že vlastně podstava terénu nemá žádnou hmotu. To by bylo fatální při importu takového modelu do 3D tiskárny. Proto před exportem do formátu STL musíme vytvořit hmotu 3D terénu. Tu vytvoříme tak, že si v rozsahu požadovaného rozměru terénu vymodelujeme desku nebo lépe síť. Tuto desku (nebo síť) vymodelujeme v celém rozsahu převýšení terénu s přesahem dole podle požadavku na tloušťku základny (cílový prvek) a následně ji odečteme od reliéfu terénu (operační prvky) pomocí operace s tělesy (rozdílu s vytažením nahoru). Tím nám vznikne obdélníková základna - hmota ve své horní ploše vytvarovaná pomocí reliéfu terénu.

3) vyjmutí objektu školy z 3D modelu budov okolí

Zatímco okolí objektu se nemění, vlastní řešená budova (včetně jeho pozemku) možná dozná vícero variant, které budou předmětem geneze architektonického návrhu. I proto je strategické v rámci 3D modelu pro tisk oddělit fixní okolí budovy od variabilního prostoru řešení navrhovaného objektu, případně celého řešeného území.

4) vytvoření plochy pro osazení budovy školy

Díky tomu pak získáme jeden 3D model okolí a druhý 3D model řešeného objektu (území), který je v případě potřeby obměněn v podobě nové varianty návrhu…

5) export modelu do formátu STL

Úprava 3D modelu dle předchozích bodů byla v zásadě tím nejdůležitějším. Uložení 3D modelu do formátu STL je pak již jen formalitou. Do formátu STL se ukládá vše, co je aktuálně vidět v 3D okně, pro tisk variant modelů stejně jako pro tisk terénu okolí a budovy lze využít kombinace vrstev. Následný import do prostředí software dodávaného s 3D tiskárnou je snadnou záležitostí…

3D tisk z ArchicaduTerén okolí, výstup z 3D tiskárny Original Prusa i3 MK3S, v tomto případě z materiálu PET.

3D tisk z ArchicaduTerén okolí, po osazení zvlášť vytištěného 3D modelu řešeného objektu

Jak připravit 3D tiskový soubor?

3D model budovy a jejího okolí jsme v Archicadu upravili pro potřeby 3D tisku a uložili jej ve formátu STL. Tento 3D souborový formát sám o sobě není ještě tiskovým souborem pro 3D tiskárnu. Ten musíme vytvořit pomocí software dodávaného spolu s 3D tiskárnou. Protože pro tisk využijeme 3D tiskárnu Original Prusa i3 MK3S budeme potřebovat náš STL soubor zpracovat pomocí software Prusa Slicer, ten připraví kód (G-code), v závislosti na použitém materiálu pro tisk, kvalitě tisku, kterému tiskárna porozumí. Z tohoto souboru bude 3D tiskárna dostávat pokyny pro tisk 3D modelu. Software Prusa Slicer nám nejen zpracuje kód pro tiskárnu, ale také nám ukáže vizuálně 3D model po konverzi ze souboru STL. V náhledu na tiskové ploše lze ještě 3D model upravovat, změnit jeho měřítko, umístit více 3D modelů na tiskovou podložku a další. Užitečná je také funkcionalita opravy 3D modelu (v tomto případě online služba Netfabb), kdy se někdy může objevit chyba v modelu (neuzavřené hmoty) a která většinou chybu v modelu dokáže opravit.

3D tisk z Archicadu

Po načtení STL souboru do Prusa Slicer programu se umístí model na tiskovou podložku, nyní je potřeba nastavit potřebné parametry tisku jako jsou kvalita tisku, tiskový materiál, typ tiskárny… Rovněž si lze zkontrolovat rozměry modelu, jeho měřítko je dáno měřítkem zadaným při exportu STL souboru z CAD/BIM software.

Po načtení STL souboru a nastavení parametrů tisku je potřeba provést tzv. slicování, kdy program 3D model „rozvrství“ a vznikne model přesně odpovídající tak jak bude díky nanášení jednotlivých vrstev tiskového materiálu vznikat. Teprve po tomto kroku lze uložit soubor ve formátu gcode, který se přes SD kartu přeneseme do 3D tiskárny.

3D tisk z ArchicaduTerén okolí po zpracování (tzv. slicování), kdy lze model prohlížet po jednotlivých vrstvách

Podklady pro tento článek vznikly v rámci přípravných prací projektu BIM Akademie 2020, která byla v souvislosti s pandemií COVID-19 zrušena, respektive odložena na rok 2021, kdy se uskuteční v období od 17.-28. května 2021. Více o BIM Akademii 2021 sledujte průběžně na www.BIMakademie.cz

Ve volném pokračování tohoto článku se podíváme na možnosti pasportizace objektů pomocí 3D laserového skenování. Ukážeme si, jaké nástroje lze pro pasportizaci staveb využít a jak nasbíraná data dále využít…

3D tisk z ArchicaduNáhled na barevné mračno bodů, exteriéru budovy

3D tisk z Archicadu3D skener při skenování jednoho z +/- cca 20 stanovisek mračen bodů obálky budovy, v tomto případě v atriu školy, ale o tom až příště…