Aplikacje 4D i 5D w środowisku BIM

Praca dotyczy integracji projektowania oraz kosztorysowania i harmonogramowania na platformie BIM. Autorzy opracowali aplikacje wspomagające kalkulację kosztów zintegrowaną z CAD i umożliwiająca wyznaczenie przedmiaru wprost z wirtualnego modelu budowli. Następnie na podstawie informacji w kosztorysie generowane są dane startowe dla harmonogramu. Autorzy przedstawiają problem uwzględnienia dodatkowych parametrów projektowania i opisują własne rozwiązanie.

W Polsce ogromna większość projektów wykonywana jest w standardzie 2D. Liczba wykonawców wykorzystujących Modelowanie 3D w celu lepszej wizualizacji skomplikowanych konstrukcji stale rośnie. Jednak możliwości oprogramowania 3D są wykorzystane w stosunkowo niewielkim stopniu w zintegrowanym projektowaniu nie mówiąc o etapie budowy. Rzeczywiście, informacje które mogą być otrzymane z bezpośrednio modelu, nie są wykorzystywane do tworzenia lub aktualizacji kosztorysu. Z reguły dane te należy wprowadzić ponownie w innym formacie tracąc czas i ponosząc koszty, nie mówiąc o utracie wielu ważnych informacji. Dzięki aplikacjom 4D, 5D w technologii BIM można wykorzystać dane zawarte w modelu budowli do wyznaczenia kosztorysu i harmonogramu korzystając ze zintegrowanego środowiska CAD.

Przydatność modelu BIM w integracji branż

W porównaniu z CAD, w którym model dobrze opisuje własności geometryczne i topologiczne ale zwykle nic ponadto, model BIM zawiera wiele informacji dodatkowych [1]. Interesujące są zwłaszcza te, które mogą być podstawą integracji branż. Po pierwsze model BIM ma budowę odzwierciedlającą strukturę budowli. Struktura ta jest hierarchiczna, a jej podstawowym  budulcem  są  odpowiadające  rzeczywistym modeli jest otwarty format IFC. Format IFC pozwala tu uwzględnić szeroki zakres danych, lecz poszczególne systemy CAD/BIM nie stosują się w pełni do tego standardu. W konsekwencji wiele danych/właściwości pozostaje pustych. Ponadto część danych projektant może wpisać “z ręki”. W praktyce wiele danych okazuje się błędnych, a więc niewiarygodnych. Muszą to wziąć pod uwagę twórcy aplikacji, których podstawą jest model BIM. Inicjatywa OpenBIM [2] jest dobrym przykładem takich aplikacji CAD, które realizują wymianę modeli poprawnie. Niniejsza praca dotyczy aplikacji uwzględniających oprócz trzech wymiarów geometrycznych, dodatkowe zmienne takie jak koszt i czas.

CAD 2D, 3D. 4D, 5D

Technologia BIM może być wprawdzie skojarzona z projektowaniem 2D, ale trzy wymiary oferują tyle zalet głównie w zakresie wizualizacji, że w praktyce jest powszechnym standardem w technologii BIM. W szczególności umożliwia wprowadzenie do projektowania dodatkowych parametrów o ogromnym znaczeniu dla budowlanego procesu inwestycyjnego takich jak czas i koszt, i one to odpowiadają za kolejne “D” [3]. Elementem poprzedzającym obliczenie kosztu i czasu realizacji inwestycji jest wyznaczenie przedmiaru robot, zawierających zestawienie materiałów budowlanych (sztuk, masy, objętości, powierzchni etc.) oraz ilości robót. Parametr kosztu i czasu są w ten sposób ze sobą powiązane i w pewnym stopniu zależne. Polski rynek budowlany korzysta z katalogów tzw. KNT określających pracochłonność prac budowlanych. Na tej podstawie można przeprowadzić pełne obliczenia kosztów i harmonogramu, pod warunkiem wyekstrahowania z modelu budowli potrzebnych danych ilościowych [4].

Automatyzacja obliczeń

Rozwiązanie, które Autorzy uważają za “eleganckie” polega na automatyzacji prac projektowych “od projektu do kosztu” lub/i harmonogramu z wykorzystaniem bibliotek, klasyfikacji, cenników i specyfikacji, które są ze sobą spójne i dostępne w aplikacjach dla poszczególnych branż (rys.1). Na przeszkodzie pełnej automatyzacji (tam gdzie jest ona możliwa i uzasadniona) w polskich warunkach stoi brak standardów i klasyfikacji rozwijanych w technologii BIM. Ponadto pewną ułomnością istniejących systemów projektowania jest brak możliwości dołączania uniwersalnych bibliotek elementów strukturalnych niezależnych od producentów oprogramowania. Z tych względów aplikacja prezentowana w niniejszej pracy nie realizuje obliczeń kosztów w pełni automatycznie. Zarówno na etapie przedmiaru, jak i wyznaczenia parametrów nakładu pracy wymagana jest ingerencja projektanta. Rozwiązanie zilustrowane na rys. 1, w wersji zautomatyzowanej, wymaga oprócz bibliotek, posługiwania się identyfikatorami cyfrowymi, które umożliwiają kojarzenie elementów użytych w projekcie z cennikami i innymi danymi. Brak polskiego odpowiednika OmniClass [5] stanowi tu dość istotna przeszkodę.

Rys 1. Integracja kalkulacji kosztów i harmonogramu z projektowaniem

BIMestiMate pierwsza polska aplikacja 5D

Uwzględniając te ograniczenia, o których była tu mowa, opracowano system do analizy kosztów i harmonogramu na podstawie wirtualnego modelu budowli. Opracowano przeglądarkę plików IFC, z możliwością wszechstronnej selekcji i wizualizacji modelu. Model IFC może zawierać informacje z jednej branży np. Architektura lub instalacje, ale może być sumą prac wielu branż. Przeglądarka współpracuje z systemem kosztorysowym i pozwala na automatyczne przenoszenie do systemu określonych przedmiarów (objętość, pole, długość) wskazanych elementów. Dołączone do system katalogi ułatwiają przeprowadzenie analizy kosztów do końca. Harmonogram wyznaczany jest w dalszej kolejności (w Polsce tradycyjnie przyjęta jest taka kolejność), a pewne podstawowe dane jak wykaz prac i ich czasochłonność oraz parametry pracy sprzętu są generowane automatycznie. Taki sposób i kolejność obliczeń ułatwiają i przyspieszają prace i ograniczają liczbę wprowadzanych przez użytkownika danych co wydaje się bardziej efektywne od niektórych znanych rozwiązań [6].

Autorzy opracowali pierwszy polski pakiet aplikacji integrujących projektowanie, harmonogramowanie i kosztorysowanie. Aplikacje znacznie usprawniają prace kosztorysantom i kierownikom budowy pracującym w technologii BIM. Niestety dla dalszej automatyzacji obliczeń konieczne są standardy i normy, które obecnie na polskim rynku budowlanym są zupełnie nieobecne. Autorzy zwracają na to uwagę w przekonaniu, że istota i siła koncepcji BIM leży w otwartości formatów wymiany danych oraz interoperacyjności, czego przykładem jest inicjatywa OpenBIM, a nie budowa “kombajnów”, dla których BIM jest głównie hasłem reklamowym. Warto także zwrócić uwagę, na warstwę logistyczno-organizacyjną towarzyszącą BIM, która jest związana z takimi pojęciami jak IPD, IFD, IDM [7].

[1] Chimay J Anumba, Abidemi Owolabi, Ashraf El-Hamalawi ARCHITECTURE FOR IMPLEMENTING IFC-BASED ONLINE CONSTRUCTION PRODUCT LIBRARIES, ITcon Vol. 8 (2003)
[2] http://www.buildingsmart.org/openbim
[3] Chung-Wei Feng, Yi-Jao Chen USING THE MD CAD MODEL TO DEVELOP THE TIME-COST INTEGRATED SCHEDULE FOR CONSTRUCTION PROJECTS The 25th International Symposium in Automation and Robotics in Construction, June 26-29, 2008.
[4] P.Kogut, A.Tomana, BIM JAKO PLATFORMA INTEGRACJI BRANŻ, 58 KONFERENCJA NAUKOWA
Komitetu Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN oraz Komitetu Nauki PZITB, Rzeszów – Krynica, 16 – 21 września 2012 roku
[5] OmniClass A Strategy for Classyfying the Built Environment, Introduction and User’s Guide Edition: 1.0 2003 Release
[6] http://www.vicosoftware.com/
[7] Brad Hardin, BIM and Construction Management Proven Tools, Methods and Workflows, Wiley Publishing 20

dr inż. Andrzej Tomana
dr inż. Andrzej Tomana

Urodzony w 1948 roku w Krakowie, jest absolwentem pierwszego kursu Teorii Konstrukcji na Wydziale Lądowym w Politechnice Krakowskiej, gdzie podjął pracę po ukończeniu studiów w 1972 roku. W roku 1981 obronił pracę doktorską na temat „Zastosowanie ścisłych elementów skończonych do optymalnego kształtowania prętowych układów drgających”. W czasie pracy w Politechnice Krakowskiej do 1994 roku uczestniczył w realizacji kilku projektów naukowo-badawczych, wśród nich można wyróżnić prace z zakresu analizy mechanicznych skutków zwarć w rozdzielniach najwyższych napięć (praca nagrodzona przez MNiSZW) oraz opracował ponad 20 publikacji naukowych z zakresu zastosowania Metody Elementów Skończonych w budownictwie oraz zastosowania Sztucznych Sieci Neuronowych do szacowania wartości nieruchomości. Wśród prac inżynierskich można wymienić m.in. analizę wpływów sejsmicznych na obudowę metra w Algerze, analizę hal wystawowych w Lipsku i kilkanaście projektów korpusów wanien elektrolitycznych z żywico-betonu (obciążenia statyczne, dynamiczne, efekty cieplne).
W 1987 roku założył firmę Datacomp, którą kieruje do dzisiaj. W firmie kieruje projektami informatycznymi związanymi z oprogramowaniem inżynierskim do analizy i wymiarowania oraz kosztorysowania. Obecnie prowadzi projekty związane z technologią BIM – BIMVision i BIMestiMate, które są oferowane na rynku globalnym. Jest autorem kilkunastu publikacji z tego zakresu, a przede wzystkim pierwszej polskiej monografii „BIM – innowacyjna technologia w budownictwie”. Jest członkiem Rady Koordynacyjnej Biur Projektów Izby Projektowania Budowlanego, PZITB, Akademii Inżynierskiej, Stowarzyszenia Klaster BIM, członkiem Biulding Smart Polska. Był kierownikiem projektu finansowanego ze środków UE „Opracowanie prototypu platformy systemowej do zarzadzania inwestycjami budowlanymi z wykorzystaniem technologii BIM” i uczestniczył w kilku projektach finansowanych z UE m.in. UrbanBIM, BIMhealthy. Obecnie w firmie jest kierownikiem zespołu badawczo-rozwojowego. Z publikacjami można zapoznać się na stronie www.bim4u.eu

Artykuły: 49