BIM JAKO PLATFORMA INTEGRACJI BRANŻ

W pracy omówiono zagadnienia związane z integracją systemów wspomagających wszystkie etapy w cyklu życia budowli na platformie BIM – od projektu, poprzez realizację, remonty i eksploatację do jej likwidacji. W szczególności omówiono problemy towarzyszące tworzeniu wymianie wirtualnych modeli budowli, zagadnienia klasyfikacji elementów budowlanych i zintegrowanej realizacji przedsięwzięć budowlanych. Tytułowe zadanie zilustrowano przykładem pierwszego polskiego systemu integrującego projektowanie i kosztorysowanie.

BIM – WPROWADZENIE

Technologia BIM (Building Information Modeling) jest kolejnym znaczącym etapem ewolucji systemów CAD (pierwszy to przejście z deski kreślarskiej drewnianej na elektroniczną, drugi to wyjście z 2D do 3D). Istotą tej technologii jest posługiwanie się modelem wirtualnym budowli, w którym zapisane są wszystkie informacje o budowli – geometryczne, topologiczne, materiałowe i fizyczne, a w pewnym zakresie technologiczne i ekonomiczne. Otwiera to możliwości efektywnej współpracy pomiędzy branżami i systemami informatycznymi wspomagającymi wszystkie cykle życia budowli [1]. Technologia BIM od czasu Phila Bernsteina, któremu przypisuje się autorstwo tego akronimu i Laiserina, który go spopularyzował, przebyła długą drogę i stała się obecnie dojrzałą koncepcją dyktującą rozwój systemów CAD. Nie ma dzisiaj liczącego się producenta oprogramowania, który nie zaaplikowałby tej platformy; na świecie jest już ponad 130 takich systemów. W Polsce mimo dostępności oprogramowania CAD/BIM, projekty wykonane konsekwentnie według założeń BIM należą do rzadkości, a znajomość technologii BIM wśród projektantów jest znikoma. Podobnie jak to miało miejsce w USA, Kanadzie i krajach zaawansowanych technologicznie, technologia BIM nie upowszechni się w Polsce jeśli inwestorzy nie będą jej głównymi promotorami.
Podstawy BIM odwołują się do ekonomii, są odpowiedzią na relatywnie malejącą produktywność budownictwa na tle innych gałęzi przemysłu począwszy od lat 70’ ubiegłego stulecia. We wszystkich niemal monografiach poświęconych BIM prezentowane są stosowne, ilustrujące to wykresy. Jako główne źródło tej niskiej produktywności wskazano braki organizacyjne, przede wszystkim brak interoperacyjności. W fazie projektu jest to brak należytej współpracy pomiędzy branżami.

Wymiana wirtualnych modeli budowli poprzez format IFC

Warunkiem technicznym dobrej współpracy poszczególnych branż jest wymiana danych pomiędzy systemami informatycznymi wspierającymi projektowanie. W technologii BIM przedmiotem wymiany danych są wirtualne modele budowli. Jednym z podstawowych założeń technologii BIM jest uniezależnienie użytkownika od systemów CAD jednego producenta i stworzenie uniwersalnego formatu wymiany danych. Obecnie w ramach porozumienia Building Smart Alliance został opracowany i jest ciągle udoskonalany format IFC (Industry Foundation Classes), którego aktualna wersja IFC 2×4 zadowalająco spełnia swoją rolę – uniwersalnego formatu wymiany danych o modelu. Przekazują one dane zarówno geometryczne, topologiczne jak i fizyczne oraz w pewnym zakresie także technologiczne i ekonomiczne. Format IFC uwzględnia także strukturę projektu określoną przez projektantów (rys.1).

Realizacja formatu IFC w systemach CAD nie zawsze niestety bywała w pełni zgodna z definicją formatu, co powodowało że modele nie były przekazywane w sposób prawidłowy co często zniechęcało użytkowników. Dzisiaj, przynajmniej gdy idzie o takie systemy jak Archicad, DDS CAD, Tekla czy VectorWorks, format IFC działa bez większych zarzutów.

Warunki efektywnej wymiany wirtualnych modeli budowli

Biblioteki
W interesie użytkownika jest niezależność wirtualnego modelu budowli od systemów, którymi są tworzone. Jednym z warunków takiego projektowania jest posługiwanie się uniwersalnymi bibliotekami elementów. Obecnie systemy CAD nie umożliwiają posługiwania się dostępnymi z zewnątrz bibliotekami elementów konstrukcyjnych takich jak ściany, stropy, fundamenty, dachy. Wymienialne są natomiast biblioteki pozostałych elementów – stolarki, instalacji, wyposażenia itp. (obecnie dostępne są w Polsce dwie darmowe biblioteki elementów BIM o nazwie ARCAT i BIMSTOP). Elementy konstrukcyjne są obsługiwane w sposób szczególny i odmienny od pozostałych, co może wyjaśniać trudności, które mamy aby je doczytać z biblioteki zewnętrznej. Producenci oprogramowania nie rozwiązali tej funkcjonalności, na którą bez wątpienia czekają użytkownicy.

Klasyfikacja
Dla powiązania elementów biblioteki BIM z innymi bibliotekami – cennikami, specyfikacji itp. systemy informatyczne stosują klasyfikację jednoznacznie identyfikującą elementy. Obecnie, jak się wydaje, główną kandydatką do uzyskania statusu powszechnego standardu jest klasyfikacja OmniClass. Kolejne sekwencje numeracji określają informacje o wzrastającej szczegółowości (rys. 2). Ma ona strukturę otwartą i umożliwia definiowanie własnych identyfikatorów [4]. W Polsce nie ma klasyfikacji tego typu, a istniejące takie jak KOB są opracowane dla potrzeb GUS, mają zamkniętą strukturę i z tego względu nie nadają się do celów o których mowa. Obecnie rozpoczęto prace nad polską wersją klasyfikacji OmniClass.

Organizacja przedsięwzięcia budowlanego
Bardzo ważnym rozwiązaniem organizacyjnym towarzyszącym BIM jest IPD (Integrated Project Delivery). Pozwala ono na efektywną współpracę wykonawców przedsięwzięcia inwestycyjnego, w tym wymianę modeli zarówno między projektantami, w ramach branż w zespole projektowym, jak i pomiędzy bez przeszkód jakie towarzyszą tradycyjnym procedurom (rys. 3). IPD obniża koszty np. z tytułu ubezpieczeń i stwarza warunki rzeczywistej współpracy. IPD nie jest wprawdzie immanentną cechą BIM lecz technologia ta umożliwia współpracę pomiędzy uczestnikami przedsięwzięcia na poziomie technicznym. W ramach IPD opracowano wzorcowe procedury i umowy, które zwiększają produktywność.

Przykład integracji projektowania i kosztorysowania

Jednym z podstawowych elementów kosztorysu jest przedmiar. Opracowanie przedmiaru jest najbardziej pracochłonną częścią pracy kosztorysanta i może być źródłem błędów dużej wagi. Dotychczas standardem jest korzystanie z dokumentacji papierowej, z której odczytuje się potrzebne wymiary i tworzy wyrażenia arytmetyczne prowadzące do obliczeń wielkości geometrycznych zgodnych z technologią prac będących przedmiotem kosztorysowania. I tak dla wyznaczenia kosztów fundamentów oblicza się ich objętość, zaś punktem wyjścia dla obliczenia kosztów instalacji elektrycznej jest m.in. wyznaczenie długości przewodów. Jest pewnym paradoksem, że dane te, mimo, że są często dostępne explicite w systemach CAD, nie są wykorzystywane w programach kosztorysowych. Krokiem we właściwym kierunku było pojawienie się aplikacji, które wspomagają wyznaczenie przedmiaru na podstawie płaskich rysunków w postaci elektronicznej, zapisanych w formacie wektorowym [5]. Kolejnym logicznym krokiem jest wykorzystanie w systemie kosztorysowym wirtualnego modelu budowli, z którego można wyznaczyć przedmiary w sposób zautomatyzowany, bez potrzeby własnoręcznego tworzenia złożonych formuł. Wymaga to wyposażenia systemu kosztorysowego w oprzyrządowanie do posługiwania się takim modelem, odczytania lub obliczania danych do przedmiaru i przeniesienia ich do kosztorysu.
Na bazie własnego systemu kosztorysowego, opracowano pierwszą polską aplikację ZuziaBIM integrującą projektowanie i kosztorysowanie [2]. Jak wspomniano, nowym elementem takiego rozwiązania jest moduł interpretujący dane o modelu budowli, zapisane w formacie IFC. Model ten jest następnie wizualizowany i może być wykorzystany do interaktywnej pracy kosztorysanta na etapie przedmiarowania. Kosztorysant pracuje na dwóch monitorach – na jednym ma do dyspozycji przestrzenną wizualizację budowli, na drugim kosztorys (rys 4). Przedmiar powstaje automatycznie, bez potrzeby używania kalkulatora lub wypisywania formuł liczących, przez wskazanie na rysunku elementów
budowli i przeniesienia do kosztorysu określonych przedmiarów, które są odczytywane z pliku IFC lub są doliczane w aplikacji. Do prac na modelu opracowano przeglądarkę modeli, zapisanych w IFC o nazwie BIM Vision. Jest to pierwsza polska przeglądarka IFC, niezależna od jakiegokolwiek systemu CAD, udostępniona nieodpłatnie zainteresowanym.

Przeglądarka umożliwia wszechstronne oglądanie modeli utworzonych w jednym z systemów pracujących w technologii BIM. Model który służy do opracowania kosztorysu, jest wizualizowany wraz ze strukturą nadaną mu przez projektanta, z możliwością selekcji wybranych części jak na przykład kondygnacje (rys. 5). Po wykonaniu przedmiaru dalszy sposób postępowania przy opracowaniu kosztorysu jest taki sam jak dotąd. Ten nowy sposób pracy ma wiele zalet. Oprócz przyspieszenia pracy do najważniejszych trzeba zaliczyć eliminację błędów rachunkowych i kontrolę postępu prac; elementy wliczone do przedmiaru są zaznaczane na rysunku.

Dotychczasowe rezultaty, rozwój technologii.

Rezultaty wydajnościowe. Testy funkcjonalności i efektywności prowadzone w kilku firmach wykazują istotną redukcję nakładu pracy na etapie przedmiarowania i zmniejszenie liczby błędów. Kosztorysanci oceniają wysoko komfort pracy w tej nowej technologii.
Automatyzacja kalkulacji szacunkowej. Opisany sposób kosztorysowania szczegółowego jest udogodnieniem przeznaczonym dla kosztorysantów. Innym rozwiązaniem adresowanym do projektantów, głównie architektów, jest kalkulacja szacunkowa, którą można przeprowadzić na dowolnym etapie pracy i sprawdzić koszt rozważanego wariantu projektowego. Ten sposób kalkulacji wymaga jednak wielu prac przygotowawczych m.in. posługiwania się systemem klasyfikacji dla jednoznacznego przypisania elementom budowli danych z cennika. Ponadto konieczne jest opracowanie automatu kalkulacji szacunkowej w ramach poszczególnych systemów CAD.

1. Eastman Ch. et al., BIM Handbook, Wiley&Sons 2008
2. Tomana A. Integracja projektowania i kosztorysowania na platformie BIM, Konferencja Naukowo-Techniczna Augustów 2011
3. Integrated Project Delivery: A Guide, The American Institute of Architects 2007, v.1
4. OmniClassTM A Strategy for Classifying the Built Environment, Edition: 1, 2006, Release
5. Moryc S. Pakiet Koszt Office, (1/2011) Informatyka w Budownictwie
6. Zima K., Building Information Modeling w procesie szacowania kosztów. Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej, seria Budownictwo i Inżynieria Środowiska. Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej. Rzeszów 2011.