Modelowanie i zarządzanie informacją o obiekcie budowlanym (BIM) w procesie inwestycyjnym

W artykule:

• Standardy BIM
• Krytyka BIM
• Podsumowanie

***
BIM (ang. Building Information Modeling) to proces umożliwiający tworzenie cyfrowego bliźniaka obiektu budowlanego. Proces ten polega na ekstrakcji danych i informacji w cyfrowym modelu 3D, który ma na celu najdokładniej odwzorować rzeczywistość. Zwykle na etapie projektowania model BIM jest wykorzystywany do przeprowadzania różnorodnych analiz, symulacji budowy, a dla już istniejących budynków zaplanowania remontów czy bieżącej konserwacji. Ogólna koncepcja BIM zakłada, że wirtualny model towarzyszy fizycznemu obiektowi budowlanemu przez cały cykl jego życia i na ile to możliwe, powinien wiernie odwzorowywać rzeczywisty stan obiektu. Z tej perspektywy zaprezentowano wybrane dobre praktyki w modelowaniu i zarządzaniu obiektem budowlanym. W badaniach wykorzystano modele i standardy pochodzące od kilku przedsiębiorstw, pracujących na różnym stopniu dojrzałości BIM.

BIM (Building Information Modeling) is the process by which the idea of a digital twin of an existing or planned building can be approached. The process involves the extraction of data and information in a 3D digital model that aims to reflect reality as closely as possible. Typically, at the design stage, the BIM model is used to perform various analyses, simulate construction, and for existing buildings to plan renovations or ongoing maintenance. The general concept of BIM is that a virtual model accompanies a building object throughout its life cycle and, as far as possible, should faithfully represent the actual state of the object. From this perspective, the paper presents selected best practices in the modeling and management of a building facility. The research uses models and standards from selected companies working at different levels of BIM maturity.
***

Wiele odkryć naukowych ostatnich lat umożliwiło powstanie nowych technologii, które wspomagają człowieka w przeobrażeniu przemysłu, który od kilku pokoleń jest najbardziej uciążliwą branżą dla środowiska przyrodniczego. BIM jest jedną z tych technologii, która inicjuje przełom. W zasadzie już jesteśmy świadkami tej rewolucji, a może długotrwałej ewolucji od systemów CAD do wyrafinowanych rozwiązań BIM. Dlatego wiele osób i organizacji twierdzi, że BIM jest metodyką lub procesem, które zwiększają efektywność i produktywność sektora budowlanego odpowiadającego za produkcję prawie 39% śladu węglowego [1]. Tym samym transport i budownictwo stają się solą w oku ekologów, urzędników i decydentów. BIM stanowi podstawę dochodzenia do koncepcji cyfrowego bliźniaka, a to z kolei przybliża sektor budowlany do idei gospodarki cyrkularnej. Bez cyfryzacji obiektów budowlanych, przestrzeni publicznych czy nawet całych miast, ambitne cele proklimatyczne Unii Europejskiej są niemożliwe do osiągnięcia.

Czytaj także: Integracja modeli BIM i GIS na przykładzie projektu infrastrukturalnego

Rynek powoli adaptuje BIM. Pracownie projektowe coraz częściej stosują go w swoich projektach, a generalni wykonawcy wykorzystują do sprawnej realizacji inwestycji. Rzadko, ale coraz częściej, model BIM przekazywany jest klientowi/zamawiającemu i jest używany w fazie eksploatacji budynku, z reguły do bieżącego utrzymania i konserwacji. W swojej idei BIM zakłada wykorzystanie go w całym cyklu życia obiektu budowlanego. Tym samym grono firm i użytkowników tej technologii jest niezwykle duże. Cały łańcuch dostaw również powinien być zainteresowany wdrożeniem BIM. Przedsiębiorstwa implementujące BIM zwracają uwagę, że proces ten nie jest ani łatwy ani szybki. Z reguły są to miesiące lub lata przestawiania się z tradycyjnego procesu na nowe rozwiązania i systemy informatyczne.

Wiele firm wdrożyło BIM z sukcesem i stosuje go dojrzale. Inne miały pejoratywne doświadczenia i przez to niektóre nie wdrożyły BIM. Tylko dogłębna znajomość BIM umożliwia rozwiązywanie wysokopoziomowych problemów i generowanie obejść.

Poznaj standardy BIM

Standardy BIM

Dobre praktyki w zakresie modelowania informacji

Przedsiębiorstwa stosujące BIM w swojej codziennej działalności, zwykle polegającej na produkcji informacji (wg normy ISO19650), posługują się podręcznikami, normami czy narzędziami wspomagającymi, np. BIM Placemat [2]. W sporządzanych projektach budowlanych coraz częściej dostrzegana jest silna parametryzacja i powtarzalność. W wielu obiektach mieszkalnych lub biurowych taka powtarzalność, np. kondygnacji czy wyposażenia wnętrz, jest pożądana (RYS. 2). Przyspieszany jest tym samym proces projektowy, realizacja inwestycji jest bardziej przewidywalna, a w fazie eksploatacji model można sprawnie aktualizować.

Z kolei w inżynierii odwrotnej obiektów należy pamiętać o modelowaniu na rozsądnym poziomie szczegółowości zarówno geometrycznej, jak i niegraficznej. To, co często jest obserwowane na rynku, to zjawisko przemodelowania (ang. overmodelling). Patologia ta dostrzegana jest przez generalnych wykonawców, którzy, otrzymując pliki od pracowni projektowych, obserwują liczne problemy z wydajnością sporządzonych modeli. Przykład rozsądnego modelowania geometrycznego przedstawiono na RYS. 3, gdzie nieistotne gzymsy czy drobne uszkodzenia pominięto.

W przypadku obiektów zabytkowych modelowanie nieregularnych kształtów, np. ścian może sprawić szereg problemów. Od niedokładnej interpretacji, poprzez błędne założenia dotyczące wartości, aż po propagację błędów. Warto w takich przypadkach posłużyć się np. finlandzkimi podręcznikami COBIM lub innymi wytycznymi, które będą stanowić podstawę procesu modelowania. Chcąc zachować wysoką dokładność, w takich przypadkach stosuje się np. model lokalny, który za pomocą narzędzi do modelowania bryłowego staje się wierną kopią rzeczywistego elementu (RYS. 4). Za każdym razem należy pamiętać o przypisaniu odpowiedniej kategorii (klasy) obiektowi oraz parametrów niegraficznych, jak np. materiał.

Modelowanie z chmur punktów powinno dostarczać wiarygodnej informacji na temat stolarki drzwiowej i okiennej, która może wymagać działań interwencyjnych (np. modernizacji czy wymiany). W tym celu opisy rzędnych muszą być precyzyjne, najlepiej z dokładnością do dwóch miejsc po przecinku (RYS. 5).

W trakcie prac koncepcyjnych i projektowych często wykorzystywane jest grupowanie obiektów (RYS. 6), które umożliwia sprawniejsze zarządzanie obiektami znajdującymi się w grupie. Grupy w modelu mogą być replikowane na kolejne kondygnacje powtarzalne, a dzięki programowaniu wizualnemu i generatywnemu mogą się adaptować w przypadkach, gdy kondygnacja nie jest powtarzalna.

Dobre praktyki w zakresie modelowania komponentów bibliotecznych

Komponenty biblioteczne BIM, w poniższym przypadku tzw. rodziny (w Autodesk Revit), są wymodelowane na potrzeby projektu budowlanego zleconego przez zamawiającego publicznego, stąd odpowiedni do tego rodzaju zadania poziom szczegółowości (określony w BIM Execution Plan jako LoD300). Niektóre z wymodelowanych rodzin mają możliwość sterowania swoją geometrią przez zapisane w nich parametry – przykładem może być wieża strunobetonowa (RYS. 7) złożona z różnych segmentów. Projektant może sterować widocznością klap, podestów, prętów, stelaży czy poręczy. Parametry niegeometryczne przypisywane są do obiektów za pomocą parametrów projektu, zwykle jako parametry współdzielone, przyjmujące wartości określane parametrami globalnymi.

Inny przykład komponentu bibliotecznego BIM to rejestrator obrazu i dźwięku – może się dowolnie obracać, a jego poziom szczegółowości geometrycznej sprawia, że będzie dobrze wyglądał w widokach perspektywicznych, wizualizacjach czy w środowisku wirtualnej rzeczywistości – VR (ang. Virtual Reality). Rodzina kamery przypisana jest do kategorii „urządzenia bezpieczeństwa”, a to zapewnia możliwość wstawiania dedykowanym narzędziem w środowisku projektowym aplikacji Autodesk Revit. Dodatkowy parametr związany z typem mocowania umożliwia projektantowi szybką zmianę lokalizacji i montażu z sufitu na ścianę (RYS. 8).

Inny przykład komponentu bibliotecznego wskazuje na dobrą praktykę u producentów. Obiekt biblioteczny drzwi ma rozsądny poziom szczegółowości (RYS. 9). Tym samym może być wielokrotnie używany i modyfikowany w modelu BIM bez utraty wydajności. Rozmiar pliku to zaledwie 2 MB, co spełnia wymagania wieloczęściowej normy ISO 19650 w zakresie przygotowywania obiektów bibliotecznych BIM.

Z kolei modułowe komponenty biblioteczne BIM dają możliwość konstruowania różnych wariantów dyskutowanych z klientem (RYS. 10). Przedstawiony pawilon modułowy to proste pergole z konkretnym systemem od producenta, z którym współpracuje pracownia projektowa. Aczkolwiek klienci prywatni, którzy mają konkretne wymagania co do takiej pergoli z określonymi ścianami, nawisami, zadaszeniem muszą dać modelerowi czas na przygotowanie odpowiedniej konstrukcji. Przy indywidualnych zamówieniach projektant może zaproponować konkretny układ pod specyficzne wymagania i umieścić w nim kuchnie outdoorowe, wypoczynek ze stolikiem kawowym czy bar. Następnie taki układ uzgadnia się z wykonawcą.

Paradygmaty programowania zorientowanego na obiekty, na których opiera się oprogramowanie BIM, umożliwiają tworzenie wyrafinowanych komponentów, które adaptują się do zmieniającej struktury budowli. Przykładem mogą być schody adaptacyjne, które dzięki zaimplementowanym odpowiednim formułom są w stanie dostosować się do każdego wariantu projektowego (RYS. 11).

Przykładem silnej parametryzacji jest poniższy komponent biblioteczny. Testy takiego komponentu w środowisku projektowym wykazały wysoką zdolność do modyfikacji zgodnie z wymaganiami projektantów i modelerów (RYS. 12).

Sama rodzina powinna być mocno nasycona parametrami niegraficznymi (RYS. 13). Dane niegraficzne są niezwykle istotne z punktu widzenia wykonawcy, ale też przyszłego zarządcy. Bez szerokiego spektrum danych niegraficznych proces utrzymania i konserwacji obiektu budowlanego może być nieefektywny w czasie. Idea cyfrowego bliźniaka zakłada, że model BIM powinien towarzyszyć obiektowi w całym cyklu jego życia, zwłaszcza w fazie eksploatacji, która jest najdłuższa i najbardziej kosztochłonna.

Dokumentowanie

Aplikacje typu BIM pozwalają na efektywne generowanie dokumentacji z bryły obiektu budowlanego. Szerokie spektrum widoków może być półautomatycznie umieszczane na arkuszach, które następnie stanowią trzon dokumentacji projektu budowlanego. Dodatkowo modeler ma możliwość stosowania nietypowych widoków takich jak zakres przekroju (RYS. 14). Dzięki takim funkcjonalnościom projektant może zauważyć nieścisłości geometryczne, błędy normowe czy kolizje użytkowe.

Prezentowane na RYS. 15 przekroje 3D mogą być dobrym narzędziem zarówno do wizualizacji, jak i oceny proponowanych rozwiązań.

Wizualizacje powstałe w wyniku procesu renderingu, w czasie rzeczywistym, z reguły dają lepsze efekty niż tzw. silniki offline (RYS. 16a, 16 b). Dzięki aplikacjom (np. Twinmotion) zintegrowanym ze środowiskami BIM można efektownie prezentować rozwiązania ESG (RYS. 17).

W tradycyjnej dokumentacji nie może zabraknąć widoków szczegółu, detali i tzw. widoków kreślarskich (RYS. 18). Mogą one powstawać na podstawie wcześniej utworzonych zespołów lub niezależnie od elementów modelu BIM.

Wyniki analiz i symulacji

Analizy nasłonecznienia

W fazach koncepcji i projektowania przeprowadza się szereg analiz i symulacji w celu wyboru optymalnych rozwiązań. Jedną z najpopularniejszych analiz jest analiza przesłaniania (RYS. 19).

Analizy kolizji

Analizy kolizji z kolei są elementem fazy koordynacji, gdzie poszczególne branże federują (scalają) modele w celu eliminacji błędów geometrycznych, użytkowych i normowych (RYS. 20).

Analizy widoczności

Z kolei analizy widoczności mogą pomóc w modernizacji np. części dachu, elewacji czy stolarki okiennej. Proste analizy można przeprowadzić samodzielnie w aplikacji do modelowania informacji (RYS. 21) lub wykorzystać aplikacje dedykowane takim działaniom

Krytyka BIM

Oprogramowanie BIM jest niedoskonałe i pełne ograniczeń. Bodajże najgłośniejszymi krytykami są słynne wpisy na blogach czy listy otwarte do vendorów. W 2018 r. bloger Dion Moult (menadżer w ZIGURAT) opublikował kontrowersyjny post na blogu pod nazwą „Why Revit is shit” [3], w którym otwarcie krytykuje oprogramowanie Revit od Autodesku. W swoim słynnym wpisie wylicza szereg problemów, z którymi musi się mierzyć projektant posługujący się wymienionym oprogramowaniem. Po latach Moult stwierdza, że popularność tego artykułu pokazała, że branża musi wyrwać się z nieetycznego zachowania dostawców, które skutkuje zastrzeżoną niekompatybilnością, zastrzeżoną przestarzałością i zastrzeżoną subskrypcją. Jego zdaniem dane dotyczące środowiska budowlanego są prawem człowieka i powinny być przejrzyste i neutralne, a nie zarządzane przez dostawcę. Podkreśla, że dane BIM typu black-box nie są już akceptowane przez firmy z dużym portfelem nieruchomości.

Podobną krytykę w swoim liście otwartym do Autodesku kieruje Ralph Grabowski wraz z kilkunastoma firmami [4]. Grabowski jest autorem wielu publikacji książkowych i kilkuset artykułów do kilkunastu magazynów poświęconych tematyce CAD i BIM, a także redaktorem znanego portalu upfront.eZine. W dniu 27 lipca 2020 r. Grabowski opublikował na łamach upfront.eZine post „Architecture firms to Autodesk: We’re no longer happy with Revit”. W liście do CEO korporacji Autodesk Andrew Anagnosta 25 znanych firm architektonicznych z Anglii i Australii (z których większość działa w wielu krajach świata, m.in. Zaha Hadid Architects, Stephen George + Partners, Grimshaw, BVN Architectural Service), zaniepokojone stanem oprogramowania używanego przez te firmy, połączyły siły i przedstawiły swoje stanowisko w sprawie rozwoju, a w zasadzie ograniczeń aplikacji Autodesk Revit. Został on podpisany przez dyrektorów projektów IT w 17 firmach, w tym Zaha Hadid Architects, a nie został podpisany przez osiem kolejnych z obawy, że Autodesk może wypowiedzieć im licencje swoich produktów. Sygnatariusze listu opisali w nim swoje niemiłe doświadczenia z oprogramowaniem Revit i jego przestarzałym komponentem centralnym.

Konkurencja jednak nie stoi w miejscu [5]. W tym czasie Vectorworks zastąpił jądro swojego oprogramowania architektonicznego Parasolid, wzbogacając go o nowe możliwości. Archicad (Graphisoft) w połączeniu z BIMcloud został entuzjastycznie przyjęty przez rynek. Bricsys stworzył od podstaw moduł BIM dla BricsCAD. Rozwija się też Blender z nowym dodatkiem Bonsai (wcześniej Blender BIM). Grabowski podkreśla, że użytkownicy cierpliwie czekali, aż Autodesk zaktualizuje oprogramowanie Revit, tak jak zrobił to z Inventorem, tworząc Fusion360 do projektowania mechanicznego. Duże firmy projektowe i generalni wykonawcy zatrudniają programistów, a nawet całe zespoły programistów, którzy automatyzują procesy i wykorzystują oprogramowanie pośrednie. Grabowski wskazuje kilka nowości, które rozwijają się na rynku BimRv SDK (Open Design Alliance) czy nowe wydajne aplikacje jak BricsCAD BIM. Tym samym pokonywane są kolejne ograniczenia i wyzwania technologiczne, które przybliżają sektor budowlany ku idei cyfrowego bliźniaka.

Podsumowanie

Obecnie informacja jest traktowana jako szczególne dobro niematerialne, równoważne lub cenniejsze nawet od dóbr materialnych. By otrzymywać informację maksymalnie szybko, ludzie potrzebują modeli informacyjnych otaczającej ich przestrzeni. Pełna i aktualna informacja jest niezbędna w procesie decyzyjnym. Bez cyfrowych bliźniaków obiektów budowlanych, całych przestrzeni publicznych czy całych miast trudno to sobie wyobrazić. Podstawą budowy cyfrowych bliźniaków aktualnie jest BIM. Ciągle dojrzewająca technologia stała się jednocześnie procesem i metodyką, wspierając procesy planistyczne i inwestycyjno-budowlane. Wielu interesariuszy branży budowlanej wykorzystuje BIM i czerpie z niego korzyści. Zaprezentowane w pracy dobre praktyki umożliwiają lepsze poznanie i zrozumienie BIM, a to z kolei zwiększa efektywność i produktywność wykonywanej pracy.

Referat wygłoszono na I Międzynarodowej Konferencji Naukowo-Technicznej Polskiego Stowarzyszenia Rzeczoznawców i Biegłych Sądowych.

Literatura

1. Borkowski A.S., Maroń M., Olszewska P., Wójcik K., „Problems of calculating the carbon footprint in scope 3 using BIM”, „Structure and Environment” vol. 16 (2), 2024, 76–83.
2. Borkowski A.S., Nurzyńska K., Sender M., Wiosna Z., „BIM Placemat – wdrożenie technologiczne produktu w pracy specjalistów BIM w przedsiębiorstwach projektowych Arcadis i WSP Polska”, „Builder” 28, 2024, 2–7.
3. Moult D., „Why Revit is shit?” https://thinkmoult.com/why-revit-is-shit.html (dostęp z dnia 10 kwietnia 2024 r.).
4. Grabowski R., „Architecture firms to Autodesk: We’re no longer happy with Revit” https://www.upfrontezine.com/2020/07/index.html (dostęp z dnia 10 kwietnia 2024 r.).
5. Tomana A., „Ważny list dużych firm projektowych (dot. programu Revit)” https://bim4u.eu/wazny-list-duzych-firm-projektowych-revit/(dostęp z dnia 10 kwietnia 2024 r.).