Tacie…

Dariusz Kasznia

Mamie…

Jacek Magiera

Córce Dagmarze

…Paweł Wierzowiecki

Projekt okładki i stron tytułowych: Ireneusz Gawliński

Ilustracje na okładce: Shutterstock/Profit_Image

Wydawca: Karol Zawadzki

Koordynator ds. redakcji: Renata Ziółkowska

Redaktor: Małgorzata Dąbkowska-Kowalik

Produkcja: Mariola Grzywacka

Dział reklamy: Agnieszka Borzęcka (agnieszka.borzecka@pwn.com.pl)

Skład wersji elektronicznej na zlecenie Wydawnictwa Naukowego PWN: Marcin Kapusta / konwersja.virtualo.pl

Recenzent: dr inż. Janusz Bohatkiewicz, Politechnika Lubelska

Książka wydana przy współudziale środków Polskiego Związku Inżynierów i Techników Budownictwa

Książka, którą nabyłeś, jest dziełem twórcy i wydawcy. Prosimy, abyś przestrzegał praw, jakie im przysługują. Jej zawartość możesz udostępnić nieodpłatnie osobom bliskim lub osobiście znanym. Ale nie publikuj jej w internecie. Jeśli cytujesz jej fragmenty, nie zmieniaj ich treści i koniecznie zaznacz, czyje to dzieło. A kopiując jej część, rób to jedynie na użytek osobisty.

Szanujmy cudzą własność i prawo.

Więcej na www.legalnakultura.pl.

Polska Izba Książki

Copyright © by Wydawnictwo Naukowe PWN SA

Warszawa 2017

eBook został przygotowany na podstawie wydania papierowego z 2017 r., (wyd. I)

Warszawa 2017

ISBN: 978-83-01-19774-2

Wydawnictwo Naukowe PWN SA

02-460 Warszawa, ul. Gottlieba Daimlera 2

tel. 22 69 54 321, faks 22 69 54 288

infolinia 801 33 33 88

e-mail: pwn@pwn.com.pl; reklama@pwn.pl

www.pwn.pl

Przedmowa

Kiedy w 2014 roku PZITB (Polski Związek Inżynierów i Techników Budownictwa) i SAP (Stowarzyszenie Architektów Polskich) porozumieli się w sprawie wspólnego działania na rzecz wdrożenia BIM w polskim budownictwie, nie mieliśmy jasno wyklarowanej linii współpracy. Rozwój sytuacji doprowadził nas do istotnego wniosku, że kluczem tego wdrożenia jest edukacja kadr, gdyż to nie garstka ekspertów, lecz rzesze inżynierów budownictwa zatrudnionych na budowach, w biurach projektów i służbach inwestycyjnych będą stosować tę nowoczesną technologię, tak jak wykorzystują umiejętności konstruowania, znajomość materiałów i technologii oraz organizacji robót. Skoncentrowaliśmy się więc na wielkim programie edukacyjnym, którego istotnym elementem jest ta książka.

Wydanie tej publikacji jest konieczne dla zapewnienia studentom i inżynierom praktykom przewodnika po BIM-ie podczas studiów na uczelniach, jak też w trakcie realizacji inwestycji. Jest to zgodne z założeniem autorów i wydawcy, którym pragnę podziękować za trud włożony w napisanie i wydanie książki. Niech dobrze służy celowi, dla którego powstała.

Wiktor Piwkowski

Przewodniczący Komitetu BIM PZITB wspierającego wdrożenie BIM-u w obszarze edukacji inżynierów budownictwa

Wstęp

BIM to najgorętszy temat w światowym budownictwie ostatnich lat. Ta nowoczesna, zyskująca w wielu krajach popularność metodologia realizowania inwestycji budowlanej, pozwala budować efektywniej i w sposób bardziej ekologiczny. BIM to również zmiana relacji inwestor–projektant–wykonawca, czyli nowy wymiar współpracy wszystkich stron zaangażowanych w realizację inwestycji budowlanej. Ponieważ BIM jest stosunkowo nową metodologią, która w Polsce dopiero „raczkuje”, ilość dostępnych materiałów w języku polskim jest bardzo ograniczona, stąd pomysł na napisanie tej książki.

Pozycja ta jest skierowana do wszystkich uczestników procesu budowlanego – projektantów, wykonawców i inwestorów, a w szczególności do przedstawicieli inwestora publicznego. Naszym celem jest dostarczenie podstawowych informacji o BIM-ie, które umożliwią uruchomienie inwestycji publicznej zgodnie z tą metodologią, z uwzględnieniem obowiązującej w Polsce ustawy „Prawo zamówień publicznych” oraz związanych z nią innych dokumentów i regulacji.

W kolejnych rozdziałach znajdziecie Państwo omówienie najważniejszych zagadnień związanych z BIM-em oraz prezentację podstawowych rozwiązań stosowanych podczas wdrożenia. Chcielibyśmy, aby ta książka ułatwiła komunikację inwestora z projektantem i wykonawcą, a co za tym idzie – pozwoliła skutecznie i efektywnie dla wszystkich stron wdrożyć BIM w inwestycjach publicznych. Chcemy wskazać reguły, które powinno się stosować podczas realizacji projektu zgodnie z metodologią BIM i uczulić na potencjalne niebezpieczeństwa. Mamy nadzieję, że udało nam się uniknąć sytuacji, którą kiedyś opisał słynny fizyk Richard Feynman, krytykując sposób edukacji, z jakim zetknął się na uczelniach: „tłumaczenia jednego niezrozumiałego wyrażenia dwoma innymi, równie niezrozumiałymi wyrażeniami”.

Pracując nad tekstem książki, każdy z nas korzystał ze swoich doświadczeń związanych z własną pracą zawodową. A ponieważ działamy w różnych obszarach: od edukacji, poprzez wdrożenia, aż do praktycznego zastosowania BIM-u w rzeczywistych projektach, dlatego staraliśmy się połączyć informacje naukowe z praktycznymi poradami, które mogą pomóc wdrożyć, a potem zastosować BIM w praktyce. Nasza książka nie odpowie z pewnością na wszystkie pytania związane z BIM-em, ponieważ z jednej strony zakres wiedzy jest tak duży, że potrzebne byłoby wielotomowe opracowanie, zaś z drugiej – ilość dostępnych informacji o BIM-ie wzrasta lawinowo każdego dnia, więc trudno jest za nimi nadążyć, szczególnie biorąc pod uwagę cykl wydawniczy książki.

1
Wprowadzenie do BIM-u

Na początku XXI wieku, w opracowaniach naukowców i wąskiej grupy specjalistów zajmujących się wdrażaniem nowych technologii informatycznych w budownictwie, pojawił się termin BIM, który w krótkim czasie zrobił zawrotną karierę w środowisku budowlanym. O BIM-ie zaczęło być głośno, gdy w 2010 r. stał się on głównym elementem oficjalnej strategii rządowej jednej z najważniejszych gospodarek świata, czyli Wielkiej Brytanii.

Prawdziwe początki – jeszcze wtedy nienazwanego tym terminem – BIM-u to lata 80. XX w., gdy coraz powszechniejsze komputery osobiste umożliwiły wprowadzenie nowej jakości do budownictwa: przeniesienie części informacji wykorzystywanych w procesie budowlanym do komputera. Nadal podstawowym nośnikiem komunikacji uczestników procesu budowlanego był papier, ale coraz częściej dokumenty papierowe były drukowane, czy rysowane automatycznie, na podstawie informacji zapisanej na dyskach komputerów.

Wokół BIM-u narosło w Polsce wiele legend i nieporozumień wynikających z braku uporządkowanej wiedzy wśród uczestników procesu budowlanego, szczególnie wśród inwestorów działających w branży budowlanej oraz właścicieli i użytkowników istniejących obiektów budowlanych.

Prezentując różne aspekty BIM-u, skupiamy się przede wszystkim na nowych inwestycjach budowlanych. Ale BIM jest również bardzo efektywny w odniesieniu do obiektów istniejących.

Dlaczego BIM staje się tak ważny we współczesnym budownictwie?

Odpowiedź jest oczywista: we współczesnej gospodarce kluczem do sukcesu staje się INFORMACJA, która powinna być:

• aktualna, czyli odpowiadająca rzeczywistości i aktualizowana na bieżąco;

• kompletna, czyli odpowiadająca wyczerpująco na określone zapytanie;

• czytelna, czyli ograniczona do niezbędnego minimum pozwalającego zrealizować kryterium kompletności oraz prezentowana w czytelnej dla odbiorcy formie

• dostępna, w każdym momencie, z każdego miejsca, dla każdego uprawnionego podmiotu;

• łatwa do modyfikacji, bo tylko wtedy można spełnić kryterium aktualności i kompletności informacji;

• chroniona, czyli dostępna w określonym zakresie tylko dla uprawnionych podmiotów i przechowywana w sposób gwarantujący jej bezpieczeństwo i możliwość odtworzenia również w sytuacji kryzysowej.

O tym, że informacja jest kluczem do sukcesu, nie trzeba nikogo przekonywać. Ileż razy każdemu z nas zdarzyło się pomyśleć: „gdybym wiedział to wcześniej”. BIM to narzędzie, które pozwala „wiedzieć wcześniej” i uniknąć kosztownych błędów.

Każdy proces budowlany opiera się na informacji: mapach, rysunkach, obliczeniach, tabelach. Utrata lub brak aktualizacji tych informacji powoduje wymierne straty, które są codziennością budownictwa: kolizje projektowe, kolizje montażowe, błędy przedmiarów i zestawień materiałowych, błędy harmonogramu, „niespodzianki” dotyczące niezinwentaryzowanej podziemnej infrastruktury, niedoszacowane koszty utrzymania obiektu… Ocenia się, że straty wynikające tylko z kolizji projektowych, czyli np. kolizji przebiegu tras instalacji budowlanych, wynoszą nie mniej niż 4% wartości inwestycji, a wielu przypadkach sięgają 10% [41]. A to tylko wierzchołek góry lodowej.

Jest wiele elementów, które można zmienić w przemyśle budowlanym, aby poprawić jego efektywność. Ale praktycznie każda taka zmiana jest ściśle związana z dostępem do informacji.

Skalę potencjalnych, czekających nas wyzwań, można sobie uświadomić, analizując wykres (patrz rys. 1.1) opublikowany w 2004 r. [81], na którym przedstawiono zmianę indeksu wydajności pracy w przemyśle budowlanym USA w porównaniu do pozostałych nierolniczych gałęzi gospodarki w latach 1964–2003.

Jak widać, mimo olbrzymiego postępu technologicznego i lawinowej komputeryzacji praktycznie wszystkich dziedzin gospodarki, wydajność pracy w przemyśle budowlanym USA na przestrzeni 40 lat zamiast wzrastać, spadała. Nie dysponujemy takimi porównaniami dla polskiego budownictwa, ale z dużą dozą prawdopodobieństwa można założyć, że zarówno w Polsce, jak i w innych krajach sytuacja wcale nie jest lepsza, co potwierdzają informacje opublikowane w lutym 2017 r. przez McKinsey Global Institute, w raporcie Reinventing Construction: A Route to Higher Productivity [62]. Zawarta w tym dokumencie analiza aktualnej sytuacji przemysłu budowlanego została oparta na danych z lat 1994–2014, dotyczących 41 krajów, które generują 96% globalnego PKB.

Trudno zatem się dziwić, że inwestorzy budowlani dysponujący największym budżetem, czyli rządy wielu państw, rozpoczęli poszukiwania systemu, który pozwoli im zwiększyć efektywność przemysłu budowlanego, a co za tym idzie – zaoszczędzić olbrzymie kwoty.

Rysunek 1.1. Indeks wydajności pracy przemysłu budowlanego i pozostałych nierolniczych gałęzi gospodarki USA [81]

Rysunek 1.2. Wydajność pracy w przemyśle budowlanym [62]

Obecnie coraz więcej krajów wprowadza BIM jako obowiązującą metodykę prowadzenia publicznych inwestycji budowlanych, mimo że wprowadzenie takiego systemu, szczególnie w instytucjach publicznych napotyka na wiele barier, wynikających przede wszystkim z braku odpowiedniej wiedzy.

Słowem najczęściej używanym przy opisie procesu BIM jest – obok słowa information (informacja) – angielskie collaboration, któremu odpowiada polskie „kolaboracja”. To słowo nie budzi w Polsce dobrych skojarzeń, ale faktycznie doskonale oddaje sedno BIM-u: BIM to model wymagający współpracy wszystkich stron zaangażowanych w jego tworzenie i wykorzystanie. Wprawdzie podczas procesu inwestycyjnego, w którym cały czas ścierają się ze sobą różne interesy, pojawiają się sojusznicy, ale i przeciwnicy, jednak BIM łączy ich wszystkich wokół ściśle określonego, wspólnego celu.

1.1. Czym jest BIM?

Obecnie skrót BIM jest najczęściej rozwijany jako Building Information Model, czyli Model Informacyjny (Cyfrowy) Budynku.

Natomiast u źródeł terminu BIM, czyli innowacyjnej technologii cyfrowego budownictwa, leży określenie Building Information Modeling, czyli Modelowanie Informacji o Budynku.

Spotyka się również rozwinięcie skrótu BIM jako Building Information Management, czyli Zarządzanie Informacją o Budynku.

Model Informacyjny Budynku to nic innego jak baza informacji. Modelowanie Informacji o Budynku to z kolei proces, który pozwala zbierać, modelować i zarządzać tą informacją.

Należy przy tym pamiętać, że słowo building nie oznacza tylko typowego budynku. BIM dotyczy dowolnego obiektu budowlanego: kubaturowego (budynki mieszkalne, biurowce czy szpitale), liniowego (drogi, autostrady, linie kolejowe, sieci przesyłowe naziemne i podziemne), przemysłowego (instalacje i ciągi technologiczne wraz z infrastrukturą), mostów, wiaduktów czy lotnisk.

BIM nie dotyczy więc jedynie budynków, ale wszystkich obiektów budowlanych.

Często – jak książce Finitha Jernigana, Big BIM, little bim [49] – stosuje się określenie „duży BIM” w odniesieniu do modelu cyfrowego oraz „mały BIM”, kiedy mówimy o zarządzaniu informacją.

Model cyfrowy to baza danych, która powinna zawierać wszystkie informacje opisujące dany obiekt budowlany: dane geometryczne, cechy fizyczne, cechy funkcjonalne, dane kosztowe, parametry techniczne, dane konieczne do zapewnienia konserwacji wyposażenia obiektu, dane dotyczące zapotrzebowania na media itp.

BIM to też proces, dzięki któremu w komputerze powstaje wirtualny model planowanego lub istniejącego obiektu budowlanego. Na etapie projektowania model ten jest wykorzystywany do różnorodnych analiz, przeprowadzenia symulacji budowy (dla obiektów nowych) lub remontów (dla obiektów istniejących). Dzięki modelowi można zaprojektować efektywną i efektowną architekturę oraz przewidzieć jej wpływ na proces budowy lub parametry użytkowe obiektu.

Korzystając z modelu zgodnego z BIM-em, można dobrać optymalne rozwiązania konstrukcyjne, technologiczne, logistyczne, przeanalizować koszty i harmonogram realizacji, wychwycić kolizje projektowe i kolizje montażu.

Co ważne, model BIM stworzony na etapie projektowania nowego obiektu lub inwentaryzacji obiektu istniejącego, powinien „żyć” i być cały czas wiernym odwzorowaniem obiektu rzeczywistego. To tak jakbyśmy obok istniejącego budynku stworzyli w komputerze budynek wirtualny, ściśle powiązany ze jego rzeczywistym „bratem”. Każda planowana zmiana rzeczywistości (remont, przebudowa, planowa wymiana urządzenia) powinny mieć najpierw odzwierciedlenie w modelu, a dopiero – po sprawdzeniu jak ta zmiana wpływa na obiekt wirtualny – uruchamiany byłby proces remontu, przebudowy czy wymiany urządzenia w obiekcie rzeczywistym. Również wszelkie zmiany w obiekcie, które nie były wcześniej planowane i wprowadzone do modelu, powinny znaleźć w nim swoje odzwierciedlenie. Dzięki temu cały czas będziemy dysponowali aktualną i pełną informacją, umożliwiająca efektywne zarządzanie.

BIM jest narzędziem o wielu zastosowaniach, specyficznych dla każdej fazy inwestycji budowlanej. Dlatego analizując korzyści, jakie może przynieść BIM, należy zawsze zdefiniować obszar, w jakim ma być on wykorzystywany: czy tylko na etapie projektowania, czy też może dodatkowo podczas budowy albo też użytkowania obiektu.

W tym miejscu warto wyjaśnić trzy pojęcia pojawiające się często obok BIM-u, w kontekście analizy kosztów inwestycji: CAPEX, OPEX i TOTEX.

CAPEX (Capital Expenditure) to nakłady kapitałowe potrzebne do zrealizowania określonej inwestycji (zakup, budowa). Określenie to stosuje się nie tylko w budownictwie, ale w całej gospodarce, a także w życiu codziennym (zakup nowego samochodu, mieszkania czy pralki to CAPEX dla domowego budżetu). To podstawowy, a często niestety jedyny wskaźnik oceny efektywności inwestycji budowlanej.

OPEX (Operating Expenditure) to wydatki operacyjne związane z bieżącym utrzymaniem obiektu. Określenie to również dotyczy nie tylko budownictwa, ale całej gospodarki i życia codziennego (np. OPEX dla domowego budżetu to zakup benzyny do prywatnego samochodu). Koszty OPEX są często lekceważone bądź nie są analizowane na etapie planowania inwestycji, mimo że w cyklu życia obiektu wydatki te często przekraczają koszt realizacji samej inwestycji. W metodologii BIM analiza OPEX jest jednym z ważniejszych elementów oceny efektywności inwestycji budowlanej.

TOTEX (Total Expenditure) to całkowity koszt inwestycji w całym cyklu jej życia. Wszystkie wydatki związane z realizacją projektu oraz utrzymaniem obiektu aż do jego śmierci technicznej. TOTEX to suma kosztów CAPEX i OPEX. Ze względu na wzajemną zależność wielkości CAPEX i OPEX (obniżenie kosztów budowy CAPEX często skutkuje zwiększeniem kosztów eksploatacji OPEX i na odwrót), TOTEX daje najprostszy obraz całkowitych kosztów inwestycji budowlanej w skali całego cyklu życia obiektu.

Na początku procesu wdrażania BIM-u często dochodzi do nieporozumień wynikających z przeświadczenia, że stwierdzenie „będziemy pracować zgodnie z BIM-em” definiuje dokładnie proces i każdy jego uczestnik tak samo go rozumie. Wpisanie do Specyfikacji Istotnych Warunków Zamówienia wymagania, iż projekt ma być realizowany „z wykorzystaniem technologii BIM”, to za mało. Inwestor musi precyzyjnie określić swoje oczekiwania odnośnie stosowania tej metodologii przez uczestników zadania inwestycyjnego, uwzględniając przy tym aktualny poziom dojrzałości BIM-u wśród potencjalnych wykonawców w różnych obszarach, których BIM ma dotyczyć.

1.1.1. Poziomy dojrzałości BIM-u

Rysunek 1.3 zawiera graficzną prezentację poziomów dojrzałości BIM, przygotowaną przez autorów w oparciu o jeden z najczęściej przytaczanych schematów, który został opracowany w 2008 r. przez M. Richardsa i M. Bewa, i w czytelny sposób przedstawia kolejne etapy wdrażania BIM-u.

Rysunek 1.3. Poziomy dojrzałości BIM-u
Opis skrótów użytych na rysunku:
CAD – Computer Aided Design, Projektowanie Wspomagane Komputerowo
2D – modelowanie dwuwymiarowe, dokumentacja w formie płaskich rysunków
3D – modelowanie trójwymiarowe, przestrzenne modele cyfrowe projektowanego/istniejącego obiektu
SIM – Structure Information Model, model informacyjny konstrukcji
AIM – Architecture Information Model, model informacyjny architektury
FIM – Facilities Information Model, model informacyjny wyposażenia i zarządzania
BSIM – Building Services Information Model, model informacyjny usług związanych z utrzymaniem obiektu
BrIM – Bridge Information Model, model BIM dla obiektów mostowych
iBIM – Interoperable Building Information Model, interoperacyjny cyfrowy model obiektu

Poniżej podano charakterystykę kolejnych poziomów dojrzałości BIM-u.

BIM poziom 0 (level 0)

To poziom, na którym budownictwo znajduje się od wielu lat. Podstawowym nośnikiem komunikacji są dokumenty papierowe zawierające płaskie rysunki, tabele i opisy. Cząstkowa informacja źródłowa jest często przechowywana przez uczestników procesu w plikach CAD, natomiast bazą główną pozostaje dokumentacja papierowa.

Brak jest wspólnych standardów reprezentacji, przechowywania i zarządzania informacją. Wykorzystywane są standardy opracowane wcześniej dla dokumentacji papierowej.

BIM poziom 1 (level 1)

To przede wszystkim zmiana w sposobie tworzenia projektu, w którym pojawia się projektowanie 3D.

Model 3D zaczyna być wprowadzany na etapie koncepcji i jest wykorzystywany przede wszystkim przez architektów do tworzenia wizualizacji, a dzięki temu do poprawienia komunikacji z inwestorem. Na tym poziomie BIM-u wykorzystywany jest tylko niewielki procent możliwości, jakie daje modelowanie 3D. Brakuje wymiany informacji między uczestnikami procesu projektowego. Model 3D jest traktowany jako „własność” twórcy modelu i nie jest udostępniany innym podmiotom. Projektanci innych specjalności (szczególnie konstruktorzy budowlani) tworzą własne modele 3D. BIM na poziomie 1 nazywany jest często „samotnym BIM-em” (Lonely BIM).

Do generowania dokumentacji 2D czasami wykorzystuje się modele 3D, ale podstawą procesu jest papierowa dokumentacja 2D. W projektowaniu korzysta się z elementów parametryzacji[1], co przyspiesza prace projektowe i ułatwia wprowadzanie zmian, wymiana informacji może być dokonywana w formie elektronicznej, ale dane nie są integrowane w modelu.

W dużych brytyjskich inwestycjach infrastrukturalnych model 3D na poziomie 1 był wykorzystywany do wspomagania procesów projektowych i rozwiązywania na etapie projektowania problemów, które często pojawiały się na wcześniejszych budowach i generowały straty (wynikające przede wszystkim z nadmiernego zużycia materiałów).

Ważną cechą poziomu 1 jest wprowadzenie systemów zarządzania dokumentacją projektową, czyli plikami CAD, które nadal są podstawowym źródłem tworzenia dokumentacji papierowej będącej podstawą wymiany informacji.

Na poziomie 1 wprowadzane są pierwsze elementy standaryzacji zarządzania informacją i współpracy uczestników procesu budowlanego (np. Construction Project Information Committee w Wielkiej Brytanii, projekt Avanti, który później wykorzystano przy tworzeniu normy BS 1192:2007).

BIM poziom 2 (level 2)

To kolejny krok w modelowaniu informacji. Podstawowym bankiem informacji o obiekcie staje się zintegrowany model 3D. „Zintegrowany” oznacza zawierający informacje obejmujące różne zagadnienia (architektura, konstrukcja, instalacje). Co ważne, model ten nie musi być umieszczony w jednym pliku. Wykorzystuje się wiele plików powiązanych ze sobą i zawierających dane tworzone według określonych reguł i standardów (np. na początku projektu definiuje się dokładne położenie wszystkich punktów odniesienia dla poszczególnych branż projektowych, kolory przypisane różnym rodzajom i klasom obiektów itd.). Model 3D zawiera dane geometryczne i niegeometryczne, opisujące kompletny obiekt na etapie realizacji i użytkowania. Definiuje się „logikę” powstawania projektu, wymagane poziomy szczegółowości informacji dla poszczególnych etapów inwestycji i dla wskazanych uczestników procesu.

Zintegrowany model 3D jest źródłem informacji, a odpowiednie programy pozwalają w sposób automatyczny generować dokumentację 2D na postawie danych zawartych w modelu.

Model 3D jest podstawą procesu realizacji i koordynacji. Korzystając z niego, można przeprowadzić symulacje procesu realizacji obiektu, a co za tym idzie – wykluczyć na etapie projektowania wiele niebezpiecznych lub niepożądanych sytuacji, do których mogłoby dojść na etapie budowy.

Na poziomie 2 model 3D zaczyna być poszerzany o nowe informacje, które umożliwiają wykonanie projektu harmonogramu dostaw i realizacji (4D) oraz kosztorysu i budżetu, również w aspekcie czasowym (5D).

Korzystając z modelu BIM można przeprowadzić analizy wpływu obiektu na środowisko (6D).

Model może zawierać dane, które potem – ręcznie lub automatycznie – będzie można wprowadzić do systemów wspomagających zarządzanie gotowym obiektem (7D).

Ponieważ historia BIM-u cały czas „się pisze”, więc najprawdopodobniej w najbliższych latach pojawią się kolejne „xD”, opisujące następne zastosowania BIM-u, czyli kolejne „wymiary BIM-u”.

Zintegrowany model informacji obejmuje dane, które dotyczą wielu obszarów, m.in.:

• konstrukcji – SIM (Structure Information Model),

• architektury – AIM (Architecture Information Model),

• wyposażenia i zarządzania – FIM (Facilities Information Model),

• usług – BSIM (Building Services Information Model),

• oraz informacje specyficzne dla obiektów mostowych BrIM (Bridge Information Model).

Normy narodowe i inne dokumenty powinny standaryzować większość elementów procesu, a korzystanie ze standaryzowanych baz komponentów ułatwia projektowanie i montaż.

W procesie projektowania i realizacji stosuje się systemy zarządzania informacją CDE[2] z pełną standaryzacją elektronicznej wymiany informacji. Dokumentacja papierowa przestaje być niezbędna, ponieważ doskonale zastępują ją urządzenia mobilne z dostępem do danych projektowych.

Zmienia się organizacja pracy i BIM przestaje być „samotny”. Zespoły ściśle ze sobą współpracują, a ważnym elementem staje się efektywna wymiana informacji.

Uczestnicy procesu realizują swoje zadania z uwzględnieniem szerszej perspektywy: „jak to, co zrobię, wpłynie na pracę innych i na efekt końcowy”.

W firmach projektowych czy budowlanych pojawiają się zupełnie nowe stanowiska, czy wręcz zawody, bardzo ważne dla całego procesu, np. menedżer BIM, menedżer informacji czy menedżer modelu.

BIM poziom 3 (level 3)

To największe wyzwanie. W literaturze brytyjskiej można nawet spotkać stwierdzenie, że BIM na poziomie 3 to „święty Graal” budownictwa.

Jądrem tego poziomu BIM-u jest model zawierający kompletne dane o obiekcie (3D, 4D, 5D, 6D, 7D…), oparty na jednym pliku z ewentualnymi aktywnymi powiązaniami do danych zewnętrznych, które pozwalają na dwukierunkową wymianę informacji. Model ten określa się jako iBIM (interoperable Building Information Model), czyli interoperacyjny cyfrowy model obiektu. Określenie „interoperacyjny” oznacza tu, iż umożliwia on pełną współpracę wszystkich uczestników procesu, korzystających z zawartych w modelu danych i wprowadzających do niego nowe dane.

W ten sposób model jest aktualizowany w trybie ciągłym i współdzielony przez wszystkich uczestników procesu.

Zrealizowanie poziomu 3 pozwala na dokładne odzwierciedlenie rzeczywistego – istniejącego lub planowanego – obiektu budowlanego, w postaci modelu cyfrowego.

Dzięki temu już na etapie koncepcji i projektu można:

• przeprowadzać wielokrotne iteracje modelu w celu uzyskania oczekiwanych wskaźników związanych z ekologią i ochroną środowiska, czasem budowy, kosztami eksploatacji czy innymi elementami istotnymi dla danego przedsięwzięcia;

• przeprowadzić symulacje procesu budowy z uwzględnieniem aspektów bezpieczeństwa, kosztów, czasu;

• przeprowadzić symulacje użytkowania obiektu i zbadać związane z tym aspekty dotyczące zdrowia, ekologii i ochrony środowiska czy bezpieczeństwa.

Model zawierający wszystkie dane odpowiadające rzeczywistemu obiektowi będzie wykorzystywany do zarządzania obiektem w całym cyklu jego życia.

Elementem poziomu 3 jest oparcie procesów projektowania, realizacji i zarządzania na usługach internetowych zintegrowanych z BIM-em, a także umieszczenie danych w chmurze z możliwością dostępu do nich z każdego uprawnionego urządzenia.

Definicja BIM poziomu 3 cały czas się zmienia. W Wielkiej Brytanii od pewnego czasu mówi się o konieczności wydzielenia w nim podpoziomów. Chodzi o lepsze zdefiniowanie kolejnych kroków, które pozwolą osiągnąć pełny poziom 3 dojrzałości BIM. Zwłaszcza, że na tak wysokim poziomie integracji danych i procesów konieczne jest wprowadzenie wielu nowych przepisów dotyczących chociażby praw autorskich czy odpowiedzialności zawodowej.

Wdrożenie BIM na poziomie 3 wymaga zaawansowanej infrastruktury informatycznej, szybkich sieci, dostępu do bezprzewodowej transmisji danych wysokiej przepustowości, bezpiecznych i efektywnych systemów przechowywania danych wyposażonych w zaawansowane narzędzia zarządzania informacją oparte na rozwiązaniach chmurowych.

BIM na poziomie 3 całkowicie zmieni poziom cyfryzacji gospodarki, dlatego jest on jednym z elementów długofalowej strategii rozwoju Wielkiej Brytanii, „Digital Built Britain” [44].

Warto też mieć świadomość, że poziom 3 wcale nie został zdefiniowany jako ostateczny poziom rozwoju BIM.

1.2. Dla kogo przeznaczony jest BIM?

Już wiemy, że BIM to informacja. Aby więc odpowiedzieć na pytanie „komu służy BIM?” wystarczy sobie uświadomić, kto i w jaki sposób korzysta z informacji dotyczących obiektu budowlanego, oraz gdzie i kiedy ta informacja może być bezpowrotnie utracona.

Najważniejsi użytkownicy informacji zawartych w BIM-ie to:

• inwestorzy,

• projektanci i specjaliści różnych branż,

• firmy budujące lub modernizujące obiekt bądź jego otoczenie,

• właściciele,

• zarządcy,

• najemcy,

• użytkownicy i klienci,

• firmy zajmujące się konserwacją wyposażenia obiektu,

• służby ratunkowe,

• administracja publiczna i samorządy,

• firmy dostarczające media,

• firmy rozbiórkowe.

Zanim przyjrzymy się dokładniej, jaką wartość ma BIM dla niektórych z tych grup, warto jeszcze wprowadzić dodatkowy podział wartości dodanej, jaką może wygenerować BIM:

• wartość „BIM-u wewnętrznego”, czyli jak BIM zastosowany wewnątrz organizacji usprawnia jej pracę i powoduje obniżenie kosztów czy zwiększenie konkurencyjności poprzez np. skrócenie czasu projektowania czy budowy,

• wartość „BIM-u zewnętrznego”, czyli jak BIM zastosowany wewnątrz organizacji usprawnia pracę podmiotów zewnętrznych lub generuje wartość dodaną, którą organizacja może sprzedać za dodatkowym wynagrodzeniem.

Ten podział jest bardzo istotny, bo od wielu lat spotykamy się z „wewnętrznym BIM-em” stosowanym w biurach projektów nie w celu dostarczenia dodatkowej wartości klientowi, lecz poprawienia własnej efektywności pracy, a co za tym idzie – zwiększenia przychodów i obniżenia kosztów, np. poprzez:

• przyspieszenie projektowania dzięki wykorzystaniu własnych, wewnętrznych bibliotek gotowych elementów, wykorzystywanych podczas tworzenia modelu 3D;

• przygotowanie bardzo dokładnych modeli 3D skomplikowanych obiektów przemysłowych, wymagających wielu prac projektowych podczas całego cyklu życia obiektu (remonty, modernizacje, rozbudowy). Takie modele zawierają informacje dotyczące istniejącej infrastruktury, co znacznie ułatwia projektowanie i pozwala zredukować ilość błędów, a podczas realizacji następnych projektów skraca czas i obniża koszty kolejnych prac projektowych dla danego obiektu;

• przygotowanie trójwymiarowych modeli obliczeniowych przyspieszających pracę konstruktorów.

Niektóre polskie firmy wykonawcze również stosują „wewnętrzny BIM”. Nawet jeżeli realizują kontrakt, w którym inwestor nie oczekiwał BIM-u, a dostarczona dokumentacja projektowa to rysunki 2D, same tworzą model 3D, tylko po to, aby lepiej zaplanować budowę: przygotować harmonogram, zrobić kosztorys czy oszacować ilość potrzebnych materiałów. To pozwala obniżyć koszty, a więc zwiększyć wypracowany zysk. Ponadto mogą budować szybciej, co zwiększa ich konkurencyjność. Inwestor nawet nie wie, że wykonawca korzysta z modelu 3D. Oczywiście taki model zawiera wtedy tylko te informacje, które są ważne dla wykonawcy.

Rysunek 1.4. Projektowane umiejscowienie wiaduktu [źródło: Skanska SA]

Przykładem zastosowania wewnętrznego BIM-u był „Projekt pilotażowy digitalizacji oraz zastosowania technologii BIM”, zrealizowany przez firmę SKANSKA SA podczas budowy wiaduktu, w ramach projektu infrastrukturalnego KIELANÓWKA (patrz rys. 1.4–1.7). Wiadukt jest zlokalizowany w Rzeszowie, na skrzyżowaniu trójwlotowym (skrzyżowanie ulic Podkarpackiej i 9 Dywizji Piechoty)[3].

Model 3D obejmował następujące elementy obiektu:

• sieci infrastruktury podziemnej,

• rozwiązania posadowienia obiektu,

• podpory oraz ustrój nośny obiektu,

• projektowane rozwiązania drogowe,

• zbrojenie płyty fundamentowej oraz filarów.

Rysunek 1.5. Fragment modelu 3D wiaduktu [źródło: Skanska SA]

Rysunek 1.6. Model 3D: położenie pali [źródło: Skanska SA]

Podczas etapu ofertowania część terenu inwestycji została zinwentaryzowana przy użyciu skanera mobilnego zamontowanego na samochodzie. Wygenerowana w wyniku pomiaru chmura punktów pozwoliła uzyskać szczegółową informację o ukształtowaniu terenu. Ważną zaletą skaningu laserowego była możliwość naniesienia projektowanych rozwiązań na obraz terenu istniejącego, co pozwoliło przeprowadzić dodatkowe analizy uzyskanych danych.

Dane dotyczące infrastruktury podziemnej pochodziły z mapy opracowanej do celów projektowych. Aby uszczegółowić i zweryfikować dane, a jednocześnie w sposób precyzyjny określić lokalizacje sieci podziemnych, wykonano wykopy kontrolne, a następnie za pomocą tyczek GPS namierzono lokalizację sieci. Na podstawie wykonanych pomiarów stworzono model sieci infrastruktury podziemnej.

Projekt w postaci modelu w układzie współrzędnych geodezyjnych wyeksportowano do platformy Google Earth, która pozwala na oglądanie rozwiązań projektowych „nałożonych” na istniejący teren.

Rysunek 1.7. Wizualizacja wiaduktu w Google Earth (1) [źródło: Skanska SA]

Dzięki modelowi 3D zidentyfikowano kolizje projektowe, a możliwość umiejscowienia modelu w terenie istniejącym ułatwiła analizę możliwych rozwiązań oraz pozwoliła na lepsze zaplanowanie realizacji inwestycji. Model 3D okazał się świetnym narzędziem komunikacji i współpracy zespołu.

Zastosowanie technologii BIM wpłynęło na lepsze zaplanowanie tymczasowej organizacji ruchu. Dzięki przeprowadzeniu jednoczesnej, dokładnej analizy geometrycznego ukształtowania terenu oraz zaproponowanych rozwiązań projektowych, można było zaproponować organizację ruchu, która zapewniła jego ciągłość na drogach będących w zasięgu inwestycji (bez ruchu wahadłowego).

Rysunek 1.8. Wizualizacja wiaduktu w Google Earth (2) [źródło: Skanska SA]

Model został wykorzystany podczas etapu ofertowania do:

• sprawdzenia ilości robót ziemnych,

• planowania wykonania prac pod względem doboru odpowiedniej technologii,

• komunikacji na tym etapie w zespole ofertowym.

Na etapie realizacji model wykorzystano:

• przy robotach ziemnych, jako źródło danych dla maszyn wyposażonych w systemy sterowania 3D;

• podczas etapowania prac i do dokładnego zaplanowania robót budowlanych przy jednoczesnym uwzględnieniu ukształtowania terenu istniejącego;

• przy projektowaniu dróg serwisowych;

• przy planowaniu platform roboczych pod palownice, z uwzględnieniem możliwych kolizji z sieciami podziemnymi;

• do detekcji kolizji, m.in. płyty fundamentowej z istniejącą siecią światłowodową (z dokumentacji 2D wynikało, że kolizja taka mogła powstać w zupełnie innym miejscu i elementem kolizyjnym dla światłowodów miały być pale);

• do wychwycenia błędów projektowych, m.in. błędu projektowego związanego z wysokością ciosów podłożyskowych, który był praktycznie niemożliwy do wykrycia na podstawie płaskiej dokumentacji 2D;

• jako narzędzie koordynacji na placu budowy przy użyciu urządzeń mobilnych.

Rysunek 1.9. Koordynacja na placu budowy z wykorzystaniem urządzeń mobilnych [źródło: Skanska SA]

Najwięcej problemów podczas projektowania spowodowała konieczność przygotowania modelu 3D na podstawie dokumentacji 2D otrzymanej na etapie ofertowania. Sam proces projektowania z użyciem modelu 3D został oceniony jako bardziej czasochłonny niż bez tego modelu.

Mimo że zamawiający nie oczekiwał wykorzystania metodyki BIM podczas realizacji projektu, to według przedstawicieli firmy SKANSKA SA, również odczuł pozytywne efekty zastosowania BIM-u:

• szybszą realizację inwestycji;

• mniejsze koszty społeczne wynikające z zaprojektowania efektywnej organizacji ruchu;

• zwiększenie bezpieczeństwa na realizowanym projekcie zarówno dla pracowników, jak i osób postronnych (inwestycja była realizowana w istniejącej i działającej infrastrukturze miejskiej).

Wróćmy do korzyści, jakie BIM może przynieść różnym podmiotom, pamiętając o tym, że część z nich osiąga zyski zarówno z BIM-u wewnętrznego, jak i zewnętrznego.

Inwestorzy

Informacja jest podstawowym elementem niezbędnym przy podejmowaniu decyzji o rozpoczęciu inwestycji, o jej kształcie, przeznaczeniu, planowanych kosztach, harmonogramie. Dzięki informacji można bardzo zmniejszyć ryzyka związane z procesem inwestycyjnym, które wpływają na finalny poziom kosztów, czas realizacji czy efektywność użytkowania. Im bardziej skomplikowane zadanie budowlane, tym ważniejszy staje się dostęp do rzetelnej informacji. Na etapie planowania bardzo ważne jest posiadanie aktualnych danych dotyczących otoczenia przyszłej inwestycji, dzięki którym możliwe jest przeprowadzenie analiz jej wpływu na środowisko, dostępu do istniejącej infrastruktury, wpływu lokalizacji na efektywność inwestycji, wstępnej analizy wykonalności, czy analizy możliwych wariantów realizacji. Przy odpowiednim zarządzaniu informacją, wszelkie dane pozyskane przez inwestora stają się podstawą rozpoczęcia efektywnego procesu projektowego. Na etapie projektowania model tworzony przez projektantów staje się bazą danych, dzięki której inwestor może w aktywny sposób uczestniczyć w procesie projektowym. Wykorzystanie modelu 3D, zamiast tradycyjnych rysunków 2D, pozwala z jednej strony lepiej zrozumieć inwestorowi koncepcje przygotowane przez projektantów, a z drugiej – pozwala projektantom na bieżąco analizować nowe pomysły i propozycje inwestora, a co za tym idzie – przewidzieć skutki proponowanych zmian. Praca na aktualizowanym modelu 3D redukuje w znacznym stopniu możliwość popełnienia błędów projektowych i kolizji, co daje inwestorowi dużo większą pewność uniknięcia nieprzewidzianych kosztów związanych z naprawą tych błędów. Dzięki możliwości „obudowania” modelu 3D danymi dotyczącymi przewidywanych kosztów realizacji, inwestor z bardzo dużą dokładnością może oszacować koszty budowy, a dzięki temu może wspólnie z projektantem „projektować” koszt inwestycji, wprowadzając zmiany w projekcie i analizować wpływ tych zmian na koszt realizacji. Dysponując modelem BIM, już na etapie projektu można określić z dużą dokładnością koszty eksploatacji obiektu, a więc również można je projektować, zmieniając założenia lub poszczególne elementy modelu (np. wpływ zmiany położenia obiektu ze względu na nasłonecznienie czy zastosowanie ścian lub okien o innym współczynniku przenikania ciepła na koszty ogrzewania i klimatyzacji). W rezultacie model BIM pozwala inwestorowi na wykonanie nie tylko analizy kosztów budowy, ale również całkowitych kosztów inwestycji w całym cyklu jej życia. Najkrócej można powiedzieć, że BIM umożliwia inwestorowi obejrzenie swojej inwestycji (wizualizacje, filmy, symulacje) oraz oszacowanie związanych z nią efektów finansowych, jeszcze przez rozpoczęciem budowy.

Na różnych etapach realizacji inwestycji inwestor uzyskuje różne wartości dodane, wynikające ze stosowania BIM-u:

• etap projektowy:

• możliwość aktywnego uczestniczenia w procesie projektowania;

• łatwa analiza wariantowa dla różnych rozwiązań projektowych i technicznych, szczególnie przydatna w aspekcie ekologii i ochrony środowiska;

• ułatwione konsultacje społeczne zwłaszcza dla dużych lub kontrowersyjnych inwestycji;

• uwzględnienie wielu kryteriów i ich wpływu na koszt inwestycji;

• dużo dokładniejsze szacowanie budżetu i harmonogramu;

• uzyskanie obiektu o większej wartości (lepsze wykorzystanie powierzchni działki, efektywniejsze projektowanie układu pomieszczeń czy ciągów komunikacyjnych, lepsze parametry techniczne obiektu);

• łatwiejsze wstępne określenie wpływu procesu budowy na otoczenie (np. wyłączenia z ruchu odcinków dróg, linii kolejowych, wiaduktów, utrudnienia w ruchu wokół budowy, zwiększone zapotrzebowanie na media itd.);

• niski koszt wprowadzania zmian w projekcie;

• łatwa komunikacja z projektantami na bazie wizualizacji modelu 3D;

• lepsze wzajemne zrozumienie uczestników procesu;

• jasne określenie zakresu odpowiedzialności;

• dokładne szacowanie kosztów utrzymania gotowego obiektu;

• etap wyboru wykonawcy:

• łatwa weryfikacja ofert ze względu na cenę;

• łatwa weryfikacja ofert ze względu na harmonogram;

• łatwiejsze porównanie jakości ofert;

• czytelniejsze określenie wymagań inwestora w stosunku do wykonawcy;

• etap budowy:

• niższa cena budowy;

• bieżąca kontrola kosztów;

• bieżąca kontrola postępu robót;

• łatwa komunikacja z wykonawcą przy użyciu modelu 3D;

• wykorzystanie modelu 3D do rozpoczęcia sprzedaży nieistniejącego obiektu, szczególnie przy zastosowaniu technologii rzeczywistości wirtualnej i rozszerzonej;

• ekologia (mniej odpadów, zielone technologie, łatwiejsze szacowanie wpływu budowy obiektu na środowisko naturalne);

• nowe możliwości kontroli i oceny jakości wykonanych prac;

• etap sprzedaży:

• wysoka jakość obiektu;

• zgodność dokumentacji powykonawczej z rzeczywistością;

• łatwość przygotowania atrakcyjnych ofert w oparciu o model 3D;

• łatwe dostosowywanie oferty i aranżacji;

• łatwość oszacowania kosztów i czasu ewentualnych zmian i aranżacji;

• możliwość sprzedaży wartości dodanej (ekologia, niskie koszty utrzymania, udostępnienie danych obniżających koszty zarządzania i utrzymania);

• zwiększenie wartości obiektu poprzez oferowanie wartości dodanej: cyfrowych danych, które mogą być wykorzystane bezpośrednio w systemach FM[4].

Przypisy

[1] Parametryzacja zostanie szczegółowo omówiona w dalszej części książki, aby jednak ułatwić zrozumienie tego pojęcia w kontekście BIM-u, podajemy tu dwa najprostsze jej przykłady: wysokość kondygnacji jako parametr wpływający na wysokość słupów i ścian kondygnacji – po jej zmianie automatycznie zmieniają się dwie pozostałe wysokości, oraz zmiana sposobu kreskowania przekroju dla danego materiału, która automatycznie zmienia kreskowanie we wszystkich przekrojach na danym rysunku, gdzie ten materiał występuje.

[2] CDE (Common Data Environment) to środowisko zarządzania informacją projektową, którego celem jest zapewnienie jednolitego źródła informacji dla danego projektu. Wykorzystywane do zarządzania i udostępniania uczestnikom projektu wszelkich istotnych dokumentów na określonym poziomie dostępu (akceptacja, rewizja, archiwizacja plików projektowych), szczególnie przy koordynacji pracy zespołów interdyscyplinarnych. W metodologii BIM baza CDE zapewnia integrację wszystkich danych (zawartych w modelu BIM, jak również w plikach zewnętrznych) w celu optymalizacji procesów projektowania, realizacji i eksploatacji, której celem jest redukcja kosztów. W CDE stosowane są rozwiązania oparte na serwerze danych lub chmurze danych.

[3] Informacje o projekcie oraz grafiki i zdjęcia udostępnione przez firmę SKANSKA SA.

[4] ang. Facility Management, czyli zarządzanie obiektami. W odniesieniu do FM, BIM pełni funkcję bazy danych o obiekcie. Im ta baza jest bardziej kompletna, tym większe możliwości jej wykorzystania do efektywnego zarządzania obiektem (optymalizacja zużycia mediów, analizy energetyczne, monitoring bieżących usług administracyjnych i gospodarczych, optymalizacja kosztów remontów i przebudowy, monitoring stanu technicznego, zarządzanie powierzchnią, finansami, zasobami rzeczowymi i ludzkimi, czy bezpieczeństwem).