BIM – PERSPEKTYWY W BRANŻY ŻELBETOWEJ

Technologia BIM stanowi złożenie dotychczasowych osiągnięć inżynierskich oraz technicznych, ale także organizacyjnych i zarządczych.

Niezmienną podstawą działalności inżyniera budowlanego od zawsze był model obiektu, choć w przeciągu wieków zmieniała się jego forma: począwszy od modelu myślowego (koncepcja) poprzez fizyczny (odzwierciedlenie układu elementów z uwzględnieniem materiałów i praw fizycznych), matematyczny (układ równań opisujący zależności pomiędzy elementami modelu fizycznego), a na parametrycznym kończąc (informacje przypisane do elementów).

Model wielobranżowy

Specyfika obiektów budowlanych związana jest z wielobranżowością uczestników procesu inwestycyjnego, stąd przygotowanie dokumentacji samej konstrukcji nie jest wystarczające do wzniesienia obiektu, który spełniałby oczekiwania docelowego użytkownika. W ogólności projekt architektoniczny oraz konstrukcyjno-budowlany musi zostać uzupełniony o dokumentację instalacyjną obejmującą m.in. instalacje elektryczne, hydrauliczne, wentylacyjne, teletechniczne, wykończeniowe czy też monitoringu stanu technicznego konstrukcji. W związku z powyższym powstała koncepcja modelu BIM, który z założenia spełniać ma wymagania dotyczące modelu parametrycznego. Jednak tym, co najważniej
sze i co stawia ową koncepcję na końcu łańcucha ewolucji stosowanych modeli konstrukcji (rys. 1.), jest fakt, że model ten powinien stanowić podstawę interoperacyjnej, synergicznej współpracy między wszystkimi uczestnikami procesu budowlanego. Można zatem powiedzieć, że BIM stanowi złożenie dotychczasowych osiągnięć inżynierskich i technicznych, ale także organizacyjnych i zarządczych. Interoperacyjność według definicji IEEE (ang. Institute of Electrical and Electronics Engineers) z 1990 roku oznacza zdolność systemów lub ich komponentów do wymiany informacji oraz wykorzystania tej informacji. Ponieważ interoperacyjność stanowi klucz do praktycznego wdrożenia BIM w budownictwie, w ostatnich latach trwają intensywne prace nad rozwojem standardów umożliwiających efektywną wymianę danych. Należy w tym miejscu wymienić format IFC (ang. Industry Foundation Class), którego coraz to nowsze wersje mają na celu umożliwienie pełniejszej współpracy między różnymi aplikacjami.

Perspektywy

W polskojęzycznej monografii [1] zebrano najważniejsze informacje związane z podstawami, standardami oraz narzędziami wykorzystywanymi w BIM, a także podano przykłady konkretnych zastosowań. Obszerną wiedzę czerpać można wciąż przede wszystkim z literatury anglojęzycznej, np. [2, 3, 4]. W pracy [5] przedstawiono trójczłonowe rozwinięcie akronimu BIM, związane z modelem (ang. model), procesem modelowania
(ang. modeling) oraz zarządzaniem (ang. management). Ponieważ jest to stosunkowo młoda koncepcja w projektowaniu, realizacji i eksploatacji konstrukcji budowlanych, brak jeszcze formalnych oraz usystematyzowanych norm, standardów i wytycznych w tym zakresie. Warto jednak przytoczyć tutaj Dyrektywę Parlamentu Europejskiego i Rady [6], gdzie w artykule 20 stwierdza się, że „w odniesieniu do zamówień publicznych na roboty budowlane i konkursów państwa członkowskie mogą wymagać zastosowania szczególnych narzędzi elektronicznych, takich jak narzędzia elektronicznego modelowania danych budowlanych lub podobne”. To pierwszy dokument, który oficjalnie zachęca kraje członkowskie UE do korzystania z technologii BIM w projektach budowlanych finansowanych ze środków publicznych. Znalazło to już odzwierciedlenie w polityce niektórych krajów, np. Wielkiej Brytanii, Holandii, Danii, Finlandii i Norwegii [1], które wymagają stosowania technologii BIM w zamówieniach publicznych. Głównym argumentem pozostają wymierne oszczędności dla podatników osiągane poprzez zwiększenie efektywności (produktywności) gospodarczej sektora budowlanego. W brytyjskim raporcie NBS [7] z roku 2017 zestawiono wyniki ankiety przeprowadzonej wśród respondentów z różnych firm i instytucji związanych z sektorem budowlanym w Wielkiej Brytanii. Według ich opinii BIM pomoże w realizacji rządowej strategii związanej z obniżeniem kosztów i czasu realizacji inwestycji, a w ciągu ostatnich kilku lat obserwuje się wyraźny wzrost świadomości na ten temat. Wyniki badań przeprowadzone na rynku polskim [8] potwierdziły, że BIM najczęściej wykorzystywany jest w większych przedsiębiorstwach oraz że jest popularniejszy wśród młodszych stażem reprezentantów branży. Zdecydowana większość osób korzy sta z technologii nie dłużej niż 5 lat, a ponad 20% nie dłużej niż zaledwie rok, co świadczy o tym, że użytkowników tych będzie przybywać. Za podstawową korzyść uznano minimalizowanie błędów, zarówno projektowych, jak i wykonawczych, oraz tworzenie dokumentacji o lepszej jakości niż w przypadku projektowania tradycyjnego. Jednak bardzo czytelnym i wymiernym dla inwestorów argumentem mogą być dane związane z możliwością obniżenia kosztów. Najczęściej wymienianą barierą ograniczającą rozpowszechnienie technologii BIM na polskim rynku były niskie ceny projektów, co z kolei ogranicza nakłady inwestycyjne firm. Ponadto istotną rolę odgrywają braki kompetencyjne w środowisku czy też brak odpowiednich rozpowszechnionych standardów projektowania. Praktyczne zastosowania metodyki BIM w Polsce nie są tak rozpowszechnione, jak np. w krajach Europy Zachodniej, co związane jest m.in. z brakiem przeszkolonych pracowników. Pozwala to przypuszczać, że jednym z podstawowych zadań mających na celu rozwój technologii BIM w Polsce jest rzetelne zwiększanie świadomości uczestników procesu budowlanego oraz nastawienie na edukację i odpowiednie przygotowanie merytoryczne studentów.

BIM W BRANŻY ŻELBETOWEJ Duży i mały BIM

Należy w tym miejscu uzupełnić dotychczasowe informacje o technologii BIM o podział na modelowanie wewnętrzne (tzw. mały BIM – ang. little bim) i zewnętrzne (tzw. DUŻY BIM – ang. BIG BIM) [9], którego ideę schematycznie zaprezentowano na rys. 3. Poprzednio zaprezentowano koncepcję DUŻEGO BIM-u, polegającego na interdyscyplinarnej współpracy między przedstawicielami różnych firm, reprezentujących różne branże zaangażowane w proces inwestycyjny. Jednak aby taka współpraca była możliwa, konieczne jest zapewnienie spójności i płynności w przebiegu informacji pomiędzy pracownikami jednego przedsiębiorstwa, np. biura projektowego. Mały BIM związany jest zatem z koordynacją współpracy wewnątrz jednej firmy poprzez zapewnienie kompatybilnych narzędzi analizy i rysowania oraz sprawnej i bieżącej wymiany danych (aktualizacje) pomiędzy pracownikami realizującymi różne etapy (poziomy) projektuPodstawowe korzyści W modelowaniu BIM łączne nakłady czasu i kosztów niezbędnych do zaprojektowania i wybudowania budynku są mniejsze niż te, które trzeba by było ponieść w przypadku tradycyjnego opracowywania dwuwymiarowej dokumentacji wykonawczej. Koszty wprowadzania zmian (rewizje) w obu przypadkach w początkowej fazie są zbliżone, jednak po ukończeniu modelu BIM jego umiejętne wykorzystanie sprawia, że koszty ewentualnych zmian utrzymywane są na stałym niskim poziomie (dzięki automatycznej aktualizacji całej dokumentacji w czasie dowolnej edycji modelu 3D). W przypadku podejścia tradycyjnego konieczne jest wprowadzanie ręcznych poprawek w wielu dokumentach, co dodatkowo zwiększa ryzyko popełnienia błędów [10]. Zaplanowana i kontrolowana automatyzacja procesów związanych z projektowaniem konstrukcji żelbetowych niesie ze sobą kilka podstawowych korzyści:

• skrócenie czasu prac projektowych, zwłaszcza w przypadku dużych inwestycji;
• skrócenie czasu realizacji inwestycji (unikanie kolizji, łatwość adaptacji projektu do warunków budowy);
• poprawa jakości dokumentacji (czytelność rysunków);
• możliwość wykorzystania na budowie modelu przestrzennego (podgląd skomplikowanych węzłów, automatyczne przedmiary itp.) – usprawnienie procesu zarządzania budową;
• minimalizacja ryzyka popełnienia błędów (np. automatyczne numeracje i zestawienia prętów zbrojeniowych, integracja modelu z poszczególnymi rysunkami);
• łatwość edycji, wprowadzania poprawek czy generowania raportów;
• oszczędności finansowe;
• wzrost zaufania do firmy, względy marketingowe.

Warto mieć na uwadze, że niezależnie od realizowanego projektu czy obszaru zawodowej działalności brak wiedzy jest zawsze kosztowny. Ma to szczególnie duże znaczenie w zagadnieniach techniczno-budowlanych. W tradycyjnym podejściu, opartym na papierowej dokumentacji, do momentu zrealizowania obiektu następuje wzrost wiedzy o nim, jednak po rozpoczęciu eksploatacji wiedza ta jest tracona na skutek różnych okoliczności, np. rozproszenia dokumentacji pomiędzy różne podmioty zaangażowane w proces projektowania i wykonawstwa (rys. 4.). Bardzo często w przypadku remontów starych obiektów archiwalna dokumentacja jest bardzo uboga lub w ogóle nie można jej odnaleźć. Wykorzystanie technologii BIM na podstawie przestrzennego, parametrycznego modelu konstrukcji, odpowiednio zarządzanego na etapie projektowania, realizacji i eksploatacji, pozwala nie tylko na zachowanie stałego poziomu wiedzy na temat obiektu, ale nawet na nieustanny jej wzrost poprzez uzupełnianie modelu o informacje pochodzące z okresowych przeglądów (np. inwentaryzacja rys w konstrukcjach żelbetowych, stan dylatacji, przemieszczenia łożysk itp.). Pełna i na bieżąco aktualizowana baza danych o stanie konstrukcji w całym cyklu jej życia, udostępniana interesariuszom, np. ekspertom, ma za zadanie dostarczenie wymiernych korzyści technicznych i finansowych.

Przykładowe możliwości

Z punktu widzenia inżyniera budowlanego najbardziej istotna wydaje się być możliwość wykonywania obliczeń statycznych na otrzymanym od architektów przestrzennym modelu konstrukcji, generowanie na ich podstawie trójwymiarowego modelu zbrojenia zgodnego z wynikami obliczeń i stosowanymi normami, a następnie tworzenie dwuwymiarowej dokumentacji obejmującej zarówno zestaw rysunków technicznych, jak i wszystkie niezbędne zestawienia materiałowe związane z objętością betonu czy też zastosowanymi prętami zbrojeniowymi. Najważniejszy jest jednak skoordynowany przepływ informacji, umożliwiający automatyzację powtarzalnych procesów. Prosty przykład wymiany danych między wybranymi programami
przedstawia rys. 5. W całym procesie, realizowanym zazwyczaj pod presją czasu, najważniejsze jest jednak bezpieczeństwo konstrukcji. Stąd istnieją narzędzia dedykowane bezpośredniej kontroli przyjętych rozwiązań (np. bieżąca wizualizacja zastosowanego zbrojenia na tle wymaganego ze względów obliczeniowych i konstrukcyjnych). Kolejnym istotnym narzędziem, którego celem jest przyspieszenie prowadzonych prac projektowych, jest możliwość wyodrębnienia z całego modelu elementów bądź układów konstrukcyjnych analizowanych oddzielnie. Dzięki temu nie ma konieczności przeliczania całego, często bardzo rozbudowanego modelu konstrukcji po wprowadzeniu zmian np. tylko w obrębie jednej płyty stropowej (o ile zmiany te nie mają wpływu na pracę pozostałej części konstrukcji). W przypadku ręcznego modelowania zbrojenia przestrzennego najważniejsza jest możliwość bieżącej kontroli położenia i parametrów wprowadzanych prętów. Różni producenci programów zapewniają różnorodne możliwości realizacji tego zadania, jednak do podstawowych wspólnych funkcji można zaliczyć: definiowanie prętów w przestrzeni 3D z bieżącym podglądem rysunków płaskich, definiowanie prętów z poziomu rzutów i przekrojów z bieżącym podglądem na model przestrzenny, filtrowanie zbrojenia na podstawie zadanych parametrów (np. zbrojenie dolne, górne, średnica pręta, długość pręta, kształt pręta itd.), podświetlanie wybranego pręta w modelu przestrzennym, wykrywanie kolizji. W przypadku narzędzi BIM wykorzystywanych w modelowaniu konstrukcji żelbetowych podstawowym problemem technicznym, nad którego rozwiązaniem pracują inżynierowie i informatycy, pozostaje zautomatyzowanie generowania przestrzennego zbrojenia węzłów konstrukcyjnych oraz innych miejsc nietypowych. Obecnie nie ma na rynku narzędzia, które nie wymagałoby kontroli i wprowadzania ręcznych poprawek ze strony inżyniera. Mimo dążeń do maksymalnej automatyzacji procesów projektowych w celu zmniejszenia nakładów pracy człowieka należy mieć na uwadze, że błędy wynikające z nieodpowiedniego doboru modelu konstrukcji (np. schemat statyczny) zawsze będą obarczały inżyniera. Wykorzystanie nowoczesnych narzędzi nie zmniejsza zatem jego roli w całym procesie, a jedynie ułatwia wykonywanie pracy i podejmowanie decyzji.

Podsumowanie

Ze względu na ogromną złożoność materii, zjawisk i procesów idealne odzwierciedlenie obiektu za pomocą modelu myślowego, fizycznego, matematycznego czy też parania informacji o budynku, jednak dla inżyniera budowlanego niezwykle cenna. Mimo wielu trudności związanych z jej wdrożeniem potencjalne korzyści z niej płynące warte są podjęcia takiego wysiłku. W Polsce obserwuje się wzrost liczby projektów realizowanych z wykorzystaniem podejścia BIM – wybrane przykłady przedstawiono w pracach [1, 12]. Wydaje się, że trend ten będzie przyspieszał, a zatem powszechne wykorzystanie technologii BIM w projektowaniu konstrukcji inżynierskich jest tylko kwestią czasu.