Przeczytaj cały artykuł

INNOWACJE W PROCESIE INWESTYCYJNYM
Wykorzystanie BIM
w fazie wykonawczej
przedsięwzięć budowlanych
mgr inż. Andrzej Foremny*
D
ynamiczny rozwój budownictwa u progu XXI w. objawiający się konstruowaniem coraz
większych, wyższych i bardziej złożonych obiektów w połączeniu
z dążeniem do minimalizacji kosztów, czasu realizacji oraz spełnienia
warunków zrównoważonego rozwoju
wymusza stosowanie nowych, bardziej
wydajnych narzędzi zarządzania przedsięwzięciami budowlanymi. Wysoki stopień skomplikowania projektów, szeroki zakres robót, duża specjalizacja
branżowa, częste i obszerne zmiany
dokumentacji oraz technologii praktycznie uniemożliwiają sprawne przeprowadzenie procesu realizacji bez nowoczesnych narzędzi do projektowania oraz
wymiany informacji. Odpowiedzią na
potrzeby współczesnego i przyszłego
budownictwa są narzędzia BIM (Modelowanie Informacji o Budynku). W artykule przedstawiono korzyści, jakie może
przynieść zastosowanie koncepcji BIM
w trakcie realizacji robót budowlanych.
Rozwój modelowania
w budownictwie
Wykorzystywanie narzędzi informatycznych w projektowaniu procesów budowlanych zwiększało się wraz z rozwojem teleinformatyki. Przełom w zakresie
modelowania w budownictwie nastąpił
na początku lat osiemdziesiątych XX w.
wraz z odejściem od tradycyjnego projektowania na papierze na korzyść projektowania wspomaganego komputerowo (CAD – Computer Aided Design).
Był to duży postęp umożliwiający wykonywanie modelu 2D w skali 1: 1 z możliwością wydruków w dowolnym formacie. Rysunki stały się bardziej dokładne i czytelne, a także sam proces wprowadzania zmian stał się szybszy. Wraz
z upływem czasu, do modeli 2D zaczę* Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
82
12 ’2013 (nr 496)
to wprowadzać dodatkowe informacje
dotyczące projektowanych obiektów.
Rozwój teleinformatyki, a co za tym
idzie większa dostępność grafiki 3D,
spowodował, że zaczęto ją wykorzystywać również w budownictwie, głównie
do wykonywania wizualizacji inwestycji
lub detali. Należy jednak zaznaczyć, że
nie istniało bezpośrednie powiązanie
między rysunkami 2D i 3D. W związku
z tym każda zmiana w bazowej dokumentacji płaskiej niosła za sobą potrzebę zmiany dokumentacji trójwymiarowej. Kolejnym krokiem było tworzenie
modelu 2D z możliwością automatycznego generowania wizualizacji 3D oraz
różnego rodzaju zestawień (aktualnych
na moment wytworzenia). Dane modyfikowane w dokumentacji 2D po wygenerowaniu wizualizacji 3D nie były automatycznie uwzględniane w wizualizacji i zestawieniach. Nadal nie było możliwości drogi w „drugą stronę”, tzn. zmiany w wygenerowanych rysunkach 3D
i zestawieniach nie przenosiły się automatycznie do modeli bazowych 2D.
W dalszej kolejności pojawiła się koncepcja modelowania, umożliwiająca
stworzenie jednego spójnego systemu,
który gromadziłby wszystkie informacje
na jednej platformie i automatycznie pozwoliłby uwzględniać zmiany w całej dokumentacji.
Charakterystyka BIM
BIM to skrót z języka angielskiego,
oznaczający Building Information Modeling. W Polsce określenie to funkcjonuje w postaci nieprzetłumaczonej, natomiast zgodnie z tłumaczeniem oznacza Modelowanie Informacji o Budynkach, co nie wydaje się być właściwe,
zważywszy na fakt, że ogranicza BIM
tylko do budynków. BIM może dotyczyć
wszystkich obiektów budowlanych: budynków, budowli, a nawet obiektów małej architektury i dlatego bardziej trafne
byłoby określenie Modelowanie Infor-
macji o Budowaniu. Jedna z teorii mówi, że twórcą BIM jest profesor Charles M. Eastman (Georgia Institute of
Technology), który wykorzystywał to pojęcie w publikacjach od 1970 r. Zgodnie
z tą teorią BIM jest utożsamiany z modelem produkcyjnym budynku. Duży
udział w upowszechnieniu pojęcia BIM
miały publikacje analityka Jerry’ego Leiserina [1]. Pierwsza implementacja BIM
została zrealizowana w koncepcji „Virtual building” (ArchiCAD) w 1987 r.
BIM można definiować na różne sposoby. Amerykański instytut National Institute of Building Sciences definiuje
BIM jako cyfrową reprezentację fizycznych i funkcjonalnych charakterystyk
obiektu, współdzielony zasób wiedzy
o obiekcie wykorzystywanym do stworzenia wiarygodnej bazy wiedzy niezbędnej do wypracowania prawidłowych decyzji podejmowanych w całym
cyklu jego życia, zdefiniowanym jako
okres od pierwszej koncepcji inwestycji
do rozbiórki lub przebudowy. Koncepcja
BIM zakłada stworzenie wirtualnego
obiektu budowlanego (rysunek 1), dzięki czemu przed przystąpieniem do realizacji istnieje możliwość wykonania dokładnej analizy umożliwiającej wykrycie
i rozwiązanie pojawiających się problemów oraz pracę w „chmurze”, czyli zdalny dostęp do modelu przez internet.
Dzięki temu nie ma konieczności przesyłania dokumentacji pocztą elektro-
Rys. 1. Wirtualny obiekt budowlany stworzony wg Koncepcji BIM [2]
INNOWACJE W PROCESIE INWESTYCYJNYM
niczną – model jest aktualizowany na
bieżąco przez poszczególnych uczestników. Dostęp do bazy danych jest regulowany przez nadanie odpowiednich
uprawnień do zdalnego wglądu i edycji.
W programach wykorzystujących BIM
są narzędzia usprawniające komunikację, np. miejsce kolizji różnych instalacji jest sygnalizowane przez program,
a informacja ta jest przesyłana wraz ze
zbliżeniem na miejsce kolizji do odpowiednich projektantów.
Dokumentacja wykonawcza
Współczesna dokumentacja związana z realizacją obiektów budowlanych
charakteryzuje się tym, że jest obszerna, skomplikowana, zróżnicowana,
a dodatkowo zmieniana i rozszerzana
w trakcie inwestycji. Wykorzystując
BIM, tworzy się jedną centralną bazę
danych uwzględniającą wszystkich
uczestników procesu budowlanego. Dane zawarte w bazie BIM można przeglądać i filtrować, uzyskując konkretne informacje w postaci dodatkowych rzutów, przekrojów, zestawień tabelarycznych itd. Są one ze sobą spójne i łatwo
dostępne. Każda zmiana w konkretnym
elemencie modelu jest automatycznie
przenoszona do całego modelu (np.
w momencie wprowadzenia przez projektanta konstrukcji zmiany polegającej
na poszerzeniu słupów w garażu, będzie ona widoczna również na warstwach architektonicznych). Aplikacje
wykorzystywane przez firmy branżowe
korzystają ze wspólnej bazy danych, co
skraca czas przepływu informacji,
usprawnia proces uzgodnień i ogranicza błędy. Przygotowanie dokumentacji
projektowej w BIM stwarza ogromne
możliwości poprawy jakości wykonywania obiektów budowlanych.
Obecnie w Polsce dominuje sytuacja,
w której wykonawca robót budowlanych
otrzymuje projekt wykonawczy w formie
drukowanej i dodatkowo elektronicznej.
W związku z tym każda rewizja/kontrola dokumentacji wykonana przez projektanta wiąże się z koniecznością jej dostarczenia na teren budowy (w formie
podpisanych rysunków i opisów technicznych). W sytuacji kiedy jest dużo
zmian projektowych, może pojawić się
problem niewłaściwego zarządzania dokumentacją projektową prowadzący
w skrajnym przypadku do wykonywania
robót budowlanych wg nieaktualnych rysunków. W przypadku BIM w łatwy spo-
sób można odnaleźć aktualną wersję
modelu, ponieważ jest ona umieszczona w sieci informatycznej ze zdalnym
dostępem (umożliwiając również wgląd
w poprzednie wersje, np. w celu porównania zmian lub odczytania stanu dokumentacji na dany dzień w przypadku formułowania i argumentowania roszczeń
terminowych lub finansowych).
Wizualizacja harmonogramów
Do modelowania BIM można wprowadzić czwarty wymiar – cykl życia
obiektu, który obejmuje wszystkie fazy
inwestycji, zaczynając od koncepcji,
a na rozbiórce/przebudowie kończąc.
Dzięki powiązaniu modelu 3D z harmonogramem robót budowlanych możliwa
jest symulacja procesu budowy, co
umożliwia: lepszą koordynację zamówień, analizę i porównanie różnych wariantów wykonania. Same fazy realizacji można podzielić na mniejsze etapy
– np. działki robocze, kondygnacje lub
pomieszczenia. Każdy zaprojektowany
element ma przypisaną cechę, która
określa, kiedy rozpoczyna się jego wbudowanie, a kiedy kończy oraz ile czasu
zajmuje. Dzięki temu istnieje możliwość
np. wyświetlenia obiektów, które będą
realizowane w określonym momencie
na określonej działce roboczej. Obecnie
dąży się, aby harmonogram tworzony
na podstawie warunków początkowych
i samego modelu 3D aktualizował się
automatycznie. Kolejnym krokiem jest
stworzenie systemu BIM, który na podstawie monitoringu robót na terenie
budowy mógłby prognozować dalszy
przebieg realizacji i proponować
usprawnienia (np. w momencie opóźnienia robót).
Kontrola kosztów robót
BIM, w przypadku kalkulacji kosztów
budowy obiektu, wykorzystuje bibliotekę elementów modelu 3D o określonych
parametrach geometrycznych i materiałowych oraz cennik scalony uwzględniający średnie koszty materiałów budowlanych, robocizny i sprzętu [3].
Do bazy można wprowadzić unikatowe
elementy, ale ich pierwsze użycie wymaga większego nakładu pracy. Aby
proces był zautomatyzowany, musi być
zapewniona zgodność pomiędzy elementami biblioteki BIM, cennikiem
i zbiorem specyfikacji. Podczas kalkulacji w BIM przedmiar robót jest automatycznie generowany na podstawie mo-
delu 3D. Istnieje możliwość zmiany
stopnia szczegółowości kosztorysu. Następnie ręcznie należy dobrać cenę, korzystając z cennika scalonego lub wykorzystując zasoby systemu kosztorysowego (np. KNR). Pozostałe elementy
są automatycznie wyceniane na podstawie obliczonej ceny jednostkowej
i przedmiarów wygenerowanych z modelu 3D.
BIM umożliwia też wykonawcy robót
budowlanych zautomatyzowany proces
monitoringu kosztów wykonania, tzn.
wykonawca tworzyłby rzeczywisty model realizowanego obiektu uwzględniający wszystkie roboty dodatkowe i zamienne, a także rzeczywiste obmiary
i ceny. W przypadku wykorzystania narzędzi do automatycznego wskazywania różnic pomiędzy modelem bazowym
BIM a rzeczywiście zrealizowanym
możliwe jest szybkie określenie rzeczywistych kosztów robót (na podstawie
różnicy w poniesionym koszcie robót
budowlanych i planowanym).
Symulacja technologii
i organizacji
robót budowlanych
Stworzenie modelu BIM umożliwia
przeprowadzenie symulacji technologii
i organizacji robót budowlanych na terenie budowy. Realizowany obiekt umieszcza się wirtualnie w docelowej lokalizacji,
co umożliwia lepsze zrozumienie problemów, które mogą się pojawić podczas realizacji. Projektant dysponuje narzędziem, które pozwala mu zlokalizować
na wirtualnym terenie budowy zaplecze
administracyjno-socjalne, drogi technologiczne, magazyny, składowiska, żurawie, a także inne elementy zagospodarowania. Istnieje możliwość np. trójwymiarowej symulacji montażu elementów prefabrykowanych za pomocą żurawia, procesu betonowania uwzględniającego różne stanowiska pomp i prawidłową kolejność prac. Dzięki temu możliwa jest wirtualna analiza przyszłego środowiska
pracy, co pozwala wcześniej wykryć
ewentualne zagrożenia i je zminimalizować (np. wskazanie stref pracy żurawia
niewidocznych dla operatora). Na rysunku 2 przedstawiono wizualizację realizacji metra w Chinach w technologii odkrywkowej. Wykonawcom obiektów wizualizacja konstrukcji w BIM może umożliwić
skrócenie czasu zapoznania się z dokumentacją – zamiast analizować kilka
stron opisu technicznego z rysunkami,
12 ’2013 (nr 496)
83