BIM – początek rewolucji

W artykule przedstawione zostaną perspektywy rozwoju branży budowlanej w kontekście wykorzystania potencjału technologii BiM.

Budownictwo jest dość specyficzną branżą pod względem wykorzystania potencjału narzędzi IT. Jak mało która przez lata skutecznie opierała się wdrożeniu technologii informatycznych, które mogłyby realnie usprawnić realizowane w niej procesy.

Oczywiście wdrożenie technologii CAD i aplikacji biurowych przyspieszyło proces tworzenia dokumentacji projektowej, głównie dzięki technice „kopiuj-wklej”, jednak bilans korzyści związanych z tym wdrożeniem przyniósł na dalszych etapach realizacji inwestycji skutek wręcz odwrotny do oczekiwanego. Doskonale świadczy o tym raport Departamentu Handlu Stanów Zjednoczonych, obrazujący zmiany wskaźnika produktywności w budownictwie na tle innych branż w latach 1964-2003 (czyli od momentu powstania pierwszych superkomputerów), rys. 1 – załącznik do raportu. Jednym z głównych powodów tak słabego wyniku budownictwa na tle pozostałych branż, poza relatywnie dużym udziałem pracy fizycznej, był i jest brak danych strukturalnych niezbędnych do automatyzacji procesów operacyjnych i decyzyjnych. Innymi słowy powodem tej sytuacji jest fakt, że całą dokumentację procesu budowlanego stanowią (bo problem ten nadal występuje) dane niestrukturalne, tj. dokumentacja papierowa lub elektroniczna, lecz nie zawarta w żadnej strukturze bazodanowej.

Rys. 1 Porównanie wskaźników produktywności w branży budowlanej na tle pozostałych branż pozarolniczych, określonych jako udział kosztów pracy w łącznej wartości kontraktu (źródło: https://en.wikipedia.org/wiki/File:Construction-non-farm-labor 1964-2003.jpg)

Perspektywy zmian w związku z upowszechnieniem się technologii BIM

Sytuacja ta jednak dynamicznie się zmienia wraz upowszechnianiem się technologii BIM (ang. Building Information Modeling), której ideą jest wymiana informacji na temat obiektu budowlanego w formie strukturalnej. Technologia ta ma nawet swoją standaryzowaną wersję, zwaną openBIM-em, w której formatem wymiany danych jest plik IFC (Industry Foundation Classes). Format ten od wersji IFC4 ma status międzynarodowego standardu specyfikacji danych opisujących obiekty budowlane i został zdefiniowany normą ISO 16739 Undustry Foundation Classes – IFC, for data sharing in the construction and facility management industries).

Zaletą standardu IFC, poza uporządkowaniem struktury danych BIM, jest jego otwarty charakter umożliwiający wymianę danych niezależnie od producenta oprogramowania. Warunkiem jest oczywiście zgodność oprogramowania ze standardem openBIM (IFC). Obecnie ok. 200 aplikacji jest już zgodnych z tym standardem, w tym prawie wszystkie popularne narzędzia wspomagające projektowanie obiektów budowlanych.

Upowszechnienie się technologii BIM, która powoli staje się standardem w projektowaniu obiektów budowlanych, może spowodować, że budownictwo skokowo odrobi swoje zaległości w zakresie produktywności w stosunku do innych branż, których wskaźniki produktywności nieustannie pną się w górę.

Rzecz jasna wzrost produktywności będzie tym większy, im większa liczba zadań/procesów poddana zostanie automatyzacji.

Niestety obecnie skutecznie automatyzuje się jedynie procesy wspomagające proces produkcji, tj.:
zarządzanie finansami

zarządzanie łańcuchem dostaw

zarządzanie zasobami ludzkimi

systemy informowania kierownictwa (analizy zarządcze)

czyli obszary wchodzące w skład klasycznych systemów klasy ERP (Enterprise Resource Planning). Natomiast główne procesy operacyjne w budownictwie, tj.:

– zarządzanie danymi projektu (zarządzanie identyfikacją i jakością danych produktu),

– zarządzanie zmianą w projekcie (koordynacja procesów decyzyjnych/ informacyjnych),

– koordynacja procesów produkcji (względem harmonogramu, lokalizacji i zasobów),

– koordynacja zasobów niezbędnych do produkcji (ludzkich, materiałowych i sprzętowych),

– nadzorowanie produkcji w toku (nadzór budowy, dokumentacja odbiorów),

– zarządzanie usterkami (w trakcie realizacji, w okresie gwarancji),

– zarządzanie dokumentacją powykonawczą (na potrzeby odbiorów, na potrzeby inwestora/użytkowania obiektu),

w większości nie są nawet widoczne z poziomu systemów ERP, nie mówiąc o skutecznym zarządzaniu tymi danymi, a tym samym automatyzacji realizowanych procesów.

BIM to nie wszystko

Istnieją co najmniej dwa powody, dla których proces główny (czyli produkcja obiektu budowlanego) jest tak minimalistycznie nadzorowany w systemach zarządzania:

1) brak danych strukturalnych opisujących produkt (model obiektu budowlanego) i etapy jego produkcji (realizacji);

2) mocno zakorzenione podejście projektowe do zarządzania każdym, nawet najbardziej powtarzalnym, etapem realizacji obiektu budowlanego.

Pierwszy powód jest dość oczywisty i sam się rozwiąże wraz z upowszechnieniem się modeli BIM (IFC). Drugi powód jest już bardziej złożony, bo związany z ugruntowaną przez lata kulturą zarządzania w budownictwie, która każe zarządzać budową w sposób projektowy. Projektowy, czyli otwierający furtkę do działań twórczych na każdym, nawet najbardziej powtarzalnym, etapie realizacji obiektu budowlanego. Takie podejście do zarządzania jest jednak bardzo niepraktyczne, uniemożliwiając jakąkolwiek automatyzację, która mogłaby przyspieszyć realizację obiektów.

Ostatecznie projekt to z definicji niepowtarzalne, złożone przedsięwzięcie zawarte w skończonym przedziale czasu, realizowane zespołowo, w sposób względnie niezależny od powtarzalnej działalności przedsiębiorstwa, za pomocą specjalnych metod oraz technik – w domyśle technik mało powtarzalnych, wymagających dużej kreatywności od zespołu.

Rys. 2 Średni udział kosztów zmian w łącznej wartości projektu w zależności od poziomu wdrożenia BIM na przykładzie 408 projektów o łącznej wartości 559 mln USD (źródło: http://www.pc.gov.au/inquiries/completed/infrastructure/submissions)

Tymczasem w procesie realizacji obiektów budowlanych zasadniczy etap twórczy kończy się zwykle w momencie powstania projektu wykonawczego, a przy mniej złożonych obiektach już na etapie projektu budowlanego.

Jeśli rozpatrywać pod tym kątem projekty powtarzalne, to ten etap się kończy nawet wcześniej, bo w momencie powstania projektu koncepcyjnego.

Dalej realizacja procesu przebiega już na drodze dającej się przewidzieć kompletacji.

Oczywiście wszelkie zmiany dotyczące zarówno projektu, jak i metod produkcji nadal mają charakter projektowy.

Stanowią one jednak mniejszościowy udział w nakładach pracy – średnio na poziomie:

– 10-20% czasu realizacji budowy w oparciu o klasyczny projekt w technologii 2D,

– 1-5% czasu realizacji przy projekcie zrealizowanym w technologii BIM 3D+.

Analogicznie wygląda to w ujęciu kosztowym (rys. 2).

Niestety, dzisiejsze systemy ERP przeznaczone dla firm budowlanych opierają się na projektowym modelu zarządzania produkcją, w którym ilość danych strukturalnych związanych z procesem produkcji (czyli głównym procesem operacyjnym organizacji) jest nieproporcjonalnie mała w porównaniu z ilością danych identyfikujących procesy wspomagające w przedsiębiorstwie. Upraszczając, można powiedzieć, że beneficjenta takiego systemu mniej interesuje to, co się kryje wewnątrz głównego procesu. Natomiast interesuje go przede wszystkim sam budżet projektu i ewentualnie terminy głównych etapów („kamieni milowych”) projektu. Podejście takie pozostaje jednak w sprzeczności z ogólnym trendem stylu zarządzania kreowanym nie tylko w normach zarządzania z rodziny ISO 9000, które stają się coraz bardziej pro- duktocentryczne, zwiększając nacisk na monitorowanie procesu produkcji w celu minimalizacji ryzyka związanego z nieosiągnięciem zakładanej jakości przez produkt finalny.

Dobrym przykładem obecnych trendów może być zwiększony nacisk na monitorowanie procesu produkcji w celu minimalizacji ryzyka związanego z nieosiągnięciem oczekiwanej jakości produktu.

Najlepszym, bo branżowym, przykładem jest jednak właśnie produktocentryczna idea BIM-u, w której identyfikacja i monitorowanie wymagań klienta związanych z produktem są na możliwie najwyższym poziomie. Jeśli ten trend się utrzyma, a wszystko na to wskazuje, to należy się spodziewać dynamicznego zwiększenia udziału w rynku rozwiązań IT dla budownictwa, przez narzędzia (oprogramowanie) wspomagające zarządzanie projektem oparte na danych modeli BIM (IFC), tj. VICO Office z Trimble Connect czy Autodeskowy Navisworks z BIM 360 Glue i Field. Narzędzia takie poza wspomaganiem procesu głównego (produkcji) wspomagają także zarządzanie zasobami w danym projekcie. Mogą zatem częściowo wpłynąć na zmniejszenie popularności systemów ERP w budownictwie, szczególnie w przypadku firm zaangażowanych w realizację pojedynczych większych projektów, angażujących większość zasobów przedsiębiorstwa.

Wniosek, że rozwiązania takie będą stanowiły realną konkurencję dla systemów ERP, byłby jednak o tyle nieuzasadniony, że narzędzia te z definicji służą odmiennym celom. Podstawowym zadaniem narzędzi klasy ERP, tj. SAP ERP, Microsoft Dynamics AX, Oracle E-Business Suite, IFS Applications itp., jest koordynacja dużych portfeli projektów. Koordynacja taka wymaga przeniesienia głównego ciężaru zarządzania właśnie na procesy wspomagające.

Wiąże się to z tzw. integracją wertykalną procesów, której celem jest integracja wszystkich zarządzanych przez organizację procesów wokół globalnego planu produkcji, skupiającego wszystkie realizowane i planowane projekty.

Tak zintegrowany system zarządzania dobrze się sprawdza do zarządzania wielką ilością rozdrobnionych procesów produkcyjnych, gdzie główny ciężar zarządzania dotyczy optymalizacji procesów wspomagających (zarządzających zasobami przedsiębiorstwa). Natomiast w branży budowlanej, gdzie często występuje sytuacja odwrotna, związana z zaangażowaniem przedsiębiorstwa w realizację pojedynczych dużych procesów produkcyjnych, główny ciężar zarządzania przesuwa się w kierunku zarządzania konkretnym procesem produkcji. W tym przypadku istotniejsza staje się integracja horyzontalna (integracja na poziomie pojedynczego łańcucha wartości), której jądrem integracji jest produkt, a dokładnie model danych reprezentujący obiekt budowlany.

Rys. 3 Etapy rozwoju technologii BIM przedstawione w strategii rządu Wielkiej Brytanii – załącznik nr 3 do dokumentu „BIS BIM Strategy Report” (źródło: http://wwwbimta- skgrouporg/wp-content/uploads/2012/03/BIS-BIM-strategy-Reportpdf)

W odniesieniu do technologii BIM mówimy tu o zarządzaniu procesem, opierając się na danych modelu o wymiarze 3D-7D.

To niejedyna systematyka modeli BIM. Głębszym podziałem modelu BIM 3D (wg standardu BSI PAS 1192- 2:2013) jest identyfikacja szczegółowości graficznej (Level of Detail) i informacji materiałowej (Level of Information) modelu oraz równoległa scalona systematyka (Level of Development) promowana skutecznie przez AIA (The American Institute of Architects). Według tej ostatniej określa się sześć poziomów szczegółowości informacji (LOD 100, 200, 300, 350, 400, 500), gdzie projektowi budowlanemu można przyporządkować model IFC w LOD 300, a projektowi wykonawczemu model IFC LOD 400.

Godny uwagi jest też fakt, że struktura danych modelu obiektu od wersji IFC4 jest już objęta standardem ISO (ISO 16739:2013), który obejmuje integrację danych do wymiaru BIM 5D włącznie.

Biorąc pod uwagę to, że każda kolejna wersja tego standardu zawiera coraz szerszą strukturę danych, moment, kiedy obejmie ona komplet danych PLM (Product Lifecycle Management), wydaje się tylko kwestią czasu.

Co więcej, w samych strategiach rozwoju technologii BIM, takich jak strategia rządu Wielkiej Brytanii, określona w dokumencie „BIS BIM Strategy Report” (BIS oznacza tu: Department for Business, Innovation & Skills), wpisana jest wręcz integracja systemów zarządzających danymi BIM z systemami klasy ERP Ilustruje ją rys. 3, przedstawiający tak zwane poziomy dojrzałości rozwoju technologii BIM. Obecnie zgodnie ze wspomnianą strategią znajdujemy się na tzw. drugim poziomie rozwoju technologii BIM, który zakłada wymianę danych między systemami klasy BIM a ERP przez tak zwane oprogramowanie pośredniczące (middleware). Nie jest to oczywiście rozwiązanie docelowe, lecz jedynie rozwiązanie stanowiące etap pośredni rozwoju technologii BIM, gdyż oprogramowanie pośredniczące zawsze będzie stanowić tak zwane wąskie gardło systemu, bo nawet przy relatywnie sprawnie funkcjonującej wymianie danych problemem może się okazać równoległe sterowanie współzależnymi procesami, przebiegającymi w odrębnych systemach.

Wnioski

To, co nas czeka w perspektywie najbliższej dekady, to dostęp do wszystkich źródeł informacji związanych z zarządzanymi obiektami z poziomu chmur publicznych.

Taka funkcjonalność może utorować drogę kolejnym rewolucyjnym zmianom na gruncie realizacji inwestycji budowlanych.

Nieograniczony lokalizacją dostęp nie tylko do danych historycznych obiektu, ale także aktualnych danych wykorzystywanych przez systemy sterowania obiektem, danych z bibliotek zewnętrznych, tj. dane GIS, a przede wszystkim danych z monitorowaniem produkcji może utorować drogę systemom klasy MES (Manufacturing Execution System) – system do śledzenia oraz nadzorowania produkcji i przepływu materiałów nie tylko na potrzeby obsługi maszyn cyfrowych do produkcji elementów konstrukcyjnych, ale także na potrzeby nadzoru nad kompletacją całych systemów w obiekcie i ich koordynacją na placu budowy.

Obecnie systemy MES zarezerwowane są jedynie dla produkcji przemysłowej. Jednak zaryzykuję tezę, że jest tylko kwestią czasu, kiedy zostaną przeniesione na grunt budownictwa. Wymagać to będzie również, poza przełamaniem nawyków związanych z dotychczasowym stylem zarządzania projektami budowlanymi, zastosowania wydajnych technologii webowych. Ewentualne bariery technologiczne, związane z efektywnym zarządzaniem dużymi strumieniami danych w terenie, są jednak niczym w stosunku do przełamania barier prawno-kulturowych.

Największą barierą na tej drodze jest jednak pierwszy krok, czyli zapewnienie szerokiego dostępu do danych strukturalnych obiektów budowlanych – innymi słowy popularyzacja technologii BIM. Problemem jest akceptacja wyższych kosztów projektowania (BIM 3D vs. CAD 2D), które przynoszą korzyści na dalszych etapach realizacji inwestycji sięgające według wielu źródeł nawet do 20% wartości obiektu. Jednak w sytuacji gdy wiodącym kryterium w przetargach na wykonanie projektu jest cena, BIM zawsze przegra z tanią i ogólnie dostępną technologią projektowania CAD. Realnym impulsem popularyzacji technologii BIM byłaby na pewno implementacja (wzorem państw zachodnich) ustawowego wymogu realizacji inwestycji publicznych z zastosowaniem technologii modelowania danych budowlanych. Oczywiście wdrożenie takiej dzisiaj wiązałoby się z nieuchronnym wykluczeniem większości rodzimych firm z przetargów publicznych, dlatego ustawodawca prawdopodobnie uchroni nas przed tak rewolucyjną zmianą w najbliższej przyszłości. Jednak rosnąca popularność BIM na świecie każe przypuszczać, że upowszechnienie się tego standardu na polskim rynku jest tylko kwestią czasu. Prędzej czy później inwestorzy, optymalizując koszty, zaczną wymagać realizacji projektów z zastosowaniem modelowania danych budowlanych, dlatego już dziś powinniśmy planować, jak przystosować nasze firmy do zmieniającej się rzeczywistości.

mgr inż. Maciej Jankowski

BIM Manager
Lead Auditor ISO 9001