BIM – teraźniejszość i bliska przyszłość

Technologia BIM jest rozwijana od ok. 30-35 lat [2, 3], a licząc pionierskie prace Eastmana [4] – od ok. 50 lat, komercyjnie jednak – z punktu widzenia dostępności oprogramowania i realnych zastosowań – można uznać, że praktycznie BIM to technologia mniej więcej ostatnich 20 lat. Wprawdzie pierwszy dostępny program klasy BIM, czyli ArchiCAD, pojawił się na rynku jeszcze z końcem lat 80. XXw., jednak długie lata minęły, zanim baza użytkowników urosła do liczby na tyle znaczącej, że można było mówić o jego przemysłowym zastosowaniu [3].

Fot. stock.adobe / Olivier Le Moal

Termin BIM jest w pewnym sensie niebezpieczny, bo używany tak często i w tak różnych kontekstach, że sprawia nam obecnie pewną trudność w komunikacji. Pozorna oczywistość terminu BIM prowadzi do nieporozumień. „Mamy w firmie problem z BIM-em” – przysłowiowego konia z rzędem temu, kto odgadnie, z czym w tej hipotetycznej firmie jest problem.

Bo mówiąc BIM, mamy czasami na myśli oprogramowanie, czasami ogólnie technologię informatyczną dla budownictwa polegającą na budowie wirtualnych modeli obiektów budowlanych, czasami specyficzny format danych pozwalający taki wirtualny obiekt zapisać i przekazać innym, czasami sam model obiektu budowlanego utworzony i zapisany narzędziami BIM, a czasami nowy sposób pracy (metodyka BIM). A tak naprawdę BIM to nie jest ani oprogramowanie (narzędzie), ani format danych (specyfikacja struktury danych), ani nie komputerowy model 3D obiektu, ani sposób/organizacja pracy – choć po trosze tym wszystkim jest. W licznych publikacjach znajdziemy przykłady definicji BIM odwołujących się do tych wszystkich – i innych jeszcze – jego aspektów. Jednak definicja BIM, która się z dzisiejszej perspektywy wydaje być najbardziej pełna i z której można wywieść prawie wszystkie inne, jest taka, że BIM to zbiór cyfrowych narzędzi, technologii i standardów dla efektywnego wytworzenia modelu informacyjnego obiektu budowlanego w całym cyklu jego życia. Siłą takiej definicji BIM jest wyrażenie istotnej cechy tej i technologii, i metodyki, czyli integracji w cyfrowej postaci inteligentnej bazy danych wszystkich informacji i zachowań realnego obiektu celem stworzenia jego wirtualnego odpowiednika, zachowującego się w procesach symulacji tak jak realny obiekt w naturze.

Zobacz też:

• Korzyści z projektowania w BIM
• Świadomość i adopcja BIM w Polsce. Raport
• BIM w prawie zamówień publicznych

Dzisiejszy poziom rozwoju metodyki BIM najczęściej określa się z pomocą dobrze znanej taksonomii Bew i Richardsa poziomów dojrzałości BIM, popularnie zwaną klinem Bew-Richardsa [5]. Według tej klasyfikacji obecnie dostępne rozwiązania techniczne i poziom zaawansowania współpracy/wytwarzania modeli informacyjnych pozwalają klasyfikować BIM jako technologię poziomu dojrzałości 2. Oznacza to, że modele informacyjne są wytwarzane przez branże za pomocą wielu różnych pakietów oprogramowania niezależenie od siebie, z koniecznym elementem częstych aktów koordynacji międzybranżowej, weryfikacji poprawności modeli, detekcji kolizji i zapewniania jakości informacji. W tym modelu współpracy model informacyjny jest sumą modeli branżowych BIM oraz dodatkowych zasobów informacji pochodzącej np. z systemów GIS, chmur punktów, danych o istniejących obiektach, wytworzonych dodatkowych baz danych, współdzielonych jako kontenery informacji udostępniane na dedykowanych platformach współpracy i współdzielenia informacji zwanych CDE (ang. Common Data Environment). Całość procesów BIM poziomu dojrzałości 2 jest dość skomplikowanym procesem zarządczym, określanym szeregiem norm i standardów, np. brytyjskich z serii BS 1192 [6] lub międzynarodowych ISO 19650 [7, 8]. Technologicznie obecny stan zaawansowania BIM w 2020 r. jest taki, że o ile dość dobrze zdefiniowane i oprogramowane są zagadnienia wytwarzania i współdzielenia modeli informacyjnych w obszarze kubaturowym – zwłaszcza poprzez otwarty format wymiany danych BIM IFC 2×3 oraz IFC 4.0 [9], o tyle w obszarze projektów infrastrukturalnych i liniowych sytuacja jest znacznie mniej dojrzała. Jest wprawdzie wiele pakietów oprogramowania pozwalających na tworzenie modeli typu BIM dla mostów, dróg, tuneli itp., jednak w wielu przypadkach oferowane na rynku oprogramowanie ma charakter zamknięty, nierzadko też ma formę nakładek dla oprogramowania de facto klasy CAD i zdarza się, że nie są to pakiety prawdziwie klasy BIM. Poza tym wciąż brak uniwersalnego otwartego formatu wymiany danych modeli informacyjnych BIM, wspierającego projektowanie, realizację i utrzymanie obiektów w obszarze projektów infrastrukturalnych. Twórcy standardu IFC poczynili dopiero pierwsze kroki w tym zakresie, publikując w 2015 r. rozszerzenie IFC Alignment (opublikowane jako IFC 4.1), a rok temu standard IFC 4.2, rozszerzony o opis konstrukcji mostowych¹ [10].
 

Polecamy: Strategia PIIB w zakresie wdrażania BIM
 

Osobnym punktem odniesienia dla rozważań o stanie i przyszłości cyfryzacji budownictwa jest kwestia systemów GIS. Rozwijane niezależnie od wielu lat platformy cyfrowej informacji geograficznej na stałe już wpisały się w krajobraz nie tylko branży budowlanej, ale i administracji publicznej, transportu we wszystkich jego odmianach, wojskowości i wielu innych. Stały się też częścią codziennego doświadczenia zwykłych ludzi. Systemy GIS dostarczają informacji o stanie istniejącym terenu, jego cechach fizycznych, ukształtowaniu, roślinności, hydrologii, a także tkance budowlanej i jej infrastrukturze przestrzennej. Wydawałoby się więc, że sprawa łączenia danych BIM i GIS jest prosta. W praktyce trudność stanowi to, że standardy i modele informacyjne GIS nie są zgodne ze standardami modeli informacyjnych BIM, i jakkolwiek jest możliwa wymiana informacji między światem BIM i GIS, to odbywa się ona w sposób mocno ułomny, przez pliki i formaty pośrednie, które w wyniku mapowania klas BIM do GIS i GIS do BIM tracą lub zniekształcają część informacji. Ten stan rzeczy jest wynikiem prostego faktu, że specyfika potrzeb i możliwości opisu modeli informacyjnych z punktu widzenia BIM i GIS jest zupełnie różna. BIM to skala mikro, model informacyjny BIM schodzi na poziom detalu, koloru ścian, typu oprawy oświetleniowej, szczegółów zbrojenia konstrukcji. Zawiera dziesiątki, setki tysięcy komponentów nieistotnych przy opisie budynku w kontekście GIS – miasta, regionu, kraju, niemożliwych zresztą do reprezentacji w przypadku obecnie dostępnych platform komputerowych ze względu na ich niedostateczną jeszcze wydajność. GIS to skala makro, budynek to część danego terenu, miasta, regionu, kraju. Model GIS nawet małego osiedla czy kampusu, gdyby miał przekazać tak detaliczną informację o tkance budowlanej, jaką wnosi BIM, byłby plikiem bazodanowym o monstrualnych rozmiarach, pełnym informacji nieprzydatnych dla celów, którym ma służyć – przynajmniej na obecnym poziomie rozwoju cyfrowej administracji, utrzymania infrastruktury aglomeracji miejskich i procesów Smart City.

Rys. 1. Plan rozwoju BIM wg bSI [11]

Bliska przyszłość BIM

Opisany stan rozwoju technologii i metodyki BIM pozwala lepiej uchwycić potencjał rozwoju i lepiej zrozumieć kierunki działań podejmowanych przez różne firmy i organizacje w zakresie rozwoju BIM. Przyszłość możemy analizować w perspektywie bliskiej przyszłości – dość przewidywalnej, niemal pewnej – oraz bardziej spekulatywnej perspektywie dalszej przyszłości, gdzie możemy raczej mówić o wizjach niż realnych działaniach.
 

W bliskiej perspektywie technologii BIM – powiedzmy do roku 2025 – możemy przewidywać kilka bazowych kierunków rozwoju. Po pierwsze, patrząc na agendę organizacji buildingSMART International (bSI), która odpowiada za rozwój standardów otwartych BIM, możemy się spodziewać opracowania i wdrożenia otwartych standardów wymiany informacji BIM dla obszaru projektów infrastrukturalnych. Trwają prace nad klasami IFC Roads, IFC Railway, IFC Tunnel [11], deklarowany termin ukończenia i publikacji zbiorczego standardu IFC 5.0 to rok 2021. W dalszej perspektywie organizacja bSI ma prace nad standardami IFC for Site/Landscape, IFC for Ports&Waterways, IFC for Airports.

W planach są też udoskonalenia standardu IFC 4, np. dla konstrukcji sprężonych IFCPrecast [12]. Zbiorcza analiza planów rozwoju standardów OpenBIM zawarta jest w publikacjach [1, 13-15].

Druga agenda rozwoju BIM pochodzi z organizacji rządowych, takich jak np. UK BIM Task Group i jej planu Digital Built Britain (DBB). Jest agendą dojścia do trzeciego poziomu dojrzałości BIM (BIM level 3) [16]. BIM poziomu dojrzałości 3 to BIM zintegrowany: platformy serwerowe (chmurowe) integrujące narzędzia do automatycznie skoordynowanego wytwarzania modeli, ich analiz i czerpania z nich danych, przy równoczesnej integracji z systemami biznesowymi klasy CRM/ERP/ HR do zarządzania realizacją projektów i zarządzania obiektami w cyklu życia oraz technologią internetu rzeczy (IoT – Internet of Things), telemetrii, sieci sensorów (SN – Sensor Networks). Synonimem BIM level 3 jest coraz powszechniejszy termin cyfrowego bliźniaka (DT – Digital Twin) [17]. Umowny rok wdrożenia BIM level 3 to 2025 r., jednak jak się wydaje, technologicznie jest to data zbyt optymistyczna, choćby z powodu ograniczonego jeszcze zintegrowanego oprogramowania klasy CAD/BIM/GIS w chmurze. Możemy się domyślać, że brak takiego oprogramowania jest z jednej strony wynikiem wyzwań technologicznych, z drugiej próbą ochrony zysków dostawców klasycznego oprogramowania ze swoich wieloletnich inwestycji w rozwój oprogramowania klasy PC.

Trzecia agenda warta przejrzenia to agenda organizacji standaryzacyjnych, szczególnie organizacji międzynarodowych i europejskich, takich jak ISO i CEN. Standaryzacja jest bez wątpienia jednym z ważniejszych narzędzi do torowania drogi dla cyfrowego budownictwa. Z obecnych prac tych organizacji warto wymienić kilka kierunków:

• standaryzacja formatów wymiany i kontenerów informacji – np. normy ISO/DIS 21597-1:2018, ISO 21597- 2:2018, ISO/FDIS 23386, ISO/FDIS 23387, ISO/CD 22057;
• standaryzacja procesów BIM – dalsze normy serii ISO 19650-3, 19650-4, 19650-5, CEN EN 17412E;
• integracja GIS i BIM – normy ISO/CD TS 19166, ISO/WD TR 23262.

Analiza kierunków tych prac pozwala skonstatować, że dzięki tym i innym normom stworzone zostaną ramy dla pełniejszej wymiany informacji BIM, zarówno między różnymi pakietami oprogramowania, jak i różnymi semantycznie domenami (kubatura, infrastruktura, GIS, w tym wymiana danych produktowych), oraz integracji procesów współpracy BIM. W artykule [18] szerzej omówiono kierunki prac PKN i DIN w kontekście wdrażania norm z obszaru BIM.

Rys. 2. BIM level 3 – specyfikacja Digital Built Britain [16]

Po stronie technologicznej BIM już jest – i będzie coraz bardziej intensywnie – integrowany z technikami wytwórczości cyfrowej, prefabrykacji i budownictwa modularnego. Po stronie technologii informatycznych najbardziej obiecującymi kierunkami rozwoju BIM jest integracja z BIM systemów rozszerzonej i wirtualnej rzeczywistości AR/VR oraz sztucznej inteligencji. W jednym i drugim przypadku już obecnie prowadzone są prace wdrożeniowe: w obszarze druku 3D budynków i konstrukcji stalowych oraz robotyzacji procesu budowy coraz więcej firm oferuje rozwiązania wytwarzania obiektów budowlanych z modeli cyfrowych 3D. Także i w obszarze integracji systemów rozszerzonej czy wirtualnej rzeczywistości oraz sztucznej inteligencji są już komercyjnie dostępne produkty wdrażające transparentnie te technologie w oferowane produkty. Przykładem może być firma Oracle, dostawca środowiska klasy CDE o nazwie Aconex, w którym zintegrowano podsystem VR pozwalający oglądać za pomocą gogli VR firmy Oculus modele BIM przesłane do środowiska CDE bez żadnych dodatkowych czynności i modyfikacji [19]. Podobne usługi oferuje platforma koordynacji BIM o nazwie Revizto [20] i inne. Do niedawna taka technologia wydawała się kwestią nieokreślonej przyszłości.

Dalsza przyszłość BIM

Jeśli chodzi o perspektywę technologii BIM w dalszej przyszłości – powiedzmy 10 lat i więcej – to bacząc na obecne trendy, możemy antycypować mniej więcej takie kierunku rozwoju [1]:

1. Integracja systemów BIM, GIS, sieci sensorów SN, internetu rzeczy IoT, systemów zarządzania i administracji w systemy Smart City/City Information Modeling (CIM).
2. Rozwój inteligentnego i autonomicznego oprogramowania BIM i systemów ekspertowych wspomagających pracę projektantów, menedżerów projektu, zarządzających infrastrukturą budowlaną; sztuczna inteligencja będzie początkowo wspierać podejmowanie decyzji, a później wyręczać projektantów, menedżerów projektu czy zarządców.
3. Rozwój zintegrowanych systemów BIM i Digital Twin dla budownictwa opartego na wiedzy.
4. Cyfryzacja placu budowy i logistyki placu budowy: automatyzacja prac budowlanych, robotyzacja, szczupłe zarządzanie (ang. Lean Construction) wspomagane sztuczną inteligencją, automatyzacja dostaw JIT (ang. Just-In-Time).
5. Automatyzacja zarządzania infrastrukturą budowlaną, autonomiczne systemy zarządzania infrastrukturą budowlaną, monitoring parametrów i zdalne zarządzanie infrastrukturą budowlaną, zintegrowane na szczeblu organizacji, miasta czy państwa systemy zarządzania infrastrukturą.
6. Rozwój otwartych standardów semantycznej sieci web dla integracji różnorodnych baz danych z bazami danych BIM/GIS/CIM, przeszukiwanie rozległych baz danych BIM/GIS/ CIM w naturalnym języku; technologie Big Data/Data Mining/Business Intelligence.

Pierwsze prace w każdym z tych wymienionych obszarów już są rozpoczęte i jakkolwiek wiele z nich ma charakter studialny, to z drugiej strony wiele dużych, nowoczesnych inwestycji prowadzonych w krajach, takich jak Wielka Brytania, USA, kraje skandynawskie, Chiny, Bliski Wschód, to istny poligon dla wdrażania i testowania tych innowacyjnych technologii i procesów cyfrowych. No i praktycznie nieustannie pojawiają się nowe pomysły, nowe technologie i nowi wizjonerzy, wdrażający te idee w życie. Co zmienią na rynku budowlanym firmy o takim potencjale, jak Google, inwestująca w dział budowlany w projekcie Genie czy Elon Musk, który oprócz rewolucji na rynku samochodów elektrycznych (Tesla) i technologii kosmicznych (Sapce X) ma na koncie trzy poważne „włamania” na rynek budowlany (Hyperloop, The Boring Company i produkowanych w fabrykach Tesli dachówek fotowoltaicznych)². Kapitał finansowy plus kapitał intelektualny tych – i takich – firm powinien nam dać sporo do myślenia i pohamować przed zbyt łatwymi wizjami przyszłości.

Technologia BIM za 10 lat i później. Podsumowanie

Ograniczona do krótkiego artykułu przeglądowego formuła niniejszej publikacji nie pozwala na szczegółowe przedstawienie i przedyskutowanie omawianych kierunków rozwoju technologii i metodologii BIM ani też pokazanie dziesiątków przykładów potwierdzających przedstawione tezy. Jak wspomniano, szerszy przegląd został dokonany w publikacji [1]. Słowem kluczowym dla praktycznie wszystkich działań w obszarze rozwoju technologii i metodologii BIM jest słowo „integracja”. Postęp w cyfryzacji branży budowlanej i jej transformacja na miarę czwartej rewolucji przemysłowej (Budownictwo 4.0) jest i będzie nie wynikiem jakiejś zupełnie nowej technologii informatycznej, jakiegoś „nowego BIM”, tylko wynikiem pogłębiania i poszerzania rozwoju całej gamy technologii informatycznych, procesów robotyzacji i automatyzacji, metod telemetrii, internetu rzeczy loT i sieci sensorów SN, łączonych w zaawansowane narzędzia do wytwarzania cyfrowych bliźniaków w całym cyklu życia obiektów budowlanych oraz coraz bardziej skomplikowanych modeli informacyjnych już nie tyle pojedynczych obiektów budowlanych, ile całych cyfrowych miast. BIM jest niewątpliwie technologią otwarcia dla tego procesu cyfryzacji, a jego znaczenie jako fundamentu dla procesów cyfryzacji będzie tylko rosło. Przekornie więc – odnosząc się do tytułu niniejszego artykułu – można powiedzieć, że nie warto się zajmować przyszłością technologii BIM, lecz warto raczej się zajmować przyszłością cyfrowego budownictwa. Bo BIM jest przyszłością cyfrowego budownictwa.
 

¹ Obecnie wciąż jako tzw. Candidate Release, dla celów publicznej konsultacji projektu.

² Projekt Genie z Google X – patrz https://www.archdaily.com/439109/secret-google-project-could-transform-construction-industry (dostęp: marzec 2020); Hyperloop, The Boring Company czy dachówki PV – patrz https://igsmag.com/videos/3-ways-elon-musk-is-disrupting-the-construction-in- dustry/ (dostęp: marzec 2020).

Literatura
 

1. J. Magiera, A. Szarata, Przyszłość BIM [w:] „Nowoczesne materiały, techniki i technologie we współczesnym budownictwie”, IV Konferencja Naukowo-Techniczna TECH-BUD' 2019, Kraków 13-15 listopada 2019.
2. G.A. Van Nederveen, F.P Tolman, Modeling multiple views on buildings, Automation in Construction, Vol. 1, Issue 3, 1992.
3. V. Quirk, A Brief History of BIM, https://www.archdaily.com/302490/a-brief-history-of-bim (dostęp: marzec 2020).
4. Ch. Eastman, The Use of Computers Instead of Drawings in Building Design, „AIA Journal”, March 1975.
5. M. Bew, M. Richards, BSI B/555 Committee BIM Roadmap. BSI, 2007. https://shop.bsi- group.com/upload/Construction_downloads/ B555_Roadmap_JUNE_2013.pdf (dostęp: marzec 2020).
6. D. Kasznia, J. Magiera, P Wierzowiecki, BIM w praktyce. Standardy, wdrożenie, case study, PWN, 2018.
7. https://www.iso.org/standard/68078.html (dostęp: marzec 2020).
8. https://www.iso.org/standard/68080.html (dostęp: marzec 2020).
9. https://technical.buildingsmart.org/stan-dards/ifc/ (dostęp: marzec 2020).
10. https://technical.buildingsmart.org/ standards/ifc/ifc-schema-specifications/ (dostęp: marzec 2020).
11. T. Liebich, IFC for infrastructure. Separation between BIM and GIS requirements. Use cases for BIM (VDC) in Infrastructure. Scope of IFC developments (today, tomorrow), https://www.buildingsmart.de/ kos/WNetz?art=File.download&id = 1601 (dostęp: marzec 2020).
12. https://www.buildingsmart.org/standards/calls-for-participation/ (dostęp: marzec 2020).
13. J. Magiera, BIM dla projektów infrastrukturalnych i liniowych – stan rozwoju technologii, materiały konferencji NOVDROG’19 „Nowoczesne technologie w projektowaniu, budowie i eksploatacji infrastruktury drogowej miast, metropolii i regionów”, Szczawnica 2019.
14. J. Magiera, OpenBIM a krajowe projekty infrastrukturalne i liniowe – cz. I, „Wiadomości Projektanta Budownictwa” nr 3/2019.
15. J. Magiera, OpenBIM a krajowe projekty infrastrukturalne i liniowe – cz. II, „Wiadomości Projektanta Budownictwa” nr 4/2019.
16. UK BIM Task Group, Digital Built Britain, Level 3 Building Information Modelling – Strategio Plan, HM Government, 2015.
17. https://cordis.europa.eu/programme/id/H2020_LC-EEB-08-2020 (dostęp: marzec 2020).
18. J. Magiera, Normy BIM w optyce Polskiego Komitetu Normalizacyjnego. Analiza zakresu wydanych norm i planów wydania norm BIM w latach 2019-2021, „Builder” 270, styczeń 2020.
19. https://help.aconex.com/aconex/our-main-application/using-aconex/using-models/ models-coordination/model-coordination-virtual-reality-vr (dostęp: marzec 2020).
20. https://revizto.com/en/ (dostęp: marzec 2020).
21. K. Domaradzki, Amerykańska duma wstaje z kolan, „Forbes”, 21.01.2016, https://www.forbes.pl/wiadomosci/usa-detroit-amerykan- ska-duma-wstaje-z-kolan/mmkpvx9

dr inż. Jacek Magiera, dr hab. inż. Andrzej Szarata, prof. PK
Politechnika Krakowska, Wydział Inżynierii Lądowej

Artykuł jest skróconą wersją wystąpienia autorów w czasie IV Konferencji Naukowo-Technicznej TECH-BUD 2019, która odbyła się w Krakowie 13–15 listopada 2019 r. Pełny tekst referatu został opublikowany w materiałach konferencyjnych [1].