Metodyka BIM i cyfryzacja budownictwa

Fot. stock.adobe/black_mts

Budownictwo wciąż jest jedną z głównych gałęzi gospodarki, a potrzeby społeczeństw w tym zakresie jeszcze długo nie będą maleć. Choć na przestrzeni ostatnich kilku dekad mogliśmy obserwować dynamiczny rozwój branży IT czy przemysłu wytwórczego (np. strategia Przemysł 4.0), to produktywność branży budowlanej od dziesiątek lat pogrążona jest w pewnej stagnacji (rys. 1).

Rys. 1. Zmiany w wydajności budownictwa i innych gałęzi przemysłu [1]

Niestety, rosnące potrzeby budowlane nie idą w parze z tak dużym postępem, jaki towarzyszy choćby branży motoryzacyjnej czy tworzyw sztucznych. Ciężko jest wskazać szczególnie przełomowe rozwiązanie w budownictwie, które mogłoby odpowiadać rozwojowi produkcji samochodów, urządzeń AGD, komputerów czy telefonów. Dotyczy to szczególnie obszarów cyfryzacji, automatyzacji i robotyzacji. Stan ten wynika ze specyfiki i złożoności branży budowlanej. Występują w niej trudne do przewidzenia okoliczności i zależności, choćby pogodowe. Inaczej jest w przemyśle wytwórczym, gdzie planowanie produkcji odbywa się w wyizolowanych od czynników środowiskowych warunkach. Nadzieję na zmianę tego stanu daje idea cyfryzacji procesów budowlanych, a zwłaszcza związana z nią metodyka BIM (Building Information Modeling lub Management).

Cyfryzacja procesów budowlanych

W kontekście postępu i przemian wynikających z cyfryzacji niemal wszystkich obszarów naszego codziennego życia dla budownictwa największym obecnie wyzwaniem staje się również cyfryzacja procesów budowlanych. W większości rozwiniętych krajów świata działania w tym zakresie trwają już od kilku lat. Celem jest jak największy stopień automatyzacji i robotyzacji robót oraz poprawa zarządzania obiektami budowlanymi w całym ich cyklu życia.

Szczegółowe zadania realizowane w procesach, które towarzyszą inżynierom podczas przygotowania inwestycji, projektowania, a potem samych robót budowlanych, zostały przez ostatnie dziesiątki lat bardzo poszatkowane. Wynika to z podziału na branże, które nie potrafią już skutecznie wymieniać między sobą informacji. Do tego dochodzi coraz częstsze zjawisko, w którym zamawiający, projektanci i wykonawcy zaczynają nową inwestycję od zabarykadowania i usztywnienia swoich pozycji. Wszystko po to, aby mieć później lepszą pozycję wyjściową w roszczeniach, które stają się już dziś niemal nieuniknione.

Poza tym wiemy, że oddanie budowli do użytkowania wcale nie oznacza zakończenia tych procesów. Szczególnie w przypadku obiektów infrastruktury, takich jak drogi, koleje, mosty, tunele, porty czy lotniska [6]. Po końcowym odbiorze autostrada, a z nią wszystkie mosty i wiadukty przechodzą bowiem do fazy operacyjnej. W tym najdłuższym etapie, który może wynosić 100 i więcej lat, dla inżynierów wciąż jest mnóstwo zadań do wykonania. Nieraz nawet trudniejszych niż podczas projektowania czy budowy. Są to inspekcje, oceny stanu technicznego, remonty, usuwanie awarii, przebudowy czy w końcu wyburzenie, po którym zwykle następuje budowa nowego obiektu.

Zwolennicy tradycyjnego budownictwa, których pewnym uosobieniem stał się sympatyczny inż. Karwowski z serialu „Czterdziestolatek”, często mylnie sądzą, że metodyka BIM ma za zadanie wspierać jedynie proces projektowania. Tymczasem skutecznie wdrażana wymusza ona bardziej holistyczne spojrzenie na przedsięwzięcia budowlane i pomaga wywierać znaczący nacisk na współpracę między uczestnikami procesu budowlanego. Również na interdyscyplinarność oraz na scentralizowany i ułatwiony dostęp do informacji przechowywanej w postaci cyfrowej.

Zobacz:

• Cyfryzacja procesu budowlanego
• Cyfrowe projektowanie systemów odwodnień
• O transformacji cyfrowej budownictwa na Forum Ekonomicznym 2020
• Produkty budowlane

BIM jako modelowanie informacji o budowli

Jak widać, skrót BIM może być różnie interpretowany. Najpierw może on oznaczać tworzenie modelu informacyjnego budowli, który powstaje już na etapie projektowania. Wówczas opracowuje się model określany jako PIM (Project Information Model), w którym nie są potrzebne szczegóły stosowanych komponentów modelu BIM. Wystarczy, że elementy te mają określone wymagane parametry docelowe, tak aby było możliwe przygotowanie dokumentacji projektowej. Na podstawie opracowanego w ten sposób modelu PIM, już w procesie realizacji, wykonawca z podwykonawcami tworzą model informacyjny eksploatacyjny oznaczany jako AIM (Asset Information Model). Przed odbiorem końcowym uzupełnia się w tym modelu wszystkie informacje na temat zastosowanych komponentów BIM. Mogą to być parametry użytkowe, informacje serwisowe, okresy gwarancyjne, karty katalogowe, certyfikaty i badania materiałowe, wyniki próbnych obciążeń itd. Dokumenty te i informacje oczywiście mogą być powiązane z graficznymi obiektami 3D, ale często model AIM, głównie ze względu na charakter przechowywanych danych, ma formę nawet prostego arkusza kalkulacyjnego.

Dobrym przewodnikiem, jak należy zarządzać procesem informacyjnym, są normy serii ISO 19650 [6]. Dzięki takiemu podejściu można uzyskać większe korzyści z samego faktu użycia w przedsięwzięciu inwestycyjnym metodyki BIM: przez określenie już od samego początku wymagań co do modelu PIM oraz po zakończeniu budowy dzięki podaniu wymagań dotyczących modelu AIM. Z tego powodu na zamawiającym spoczywa obowiązek wypracowania przed rozpoczęciem inwestycji jasnych i precyzyjnych zapisów związanych z BIM, które powinny obejmować:

• określenie celów biznesowych zamawiającego w odniesieniu do budowanego obiektu i wynikających z nich wymagań informacyjnych projektu;
• określenie etapów rozwoju projektu i związanych z nimi oczekiwań na dostarczane informacje w postaci szczegółowego planu dostarczania informacji;
• określenie standardów i metod realizacji projektu, które powinny obejmować m.in. narzędzia, środowiska wytwarzania i wymiany informacji oraz formaty i protokoły wymiany danych;
• ustanowienie procesów zarządczych procesu informacyjnego z aktorami i funkcjami (rolami) wraz z określeniem zakresów odpowiedzialności.

BIM jako zarządzanie informacją o budowli

Drugą równie częstą interpretacją skrótu BIM jest zarządzanie informacją o budowli. Gromadzenie, przetwarzanie i udostępniania danych należy do obowiązków wszystkich uczestników procesu budowlanego. Odpowiadają za to tak samo zamawiający, projektanci, wykonawcy i zarządcy obiektu. Oczywiście przyjmują oni odpowiedzialność za swoją część całego procesu inwestycyjnego. Bez uświadomienia sobie i zrozumienia celów oraz wymagań inwestycji cały zespół jest właściwie skazany na porażkę. A przynajmniej występuje wówczas duże ryzyko przekroczenia budżetu i założonych terminów realizacji.

Przygotowanie przez zamawiającego dokładnych wymagań informacyjnych i celów, jakie chce osiągnąć w związku z użyciem BIM, ma znaczenie fundamentalne. Muszą one też być powiązane z cyklem życia planowanego obiektu. Inaczej tworzy się model informacyjny na etapie projektowania, a inaczej na potrzeby eksploatacji i zarządzania gotowym obiektem. Tak samo trzeba podejść do sposobu zarządzania zespołem. Na każdym etapie procesu sposób zarządzania powinien być dopasowany do jego specyfiki.

Rys. 2. Kaskadowa metoda realizacji inwestycji budowlanej

W tradycyjnym podejściu do realizacji inwestycji budowlanych stosowana jest najczęściej metoda kaskadowa (rys. 2), wywodząca się jeszcze z czasów pierwszej rewolucji przemysłowej. Jej podstawą jest zbudowanie dobrego planu i konsekwentne korzystanie z niego. Trzeba wiedzieć, co ma być zbudowane i jak dokładnie wykonać kolejne zadania. Aby odnieść sukces w stosowaniu tej metody, należy spełnić następujące warunki [2]:

• zakres i wymagania projektu nie ulegają zmianie,
• zespół bardzo dobrze zna technologię,
• zespół doskonale rozumie wymagania,
• zespół dobrze oszacował zakres prac do wykonania,
• nic nie zmieni planu.

Pojawia się więc pytanie, czy projekty budowlane spełniają te warunki? Część projektów, które są proste i powtarzalne, pewnie tak. Natomiast jaką metodę zarządzania wykorzystać w bardziej kreatywnych projektach? Odpowiedzią może być cała rodzina metod tzw. szczupłych (ang. lean). Pierwowzorem dla tzw. szczupłego budowania (Lean Construction) jest strategia szczupłego zarządzania (Lean Management) [2], która rozwinęła się na bazie systemu produkcyjnego Toyoty. W przypadku budownictwa polega to na przystosowaniu zasad i praktyk tej filozofii do potrzeb usprawnienia procesu projektowania i budowy. W tym szczupłym podejściu próbuje się zarządzać i ulepszać procesy budowlane przy minimalizacji ich kosztów z jednoczesnym uwzględnieniem potrzeb klientów i maksymalizacją efektów.

Czytaj też:

• BIM i jego wdrażanie w Polsce
• Anatomia wymagań informacyjnych BIM normy ISO 19650 – jak się odnaleźć w labiryncie OIR-AIR-PIR-EIR?
• Jak metodologia BIM zmienia role w procesie projektowania i budowy
• Wdrażanie BIM – co PIIB robi w tej sprawie?

BIM a metody szczupłego zarządzania

Zarządzanie typu lean pozwala osiągać coraz wyższe zyski dzięki samodoskonaleniu nakierowanemu na potrzeby klientów. Przedsiębiorstwa działające według zasad szczupłego budowania to firmy skupione na tworzeniu maksymalnej wartości dla klienta przy wykorzystaniu minimalnych zasobów, co jest możliwe dzięki dobrze zorganizowanym procesom. Możliwości takie daje przede wszystkim wykorzystanie talentów pracowników na każdym poziomie organizacji. To podejście do procesów produkcyjnych (budowla też może być produktem) opiera się na elastyczności, wysokiej jakości, eliminowaniu marnotrawstwa i ciągłym doskonaleniu. W projekcie, który realizowany jest zgodnie ze szczupłym podejściem, każdy podmiot zaangażowany jest brany pod uwagę, aby zapewnić jak najwyższą jakość projektu budowlanego przy jak najkrótszym czasie realizacji i jak najniższych kosztach (również środowiskowych i społecznych).

Narzędziem wspierającym tę filozofię jest BIM, który umożliwia optymalizację procesów i skuteczną współpracę między uczestnikami procesu budowlanego. Metodyka BIM wpływa na szczuplejsze procesy budowlane, gdyż ma bezpośredni wpływ na sposób, w jaki pracują wykonawcy, podwykonawcy i dostawcy. Kluczowym założeniem jest staranne planowanie robót i zaopatrzenia w cyklu tygodniowym. Pozwala to wyszukiwać działania, które nie mogą być możliwe do poprawnej i całkowitej realizacji. Dlatego identyfikacja wszelkich konfliktów fizycznych, logicznych czy organizacyjnych przez wirtualną budowę w środowisku BIM poprawia stabilność przepływu pracy i zasobów. Poprawia się też zdolność do koordynowania działań na budowie w całym zespole na każdym poziomie i w różnych branżach.

Filozofia szczupłego budownictwa wpływa nie tylko na działanie przedsiębiorstw budowlanych, ale coraz częściej również na sektor publiczny. Chodzi tu głównie o nowe spojrzenie instytucji publicznych na dostarczane im usługi. Budżety i środki publiczne są stale ograniczane, podczas gdy potrzeby i oczekiwania społeczeństw rosną. Dlatego sektor publiczny musi się uczyć, jak bardziej efektywnie wykorzystywać swoje coraz bardziej szczupłe zasoby. Szczególnie dotyczy to utrzymania infrastruktury.

Rys. 4. Różnica między iteracyjnym a przyrostowym tworzeniem w metodzie Scrum

Odpowiedzią na wcześniej postawione pytanie, jaką metodę wybrać do bardziej kreatywnych projektów, są metody szczupłe. Nadają się one do zarządzania pracą twórczą, którą też może być proces budowlany. Szczególnie w przypadku bardziej zaawansowanych i ambitnych projektów. Do tej rodziny [4] należą takie metody, jak:

• Agile – zwinne zarządzanie projektami, nastawione na elastyczne zmiany;
• Kanban – optymalizowanie procesów produkcyjnych;
• Scrum – ramy działania, które są iteracyjne (rys. 4);
• PPM (Product Production Management) – proces definiujący harmonogram przepływu pracy i wymagane zasoby;
• VDC (Virtual Design and Construction) – wirtualne zaprojektowanie obiektu i symulacja budowy.

Podsumowanie

Cyfryzacja budownictwa na świecie właściwie jest już faktem. Najbardziej rozwinięte kraje świata wprowadziły metodykę BIM jako obowiązkową w swoich zamówieniach publicznych. To przecież nie jest tylko jakieś kolejne nowe narzędzie CAD do tworzenia modeli 3D, ale kompleksowe podejście do zarządzania informacją o obiekcie budowlanym w całym cyklu jego życia.

Temat BIM stał się mocno eksploatowany również w Polsce. Coraz częściej pojawia się też na łamach czasopisma „Inżynier Budownictwa”. Świadczy to o rosnącej w środowisku polskich inżynierów świadomości, czym właściwie jest metodyka BIM. Pomogło nam w tym na pewno kilka pozytywnie zrealizowanych projektów kubaturowych z użyciem BIM. Trwają też pierwsze pilotażowe projekty BIM w infrastrukturze [2]. Dużą rolę w budowaniu świadomości i wiedzy na temat BIM odgrywają oddolne inicjatywy podejmowane przez różne stowarzyszenia i zespoły młodych polskich inżynierów, którzy nabrali dużego doświadczenia na kontraktach BIM w Wielkiej Brytanii i w krajach skandynawskich. Wystarczy wymienić blogi www.BIMcorner.com, www.BIMblog.pl czy też wideokanał informacyjny www. infraSTUDIO.info.

Doświadczenia krajów, które mają najwyższy poziom implementacji BIM, pokazują, że ta metodyka jest pierwszym i koniecznym krokiem w kierunku cyfryzacji procesów budowlanych, a w dalszych etapach również automatyzacji i robotyzacji całej branży. Przemiany te dotyczyć też będą metod zarządzania projektami inwestycyjnymi, w których coraz większe znaczenie będą miały metody tzw. szczupłego budowania. Tego rozwoju nie da się już zatrzymać, a coraz częściej jego hasłem staje się przejęty z przemysłu slogan Budownictwo 4.0.

inż. Wiktoria Drzyzga

prof. nadzw. dr hab. inż. Marek Salamak Wydział Budownictwa, Politechnika Śląska

Literatura

1. S. Changali, A. Mohammad, M. Nieuwland, The construction productivity imperative. How to build megaprojects better, „McKinsey Quarterly”, lipiec 2015.
2. S. Gao, S.P. Low, Lean Construction Management: The Toyota Way, Berlin, Springer, 2014.
3. ISO 19650 Organization and digitization of information about buildings and civil engineering works, including building information modelling (BIM).
4. K. Kaczor, Scrum i nie tylko. Teoria i praktyka w metodach Agile, PWN, Warszawa 2014.
5. M. Karolak i in., Projekt pilotażowy zastosowania technologii BIM w GDDKiA przy projektowaniu, budowie obwodnicy Zatoru, „Autostrady” 2018, t. 10.
6. M. Salamak, BIM w cyklu życia mostów, PWN, Warszawa 2021.