Przygotowanie do projektowania infrastruktury w BIM – cz.I

Co to jest BIM?

BIM jest tematem bardzo popularnym i chętnie w ostatnim czasie porusza­nym. Dużo mówi się o potrzebie rea­lizowania projektów w takiej formule. Obecnie BIM jest przez wielu błędnie utożsamiany z programem kompute­rowym (program BIM) lub projektem technicznym w formie trójwymiarowej (model 3D). W rzeczywistości BIM nie jest ani jednym, ani drugim. A czym tak naprawdę jest?

Skrót BIM należy rozwinąć jako Building Information Modeling, czyli mo­delowanie informacji o obiekcie budow­lanym. Określenie „obiekt budowlany” zamiast „budynek” jest celowe, gdyż BIM coraz częściej odnosi się nie tylko do budynków, ale również do obiektów infrastrukturalnych, takich jak: droga, most, sieć uzbrojenia terenu. Rozwija­jąc tę myśl, jako BIM określa się skumu­lowaną reprezentację cech fizycznych i funkcjonalnych obiektu budowlane­go w formacie cyfrowym, która łączy technologię, metodologię i współpracę. Umożliwia ona zebranie od wszystkich uczestników przedsięwzięcia informa­cji niezbędnych w procesie planowania, projektowania, analiz, budowy, utrzy­mania i rozbiórki obiektu. Komplekso­we podejście do założeń BIM powinno się więc odnosić do całego cyklu życia obiektu budowlanego.

Według „BIM Healthy Start” (AECOM 2015) technologia i metodologia BIM to:

– Kompleksowe rozwiązania z zakre­su oprogramowania komputerowe­go przydatnego do projektowania, wizualizacji, analiz i współpracy, które umożliwią podejmowanie lep­szych decyzji zarówno z zakresu rozwiązań technicznych, jak i biz­nesowych.

– Usprawnianie codziennych procesów dzięki pracy nad materiałem, który umożliwia automatyczne generowa­nie rysunków, raportów, analiz, harmonogramów i innych niezbędnych informacji o obiekcie.

– Wspieranie rozproszonych zespołów projektowych przez umożliwienie uczestnikom procesu projektowego efektywnego współdzielenia zadań i informacji o projekcie.

W wielu krajach stosowanie BIM jest już standardem ze względu na korzyści, jakie wynikają z jego zasto­sowania, lub jest wprost wymagane przez ustawodawstwo. Stosowanie BIM lub wdrażanie części założeń BIM jest obligatoryjne w takich kra­jach, jak: Wielka Brytania, Finlandia, Dania, Norwegia, USA, Singapur. Komisja Europejska rekomenduje wykorzystywanie BIM przy inwesty­cjach publicznych dofinansowanych ze środków unijnych.

Liderem wykorzystania BIM w Europie jest Wielka Brytania. Przewaga Wielkiej Brytanii wynika z wieloletniego doświad­czenia z pracy z BIM, które umożliwiło wprowadzenie standardów oraz zasad dla projektantów. Przykład Wielkiej Bry­tanii może być modelowy, gdyż tam do efektu końcowego, jakim jest projekt BIM, dochodzi się małymi krokami, a cały proces wdrażania wymagań do ustawodawstwa został podzielony na fazy rozciągnięte na przestrzeni kilku lat. Daje to olbrzymią przewagę brytyj­skim firmom projektowym, które już od pewnego czasu kładą ogromny nacisk na rozwój również w tym kierunku.

Jak powinna wyglądać praca przy BIM?

Zgodnie z założeniami wspomnianymi wcześniej przed rozpoczęciem prac projektowych muszą zostać zdefinio­wane podstawowe wymagania wobec końcowego produktu. Dobrą prakty­ką jest, aby już na etapie planowania w procesie uczestniczył klient oraz przyszły wykonawca. Takie podejście pozwala lepiej sprecyzować konkretne wymagania i chroni przed tworzeniem produktu, który w żaden sposób nie zostanie wykorzystany w przyszłości. Od początku projektu należy również uświadomić wszystkim uczestnikom, jakie są wymagania. Formuła BIM na­

dal nie jest powszechnie znana i dla niektórych projektantów może być dużym wyzwaniem.

Przy planowaniu należy skupić się na następujących zagadnieniach:

– stworzenie wspólnego środowiska danych,

– określenie wymagań dla finalnego modelu 3D,

– sprawdzenie kolizji międzybranżowych,

– przygotowanie wielkości przedmia­rowych,

– przygotowanie materiałów dla klien­ta i firmy wykonawczej.

Wspólne środowisko danych

Oprogramowanie dostępne na rynku umożliwia pełne współdzielenie da­nych w czasie rzeczywistym. Jest to niezwykle istotne, w sytuacji gdy nad jednym przedsięwzięciem pracują specjaliści z wielu biur, często w róż­nych krajach.

Oprogramowanie powinno umożliwiać nie tylko współdzielenie danych, gdyż do tego wystarczą tradycyjne dyski sieciowe czy zewnętrzne serwery, ale przede wszystkim dawać pełną kon­trolę nad wersjami poszczególnych plików i procesem ich publikowania. Przepływ materiałów w projekcie po­winien być powiązany z odpowiednim cyklem ich zatwierdzania (rys. 2).

Praca przebiega etapowo.

– Etap 1. Praca projektowa w ze­społach – tworzenie części składo­wych modelu.

Poszczególne branże pracują nad swoją częścią projektu. W tej fazie dostęp do materiałów mają tylko członkowie danej grupy (np. jednej branży).

–  Etap 2. Konsultacje międzybranżowe – sprawdzenie kolizji.

Branże udostępniają swoje materia­ły dla pozostałych grup. W tej fazie wszyscy specjaliści mają dostęp do materiałów pozostałych uczest­ników. Jeżeli w wyniku konsultacji międzybranżowych okaże się, że rozwiązania powinny być popra­wione, to aktualny plik jest cofany do poprzedniego etapu i otrzymuje informacje o nowej wersji (nie zmie­nia się nazwa pliku). Po potwierdze­niu, że rozwiązanie jest akcepto­walne, materiał jest przesuwany do etapu 3.

– Etap 3. Przegląd materiałów przez niezależnego sprawdzającego.

Na tym etapie przeglądu dokonuje nie­zależny sprawdzający. Jeżeli materia­ły są zaakceptowane, to przesuwane są do etapu 4. Jeżeli nie, to wracają do etapu 1 z nową wersją.

– Etap 4. Przegląd projektu przez klienta.

Teraz przeglądu dokonuje klient. Po­dobnie jak powyżej model jest zatwier­dzany do kolejnego etapu lub cofany do etapu 1, do powtórnej analizy.

–  Etap. 5. Dostarczenie materiałów wykonawcy.

Po zatwierdzeniu materiałów przez klienta następuje opublikowanie ma­teriałów w wersji elektronicznej lub papierowej i przekazanie ich np. firmie wykonawczej.

Najważniejszym zagadnieniem zwią­zanym ze wspólnym środowiskiem danych jest pełna automatyzacja procesu. Możemy uzyskać to dzięki oprogramowaniu, które daje dostęp do poszczególnych wersji materiałów wraz z kompletem informacji, kiedy i przez kogo zostały one przygoto­wane, zatwierdzone bądź odrzucone. Zmiana etapu lub cofnięcie do etapu wcześniejszego powinno być powią­zane z odpowiednim komentarzem, który również dostępny będzie w in­formacjach zamieszczonych w bazie danych.

Tworzenie modelu 3D obiektu budowlanego

Praca w etapie 1 procesu to tworze­nie części składowych modelu. Ważnym elementem tego etapu jest założenie, że końcowym pro­duktem jest model 3D projekto­wanego obiektu budowlanego wraz z dodatkowymi informacjami, które wyróżniają go od tradycyjnych roz­wiązań. Każdy komponent modelu, np. krawężnik, część konstrukcyjna mostu, element sieci uzbrojenia, po­winien zostać scharakteryzowany przez:

– szczegółową lokalizację (współrzęd­ne, kilometraż, rodzaj układu odnie­sienia),

– dokładne parametry fizyczne (obję­tość, szerokość, długość itd.),

– informacje o materiale, z jakiego ma być wykonany,

– informacje o rodzaju specyfikacji technicznej, zgodnie z którą należy go wykonać,

– informacje o fazie wbudowania da­nego elementu (powiązanie z har­monogramem),

–  sposób konserwacji, trwałość itp. Ilość dołączonych informacji zależy przede wszystkim od planowanego zakresu wykorzystania materiałów w przyszłości.

Najważniejszym wyzwaniem jest kompletność materiałów. Zaczynając od inwentaryzacji stanu istniejące­go (model powierzchni terenu, sieci uzbrojenia), poprzez proponowane rozwiązania techniczne, a kończąc na konkretnych rozwiązaniach funkcjo­nalnych związanych np. z fazowaniem budowy.

Przygotowanie odpowiednich mate­riałów o powierzchni terenu nie jest już tak problematyczne i kosztowne jak jeszcze kilka lat wcześniej. Model w postaci chmury punktów, nawet bardzo rozległego terenu, są w sta­nie wykonać polskie firmy geodezyjne. Wykorzystując różne technologie, np. skanowanie przy użyciu lasera, można w krótkim czasie otrzymać materiał o dużej dokładności.

W zakresie rozwiązań projektowych producenci proponują wiele progra­mów, które są przydatne przy two­rzeniu modelu dla każdej z branż. Bardzo ważnym aspektem na tym etapie procesu jest ustalenie konkret­nego formatu, w jakim poszczególne zespoły przygotują materiały. W celu efektywnego wykonania wszystkich zadań związanych z tworzeniem mo­delu BIM, w tym m.in. współpraca międzybranżowa, sprawdzenie koli­zji czy tworzenie końcowego mode­lu, wszystkie branże muszą być ze sobą kompatybilne. Sprowadza się to najczęściej do pracy na tym samym formacie pliku. Co prawda, firmy two­rzące programy projektowe dają moż­liwość pracy z kilkoma rozszerzeniami lub eksportu materiałów do różnych formatów, jednak w efekcie takiego działania istnieje ryzyko utraty części tzw. inteligentnych informacji powią­zanych z komponentami. Współpraca między różnymi „rodzinami” progra­mów, nawet w ramach jednego pro­ducenta, nie zawsze jest taka pro­sta i bezproblemowa, jak przekonują o tym ich twórcy, a w konsekwencji może doprowadzić do nieoczekiwa­nych problemów w trakcie tworzenia końcowego modelu.

Sprawdzanie kolizji międzybranżowych

Etap 2 pracy z BIM to sprawdze­nie kolizji międzybranżowych. Dzięki temu, że wszystkie branże przy­gotowują materiały w tym samym standardzie, w formacie 3D, w jed­nolitym środowisku i z dużym stop­niem szczegółowości, możliwe jest posłużenie się rozwiązaniami wyko­nującymi automatyczne sprawdzenie kolizji międzybranżowych. Pozwala to na znaczną redukcję błędów na eta­pie prac projektowych. Tak jak przy wcześniejszych działaniach wskaza­ne jest wykorzystanie odpowiedniego oprogramowania.

Przy projektach infrastrukturalnych, np. budowy autostrady, do przeana­lizowania jest kilkadziesiąt kilometrów dróg i setki kolizji, co przy zastoso­waniu tradycyjnej metody, jaką jest określenie kolizji na podstawie rysun­ku dwuwymiarowego, może się okazać trudne i czasochłonne. Jednocześnie zdarza się ominąć kolizje związane z ukształtowaniem wysokościowym oraz miejsca z nietypowymi, czasem skomplikowanymi rozwiązaniami.

Dzięki kompletnemu oraz szczegóło­wemu modelowi 3D, przygotowanemu w standardzie BIM, takie problemy są znacznie zminimalizowane. Identy­fikacja kolizji między poszczególnymi elementami jest wykonywana przez oprogramowanie. Zadaniem projek­tanta jest takie zdefiniowanie wy­magań, aby przy wyszukaniu kolizji wskazane zostały te miejsca, które rzeczywiście mogą być problematycz­ne. Cały proces wykrycia kolizji ogra­niczony jest z wielu godzin lub dni do kilku minut, jakie potrzebuje program do sprawdzenia modelu.

Wielkości przedmiarowe z modelu 3D

Efektem pracy wykonanej w ra­mach etapu 1 i 2 jest opracowanie odpowiedniego zestawienia wielkości przedmiarowych. Podobnie jak przy sprawdzaniu kolizji międzybranżowych przygotowany ze wszystkimi detalami model 3D pozwala na pre­cyzyjne i szybkie przygotowanie ra­portów i zestawień. Daje to również pewność, że wszystkie rozwiązania współgrają ze sobą, a prezentowane wielkości są poprawne. Jednocześnie przypisanie dodatkowych informacji w modelu 3D, np. o specyfikacjach technicznych, pozwala zautomatyzo­wać proces powstawania dowolnych analiz dla projektu.

Czas, który w metodzie tradycyjnej wynosi najczęściej wiele tygodni, tu­taj sprowadza się do kilku dni.

Przygotowanie materiałów dla inwestora

Zwieńczeniem całego procesu projek­towego jest dostarczenie materiałów inwestorowi. Na tym etapie materia­ły w 95 procentach są już gotowe. Wszystkie raporty, przedmiary oraz modele z aktualnymi rozwiązaniami są umieszczone na serwerze i kontrolo­wane przez oprogramowanie.

W razie potrzeby przygotowania tra­dycyjnych rysunków można ten proces znacznie usprawnić i ograniczyć go do pracy w ramach oprogramowania do współdzielenia danych. Odgórne zdefi­niowanie szablonów rysunków i rapor­tów oraz częściowa automatyzacja procesu publikowania rysunków przez system, np. do formatu PDF, znacznie usprawniają prace i dają możliwość ujednolicenia szaty graficznej całej dokumentacji.

Jeżeli jest taka potrzeba lub życzenie zamawiającego, końcowym efektem może być wydrukowanie dokumentacji z plików PDF.

Przygotowanie danych dla firmy wykonawczej

Dotychczasowa praktyka pokazuje, że firmy wykonawcze powszechnie zgła­szają się do biur projektowych o uzu­pełnienie otrzymanych wcześniej od inwestora materiałów. Prośby te, wy­łączając oczywiście sytuacje związane ze zmianą rozwiązań projektowych, powiązane są zazwyczaj z materiała­mi dla geodetów oraz odpowiednimi plikami sterującymi do maszyn bu­dowlanych (tzw. machine guiding). Efektem przygotowania projektu w technologii BIM jest gotowy pro­dukt, który może być wykorzystany do takich celów. Na życzenie firmy wykonawczej każdy element, np. oś drogi, krawędź jezdni, oś rury kana­lizacyjnej, może być w szybki sposób wyeksportowany do niezbędnego for­matu. Zazwyczaj formatem takim jest XML.

mgr inż. Marcin Abel

projektant drogowy AECOM