08 Sie 2013

BIM – punkt widzenia konstruktora

W dawnej nomenklaturze za skrótem BIM ukrywało

08 Sie 2013

W dawnej nomenklaturze za skrótem BIM ukrywało się zarządzanie informacją o budynku. Dziś mówimy o jej modelowaniu. Zarządzanie dotyczyło zróżnicowanych źródeł i metod gromadzenia informacji, modelowanie dotyczy określonej formy, w jakiej wszelkie informacje o budynku są zamknięte, czyli cyfrowego modelu konstrukcji. Chociaż sam skrót się nie zmienił, jego znaczenie w przeciągu ostatnich lat zmieniło się znacznie. Artykuł ten dotyczy wybranych zagadnień związanych z tym, co aktualnie rozumie się przez BIM, opisanych z punktu widzenia inżyniera konstruktora.

Czym jest BIM? Zdecydowanie czymś, czego nie da się opisać jedną uniwersalną definicją oddającą w pełni charakter tego pojęcia. Nawet przypisanie tego pojęcia do jakiejś kategorii nie jest łatwe, skoro można zgodnie  z prawdą mówić zarówno o działaniu (modelowanie), procedurze (przypisywanie elementom w modelu określonych charakterystyk / parametrów), technologii (używanie oprogramowania zaliczanego do klasy BIM) jak i o pewnej filozofii realizacji projektu (ujęcie najbardziej ogólne, oddające „ducha” idei BIM). By sytuację uczynić jeszcze bardziej złożoną: w literaturze i w sieci funkcjonuje wiele wariantów definicji BIM autorstwa przedstawicieli różnych profesji budowlanych. Na szczęście pomimo tych różnic, odmiennych punktów widzenia i sposobu rozłożenia akcentów można łatwo wskazać pewien wspólny mianownik, kluczowe określenie stanowiące punkt wyjścia do każdego opisu BIM. Mam na myśli informację. Tym czym w swej istocie jest BIM, tym jest też sama informatyka, a więc dziedzina wiedzy technicznej zajmująca się, najogólniej, przetwarzaniem informacji. Bez zastosowania technik komputerowych BIM byłby tylko konstrukcją myślową, ciekawym ale raczej trudnym do realizacji pomysłem. Zaryzykuję stwierdzenie, że modelowanie zgodne z BIM jest efektem rozwoju i standaryzacji oprogramowania od lat wykorzystywanego w projektowaniu i kontroli inwestycji, nie zaś pomysłem, który zrodził się niezależnie od praktyki projektowej, by dopiero potem na nią wpływać, a tym samym wymuszać zmiany w oprogramowaniu. Aktualnie mamy do czynienia z sytuacją, kiedy to większość liczących się programów komputerowych dla architektów czy też do projektowania konstrukcji jest „BIM friendly”, co wcale nie oznacza, że są one w pełni zgodne z powszechnie przyjętym standardem BIM, ponieważ ten wciąż się tworzy. Nawet w przypadku wymiany informacji, trudno mówić o pełnym ujednoliceniu, gdyż mamy do czynienia z tendencją odgórnego wpływania na praktyczne wykorzystanie BIM przez najbardziej liczących się producentów oprogramowania a nawet z próbami zawłaszczenia i zmonopolizowania.

Chociaż BIM jest standardem otwartym, jego implementacja w drogim oprogramowaniu, a co za tym idzie komercjalizacja, tę dostępności i otwartość stawia pod znakiem zapytania.

Skoro informacja okazuje się być podstawowym pojęciem obecnym w każdej definicji BIM, warto zadać sobie pytanie o rolę, jaką spełnia ona w aspekcie projektowym. Projektowanie to modelowanie i symulowanie zachowania rzeczywistych obiektów (co oczywiście dotyczy szeregu branż, nie tylko budowlanej, ale i np. samochodowej, lotniczej itd.). Aby proces ten był faktycznie jak najbliższy rzeczywistości, jak najwięcej cech obiektów materialnych należy przypisać ich reprezentantom w modelu. Gdyby nie wymóg jak najwierniejszego odwzorowania realiów, czyli zarówno samego obiektu jak i środowiska, w którym będzie funkcjonował, zasób informacji towarzyszący elementom wytworzonym w modelu komputerowym mógłby się ograniczać tylko do tych, które określają ich wygląd, i to nie w rzeczywistości, ale właśnie w tym modelu. Fundament byłby zatem tylko prostopadłościanem, belka dwuteowa nieco bardziej skomplikowanym elementem trójwymiarowym niż fundament, ponieważ kształt jej przekroju wymaga wprowadzenia większej ilości informacji geometrycznych itd. Brak relacji z rzeczywistym obiektem czyniłby z modelowania w najlepszym razie sposób na automatyzację wytwarzania rysunków technicznych, w najgorszym razie sztukę dla sztuki. Poza uzyskaniem informacji wymiarowych w niczym więcej model taki nie byłby pomocny (architekt dodałby jeszcze walor wizualny, możliwość przedstawienia swojej wizji w formie przestrzennego obrazu). Tymczasem zgodnie z ideą BIM, która kładzie nacisk przede wszystkim na informacje, a nie na sposób graficznego reprezentowania obiektu, który te informacje przechowuje, to jak element wygląda w modelu jest mniej istotne od tego, jakie dane zostały w nim zapisane, w oparciu o jakie parametry został zbudowany i na ile zasób oraz charakter zgromadzonych w nim informacji umożliwia potraktowanie go jako wiarygodnej reprezentacji projektowanego obiektu.

Przywołany przykład fundamentu w świetle tego, czym jest modelowanie zgodne z BIM, należałoby opisać jako zasób informacji dotyczący m.in. materiału, z którego zostanie wykonany, położenia w odniesieniu do budowli jako całości, wielkości jego przekroju oraz długości, a co za tym idzie ilości materiału niezbędnego do jego wykonania. Idźmy dalej, bo to oczywiście nie wszystkie informacje, jakie skrywa w sobie prostopadłościan reprezentujący odcinek ławy fundamentowej w modelu. Ponieważ każdy element w modelu jest częścią całości, nie funkcjonuje w oderwaniu od niej, co oznacza że jest nośnikiem szeregu informacji o swoim bezpośrednim otoczeniu czyli o relacjach z elementami, z którymi ma bezpośrednia styczność (ława fundamentowa dochodząca prostopadle, stopy fundamentowe na końcach, słupy oparte na tej ławie. Jak widzimy, zbiór informacji znacznie się poszerza wraz z uwzględnianiem coraz większej ilości czynników definiujących rzeczywistą ławę fundamentową. Wykonanie takiej ławy na budowie to nie tylko dbałość o użycie właściwej mieszanki betonowej, prawidłowa pozycję i wielkość fundamentu, ale także o umieszczenie w nim adekwatnego do działających sił zbrojenia, wylanie mieszanki zgodnie z harmonogramem robót z użyciem dostatecznej ilości mieszanki itd. To wcale nie koniec. Ale już ten zasób informacji pozwala uzmysłowić sobie, co wyróżnia prosty model geometryczny od modelu parametrycznego, charakterystycznego dla BIM. Wyraźnie przy tym podkreślmy: te informacje nie tyle są przypisywane elementowi w modelu ile po prostu ten element w modelu kreują.

Pozostańmy przy zagadnieniu informacji w BIM, sięgając po inny przykład. Kompletny model odwzorowuje nie tylko rzeczywistość w sensie materialnym, ale również sytuacyjnym. Uwzględnia zatem wzajemne oddziaływania pomiędzy elementami, ich wpływ na otoczenie i to, jak otoczenie wpływa na ten element. Zatem belka nie będzie tylko wydzielonym elementem konstrukcji, kawałkiem dwuteownika o odpowiednio obrobionych końcach, dokręconych bądź dospawanych łącznikach, będzie również przekazywała siły w miejscach swojego oparcia na elementy, do których jest przymocowana. Kształt podpór zaś wymusi odpowiednie przygotowanie końców tej belki tak, aby można ją było prawidłowo połączyć z elementami na których się opiera. Konsekwencją tego wzajemnego dostosowania do siebie elementów wchodzących w relacje konstrukcyjne jest poszerzenie bazy danych dotyczących tych elementów o te informacje, które określają, jak uwzględnienie otoczenia wpływa np. na ich kształt. To nie są informacje dodawane wprost przez użytkowania programu do modelowania, są generowane przez sam program w miarę jak aktywujemy w nim kolejne narzędzia, np. do tworzenia połączeń.

Uwolnijmy się teraz od myślenia o belce jako o składniku większej całości, jaką jest konstrukcja budowli, a potraktujmy ją jako przeszkodę, którą napotyka instalator projektujący przebieg instalacji wentylacyjnej. Ponieważ BIM to nie tylko gromadzenie informacji, ale przede wszystkim ich udostępnianie, projektant instalacji dostaje do dyspozycji model, by za jego pomocą ocenić, jak w sposób bezkolizyjny przeprowadzić przewody w miejscu gdzie znajduje się belka. Podwieszając je do niej, prowadząc je przez wykonany w niej otwór? Jeśli jego decyzja będzie oznaczała zmianę w elemencie, dzięki wymianie informacji dowie się o niej konstruktor, a model zaktualizowany o wprowadzone do niego elementy instalacji poinformuje go, w którym miejscu belkę należy dostosować. Zasób informacji skojarzonych z belką powiększy się o dane dotyczące wielkości otworu i jego umiejscowienia, bądź zaczepów przyspawanych od dołu do belki by można było podwiesić przewody.


Szereg informacji ma charakter pozwalający na ich wizualizację w oknie programu służącym do tworzenia i podglądu modelu. Mowa tu nie tylko o parametrach geometrycznych, ale również o statusie elementów, wyrażanym zwykle przez nadanie im odpowiedniego wyróżniającego koloru. Przez status należy rozumieć parametry elementu (lub grupy elementów), najczęściej zmienne w czasie, związane bardziej z pracą nad tym elementem w modelu niż z cechami jego realnego odpowiednika (czy element został zaopatrzony w komplet połączeń, czy zakończenie modelowania danego elementu uniemożliwia jakieś nieodpowiedziane pytanie do inżyniera projektu itp.). Reszta informacji zwykle dostępna jest poprzez różnorakie raporty, zarówno wyświetlane na ekranie, jak i umieszczane w plikach tekstowych generowanych przez program. Przeznaczenie i forma tych raportów mogą być różnorakie, przede wszystkim jednak wykorzystuje się je, by określić zapotrzebowanie na materiał, a następnie by go z wyprzedzeniem w wystarczającej ilości zamówić. Inne powszechne przeznaczenie raportów to wykorzystywanie ich w roli list wysyłkowych i przewozowych. Fakt, że tworzy się listy z uwzględnieniem podziału realizacji obiektu na etapy, sprawia, że raporty wspomagają w sposób znaczący zarządzanie projektem na każdym etapie prac:

– listy rysunków wysyłanych przez biuro detalujące do wytwórni to narzędzie kontroli przepływu dokumentacji warsztatowej

– listy elementów gotowych od dostawców zewnętrznych umożliwiają sprawna realizacje zamówień i współdziałanie z kontrahentami

– listy elementów wytworzonych w warsztacie i oczekujących na transport to narzędzie kontroli postępu prac związanych z przygotowaniem elementów konstrukcji

– listy przewozowe, które pozwalają na efektywny podział elementów na grupy sukcesywnie przewozowe środkami transportu na plac budowy wraz z postępem prac związanych ze wznoszeniem konstrukcji

– listy grupujące elementy w zależności od miejsca wbudowania, ułatwiające odpowiednie rozdysponowanie gotowych elementów na placu budowy, tak by można było je podnieść wprost z miejsca składowania bądź środka transportu i od razu umieścić w szkielecie konstrukcji.

Advance Steel – okno właściwości

Posługiwanie się raportami jest tak efektywne dlatego, że możemy się posługiwać w trakcie ich tworzenia i korzystania z nich, szeregiem danych identyfikacyjnych, unikalnych, tak jak oznaczenie wysyłkowe nanoszone w warsztacie na gotowy element, jak i wspólnych dla wielu elementów: oznaczenie wyróżniające jeden z końców elementu, znak orientacji lica kolumny względem stron świata, identyfikator elementów wymagających procesu cynkowania itd. Oprogramowanie komputerowe każdemu obiektowi wchodzącemu w skład modelu przydziela numer wewnętrzny, tzw. „ID numer”, unikalny i określający nagłówek rekordu bazy danych, z którym powiązane są wszystkie informacje zawarte w modelu i dotyczące danego elementu. Element funkcjonujący w raportach jako B2103, będący belką wykonana z profilu W12x14 dla programu komputerowego jest po prostu obiektem oznaczonym jako ID-23764122. Swoje indywidualne numery mają w modelu nawet połączenia spawane, nakrętki czy wycięcia w elemencie. Dla osoby odczytującej dane z modelu ważny jest jednak znak wysyłki elementu ewentualnie numery komponentów, wchodzących w skład badanego lub ujętego w raporcie elementu, ponieważ to właśnie te oznaczenia widnieją na rysunkach i w raportach.

Potocznie mówi się, że model „żyje”, tzn. wprowadzone do niego elementy oraz związane z nimi informacje ulegają ciągłym zmianom: uzupełnieniu, modyfikacji i aktualizacji. Dzieje się tak, ponieważ wraz z wykonywaniem modelu zmianom podlega projekt, na bazie którego ten model powstaje. Zmiany w modelu realizuje się albo poprzez zmianę parametrów i lokalizacji elementów w widoku 3D, z wykorzystaniem narzędzi udostępnionych przez program, albo pośrednio, poprzez modyfikację parametrów elementów, co nie zawsze znajduje bezpośredni wyraz w zmianie wyglądu elementu, ale co natychmiast daje się skontrolować poprzez raport obejmujący wybrane cechy modyfikowanego elementu. Wiele zmian dotyczy po prostu bazy danych o elemencie, nie zaś bezpośrednio jego cech fizycznych, w szczególności geometrii.  Bez względu na charakter modyfikacji modelu oraz sposób ich przeprowadzenia, działania osoby wprowadzającej zmiany dają natychmiastowy efekt. Korzystając z całego spektrum narzędzi kontrolnych (sprawdzanie kolizji, testowanie połączeń, badanie poprawności systemu oznakowania elementów itp.) możemy na bieżąco oceniać rezultat zmian w modelu oraz informować o nich inne podmioty zaangażowane w projekt: natychmiast, jeśli współpraca odbywa się w oparciu o zdalny dostęp do serwera z aktualnym modelem, albo poprzez eksport plików IFC bądź 3D-PDF z aktualnego modelu.

Możliwość współdzielenia modelu, wymiany zgromadzonych w nim informacji, oraz uzupełniania modelu o informacje przez różne grupy branżowe uczestniczące w projekcie stanowi o sile metod bazujących na BIM. Wspomniano o dwóch sposobach wymiany informacji: zdalnej lub ograniczonej do jednego biura pracy grupowej oraz za pomocą exportu / importu plików z danymi. Pierwszy sposób zakłada istnienie jednego referencyjnego modelu, w którego rozwoju uczestniczą wszystkie zainteresowane podmioty lub członkowie zespołu projektowego, detalującego bądź nadzorującego (jest to rozwiązanie znajdujące się w fazie rozwoju, stosowane np. w oprogramowaniu Revit firmy Autodesk). Drugi sposób sankcjonuje powszechną praktykę Open BIM, w której zawsze aktualną kopię modelu konstrukcji budynku traktuje się jako podstawę do sprawdzenia poprawności zaprojektowanych elementów stanowiących wyposażenie budynku, np. bezkolizyjnego przebiegu instalacji. Model konstrukcji jest zatem modelem podstawowym w tym sensie, że zazwyczaj wszystkie inne elementy stanowiące wyposażenie bądź wykończenie budynku muszą zostać dostosowane do kształtu konstrukcji. Tenże model podstawowy może oczywiście podlegać i podlega zmianom wymuszonym przez konkretne rozwiązania zaproponowane przez projektantów innych branż, np. niemożność poprowadzenia instalacji przez podwieszenie ich do belek stropowych, zmusza konstruktora do zaprojektowania otworów w samej belce, aby instalacje można było przeprowadzić bez obniżania sufitu. Innym przykładem może być zaproponowany przez architektów system ściennych okładzin zewnętrznych, których sposób mocowania wymusza wprowadzenie dodatkowych rygli pomiędzy słupami itd. Odpowiednio uzupełniany model pozwala na szybkie określenie niezbędnych zmian i sprawdzenie ich poprawności zanim zostaną zatwierdzone. Bez przepływu informacji pomiędzy uczestnikami projektu, bez interaktywności modelu i bez równoczesnej pracy nad modelem wielu osób, o sprawnym dostosowaniu konstrukcji obiektu do zmieniającej się dokumentacji i wymagań ze strony różnych zainteresowanych podmiotów nie mogłoby być mowy.

Dostęp zdalny przedstawicieli różnych branż do tego samego modelu głównego ma tę przewagę nad wymianą plików z kopią modelu, że daje każdemu zainteresowanemu natychmiastowy wgląd w model i pozwala uzupełniać jego składniki o komentarze, sugestie i adnotacje, w czym pomaga szereg narzędzi stanowiących rozszerzenie podstawowego programu do modelowania (tzw. comment tools). Niestety, jest to strategia, której realizacja napotyka na wiele przeszkód, np. związanych z dostępem do modelu albo z zarządzaniem zmianami. Z drugiej strony, posługiwanie się plikami IFC pozwala pracować wszystkim branżom na lokalnych kopiach modelu w sposób wygodny i zazwyczaj bezproblemowy. Jest to możliwe dzięki odpowiednim procedurom oraz funkcjom wbudowanym w oprogramowanie, których zadaniem jest automatyczne synchronizowanie lokalnych kopii roboczych modelu z modelem referencyjnym, co pozwala mieć pewność, że pracujemy zawsze na aktualnej wersji modelu.

Przetwarzanie informacji z modelu, sterowanie modelem z wykorzystaniem udostępnianych przez model informacji i szereg innych zagadnień poruszę w kolejnych wpisach dotyczących praktycznego wykorzystania BIM w pracy konstruktora budowlanego.

Artur Doliński 

Categories BIM
Leave a comment
More Posts
Comments
Comment