Od 3D do 8D - wielowymiarowość modeli BIM

W poprzednich artykułach o BIM pisałem głównie o modelach, ich użyteczności i zawartości informacyjnej. Pojęcie wielowymiarowości podsumowuje niejako ten temat pokazując, jak wiele informacji i możliwości daje nam technologia BIM.

Wymiary MD w modelach BIM

Zgodnie z ideą BIM zasób wiedzy i informacji zawarty w modelu BIM stanowi podstawę do podejmowania decyzji podczas całego cyklu życia obiektu budowlanego. Wiemy już, że możliwość gromadzenia i porządkowania danych, dostęp do nich oraz przejrzystość wyszukiwania są największymi zaletami BIM.
Pojęcie wielowymiarowości modeli BIM odnosi się do dwóch omawianych wcześniej rodzajów danych:

• informacji geometrycznych i opisu stopnia zaawansowania tworzonego modelu,
• informacji opisowych, które są zawarte w modelu.

W praktyce w celu pokazania i usystematyzowania pojęcia wielowymiarowości wykorzystano znany wcześniej wszystkim schemat oznaczeń: 2D – dwa wymiary (mowa o rysunkach płaskich) oraz 3D – trzy wymiary (model przestrzenny trójwymiarowy).
W artykule przedstawione będą wymiary od 3D-MD wykorzystywane w technologii BIM (określa ona obiekty budowlane w wielowymiarowej przestrzeni zmiennych MD, gdzie „M” z ang. „multidimensional” oznacza właśnie wielowymiarowość). Podstawowa koncepcja MD pozwala analizować komponenty w wielu dziedzinach – geometryczne, fizyczne, behawioralne i atrybuty związane z czasem [5].
Poniżej przedstawiono kolejne wymiary modeli BIM:

• 3D – dane geometryczne, model obiektu pokazany w trzech wymiarach,
• 4D – model 3D poszerzony o informacje związane z czasem realizacji inwestycji,
• 5D – model 3D wraz z informacjami powiązanymi z kosztami np. budżetem inwestycji,
• 6D – model 3D wraz z danymi niezbędnymi do przeprowadzenia analiz wpływu obiektu na środowisko,
• 7D – model 3D wraz z danymi wspomagającymi zarządzanie eksploatacją obiektu budowlanego.

Zobacz również: Modele Macro i Micro BIM

BIM 3D

Pierwszy wymiar BIM, to w zasadzie model obiektu stanowiący bazę do gromadzenia kolejnych informacji. Samego trójwymiarowego modelu budynku oczywiście nie można nazwać modelem BIM (chociaż często bywa, że tak jest nazywany), ponieważ jego sednem jest informacja zawarta w modelu. Wyróżniony został zatem wymiar BIM 3D, ale trzeba pamiętać, że istnieje w powiązaniu z zawartymi w nim informacjami, bez nich model 3D to po prostu model 3D. Z modelu BIM 3D wynikają przede wszystkim informacje geometryczne np.:

• kształt obiektu budowlanego,
• wymiary obiektu oraz jego poszczególnych elementów budowlanych,
• lokalizacja elementów, w tym usytuowanie komponentów konstrukcyjnych, instalacji, urządzeń i części wyposażenia itp.,
• strefy obiektu budowlanego np. mieszkalna, komunikacji, ewakuacyjna itp.,
• rozwiązania materiałowo-technologiczne.

Warto zauważyć, że model 3D składa się z wielu branż: architektonicznej, konstrukcyjnej, instalacyjnych itp. i jest tworzony od podstaw w procesie projektowania, a w przypadku istniejących obiektów budowlanych, powstaje w procesie rekonstrukcji. Rekonstrukcja 3D może być wynikiem skanowania laserowego i przetwarzania chmury punktów lub modelowania obiektu w oparciu o istniejącą dokumentację [4].
Model 3D BIM pozwala na szybkie i automatyczne generowanie rysunków płaskich 2D (rzuty, przekroje), jak również na tworzenie renderingów oraz animacji, które mają na celu przedstawić geometrię obiektu budowlanego [5]. Czasami można spotkać się z określeniem 3,5D dotyczącym właśnie animacji przedstawiających zmiany pór roku, czy dnia i nocy, ruch drzew, ludzi itp. Często są tworzone w celach marketingowych np. przez deweloperów mieszkaniowych celem przedstawienia swojej oferty w atrakcyjnej formie.

BIM 4D

W tym wymiarze każdy dodany do modelu obiekt ma dodatkową właściwość, którą jest czas montażu lub budowy (oprócz wspomnianych wcześniej parametrów geometrycznych i materiałowych) [4]. BIM Standard PL definiuje wymiar 4D jako aktywator obejmujący tworzenie modelu BIM powiązanego z informacją o etapowaniu i planowaniu sekwencji prac budowlanych, a także związanych z nimi wymagań np. dotyczących dostępnej przestrzeni [1]. Krótko mówiąc BIM 4D opiera się na powiązaniu czasów wykonywania robót oraz kolejności prac, czyli harmonogramu z geometrią 3D obiektu budowlanego. Można więc pokazać wirtualny obraz budowy w oznaczonym czasie oraz tworzyć symulacje robót budowlanych oparte na założeniach harmonogramu w powiązaniu z elementami obiektu. Na rys. 1 pokazano przykładowe tworzenie symulacji w programie Navisworks Manage.

BIM Standard PL [1] definiuje BIM 5D jako model 3D zawierający informacje pozwalające na przygotowanie zestawień materiałowych i przeprowadzenie analizy kosztów budowy (remontów, przeglądów). Na etapie projektowania i realizacji model 5D jest wykorzystywany do tworzenia kosztorysów, zestawień materiałowych oraz przedmiarów. Takie podejście powoduje, że do modelu BIM dołączone zostają informacje wynikające z opracowań kosztowych (m.in. wstępnych oszacowań, kosztorysów inwestorskich, ofertowych). Etap, na którym jest przedsięwzięcie budowlane oraz wymagania dotyczące LOD określają, jaki rodzaj opracowania kosztowego ma zostać wykonany – generalnie BIM 5D to model nasycony informacjami kosztowymi.
Przedsięwzięcia budowlane realizowane są w czasie rzeczywistym. Wykorzystanie BIM 4D ze zdefiniowanym harmonogramem i analizami czasowymi w połączeniu z BIM 5D pozwala w sposób efektywny zarządzać budżetem inwestycji. Kosztorysant może optymalizować koszty budowy lub wariantować rozwiązania zwracając uwagę na czas i kolejność wykonywania robót budowlanych. Dzięki temu można wykonać nie tylko klasyczne opracowanie kosztowe, ale także bardziej zaawansowane analizy czasowo-kosztowe. BIM 5D staje się więc doskonałym narzędziem do planowania i bieżącej kontroli przepływów finansowych realizowanych w różnych fazach cyklu życia obiektu budowlanego.
Analizy kosztowe oparte na modelu 3D nasyconym informacjami o materiałach i technologiach pozwalają na szybkie i praktycznie automatyczne zrobienie przedmiaru robót, a także ułatwiają opracowanie samej kalkulacji kosztowej. Na rys. 2 pokazano sposób wykonywania kalkulacji kosztowej opartej na modelu BIM. Największą zaletą opracowywania oszacowań kosztowych na bazie modelu BIM 5D jest wizualizacja 3D obiektów, która usprawnia proces przedmiarowania. Sama kalkulacja kosztowa przebiega w zasadzie w tradycyjny sposób – tu zaletą mogą być informacje zawarte w modelu, ale ich ilość, poprawność i jakość informacyjna zależy w dużej mierze od projektanta wprowadzającego dane do modelu. (Więcej informacji dotyczących procesu przedmiarowania i kosztorysowania opartego na modelach BIM 5D ukaże się w kolejnych artykułach z cyklu.)

Kolejny wymiar rozszerza model o informacje związane ze zrównoważonym rozwojem w budownictwie. BIM 6D to model 3D zawierający dodatkowe szczegóły pozwalające przeprowadzić analizy wpływu obiektu na człowieka i środowisko. Dane w nim zawarte są wykorzystywane np. przy analizie energetycznej i/lub środowiskowej obiektu, obliczeniu śladu węglowego itp. [1]. Często spotykane jest zastosowanie modelu BIM 6D do wykonania kompleksowych analiz energetycznych obiektów budowlanych. Ma to miejsce na wczesnych etapach projektowania, co umożliwia przeliczenie i sprawdzenie wskaźników energetycznych dla wielu wariantów rozwiązań projektowych oraz technologicznych. W wymiarze 6D w modelu mogą znaleźć się dane dotyczące szacowania zapotrzebowania na energię, emisji gazów cieplarnianych, natężenia oświetlenia i poziomu hałasu, kosztów utylizacji odpadów itp. Na ich podstawie projektanci są w stanie opracować symulację energetyczną budynku, zestawienie zysków i strat energii w obiekcie, analizy solarne, analizy przesłaniania, zacienienia czy nasłonecznienia poszczególnych elementów budynku, ograniczenia wpływu mostków cieplnych na straty energii itp. Na rys. 3 pokazano przykładową analizę nasłonecznienia wykonaną w programie Autodesk Revit.

BIM 7D

Wymiar 7D ułatwia efektywne zarządzanie eksploatacją obiektu. Jest powiązany głównie z informacjami obejmującymi fazę jego użytkowania i utrzymania. Model zawiera dane, które potem – ręcznie lub automatycznie – można wprowadzić do systemów wspomagających zarządzanie gotowym obiektem [3]. W ramach BIM 7D, informacje zawarte w modelu mogą obejmować (na podst. [3], [4]) np.:

• daty i informacje o planowanych przeglądach (inspekcjach) oraz czynnościach związanych z utrzymaniem właściwego stanu technicznego obiektu,
• daty i inne informacje o planowanych remontach i modernizacjach,
• dane z odczytów urządzeń pomiarowych,
• dokumenty, specyfikacje, karty techniczne i instrukcje użytkowania materiałów i urządzeń wbudowanych w obiekt,
• informacje o kosztach planowanych i wykonanych przeglądów, remontów, modernizacji oraz pozostałych czynności związanych z utrzymaniem właściwego stanu technicznego obiektu,
• informacje o najemcach i użytkownikach poszczególnych części nieruchomości,
• parametry techniczne i eksploatacyjne dotyczące wyposażenia i urządzeń.

BIM MD

Technologia BIM cały czas się rozwija i wciąż pojawiają się nowe perspektywy wykorzystania jej w różnych analizach inżynierskich. Określenie MD oznacza możliwość powiązania kolejnych informacji z modelem BIM 3D. Powstają więc nowe „wymiary” BIM, które nie są jeszcze tak zakorzenione w nazewnictwie jak te przedstawione powyżej.
Przykładowo w literaturze można często spotkać się z BIM 8D definiowanym jako wymiar odpowiadający za usprawnienie zarządzania bezpieczeństwem inwestycji, które sprowadza się do szeroko rozumianych analiz czynników ryzyka, związanych tak ze wznoszeniem, jak również eksploatacją obiektu budowlanego.
Kolejny wymiar – BIM 9D jest często utożsamiany z Lean Management, czyli tzw. oszczędnym zarządzaniem odpowiadającym idei eliminacji marnotrawstwa w procesach budowlanych. Wymiar BIM 10D nie jest obecnie jednoznacznie sprecyzowany. Najczęściej przypisywany jest szeroko pojętej industrializacji budownictwa lub cyfryzacji całych obszarów miejskich.
Są również źródła, które wskazują, że poza wymiarem BIM 8D, każdy kolejny aspekt informacyjny, który może być dodany do modelu (i to w zakresie wręcz nieograniczonym), powinien być określany ogólnie mianem wymiaru BIM MD już bez doprecyzowania konkretnej liczby określającej wymiar. W niektórych publikacjach BIM MD jest jednak kojarzony z pojęciem „Internetu Rzeczy” (IoT – ang. Internet of Things), który odpowiada z kolei koncepcji zautomatyzowania procesów komunikacji i wymiany danych bez udziału człowieka pomiędzy urządzeniami stanowiącymi wyposażenie obiektu.

Wnioski

Wielowymiarowy model BIM (3D, 4D, 5D, 6D, 7D,…,MD) jest podstawowym źródłem informacji dla wszystkich uczestników przedsięwzięcia budowlanego. Zgodnie z opisem wymiarów, zwracając szczególną uwagę na wymiar BIM 7D należy stwierdzić, że taki model ma zastosowanie podczas całego cyklu życia obiektu budowlanego. Nie jest w zasadzie istotne kto i z jakich danych zawartych w modelu BIM korzysta – ważne jest to, że całość informacji ma być dostępna dla każdego. To użytkownik powinien decydować o istotności informacji i o tym, które z nich będą przydatne w trakcie wykonywanych przez niego analiz. Myślę, że każdy inżynier i kosztorysant wie jak pracuje się przy braku informacji lub przy informacji niepełnej. Podsumowując, model wielowymiarowy jest podstawą i do podejmowania decyzji i do wykonywania różnorodnych analiz w cyklu życia obiektu budowlanego. Artykuł pokazuje także, jak wiele możliwości daje taki model w pracy inżyniera budownictwa.

Wszystkie artykuły autora, które ukazały się w cyklu BIM w zarządzaniu procesem budowlanym można znaleźć na stronie https://bzg.pl/poradnik/cykl/bim