Tak jak w architekturze gotyk był rewolucją, która – wprowadzając nowe rozwiązania konstrukcyjne połączone z lepszym zrozumieniem praw statyki przez ówczesnych Projektantów – spowodowała, że budynki (głównie katedry) wystrzeliły ku górze, tak rewolucja przemysłowa XIX w. dała możliwość projektowania z materiałów wcześniej nieznanych lub rzadko używanych w budownictwie, jak stal czy żelbet. Jednak dopiero pierwsze dwudziestolecie XX w. wzbogaciło pracownię architektoniczną w deskę kreślarską, co znacznie ułatwiło i przyspieszyło tworzenie rysunków technicznych.

Wraz z nadejściem rewolucji informatycznej u schyłku XX w. dotychczasowe narzędzia Projektanta zostały wyparte przez komputer. Niezwykle dynamiczny rozwój technologii informatycznych zamienił rapidograf na elektroniczną deskę kreślarską, czyli popularne systemy CAD-owskie. Projekt architektoniczny zyskał cyfrową postać, a żyletka i gumka zastąpione zostały komendami wywoływanymi z klawiatury komputera. Z czasem systemy CAD-owskie, tworzące płaskie, dwuwymiarowe rysunki, otrzymały trzeci wymiar, a architekci narzędzie, dzięki któremu mogli przedstawić projekt nie tylko w postaci przekrojów i rzutów, ale i trójwymiarowego modelu zapisanego w pamięci komputera.

Koncepcja BIM

Dalszy wyścig wydajności komputerów, stymulowany coraz bardziej wyrafinowanym i wszechstronnym oprogramowaniem, doprowadził do powstania koncepcji pracy BIM (building information modelling), czyli modelowania informacji o budynku. Istotny stał się nie sam trójwymiarowy model projektu, ale zawarte w nim informacje, które dotyczą m.in. powierzchni i kubatury pomieszczeń, liczby okien, drzwi, słupów, ich rozmiarów i umiejscowienia czy też ilości potrzebnych materiałów. Informacje uwzględniają także precyzyjną geograficzną lokalizację projektowanego obiektu oraz oddziaływanie na niego miejscowego klimatu.

Stało się to możliwe dzięki temu, że najnowsze programy wspomagające projektowanie dostosowują sposób pracy bardziej do logiki powstawania budynków niż do toku myślenia Projektantów. Używając odpowiednich narzędzi, Projektanci nie modelują każdej części budynku osobno, ale używają gotowych, parametrycznych, czyli przystosowujących się do realiów projektowych, powtarzalnych elementów budowlanych (słupów, ścian, stropów czy belek). Ponadto, nie rysują już płaskich, pojedynczych i niezwiązanych ze sobą rzutów i przekrojów, ale tworzą spójny model przestrzenny, z którego program sam generuje dokumentację techniczną.

BIM umożliwia ciągły i natychmiastowy dostęp do informacji o projekcie, jego kosztach i harmonogramach. Upraszcza także sam proces projektowy, poprzez możliwość testowania w świecie wirtualnym rozmaitych wariantów i schematów, w celu wybrania rozwiązania optymalnego. Wyniki testów są spójne i wiarygodne dzięki coraz lepszemu odzwierciedleniu rzeczywistości poprzez jeden cyfrowy model. Może on być wykorzystywany do podejmowania decyzji projektowych, opracowania skoordynowanej dokumentacji budowlanej oraz analiz zyskowności i szacowania kosztów inwestycji, a docelowo także do zarządzania obiektem. Dzięki pracy na jednym modelu, firmy zaangażowane w projektowanie, realizację i zarządzanie budynkiem (już po zakończeniu jego budowy) mogą znacząco zwiększyć swoją efektywność i zredukować liczbę błędów powstających w całym procesie tworzenia dokumentacji. Cyfrowe dane projektowe w połączeniu z innowacyjną technologią parametrycznego modelowania informacji dają znaczące korzyści w porównaniu z tradycyjnymi metodami projektowania i wznoszenia budowli.

Koncepcja modelowania informacji o budynku BIM pomaga w planowaniu i wizualizacji budynków znacznie bardziej energooszczędnych, zużywających mniej wody i zapewniających lepszą jakość powietrza. Dzięki temu Architekci i Konstruktorzy są w stanie sprecyzować nie tylko architekturę, konstrukcję i rozplanowanie wnętrz, ale i zachowanie się obiektu w przyszłości. BIM pozwala zebrać informacje z każdej z trzech głównych faz życia budynku (cykl życia obiektu wg prawa budowlanego to: projektowanie, realizacja, eksploatacja, rozbiórka), dzięki temu znacznie ułatwia tzw. projektowanie zrównoważone.

Taka symulacja rzeczywistości pozwala sprawnie sporządzać kosztorysy i w szerokim zakresie przeprowadzać analizy charakteryzujące projekt budynku, np. odnoszące się do kosztów materiałów budowlanych, rocznego zapotrzebowania na energię czy statyki konstrukcji. Spośród testowanych wariantów można ostatecznie wybrać ten najlepszy, najbardziej energooszczędny i funkcjonalny. Dodatkowym efektem takiej pracy może być wizualizacja i animacja obiektu, bądź znacznie bardziej sugestywna i czytelna, przestrzenna makieta powstała z użyciem coraz bardziej popularnych (i coraz tańszych) drukarek trójwymiarowych (3D).

Astrum Business Park, projekt: Prochem S.A.
Inwestor: Prochem S.A.

BIM dla Projektantów

Kolejnym zjawiskiem, które stymuluje rozwój programów do projektowania, jest tendencja do integracji środowiska pracy różnych branż, co doskonale wpisuje się w koncepcję modelowania informacji o budynku. W myśl tej koncepcji model przestrzenny projektu jest współtworzony we wspólnym formacie (środowisku pracy) przez przedstawicieli różnych branż, którzy „wymieniają” go między sobą, wzbogacając o własne zadania. Tworzona przez Architektów bryła projektu (i generowana z niej spójna dokumentacja techniczna) zyskuje, dzięki narzędziom analitycznym, optymalną formę pod względem pasywności i wpływu na otoczenie. Konstruktorzy uzupełniają ten model o szkielet nośny – jego analiza statyczna oraz dynamiczna jest ułatwiona, ponieważ każdy element konstrukcyjny (belka, strop, słup) zawiera model analityczny. Projektanci instalacji „ubierają” model w trójwymiarowe systemy wentylacyjne, elektryczne, wodno-kanalizacyjne czy przeciwpożarowe. Narzędzia analityczne, takie jak analiza CFD (dynamika płynów), pozwalają symulować m.in. rozchodzenie się dymu po budynku w razie pożaru, dzięki czemu można bardziej świadomie projektować systemy przeciwpożarowe i drogi ewakuacyjne. Poddanie analizie CFD trójwymiarowego modelu wraz ze szczegółowymi informacjami o pomieszczeniu i urządzeniach w nim pracujących (geometrii pomieszczenia, nawiewników i sprawności systemów) umożliwia dobranie konkretnych rozwiązań z największą precyzją, co w skali wielu lat przynosi niebagatelne oszczędności eksploatacyjne. Ponadto wykonanie przestrzennego modelu instalacji, osadzonego w trójwymiarowej bryle obiektu, pozwala na weryfikację spójności między wybranymi systemami, oraz wykrywanie kolizji z branżą konstrukcyjną – np. sprawdzenie, czy przewody elektryczne nie zostały zaprojektowane  zbyt blisko gazowych. Ma to ogromne znaczenie przy projektowaniu dzisiejszych skomplikowanych i rozbudowanych systemów instalacyjnych.

Malta House w Poznaniu. Model BIM, instalacje, zrealizowany w Wierzowiecki Group
Inwestor: Skanska Property Poland

BIM dla Projektantów to proces i narzędzie, które pobudzają ich kreatywność, a jednocześnie pozwalają zaoferować Inwestorowi lepszej jakości, sprawdzony produkt.

BIM na poziomie Wykonawcy

Do niedawna koncepcja BIM postrzegana była przez uczestników procesu inwestycyjno-budowlanego wyłącznie przez pryzmat narzędzi używanych przez Projektantów. Z punktu widzenia Wykonawcy czy Inwestora efektem pracy Projektanta była drukowana bądź elektroniczna wersja rysunków dwuwymiarowych (2D).  Niektóre biura projektów widząc dla siebie korzyści płynące z BIM i tworzące modele trójwymiarowe (3D) w konsekwencji dostarczały zleceniodawcy rysunki… płaskie! Powodem był fakt, że Wykonawcy i Inwestorzy nie wiedzieli, jak mogą skorzystać z cyfrowego modelu inwestycji oraz jakie zalety niesie dla nich posiadanie takiego modelu.

Astrum Business Park, projekt: Prochem S.A.
Inwestor: Prochem S.A.

Możliwość wykonania kompletnego i spójnego projektu (architektura, konstrukcja, instalacje) przynosi wymierne korzyści podczas etapu realizacji: wszystkie elementy tworzące model przestrzenny zawierają informację o kolejności (czasie) ich montażu. Może to być sprzężone z programami do tworzenia harmonogramów budowlanych.

Innym przykładem zaawansowanego wykorzystania koncepcji BIM w fazie wykonawczej może być realizacja konstrukcji prefabrykowanych o dużym stopniu skomplikowania, w których występuje wiele elementów niepowtarzalnych. W pierwszej kolejności tworzony jest model przestrzenny konstrukcji, przy czym każdemu jej elementowi zostaje przypisany indywidualny kod (taki model bardzo ułatwia też przygotowanie rysunków warsztatowych). Identycznym kodem, np. w postaci kreskowej, zostają później oznaczone gotowe wyroby. Gdy montażysta na placu budowy zeskanuje kod z wyrobu tuż przed jego zamontowaniem, informacja trafi do komputera kierownika budowy, umożliwiając mu zdalne monitorowanie szczegółowego przebiegu prac. Porównanie zeskanowanych kodów z tymi na modelu przestrzennym pozwala na bieżąco wychwytywać ewentualne błędy czy opóźnienia harmonogramu.

Coraz bardziej świadome firmy wykonawcze, zaczynają zmieniać i dostosowywać procesy w budownictwie pod kątem zoptymalizowanego procesu BIM. Stosują coraz nowocześniejsze narzędzia planowania i zarządzania budową.

Są to między innymi:

• modele cyfrowe wykorzystywane na budowie podczas inspekcji czy odbiorów,
• model 3D budynku na potrzeby szkoleń BHP,
• planowanie zagospodarowania placu budowy (plac do składowania materiałów, usytuowanie żurawia itp.).

Firmy wykonawcze optymalizując proces budowy zmniejszają swoje ryzyko przez lepiej zaplanowany i kontrolowany proces budowy, jak również stają się partnerem biznesowym dla Inwestora i Projektantów.

Składowanie materiałów na budowie: Prezentacja BOUYGUES CONSTRUCTION podczas Autodesk University w Japonii

BIM na poziomie Inwestora

Mimo dużego doświadczenia w inwestycjach budowlanych wielu Inwestorów powiela te same błędy. Postrzegają biuro projektowe, jako firmę, która „załatwi” pozwolenie na budowę i dostarczy dokumentację papierową wymaganą przez urzędników, a potem wytypuje firmę wykonawczą. W większości przypadków Inwestora nie interesuje, jak powstają projekty, nie interesuje ich czy produkt będzie dobry czy zły, a jedynym wyznacznikiem jest najniższa cena za usługi projektowe i realizacja obiektu przez firmę wykonawczą. Czyli obowiązuje tu zasada „zrobić tanio-drogo sprzedać”

Typowy Inwestor dzieli cały proces inwestycyjny na szereg podprocesów pomiędzy różnych podwykonawców np: osobno zleca wykonanie koncepcji architektonicznej, projektu budowlanego czy wykonawczego, a osobno wybiera firmę wykonawczą. W podejściu BIM Inwestor powinien spojrzeć holistycznie na inwestycję i od samego początku zaprosić do rozmów wszystkich kluczowych uczestników przedsięwzięcia (architekt, konstruktor, instalator, firma wykonawcza). W tym momencie nie koncentrujemy się na danym etapie, ale na tym, aby zespół zaproponował najlepsze i najbardziej ekonomiczne rozwiązanie zagadnienia. W takim ujęciu koszty poszczególnych etapów mogą odbiegać od oczekiwań Inwestora, ale ich suma będzie dopasowana do budżetu, a powodzenie inwestycji obarczone mniejszym ryzykiem. 

Podzielmy Inwestorów na dwie grupy.

1. Inwestorzy, którzy budują dla siebie i będą korzystać z nieruchomości – np. wynajmować czy nią zarządzać (właściciel fabryki, bank budujący własną siedzibę, Inwestor budujący centrum handlowe, itp.). Inwestorzy należący do tej grupy powinni zdawać sobie sprawę, że w cyklu życia całej inwestycji koszt projektu czy też wykonawstwa to zaledwie 12 do 20% całościowych jej kosztów. Dlatego też, nie powinni skupiać się na najniższej cenie za usługi projektowe, czy wykonawstwo, ale na tym, by otrzymać dobry produkt. Dobry produkt to taki, który wiemy, jak będzie wyglądał, jakie funkcje będzie realizował, ile będzie dokładnie kosztował, w jakim czasie zostanie wybudowany, ile będzie kosztowała jego eksploatacja (woda, prąd, ogrzewanie, przeglądy) czy też utylizacja/rozbiórka.
2. Inwestorzy, którzy po realizacji inwestycji sprzedają ją. Takiego Inwestora często nie interesuje, ile będzie kosztowała eksploatacja budynku czy jego utylizacja  wydawałoby się, że szukanie wyłącznie najniższej ceny za projekt i wykonawstwo jest uzasadnione. Niestety, najniższa cena często nie idzie w parze z jakością. A na produkt o niskiej jakości trudniej znaleźć kupującego. Jeszcze trudniej jest znaleźć kupującego, który będzie gotów zapłacić satysfakcjonującą cenę. Inwestorzy tacy, szukając oszczędności, zlecają różnym firmom wykonanie poszczególnych etapów projektowych. Efektem tego jest niespójny proces stwarzający zagrożenie wprowadzenia błędów projektowych do dokumentacji. Kolejnym etapem jest realizacja, która przy niewystarczającej i błędnej dokumentacji technicznej wydłuża proces budowlany i go podraża np: nieuwzględnione w projekcie prace budowlane, za które trzeba zapłacić dodatkowo Wykonawcy, niepoprawny harmonogram robót, nieprawidłowe zamówienia na budowie (straty materiałowe), a co za tym idzie – niskiej jakości wykonawstwo. Znane są przykłady na rynku polskim, gdzie kupujący (np: fundusz powierniczy czy inna instytucja finansowa inwestująca w nieruchomości) obniżył cenę transakcyjną o nawet kilka milionów złotych, (co stanowiło kilka procent ceny) tylko dlatego, że doszukał się niespójności dokumentacji z etapem realizacji. Pytanie, które powinien postawić sobie Inwestor brzmi: czy stać go na taką stratę?.

Analizując przykłady z całego świata, łatwo zauważyć, że Inwestorzy są grupą wymagającą podejścia do projektowania zgodnego z BIM, ponieważ wiedzą, jakie korzyści dla nich samych są pozytywną konsekwencją takiego procesu. Nie tylko Inwestor prywatny, ale też instytucjonalny jest zainteresowany  tematem BIM.

Wielka Brytania wprowadziła zapisy w prawie nakazujące stosowanie zasad projektowania i wykonawstwa zgodnie z filozofią BIM dla wszystkich projektów finansowanych z budżetu państwa. Prawo to wchodzi w życie od roku 2016. Oznacza to, że nie będzie można wystartować w przetargu publicznym na prace projektowo budowlane bez modelu cyfrowego inwestycji i specyfiki realizacji kolejnych etapów przy wykorzystaniu tego modelu. Inne państwa europejskie również pracują nad podobnymi rozwiązaniami. Rząd Wielkiej Brytanii zdecydował się na wprowadzenie na mocy ustawy takich wymogów, gdyż wcześniej przeprowadził zakończony sukcesem projekt pilotażowy zlecony przez Ministerstwo Sprawiedliwości.  Przebieg przedsięwzięcia był na bieżąco monitorowany pod kątem: jakości, budżetu i terminów. Pozytywny wynik był przyczynkiem do wprowadzenia regulacji prawnych dotyczących BIM.

Podsumowanie

Zastosowanie koncepcji BIM w szerokim rozumieniu tego słowa (od koncepcji po realizację i zarządzanie nieruchomością) zmienia sposób działania wszystkich uczestników procesu inwestycyjnego.

Grupie zajmującej się projektowaniem, BIM znakomicie pomaga w tworzenie dokumentacji projektowej. Powstające projekty zawierają znacznie mniej błędów, są atrakcyjniejsze wizualnie i pozwalają na realizację zasad projektowania zrównoważonego.

Wykonawcy, dzięki technologii BIM, z dużo większą precyzją mogą określić termin realizacji zadania czy kontrolować dostawy materiałów i technologii budowlanych, tym samym wpływając na ograniczenie potencjalnych zbędnych kosztów.

Wykorzystując z modelu BIM szczegółowe informacje o kosztach budowy, eksploatacji i wyburzenia budowli, Inwestorzy zyskują wiedzę, która pozwali na ocenę ryzyka inwestycyjnego na bardzo wczesnym etapie – bez ponoszenia kolosalnych nakładów finansowych. Zmniejszają zatem szansę wystąpienia sytuacji, w której istnieje prawdopodobieństwo osiągnięcia wyników realizowanego przedsięwzięcia odbiegających od przewidywanych.

Patrząc z tej perspektywy implementacja koncepcji BIM oraz narzędzi wspierających takie podejście niesie, wymienione wcześniej, korzyści każdemu z interesariuszy.

Przemysław NOGAJ – menedżer ds. rozwiązań dla architektury i budownictwa w firmie AEC Poland, EMEA AUTODESK.
Absolwent Wydziału Zarządzania Uniwersytetu Warszawskiego oraz Szkoły Głównej Handlowej na kierunku Zarządzanie Projektami.
Od 15 lat związany jest z firmami dostarczającymi systemy informatyczne wspomagające procesy w budownictwie.
W firmie Autodesk od 7 lat odpowiedzialny jest za rozwój rynku architektoniczno-budowlanego i sprzedaż rozwiązań branżowych dla tego sektora. Głównym obszarem działań jest współpraca z partnerami handlowymi na terenie Polski oraz wsparcie klientów Autodesk w implementacji nowych technologii, koncepcji projektowych oraz nowych procesów w budownictwie.

Arkadiusz MACKIEWICZ – Kierownik Działu CAD/AEC PROCAD SA. Absolwent Wydziału Budownictwa Lądowego Politechniki Gdańskiej. Od początku kariery zawodowej związany z projektowaniem w branży budowlanej od strony praktycznej. Znajomość zagadnień inżynierskich i konstrukcyjnych pozwala na sprawne kierowanie działem handlowo-wdrożeniowym dostarczającym oprogramowanie i sprzęt dedykowane pracy architektów, konstruktorów, inżynierów instalacji. Główna działalność polega na analizie potrzeb klienta i znajdowaniu optymalnych rozwiązań w oparciu o produkty Autodesk.