1 thema Procesverbetering dankzij afsprakenstelsels en softwaretools Uniforme objectstructuur 2 6 2009 Uniforme objectstructuur
ing. René Dorleijn RI Movares 1 Light Rail brug in Jeruzalem (architect: Santiago Calatrava) 2 Tunnelmodel uit Pro/Engineer De Nederlandse bouw- en infrasector maakt zich op voor een fundamentele koerswijziging. De huidige gefragmenteerde aanpak van de vele partijen met elk hun eigen werkwijzen is verre van efficiënt. Een virtueel of digitaal bouwproces, voorafgaand en parallel aan het daadwerkelijke bouw- en beheersproces kan een belangrijke verbetering opleveren, zo is ook bij andere industriesectoren aangetoond. In dit artikel wordt voor verschillende bouwprocessen beschreven hoe op basis van een uniforme objectstructuur de schakels in de bouwketen in elkaar kunnen grijpen. Praktijkintegratie Praktijkintegratie van BIM vraagt veel van de betrokken bedrijven. Enerzijds is een totaal andere manier van denken vereist: een paradigma shift. Niets staat meer op zichzelf. Alle relevante informatie kan in dezelfde of een volgende fase van de levenscyclus van het bouwwerk weer worden ontsloten en hergebruikt. Dat vraagt om vooruitdenken en goede afspraken maken. Anderzijds vraagt het een ingrijpend veranderingsproces van zowel mensen, middelen als methoden. Alles moet opnieuw worden doordacht. Praktische werkwijzen en bijbehorende middelen, afgestemd op de eigen rollen, werksituatie en projecten, moeten zich opnieuw uitkristalliseren. De nieuwe manier van werken kan echter wel stap voor stap worden opgebouwd met behulp van afsprakenstelsels en softwaretools, die het mogelijk maken om eenvoudig te beginnen en in eigen tempo op te schalen. Betere communicatie, meer transparantie en mede daardoor reductie van faalkosten. Een dergelijke ingrijpende verandering van de bouwcultuur is alleen mogelijk door een gezamenlijke aanpak. Initiatieven als VISI en COINS (zie kader op volgende pagina) zijn op dit vlak vergevorderd en vinden steeds meer draagvlak. De scenario s voor digitale samenwerking beginnen steeds meer gestalte te krijgen. Maar hoe pak je dit aan als bouwonderneming eenmaal overtuigd van nut en noodzaak voor de sector, voorzien van afsprakenstelsels en gefaciliteerd door een veelheid aan 3D-, 4D-, 5D- en BIM-applicaties? Hoe past dit in de eigen organisatie en werkwijzen? Objectstructuur Het uitgangspunt voor BIM is een intelligente objectinformatiestructuur die zich leent voor alle bouwfasen en -disciplines. De belangrijkste informatiedragers in het bouwproces zijn tekeningen en tekstdocumenten, media waarin weinig intelligentie kan worden opgeslagen. Of ze analoog of digitaal tot stand gekomen zijn, maakt daarbij weinig verschil. COINS heeft een integraal informatiemodel ontwikkeld (CBIM, zie kader) dat zich leent voor het vastleggen van objectinformatie, zonder redundantie, in de verschillende levensstadia van een bouwwerk. Voor geometrische informatie wordt daarbij gebruikgemaakt van de internationale IFC-standaard van Building Smart. Een groeiend aantal projecten heeft inmiddels de praktische Bouw Informatie Management Alle vormen van bouwinformatie vragen meer dan ooit om strategisch management. BIM als afkorting van Bouw Informatie Management staat voor de beheersing van het gehele proces: van functionele specificatie, ontwerp en bouw tot beheer, onderhoud en uiteindelijk sloop. Het Bouwwerk Informatie Model, eveneens afgekort tot BIM, is het informatiemodel op basis waarvan alle relevante bouwwerkinformatie in deze bouwfasen wordt opgeslagen, ontsloten en geregisseerd. Deze term is in de praktijk helaas teveel ingevuld vanuit de beperkte scope van softwareleveranciers. Finith Jernigan [1] maakt onderscheid tussen bim (focus op softwaretools) en BIM (management van bouwprojecten met focus op de juiste informatie op de juiste plaats op het juiste moment). BIM staat voor een efficiënte en effectieve informatiegebaseerde werkwijze, gericht op het toevoegen van lange-termijn-waarde aan bouwwerken. Bim-tools zijn absoluut noodzakelijk, maar altijd in de context van BIM met hoofdletters. 2a Uniforme objectstructuur 6 2 0 09 3
thema 3 meerwaarde hiervan aangetoond. Steeds meer softwareleveranciers zien de kracht van deze manier van werken en faciliteren deze informatiestructuur in hun specificatie-, ontwerp-, bouw- en beheerapplicaties. De toepassing van een objectstructuur wordt hierna toegelicht voor een aantal bouwprocessen. 4 Berekening Constructieberekeningen op basis van de eindige-elementenmethode (EEM) worden al enkele decennia in 3D uitgevoerd. Movares maakt al vele jaren gebruik van Ansys als generieke EEM-applicatie voor alle voorkomende constructie- en analysetypen. In figuur 5 staat een rekenmodel van een Light Rail brug te Jeruzalem. Modellering Ontwerp van bouwwerken op basis van een objectstructuur vraagt om een 3D-benadering. Een belangrijk voordeel van een 3D-model is dat de integriteit van een ontwerpmodel wordt afgedwongen. Alle afgeleide aanzichten en doorsneden lopen voortdurend in de pas met het totaalmodel. Goede generieke modelleerapplicaties bestaan al vele jaren. Een volledig parametrisch model van de dubbelgekromde tunnel (fig. 2) werd 15 jaar geleden bij Movares al samengesteld met behulp van Pro/ Engineer. Het model was destijds één van de ontwerpalternatieven voor een tunnel onder rangeerterrein Kijfhoek tussen Barendrecht en Zwijndrecht. Overzicht standaarden en applicaties Standaarden VISI: digitale communicatie tussen samenwerkende projectpartners in de bouw & infra sector COINS: vernieuwing van het bouwproces d.m.v. afsprakenstelsels over 3D-bouwobjecten en werkwijzen CBIM: COINS Bouwwerk Informatie Model IFC: Industry Foundation Classes, uitwisselingsformat van Building Smart Cheobs: objectenbibliotheek van CROW Momenteel zijn er 3D-applicaties voor bouw- en infratoepassingen, zoals Allplan, Revit en Civil-3D, die dezelfde intelligente modelleringsfunctionaliteit bieden. Voorbeelden van een Allplan-model van respectievelijk vormgeving en wapening van de toekomstige onderdoorgang Zutphensestraat te Apeldoorn staan in figuren 3 en 4. IFD: objectenbibliotheek van STABU ETIM: objectenbibliotheek van UNETO-VNI Applicaties (op basis van objectstructuur) Allplan: 3D ontwerpapplicatie van Nemetschek Ansys: eindige-elementenapplicatie van ANSYS, Inc Civil-3D: 3D ontwerpapplicatie van Autodesk Waar een goede 3D-modelleerfunctionaliteit lange tijd het belangrijkste criterium was bij de keuze van een ontwerpapplicatie, zijn daar inmiddels veel criteria bijgekomen, zoals: ondersteuning van een objectstructuur volgens COINS; integratie met objectenbibliotheken zoals Cheobs (GWWsector), IFD (bouwsector) en ETIM (installatiesector); ondersteuning van meerdere schakels in de bouwketen; aansluiting van de ontwikkelrichting van een softwareleverancier bij de eigen strategie. Pro/Engineer: 3D ontwerpapplicatie van PTC Revit: 3D ontwerpapplicatie van Autodesk; COINS-integratie door reseller Itannex SciaEngineer: eindige-elementenapplicatie van Nemetschek-SCIA SmarTeam/FS: systems engineering applicatie van Infostrait Overige BIM-applicaties (niet volledig) MicroStation TriForma: 3D ontwerpapplicatie van Bentley Bentley Structural: 3D ontwerp- en analyseapplicatie van Bentley ArchiCAD: 3D ontwerpapplicatie van Graphisoft Die ene perfecte 3D-applicatie bestaat nog steeds niet, maar de genoemde 3D-applicaties voor bouw- en infratoepassingen ontwikkelen zich hard en bieden al voldoende meerwaarde om nu al de overstap te kunnen maken. 4 VectorWorks: 3D ontwerpapplicatie van Nemetschek North America Tekla Structures: 3D ontwerpapplicatie van Tekla Navisworks: applicatie voor combinatie van 3D ontwerpmodellen 6 2 009 Uniforme objectstructuur
3 Allplan-model van vormgeving van een onderdoorgang 4 Allplan-model van wapening van een onderdoorgang 5 Rekenmodel van een Light Rail brug te Jeruzalem (architect: Santiago Calatrava) meer los van het ontwerp. In de informatiestructuur van COINS komt de objectstructuur van de SE-specificatie overeen met die van het ontwerp. Van hoog naar laag abstractieniveau komen specificatie en ontwerpoplossing in hun onderlinge samenhang in steeds grotere mate van detail tot stand (fig. 6). Vanuit de rekentechniek bezien is Ansys een zeer goede applicatiekeuze. Andere criteria kunnen echter van minstens zo groot belang zijn. De laatste jaren biedt de applicatie SciaEngineer steeds meer functionaliteit, die is toegespitst op bouwkundige en civieltechnische kunstwerken. Dat sluit in het algemeen meer aan bij de belevingswereld van de constructeurs, temeer daar nu ook de integratie van rekenmodel en 3D-model op basis van de CBIM-standaard tot de mogelijkheden behoort. Een Allplan- of Revit-model kan worden hergebruikt als rekenmodel in SciaEngineer met behoud van de volledige objectinformatiestructuur. Hier past echter een waarschuwing. Bij een rekenmodel is de schematiseringswijze van de constructie van cruciaal belang voor de krachtsverdeling. Een 3D-ontwerper zonder kennis van mechanica moet geen modelkeuzes maken die bepalend zijn voor de krachtsverdeling in het analysemodel. Het voordeel van een applicatie als SciaEngineer is dat de constructeur te allen tijde in staat is om de juiste schematisering voor de krachtswerking zelf aan te brengen of te corrigeren. Ook voor rekenmodellen is het gebruik van een objectstructuur volgens COINS van belang. De consistentie van geometrisch model en rekenmodel kan zo beter worden gewaarborgd. De enige SE-toepassing die de koppeling van specificatie en ontwerp op dit moment volgens het COINS-informatiemodel ondersteunt, is SmarTeam/FS (fig. 7). De functionele specificatie kan vervolgens op basis van de gemeenschappelijke objectstructuur in de 3D-applicaties Allplan en Revit en de rekenapplicatie SciaEngineer worden gevisualiseerd. Zo ontstaat een integrale omgeving waarin het ontwerp kan worden getoetst aan de eisen. 5 Systems Engineering In een toenemend aantal projecten wordt ervoor gekozen om de specificatie en verificatie van het bouwwerk op basis van Systems Engineering (SE) uit te voeren. Aanvankelijk stond de SE-specificatie van het bouwwerk informatietechnisch min of Uniforme objectstructuur 6 2 0 09 5
thema specificatiemodel ontwerpmodel 6 Van hoog naar laag abstractieniveau komen specificatie en ontwerpoplossing in hun onderlinge samenhang in steeds grotere mate van detail tot stand 7 De enige SE-toepassing die de koppeling van specificatie en ontwerp op dit moment volgens het COINSinformatiemodel ondersteunt, is SmarTeam/FS groeiende specificatiestructuur TS SS CO SO groeiende ontwerpstructuur SSS SSO DS / CS DO / CO TS = Top Specificatie SS = Systeem Specificatie SSS = Subsysteem Specificatie DS = Detail Specificatie CS = Component Specificatie CO = Conceptueel Ontwerp SO = Systeem Ontwerp SSO = Subsysteem Ontwerp DO = Detail Ontwerp CO = Component Ontwerp 6 Beheer en onderhoud Na een ontwerp- en bouwproces waarin alle relevante bouwwerkinformatie volgens een uniforme objectstructuur wordt geregistreerd en gecommuniceerd, heeft de toekomstige beheerder een goede basis voor zijn beheer- en onderhoudssystemen. Alle voor beheer en onderhoud van belang zijnde informatie uit de ontwerp- en bouwfasen kan immers worden ontsloten in de juiste objectstructuur. Bij revisies kan zo worden teruggegrepen op de aanvankelijke functionele specificatie en de uitwerking daarvan in het ontwerp. Inspectie- en onderhoudschema s kunnen worden toegevoegd aan dezelfde informatiestructuur. Aanbesteding en bouw Bij aanbesteding en bouwbegeleiding zijn portaaloplossingen via internet essentieel voor zowel projectbeheersing als communicatie tussen opdrachtgever en opdrachtnemer. Daarvoor bestaan veel mogelijkheden, zoals: 4D- en 5D-oplossingen waarmee respectievelijk planning en bouwkosten kunnen worden gekoppeld aan het virtuele bouwproces; VISI-applicaties waarmee transacties in het bouwproces kunnen worden geregistreerd en getraceerd; Virtuele datarooms waarin alle uitgangspunten en projectdocumentatie kunnen worden opgeslagen en op het juiste beveiligingsniveau worden ontsloten. Afhankelijk van de projectscope en aanpak kunnen bijbehorende efficiënte portaaloplossingen worden toegepast. Ook hier geldt dat integratie met de COINS-objectstructuur veel voordelen biedt. De impact van wijzigingen in objecten en eisen op bijvoorbeeld modellen, risico s, planning en kosten kan zo op geautomatiseerde wijze in beeld worden gebracht. 7 Veranderingsproces Er blijft nog veel te wensen over, maar de ontwikkelingen op het gebied van informatiestandaarden, werkwijzen en software oplossingen convergeren in de juiste richting. Opdrachtgevers, ingenieursbureaus, aannemers, onderwijsinstellingen en softwareleveranciers werken intensief samen. In het kader van COINS levert Movares een actieve bijdrage aan de ontwikkeling van afsprakenstelsels en prototype oplossingen en aan de beproeving hiervan in praktijkprojecten. Softwareleveranciers als Infostrait, Itannex en Nemetschek- Scia dragen vervolgens zorg voor de implementatie in hun software. Met de nodige aanvullende eigen ontwikkelingen is ook nu al een geïntegreerde werkomgeving mogelijk, die een groot deel van de bouwketen afdekt. Maximale meerwaarde is er bij een gesloten en gestandaardiseerde informatieketen waar alle informatie- en communicatieprocessen in de bouw deel van uitmaken. Movares beschikt over een Bouw-Informatie-Managementteam dat de nodige veranderingsprocessen faciliteert en coördineert. Succes staat of valt echter met commitment van alle geledingen in de lijn- en projectorganisatie en met het lef om, met alle risico s van dien, nieuwe wegen in te slaan. REFERENTIES 1 Jernigan, F., BIG BIM, little bim. 4SitePress, 2008, www.4sitesystems.com 6 6 2 0 09 Uniforme objectstructuur