WHITE PAPER DOOR: René Wubbels, Martijn van Drunen en Nico Burgerhart PRORAIL EN SWECO BEPROEVEN UITWISSELEN GEVERIFIEERDE ONTWERPDATA MET COINS 2.0
BIM LEVERT ONS ACTUELE, BETROUWBARE EN CONSISTENTE INFORMATIE OVER BOUWWERKEN. 2 ProRail en Sweco beproeven uitwisselen geverifieerde ontwerpdata met COINS 2.0
Om de ruimte op het spoor te verdelen, het treinverkeer te regelen, nieuwe sporen aan te leggen en stations te bouwen en beheren, heeft ProRail informatie nodig. Deze informatie, ook wel SpoorData genoemd, wordt gebruikt om tijdens de levenscyclus van ieder spoorobject van het spoornetwerk de juiste beslissing te nemen voor zowel de reiziger als de verlader. Daarvoor wil de spoorsector de samenwerkingsmethodiek Bouwwerk Informatie Management (BIM) invoeren. BIM is een essentiële stap om SpoorData in een digitale omgeving continue te delen tijdens het ontwerpen, bouwen en onderhouden van de spoorobjecten. Dat levert ons actuele, betrouwbare en consistente informatie over deze objecten. Vanaf 2016 neemt ProRail het initiatief tot een BIM Lab, waar ProRail samen met spoorpartners verschillende BIM-processen simuleert en gereedschappen beproeft. In dit BIM Lab is het ontwerp en uitwisselen via COINS 2.0 van station Nijmegen Goffert op de BIM-wijze nagespeeld. In dit artikel onthullen ProRail en Sweco de eerste bemoedigende resultaten, niet alleen voor lezers die dagelijks met semantische modellen (gaan) werken (deel 3), maar ook voor de lezers die een algemene indruk willen krijgen van de eerste echte ervaring met het overdragen van geverifieerde data (deel 1 en deel 2). ProRail en Sweco beproeven uitwisselen geverifieerde ontwerpdata met COINS 2.0 3
DEEL 1 BIMLAB: SIMULEREN EN GEREEDSCHAPPEN BEPROEVEN ProRail en haar ketenpartners passen BIM al deels in de praktijk toe, bijvoorbeeld bij de aanpassing van de stijgpunten op station Schiphol en de spooruitbreiding Meteren Boxtel. Ook bij de nieuwbouw van de infra op de Amsterdamse Zuidas zijn voorbereidingen getroffen om BIM toe te passen. Maar lopende projecten staan onder druk omdat afspraken ten aanzien van inhoud, tijd en geld vastliggen. Een parallelle oefening met BIM in een live projectomgeving is dan niet wenselijk. Daarom is het BIM Lab bedacht en opgezet waarin op traditionele wijze afgeronde projecten nagespeeld worden, maar nu op een BIM-werkwijze. Zo wordt ervaren hoe de nieuwe processen lopen, hoe de BIM-gereedschappen werken en wat het vraagt aan kennis en samenwerking tussen opdrachtgever en ketenpartners. Ook worden de kosten en baten voor de implementatie bij alle infraprojecten nauwgezet in kaart gebracht. ONTWERPSIMULATIE OP NIJMEGEN GOFFERT In 2013 heeft Sweco een 3D-ontwerp van het station Nijmegen Goffert gemaakt, echter nog niet conform enige BIM-methodiek. Tijdens dit project werd nog traditioneel gewerkt door het Rail Verkeerstechnisch Ontwerp (RVTO) op papier uit te wisselen middels zogenaamde OBE-bladen (Overzicht Baan en Emplacement). Sweco gebruikte een 3D-model om de interne samenwerking tussen disciplines te verbeteren en te intensiveren. ProRail eiste voor dit project OBE-bladen als representatie van het ontwerp. Hierdoor moest Sweco het 3D-model platslaan en data omzetten naar een tekening (OBE-blad). In het BIM Lab is deze RVTO Nijmegen Goffert volledig op de BIM-wijze gesimuleerd en is (project)data uitgewisseld over een aantal onderwerpen, te weten: eisen, objecten (perron, bord, sein en spoortak), verificatie en validatie (V&V). Om deze data betekenisvol over te kunnen dragen is gebruik gemaakt van de volgende modellen: Het kernmodel COINS 2.0. OTL Zuidasdok. Voor het uitvoeren van het RVTO volgens BIM-werkwijze was een objecttypenbibliotheek nodig, een zogenaamde OTL (Object Type Library). ProRail had tijdens het BIM Lab nog geen geschikte OTL, maar heeft bij project Zuidasdok wel bijgedragen aan die projectspecifieke OTL. Deze OTL bevat spoorobjecten die gebruikt zijn tijdens het BIM Lab. Referentiekader SE (Proof of Concept) gebaseerd op een vroege versie van de SE uitwisselingsstandaard voor de Nederlandse bouwsector (SE uitwisselingsstandaard). LESSONS LEARNED Het BIM Lab RVTO Nijmegen Goffert is een succesvolle oefening gebleken. De BIM Lab-simulatie heeft namelijk aangetoond, dat het mogelijk is om de (klant)eisen en (ontwerp)voorschriften volgens een gestandaardiseerd informatiemodel geheel in een database vast te leggen, over te dragen, aan te passen en weer vast te leggen. Het BIM Lab RVTO Nijmegen Goffert is een succesvolle oefening gebleken. 4 ProRail en Sweco beproeven uitwisselen geverifieerde ontwerpdata met COINS 2.0
GRAAG DELEN WE 3 INZICHTEN: 1. MODELGEBASEERD ONTWERP OP BASIS VAN DATA IS MOGELIJK Het ontwerp dat met de data is gemaakt kan nu verder geautomatiseerd worden getoetst. De data is herbruikbaar, deelbaar en gedurende het project en/of de beheerfase te verrijken. Door de transformatie naar modelgebaseerd ontwerpen en bouwen (formeel en expliciet en dus voor computers interpretabel) ontstaan nieuwe mogelijkheden. 2. GEAUTOMATISEERDE TOETSING LEVERT WINST OP Vanwege menselijke interpretatie gaat het ontwerp veelal een aantal keer tussen ingenieursbureaus en ProRail heen en weer. In de digitale werkomgeving die bij BIM hoort, zijn enkele eisen en voorschriften direct gekoppeld aan spoorobjecten. Hierdoor werd het mogelijk om automatisch te toetsen of het spoorobject ook daadwerkelijk voldoet aan de eisen die de opdrachtgever stelt. Door de menselijke interpretatie (deels) te vervangen door een geautomatiseerde controle werkten we sneller en nam de kwaliteit van ons ontwerp toe. Voorwaarde voor dit automatisch koppelen is echter wel dat elke eis SMART in een database geformuleerd is. Bijvoorbeeld dat hoofdseinen minimaal 400 meter en maximaal 2.000 meter uit elkaar moeten staan. Er loopt een initiatief binnen ProRail om dit vorm te geven in een eisenbibliotheek. 3. STANDAARD UITWISSELINGSFORMAAT NOODZAKELIJK Als je informatie digitaal geautomatiseerd, betekenisvol en efficiënt wil uitwisselen met de spoorbranche moet je een standaard hebben. In het BIM Lab is de eerste toepassing van een nieuw standaard data uitwisselingsformaat tussen Sweco en ProRail, COINS 2.0, geslaagd. Hierin wordt eenduidig vastgelegd hoe je de inhoud (informatie) moet uitwisselen, (terug) lezen en opslaan. Gedurende dit jaar onderzoekt ProRail de toepasbaarheid van COINS 2.0 nader en beslist het of deze standaard zal worden gebruikt in het uitwisselen van data tussen ProRail en de marktpartijen. CONCLUSIE Uit deze oefening is gebleken dat overdracht van geverifieerde ontwerpdata, met behulp van COINS 2.0, tussen ProRail en zijn leveranciers mogelijk is. In 2017 onderzoekt ProRail COINS 2.0 nader, en beslist dan of deze standaard zal worden gebruikt in het uitwisselen van data tussen ProRail en marktpartijen. Uit deze oefening is gebleken dat overdracht van geverifieerde ontwerpdata, met behulp van COINS 2.0, tussen ProRail en zijn leveranciers mogelijk is. ProRail en Sweco beproeven uitwisselen geverifieerde ontwerpdata met COINS 2.0 5
DEEL 2 DATA-UITWISSELING MET COINS, LESSONS LEARNED In 2013 heeft Sweco een 3D-ontwerp van station Nijmegen Goffert gemaakt, echter nog niet conform de BIM-methodiek. In het BIM Lab RVTO in 2016 is een 3D-representatie van dit project gekozen. Volgens de huidige BIM-methodiek is de 3D-representatie van het station een afgeleide van de aangeleverde, gestructureerde en gemodelleerde data. De gehanteerde datastructuur komt overeen met het COINS 2.0-referentiekader SE (PoC) dat gebaseerd is op een vroege versie van de SE-uitwisselingsstandaard. ProRail en Sweco hebben in het BIM Lab het gehele proces van het RVTO nagebootst. Hierbij lag het accent op het geautomatiseerd controleren en verifiëren van eisen en de uitwisseling van de ontwerpgegevens via COINS 2.0, een open data uitwisselingsstandaard voor BIM. Er is gewerkt in een gedeelde digitale omgeving waarin objecten met hun kenmerken en relaties, eisen en omgevingsinformatie integraal bewerkt en geverifieerd kunnen worden. Door het kernmodel COINS 2.0 aan te vullen met de OTL Zuidasdok, kon de data over objecttypen betekenisvol worden uitgewisseld. Daarnaast zorgt de OTL ervoor dat de data aansluit bij de informatiebehoefte van de assetmanager. Conform het plan zijn COINS-containers samengesteld, technisch gevalideerd en per e-mail verstuurd. COINS container 1, verstuurd door ProRail aan Sweco, fungeerde als basis en bevatte eisen voor het ontwerp van Sweco. COINS container 2, verstuurd door Sweco aan ProRail, bevatte objecten met kenmerken, eisen en verificatie resultaten. Hiermee werd aangetoond dat het ontwerp voldeed aan de door ProRail gestelde eisen. Nadat de eisen door Sweco waren ontvangen en gestructureerd, startte het modelleringsproces. Hieruit volgden de deelontwerpen die vervolgens weer geïntegreerd zijn in een coördinatiemodel. Deze gedeelde omgeving is onder andere gebruikt om het totaalontwerp op basis van de gestelde eisen te verifiëren. Doordat ProRail en Sweco deze test gezamenlijk uitvoerden, verliep het besluitvormingsproces effectief. Doordat ProRail en Sweco deze test gezamenlijk uitvoerden, verliep het besluitvormingsproces effectief. OVERZICHT VAN BELANGRIJKE LEERPUNTEN KEUZE KERNMODEL COINS 2.0 Sweco en ProRail hebben als oplossing voor de dataoverdracht de inzet van het kernmodel COINS 2.0 gekozen. Het kernmodel COINS 2.0, aangevuld met het referentiekader SE (PoC) en de OTL Zuidasdok, is in het BIM Lab gebruikt als structuur en kapstok. Het bevat een minimale set van klassen die nodig zijn om de data uit te kunnen wisselen. Dit zijn objecttypen, kenmerken en relaties. Van de uit te wisselen spoorobjecten is aangegeven dat hun kenmerken en relaties gespecificeerd zijn in een objecttypenbibliotheek, in dit geval de OTL Zuidasdok. Verder biedt dit kernmodel aanvullende functionaliteiten zoals: Identificatie en versionering. Kenmerken. Refereren aan documenten. Geografische locatie binnen een afgesproken referentiestelsel. 6 ProRail en Sweco beproeven uitwisselen geverifieerde ontwerpdata met COINS 2.0
COINS 2.0 EN HET REFERENTIEKADER SE Met COINS 2.0 wordt het kernmodel COINS 2.0 bedoeld. Deze is op 7 april 2016 door de Bouw Informatie Raad (BIR) als standaard gepubliceerd. Het referentiekader SE is het op basis van de uitwisselingsstandaard SE ontwikkelde referentiekader voor informatieoverdracht van SE-informatie en is een aanvulling voor de bouwsector op het kernmodel COINS 2.0. Ze kunnen samen gebruikt worden om ten behoeve van bouwprojecten bouwinformatie uit te wisselen tussen de verschillende partijen. GESTRUCTUREERD DATA VASTLEGGEN De datastructuur uit de gebruikte SE-uitwisselingsstandaard bestaat uit een basistoepassing met de meest voorkomende entiteiten in de wereld van SE en assetmanagement. Daarnaast is er ook een gevorderdentoepassing die uitgebreider is en onder andere de ISO 15926 en de ISO 15288 als bronnen heeft. Het is een semantisch model gebaseerd op triples. Dit houdt in dat alle entiteiten gedefinieerd zijn en een betekenis hebben, de taxonomie. Daarnaast zijn de entiteiten opgebouwd volgens een logische samenhang waarbij elke entiteit relatie(s) heeft met andere entiteit(en). GESTRUCTUREERD AFSPRAKEN MAKEN COINS is een uitwisselingsstandaard voor bouwwerkinformatie, die niet branchespecifiek is gemaakt, maar kent wel een mechanisme van referentiekaders om data, die specifiek is voor een domein, uit te wisselen. Indien in een project met open BIM-standaarden wordt gewerkt, moeten dus aanvullende, projectspecifieke afspraken worden gemaakt over de informatie-uitwisseling. In deze stap zijn de referentiekaders, structuur en mogelijkheden tot verificatie en validatie om de data te verwerken afgesproken. Hierbij is gebruik gemaakt van het referentiekader SE (Proof of Concept) die gebaseerd is op een vroege versie van de SE-uitwisselingsstandaard. Voorbeelden van domein-specifieke datastructuren zijn Systems Engineering (SE), Assetmanagement en Operations. Het in het BIM Lab gebruikte referentiekader SE (Proof of Concept) is gebaseerd op een vroege versie van de SE-uitwisselingsstandaard. GESTRUCTUREERD DATA UITWISSELEN Maar hoe wissel je de gegevens dan uit? Daarvoor is gebruik gemaakt van de open uitwisselingsstandaard, COINS 2.0. Omdat het onder andere over eisen en bouwwerken gaat is deze nog specifieker gemaakt; referentiekader SE. Hiermee worden de gegevens (data) over een asset volgens de afgesproken structuur in datacontainers verpakt, zodat deze bij de ontvanger naadloos in de asset datastructuur past. GESTRUCTUREERD ONTWERPKWALITEIT BEOORDELEN Een enorme bijdrage aan het succes van deze proef is het gezamenlijk bepalen van de verificatiemethoden om de data te beoordelen, inclusief de bijbehorende bewijsvoering. Voorbeelden hiervan zijn: clash-detectie, geometrische toetsing, sterkteberekening, interpretatie van regels of richtlijnen, etc. De verificatiemethode is op zichzelf ook een dominant SE-aspect (entiteit) die een relatie heeft met 1 of meerdere eisen en ook zo is vastgelegd per verificatie tijdens het BIM Lab. Op deze manier kunnen eisen worden onderscheiden op hun verificatiemethode(n) waardoor de automatisering van sommige methoden tot veel meer efficiëntie leiden. Het resultaat van het werken volgens de BIM-methodiek! Een enorme bijdrage aan het succes van deze proef is het gezamenlijk bepalen van de verificatiemethoden om de data te beoordelen. ProRail en Sweco beproeven uitwisselen geverifieerde ontwerpdata met COINS 2.0 7
DEEL 3 TOELICHTING DATATYPERING EN DATAVALIDATIE IN COINS COINS-OBJECTTYPEN In de COINS-container die is gemaakt, is een aantal objecttypen uit het COINS-kernmodel gebruikt. De genoemde objecttypen zijn terug te vinden in figuur I. Een generiek objecttype wat is gebruikt, is het objecttype Object. Dit objecttype wordt onder andere gebruikt bij het leggen van relaties tussen objecten. Zo n relatie is zelf ook weer een objecttype, namelijk een Connection. Het InternalDocumentReference objecttype is gebruikt voor het maken van een verwijzing naar een document opgenomen in de COINS-container. Naar dit document wordt via een filepath eigenschap verwezen. In het BIM Lab zijn op deze wijze verificatierapporten in de COINS-container opgenomen. Een ShapeRepresentation objecttype verwijst naar een bestand met objectgeometrie. In het BIM Lab is dit gebruikt voor een koppeling met een in de COINS-container opgenomen GML-bestand. Figuur I: COINS 2.0 als UML Class model Verder worden verschillende eigenschappen (properties) uit het COINS-kernmodel gebruikt. Deze properties zijn zelf ook weer gemodelleerd als objecten. Voorbeelden van properties zijn een StringProperty die een tekstuele waarde bevat, een DocumentProperty die een verwijzing naar een DocumentReference object bevat en een ShapeRepresentationProperty met een verwijzing naar een ShapeRepresentation-object. 8 ProRail en Sweco beproeven uitwisselen geverifieerde ontwerpdata met COINS 2.0
Figuur II geeft een voorbeeld hoe de ShapeRepresentationProperty in het ProrailBIMLab.rdf-bestand in de COINS-container in de vorm van XML-elementen wordt vastgelegd. Figuur II: Definitie ShapeRepresentationProperty in RDF formaat. Hieronder wordt de structuur van de COINS-container weergegeven met daarin de databestanden die zijn uitgewisseld tussen Sweco en ProRail. folder bim bestand ProrailBIMLab.rdf folder repository cbim-2.0.rdf coins-otl-zad.ttl SE.rdf folder doc bestand 4_Verificatierapport_product_-_Ontwerp_Perrons.doc bestand 4_Verificatierapport_product_-_Ontwerp_Seinen.doc bestand 4_Verificatierapport_product_-_Ontwerp_Spoor.doc bestand BIMLabPilot.gml bestand GeoWeb_verificatie_Hoofdseinafstand.png folder woa (leeg) Figuur III: Structuur van de COINS-container MEERVOUDIGE TYPERING Belangrijk voor objecten in een COINS-container is de meervoudige typering. Dat houdt in dat objecten gebaseerd kunnen zijn op verschillende objecttypen. Elk object dat in een COINS-container is opgenomen moet per definitie een CoinsContainer-objecttype hebben. Dit objecttype komt uit het COINS-kernmodel. Daarnaast is het bijvoorbeeld een Lichtsein vanuit de OTL Zuidasdok en een Artefact vanuit het referentiekader SE. ProRail en Sweco beproeven uitwisselen geverifieerde ontwerpdata met COINS 2.0 9
VALIDATIE COINS-CONTAINER Bij het valideren van de COINS-container wordt gecontroleerd of de modellering van de objecten in de COINS-container voldoet aan de definities van de objecttypebibliotheken en aan de structuur van COINS 2.0. Dat betreft hier dus de OTL Zuidasdok, het COINS kernmodel en het referentiekader SE. Er wordt bijvoorbeeld gevalideerd op cardinaliteit. Hierbij wordt gecontroleerd of de aanwezige relaties voldoen aan gedefinieerde cardinaliteitsrestricties, bijvoorbeeld dat er exact één relatie aanwezig mag zijn. Er is bij de validatie geconstateerd dat RequirementSpecifications aan één eis en aan meerdere objecten (seinen) gekoppeld zijn. Dit is niet toegestaan. Hier hadden meerdere RequirementSpecification objecten gedefinieerd moeten zijn, gekoppeld aan één sein. Verder wordt er gevalideerd op verplichte kenmerken; objecttypen hebben verplichte kenmerken die ingevuld moeten zijn. Dit is niet altijd gebeurd. Bij seinobjecten in de COINS-container zijn bij één sein (lichtsein 791) de kenmerken goed gevuld, waaronder het verplichte kenmerk soort sein wat in dit geval een hoofdsein betreft. Voor de andere seinobjecten is dit kenmerk niet opgegeven en wordt dit als fout opgenomen in het validatierapport. Figuur IV: De tool TopBraid Composer is gebruikt voor het maken van de COINS-containers. 10 ProRail en Sweco beproeven uitwisselen geverifieerde ontwerpdata met COINS 2.0
MEER INFORMATIE Wilt u meer weten over BIM bij Sweco? Kijk dan op de internetpagina BIM: de onbegrensde mogelijkheden van virtueel samenwerken. Wilt u meer weten over BIM bij ProRail? Kijk dan op de internetpagina Bouwwerk Informatie Management (BIM). CONTACT Heeft u vragen over deze white paper? Of wilt u met ons van gedachten wisselen over BIM? Neem dan contact op met een expert. RENÉ WUBBELS René is Business Informatie Analist bij ProRail. Hij houdt zich bezig met het informatiedomein Ontwerp en Regelgeving en de pijlers Standaarden en BIM van het programma Spoordata. René is betrokken bij de drie ontwikkelingen van de Bouw Informatie Raad op het gebied van standaarden: CB-NL, COINS 2.0 en SE-BIM. T +31 6 521 790 60 E rene.wubbels@prorail.nl MARTIJN VAN DRUNEN Martijn is senior adviseur Assetmanagement bij Sweco. Hij heeft als specialisatie Informatiemanagement. Martijn adviseert en innoveert bij, voor en samen met onze klanten structurele oplossingen op het gebied van informatievoorziening voor de bouwsector in Nederland. T +31 6 109 636 85 E martijn.vandrunen@sweco.nl NICO BURGERHART Nico is adviseur GIS bij Sweco. Hij denkt methodieken uit, automatiseert processen en visualiseert informatie. Nico maakt oplossingen waarbij de werelden van GIS en BIM verbonden zijn. T +31 6 531 481 75 E nico.burgerhart@sweco.nl ProRail en Sweco beproeven uitwisselen geverifieerde ontwerpdata met COINS 2.0 11
Sweco ontwerpt en ontwikkelt de samenlevingen en steden van de toekomst. Ons werk leidt tot duurzame gebouwen, efficiënte infrastructuur en toegang tot elektriciteit en schoon water. Met 14.500 medewerkers in Europa, bieden wij onze klanten voor elke situatie de juiste expertise. Wij voeren jaarlijks projecten uit in 70 landen verspreid over de hele wereld. Sweco is Europa s grootste ingenieursadviesen architectenbureau, met een omzet van circa 1,7 miljard euro (pro forma 2015) en is genoteerd aan de Nasdaq Stockholm. Kijk voor een overzicht van onze vestigingen op www.sweco.nl/contact