Objectenbibliotheken in de bouw Zeven vragen en antwoorden over objectenbibliotheken, kennismodules en hun betekenis voor BIM en de bouwpraktijk oktober 2009
1. De BIR en haar missie De Bouw Informatieraad (BIR) heeft als missie: zorgen voor de totstandkoming van afsprakenstelsels (standaarden) voor informatie over bouwobjecten en processen; zorgen dat de bouwsector nieuwe werkwijzen, inclusief de afsprakenstelsels adopteert en implementeert; stimuleren dat de ICT-markt passend instrumentarium ontwikkelt; met als uiteindelijke doel: het realiseren van een efficiënter bouwproces. In dit kader beijvert de BIR zich voor de introductie en het gebruik van Bouw Informatie Modellen (BIM) in de voorbereiding, uitvoering en het beheer van bouwwerken. Een BIM is een digitaal model van een bouwwerk, een soort centrale database waarin alle informatie over dat bouwwerk is opgeslagen. Een BIM is altijd projectspecifiek. Alle bouwpartners die betrokken zijn bij het betreffende project, maken gebruik van en dragen bij aan de opbouw van het BIM. Iedere bouwpartner haalt de informatie die hij nodig heeft voor de uitvoering van zijn taken, uit het model en voegt de resultaten van zijn taken er weer aan toe. Alle gegevens worden zodoende maar één keer ingevoerd en kunnen vervolgens door verschillende bouwpartners en voor verschillende doeleinden worden hergebruikt. Iedere bouwpartner beschikt via het BIM steeds over de meest actuele informatie over het bouwwerk. Dat geldt voor de ontwerpfase, maar ook voor de uitvoerings- en exploitatiefasen. Het BIM zorgt ervoor dat alle bouwpartners én hun computerprogramma s één taal spreken. Van de inzet van BIM worden grote voordelen verwacht in termen van kwaliteit, kosten, transparantie en efficiëntie. 2. Waarom zijn objectenbibliotheken nodig? In een BIM wordt alle informatie gekoppeld aan objecten, ofwel de dingen die in het betreffende bouwwerk voorkomen. Objecten kunnen in omvang en aard zeer van elkaar verschillen. Een bouwwerk als geheel is een object, maar het kleinste schroefje in het bouwwerk is dat ook. Een object kan dus bestaan uit kleinere objecten, die op hun beurt kunnen bestaan uit weer kleinere objecten. Een viaduct kan bijvoorbeeld bestaan uit landhoofden en een brugdek. Het brugdek kan bestaan uit prefab betonliggers, een druklaag en een slijtlaag. Een prefab betonligger kan bestaan uit een betonmengsel en een voorgespannen wapeningsconstructie. De voorgespannen wapeningsconstructie kan bestaan uit.. Enzovoort. Met vallen en opstaan wordt in de Nederlandse bouw ervaring opgedaan met het werken met BIM. In de praktijk blijkt steeds weer hoe belangrijk het is dat alle partners in een project dezelfde perceptie hebben van wat de objecten zijn in het bouwwerk. Zonder eenduidige definities en afspraken over waar het ene object ophoudt en het andere begint, kan er nog steeds geen sprake zijn van efficiënte, foutloze uitwisseling van digitale informatie. Een paar voorbeelden: Hoort de stekwapening van een betonkolom bij het object kolom of bij het object vloer waarin de betreffende wapening wordt vervlochten? 2
Hoe meet je de oppervlakte van een vloer? Voor de gebruiker is het netto gebruiksoppervlak tussen de wanden relevant, maar de aannemer die de vloerplaten moet bestellen, wil het totale oppervlak inclusief de opleggingen uit het model kunnen halen. Als we het hebben over het object deur, is dat dan inclusief of exclusief het kozijn en het hang- en sluitwerk? In een groot ziekenhuisproject kwamen de architect en de aannemer op basis van hetzelfde digitale gebouwmodel tot soms totaal verschillende hoeveelheden en daarmee tot uiteenlopende kostenramingen. De architect en de constructeur hadden in het model bijvoorbeeld een rij kolommen gemodelleerd. De aannemer zag geen kolommen, maar een wand met grote sparingen, omdat een en ander het best met behulp van een wandkist zou kunnen worden uitgevoerd. De constructeur beschouwde (en berekende) een stabiliteitswand over drie verdiepingen als één object, maar de aannemer zou de wand in drie keer storten, met telkens een periode van een maand ertussen. Hij zag in de stabiliteitswand drie verschillende objecten. Het is belangrijk dat bouwpartners bij het vastleggen van informatie over een bouwwerk dezelfde definities van (deel-)objecten gebruiken. Om te voorkomen dat al die definities steeds weer opnieuw moeten worden bedacht, zijn objectenbibliotheken onmisbaar. In de Nederlandse bouw zijn op bedrijfstakniveau drie objectenbibliotheken in gebruik of in ontwikkeling: IFD-NL Library for BuildingSMART 1 (voorheen STABU LexiCon) voor de B&U-sector (in ontwikkeling); De Basismodule van Cheobs voor de GWW-sector (in ontwikkeling); ETIM (Europees Technisch Informatie Model) voor de installatiesector (volledig operationeel en in gebruik bij ca. 6.000 installatiebedrijven en groothandels). 3. Wat is een objectenbibliotheek? Een objectenbibliotheek is een gestructureerde verzameling van definities van soorten (bouw-)objecten, hun mogelijke functies en hun kenmerkende eigenschappen. In een objectenbibliotheek wordt bijvoorbeeld vastgelegd wat we verstaan onder een deur, welke en kenmerkende eigenschappen een deur kan hebben en in welke eenheden we die eigenschappen uitdrukken. Ook wordt in globale termen vastgelegd wat de functies van een deur (kunnen) zijn. In tegenstelling tot een BIM is een objectenbibliotheek niet projectspecifiek, maar altijd generiek. Eigenlijk is objectenbibliotheek geen juiste naam en daarmee een enigszins verwarrende term. Er worden namelijk geen kant en klare objecten of producten in beschreven die je bij de bouwmarkt kunt kopen, maar veeleer concepten of soorten van objecten ( objecttypen genoemd). Zo bevat een objectenbibliotheek bijvoorbeeld geen catalogus van alle mogelijke deuren die in de handel zijn, maar slechts een afspraak over de wijze waarop alle mogelijke deuren op eenduidige, merkonafhankelijke wijze kunnen worden beschreven. Dit kunnen we toelichten aan de hand van het sterk vereenvoudigde voorbeeld op de volgende pagina. 1 IFD staat voor International Framework for Dictionaries. Met Library for BuildingSMART wordt aangeduid dat de objectenbibliotheek aansluit op de internationaal geaccepteerde IFC-standaard, die is ontwikkeld door het wereldwijde consortium BuildingSMART (voorheen IAI: International Alliance for Interoperability). 3
Objecttype deur Functies (voorbeelden): Het naar believen kunnen afsluiten van een doorgang tussen twee ruimten Eisen:... Basis: IFC (topologie, geometrische eigenschappen en materiaal) Kenmerkende eigenschappen (voorbeelden): Locatie (t.o.v. referentiepunt) : X=. mm, Y=. mm, Z =. Mm Breedte : mm Hoogte : mm Dikte : mm Vrije doorgang : mm Materiaal Brandwerendheid : min Geluidwerendheid : db(a) Afwerking : Kleur : RAL Fabricaat :... Type :... Prijs :... Euro Met behulp van deze definitie kunnen in een BIM gegevens over deuren in een project worden vastgelegd. Dat gebeurt door voor de functies projectspecifieke eisen te formuleren en/of voor de eigenschappen projectspecifieke waarden in te vullen Aanvulling voor overige eigenschappen ( property sets ): IFD Library (B&Usector) Cheobs (GWW-sector) ETIM (installatiesector) Figgur 1: Vereenvoudigde weergave van een definitie van het objecttype deur, zoals die kan worden opgenomen in een objectenbibliotheek Een definitie van een objecttype in een objectenbibliotheek bestaat grofweg uit: een opsomming van de mogelijke functies van het objecttype; een opsomming van de kenmerkende eigenschappen ( property sets ) van het objecttype. 4
Aan de functies kunnen in een gegeven project eisen worden gesteld ( functionele eisen ). Een functie van een deur kan bijvoorbeeld zijn: het naar believen kunnen afsluiten (en dus openen) van een doorgang tussen twee ruimten. Eisen aan die functie kunnen bijvoorbeeld zijn: de minimale capaciteit van de doorgang moet 30 personen per minuut bedragen of de doorgang moet geschikt zijn voor gebruikers van elektrische rolstoelen. Voor de functies en de eigenschappen van een objecttype zijn in de objectenbibliotheek geen waarden ingevuld. In figuur 1 is dit geïllustreerd door middel van stippellijntjes. De generieke object(typen)definities uit een objectenbibliotheek kunnen worden gebruikt voor het vastleggen van gegevens over een bouwwerk in een projectspecifiek BIM. Wanneer de opdrachtgever bijvoorbeeld bepaalde eisen wil stellen aan een deur, haalt hij de definitie van het objecttype deur uit de objectenbibliotheek. Bij het gedeelte Functies vult hij zijn functionele eisen in. Later gebruikt de architect dezelfde definitie om bijvoorbeeld de locatie, de breedte, de hoogte en eventuele andere eigenschappen van de deur in het BIM vast te leggen. Hij doet dat door voor de verschillende eigenschappen concrete, projectspecifieke waarden in te vullen, zodanig, dat aan de functionele eisen wordt voldaan (in ICT-taal wordt dit instantiëren genoemd). Wanneer andere bouwpartners, zoals de bouwfysicus, de kostendeskundige en de aannemer, vervolgens (in hun software) dezelfde definitie hanteren, kan er geen misverstand bestaan over wat de architect heeft bedoeld. Bovendien kunnen zij de definitie gebruiken om weer andere gegevens van de betreffende deur in het BIM vast te leggen (zoals de geluidwerendheid, de prijs en het fabrikaat). Figuur 2: Schematische voorstelling van het gebruik van een objectenbibliotheek voor het opbouwen van een BIM Het selecteren van objectdefinities, het invullen van projectspecifieke waarden en het wegschrijven van projectspecifieke definities in het BIM gebeurt voornamelijk met behulp van computerprogramma s. Om fouten te voorkomen, is het belangrijk dat alle betrokken computerprogramma s kunnen uitgaan van dezelfde set van generieke objectdefinities, ofwel van dezelfde objectenbibliotheek. 5
4. Wat is de relatie met de internationale IFC-standaard? De basis voor de object(typen)definities in een objectenbibliotheek zoals we die in ons land ontwikkelen, wordt gevormd door de internationale IFC-standaard 2. Dit is een soort objectenbibliotheek, die op initiatief van de belangrijkste leveranciers van CAD-applicaties (tekenprogramma s) in de wereld 3 is ontwikkeld door het internationale consortium BuildingSMART. Met de IFC-standaard kan echter maar een beperkt aantal eigenschappen van objecten worden vastgelegd en uitgewisseld, namelijk de eigenschappen die te maken hebben met de topologie, de geometrie en het materiaal van de objecten. Dat is in principe voldoende voor (het uitwisselen van digitaal) tekenwerk, maar in een BIM moet veel méér informatie worden vastgelegd. Op basis van informatie in een BIM moeten bijvoorbeeld ook bouwfysische en constructieve berekeningen kunnen worden gemaakt. De kosten van objecten moeten kunnen worden geraamd. Er moet besteksinformatie aan de objecten kunnen worden gekoppeld. Om succesvol met een BIM te kunnen werken, moeten daarom veel meer kenmerkende eigenschappen ( property sets ) van objecten worden benoemd dan in de IFC. Dat gebeurt in objectenbibliotheken als de IFD for BuildingSMART en Cheobs (zie ook figuur 1). Deze bibliotheken worden geprofileerd en door BuildingSMART geaccepteerd als noodzakelijke aanvullingen op de IFC-standaard. 5. Wanneer w ordt een objectdefinitie uit een objectenbibliotheek gebruikt? Een object(type)definitie kan in de hele levenscyclus van een bouwwerk worden gebruikt. Dat begint al bij het Programma van Eisen. Daarin kan met behulp van de object(type)definitie een object als gewenst worden beschreven door het benoemen van functies en de daaraan te stellen eisen. In de ontwerpfase kan de definitie worden gebruikt om het object als ontworpen vast te leggen in het BIM. In de loop van het ontwerpproces worden steeds meer eigenschappen van het object ingevuld, te beginnen met de topologische en geometrische eigenschappen. Naarmate het ontwerp gedetailleerder wordt uitgewerkt, kunnen steeds meer kwalitatieve eigenschappen worden ingevuld. Totdat tenslotte desgewenst zelfs het fabricaat en type kan worden gedefinieerd. Na de uitvoering kan de object(type)definitie worden gebruikt om informatie over het object als uitgevoerd vast te leggen ten behoeve van het beheer. 6. ETIM is volledig operationeel. Hoe werkt dat? In de installatiesector functioneert al enige jaren de systematiek ETIM ( Europees Technisch Informatie Model ). ETIM is een objectenbibliotheek en meer specifiek een classificatie van installatieproducten die installatiebedrijven bij groothandelaren kunnen inkopen. In onderstaand kader is aan de hand van een voorbeeld toegelicht hoe ETIM in grote lijnen werkt. 2 IFC staat voor Industrial Foundation Classes. 3 Belangrijke initiatiefnemers voor IFC zijn Autodesk (leverancier van o.a. AutoCAD en Revit), Bentley Systems (leveranciers van o.a. Microstation) en Nemetchek (leverancier van o.a. Allplan). 6
Inkopen op basis van ETIM Stel, een installateur heeft een pomp nodig van een bepaalde minimumcapaciteit en met een bepaald maximum energiegebruik. Hij opent een internetapplicatie die werkt op basis van ETIM. Hij zoekt de definitie van (het objecttype) pomp op en vult de vereiste eigenschappen in van de pomp die hij zoekt. Via een zoeksysteem krijgt hij een lijstje van alle in de handel zijnde pompen die aan de gestelde eisen voldoen. In het scherm is aangegeven welke bedrijven de pompen kunnen leveren. De installateur kan doorklikken naar de websites van de leveranciers om te bekijken wat de pompen kosten, of ze op voorraad zijn, wat de levertijden zijn, enzovoort. Zodra hij een keus heeft gemaakt, kan hij de pomp online bestellen, betalen en afroepen. Vaak wordt gedacht dat ETIM een productcatalogus is. Uit het voorbeeld blijkt dat dit niet het geval is. ETIM is een productonafhankelijke classificatie, een objectenbibliotheek op het niveau van typen installatieonderdelen, waarmee installatiebedrijven online artikelen kunnen zoeken, vergelijken en inkopen. Voorwaarde is dat fabrikanten en groothandelaren hun productinformatie zodanig inrichten, dat ze via ETIM kunnen worden gevonden. Met andere woorden: ze moeten in hun productomschrijvingen zoveel mogelijk gebruik maken van de structuur van objectdefinities of klasses, die in ETIM zijn afgesproken. Met ETIM is het niet mogelijk hogere aggregatieniveaus van installaties te definiëren. ETIM bevat bijvoorbeeld wel object(type)definities voor verwarmingsketels, radiatoren, drukvaten, pijpen en dergelijke, maar nog niet voor CV-installaties als geheel. Daarvoor wordt aansluiting gezocht met de IFD-NL Library for BuildingSMART. Daarin zullen wel object(type)definities worden ogenomen voor hoger aggregatieniveaus van technische installaties. 7. Is een objectenbibliotheek alleen maar een lijst van objectdefinities? Een objectenbibliotheek bevat niet alleen generieke definities van alle mogelijke typen bouwobjecten en hun kenmerkende eigenschappen, maar geeft ook aan welke (vaste) relaties er bestaan tussen verschillende typen objecten. Taxonomie is in dit verband een belangrijk begrip. Daarmee wordt bedoeld, dat er bepaalde, algemene kennisregels in de bibliotheek zijn ingebouwd. Voor ons als mensen is het vanzelfsprekend, dat een deur deel uitmaakt van een wand en dat waar een deur zit, geen wand kan zitten. Een computer weet dat niet: het moet hem worden verteld. Een goede objectenbibliotheek is daarom opgebouwd volgens een bepaalde taxonomie, waarin algemeen geldige relaties tussen verschillende objecttypen zijn vastgelegd. Als voorbeeld weer de deur: 7
Figuur 3: Vereenvoudigde voorstelling van de taxonomie, behorend bij het objecttype deur De taxonomie zorgt ervoor, dat in een objectenbibliotheek een bepaalde mate van intelligentie is ingebouwd. De moeilijkheid is steeds om te bepalen hoever die intelligentie moet gaan. Intelligentie kan namelijk ook in de software zitten. Een objectenbibliotheek is in principe een open standaard in het publieke domein. Alle partijen in de bouw moeten zo n bibliotheek vrij kunnen gebruiken als basis voor hun eigen, projectspecifieke BIM (zij het niet geheel kosteloos: zie ook hoofdstuk 8). Die partijen zijn erbij gebaat dat er zoveel mogelijk intelligentie onafhankelijk van de software te gebruiken is. Veel softwareleveranciers daarentegen, streven ernaar zoveel mogelijk intelligentie in hun applicaties bouwen, omdat ze zich daarmee in de markt kunnen onderscheiden. Het nadeel daarvan is dat de kwaliteit van de uitwisseling van digitale informatie dan snel afhankelijk kan blijken van de gebruikte software. Bij het ontwikkelen van objectenbibliotheken is het steeds een kwestie van zoeken naar het juiste evenwicht. Figuur 4: Van gesloten naar open systemen met behulp van open standaarden 8
8. Wat is het verschil tussen een objectenbibliotheek en een kennismodule? Voor het ontwerpen, realiseren en onderhouden van bouwwerken is kennis nodig. Bouwpartners halen van oudsher veel kennis uit boeken, rapporten, tijdschriften en dergelijke, die ze betrekken van uitgevers en/of kennisinstituten. Deze bieden naast drukwerk ook steeds meer kennis in digitale vorm aan (in ICT-termen wordt dit ook wel content genoemd). Diverse uitgevers en kennisinstituten hebben plannen om bepaalde digitale kennisproducten te structureren volgens de objectenbibliotheken, dus volgens open standaarden die in het publieke domein worden ontwikkeld. Dat heeft als voordeel, dat bouwpartners de betreffende kennis direct zonder vertaalslagen in een BIM kunnen toepassen. Dergelijke kennisproducten worden wel aangeduid als kennismodules bij de objectenbibliotheek. Het kan bijvoorbeeld gaan om best practices uit voorgaande projecten, documentatie van specifieke bouwsystemen, kostenkengetallen, rekenregels, enzovoort. Figuur 5: Relaties tussen objectenbibliotheken in het publieke domein en kennismodules in het private domein De objectenbibliotheken dienen vrij toegankelijk te zijn; voor het gebruik wordt alleen een kleine bijdrage in de beheerkosten gevraagd. Voor het gebruik van de kennismodules moet worden betaald, zoals dat nu ook moet voor boeken of andere commerciële kennisbronnen. De BIR is van mening dat de verantwoordelijkheid voor de ontwikkeling en exploitatie van kennismodules gescheiden moet zijn van de verantwoordelijkheid voor de ontwikkeling en het beheer van de objectenbibliotheken. Als voorbeeld kan de situatie rond ETIM gelden. Enkele jaren geleden is het beheer van de ETIM standaard ondergebracht bij een aparte stichting, terwijl het ontwikkelen en ontsluiten van productcatalogi ( content ) op basis van de standaard is ondergebracht bij commerciële bv s. 9
Samenvattend hebben we te maken met drie soorten modellen: de objectenbibliotheek als generiek definitiemodel, een standaard in het publieke domein; kennis- of contentmodellen, die kennis bevatten over objecten, in de vorm van digitale gegevens die zijn gestructureerd op basis van de objectenbibliotheek. Deze modellen worden op commerciële basis aangeboden door uitgevers, kennisinstituten en dergelijke. Het is ter keuze van de marktpartijen of zij hiervan gebruik willen maken of niet. individuele projectmodellen, ofwel BIM. De objectenbibliotheek en de kennismodules zijn er om de opbouw van een BIM en foutloze, digitale informatie-uitwisseling in projecten te faciliteren. In figuur 6 zijn de drie soorten modellen en hun onderlinge relaties in beeld gebracht. projectdomein BIM (projectspecifiek) Zijn gestructureerd volgens Objectenbibliotheek Kennismodules publiek domein commercieel domein Figuur 6: BIM, objectenbibliotheek en kennismodules en hun onderlinge relaties Een groeimodel Het moge duidelijk zijn dat het ontwikkelen van een objectenbibliotheek, inclusief de nodige taxonomieën, monnikenwerk is, dat veel tijd en geld kost. Echter: zodra een bibliotheek operationeel is, kan per project veel tijd en geld worden bespaard. Ook dan zal altijd behoefte blijven bestaan tot het definiëren van nieuwe objecttypen te of het toevoegen van nieuwe eigenschappen (property sets) aan reeds bestaande object(type)definities. In die zin is een objectenbibliotheek nooit klaar. Het is daarom noodzakelijk om prioriteiten aan te geven. Er moet voorrang worden gegeven aan de object(type)definities en property sets waaraan in de bouwpraktijk op korte termijn het meest behoefte is. Voorwaarde voor een duurzaam gebruik in de sector zijn een betrouwbaar beheer en een solide beheerstructuur. Deze moeten het mogelijk maken om, gestuurd door de marktpartijen, behoeften en ervaringen te inventariseren en gericht te werken aan de permanente doorontwikkeling. 10