Artykuł jest rozwinięciem tez zaprezentowanych przez autora podczas debaty „Nowe technologie w budownictwie”, która się odbyła 1 lutego 2021 r. podczas III Forum Gospodarczego Budownictwa „Build 4 Future” organizowanego przez Międzynarodowe Targi Poznańskie.

Czy budownictwo można uznać za innowacyjne?

O tym, że budownictwo ma strategiczne znaczenie dla gospodarki, nie trzeba nikogo przekonywać. Według danych z 2017 r. wyniki tego sektora stanowiły w Unii Europejskiej ok. 9% PKB (w Polsce szacuje się je na ok. 6,5%). Pracowało w nim 18 mln osób, z czego 95% zatrudniały małe i średnie przedsiębiorstwa (MŚP). Równocześnie roczne wskaźniki produktywności tej gałęzi gospodarki są stabilne lub spadają. W ciągu ostatnich dwudziestu lat roczny wskaźnik produktywności w budownictwie w UE wzrósł zaledwie o 1%, podczas gdy w przemyśle wytwórczym blisko 100%. W Stanach Zjednoczonych wzrost ten w okresie ostatnich 50 lat, w przemyśle niezwiązanym z rolnictwem, wyniósł ponad 300%. Okres ten wybrano nieprzypadkowo. Liczono go od momentu, kiedy komputery wyszły z laboratoriów i znalazły zastosowanie w innych dziedzinach niż wojsko. 

Przyczyn niskiej wydajności procesu budowlanego upatruje się w problemach związanych z poziomem współpracy, niedostatecznym inwestowaniem w technologię oraz w badania i rozwój, a także niewłaściwym zarządzaniu informacjami. Skutkiem tego jest niekorzystna relacja jakości do wielkości zainwestowanych środków, a także wyższe ryzyko finansowe wynikające z nieprzewidzianych przekroczeń kosztów i opóźnień w zakończeniu budowy wynikających często z konieczności zmian w projekcie. Według badań amerykańskich tylko 2% inwestycji zakończono w terminie i bez przekroczenia założonych kosztów.

Budownictwo jest nadal jedną z gałęzi gospodarki o najmniejszym stopniu cyfryzacji i w zmianie tej sytuacji należy upatrywać szans na poprawę jego wydajności. Powyższa diagnoza dotyczy również Polski.

Istotny wpływ nie tylko na przyszłość budownictwa, ale także szerzej dla gospodarki, społeczeństwa i środowiska będą miały powszechnie stosowane procesy cyfrowe, automatyzacja i zatrudnianie lepiej wykwalifikowanych pracowników.

W sektorze budowlanym całej UE można zaobserwować trwającą rewolucję cyfrową polegającą na przyjęciu lub zwiększeniu wykorzystywania technologii cyfrowych lub komputerowych. Jednym z jej elementów jest wprowadzanie modelowania informacji o obiektach budowlanych (BIM) zarówno w odniesieniu do budynków, jak i obiektów infrastruktury.

Czym jest BIM?

Zgodnie z definicją Międzynarodowej Organizacji Normalizacyjnej (ISO) jest to proces lub metoda zarządzania informacjami związanymi z obiektami i projektami w celu koordynacji licznych danych wejściowych i wyjściowych przy użyciu wspólnej cyfrowej reprezentacji fizycznych i funkcjonalnych właściwości dowolnego obiektu budowlanego (zarówno kubaturowych, jak i infrastrukturalnych, w tym liniowych). Obejmuje on cały cykl życia obiektu budowlanego od planowania inwestycji przez fazy projektowania i realizacji, a także zarządzania i utrzymania aż po jego rozbiórkę. W trakcie eksploatacji zasobów budowlanych BIM wspiera również ich remonty, przebudowę czy rozbudowę. Mają one znaczący, jeśli nie największy, udział w obrotach branży budowlanej.

Pojęcie BIM ma wiele znaczeń. Znajduje to odzwierciedlenie w rozwinięciu tego skrótu. BIM oznacza równocześnie:

• Building Information Model - model informacyjny/informacji o obiekcie budowlanym,
• Building Information Modelling - modelowanie informacji o obiekcie budowlanym,
• Building Information Management - zarządzanie informacją o obiekcie budowlanym. 

We wszystkich tych definicjach kluczowe znaczenie mają informacje (dane). Powinny być jednoznaczne, aktualne, łatwe w modyfikacji, dostępne, a przy tym chronione.

Projektowanie i realizacja zgodne z metodyką BIM poziomu 2 (nad którego wdrożeniem trwają prace w Polsce) to tworzenie dwóch bliźniaczych obiektów budowlanych – realnego oraz wirtualnego cyfrowego modelu planowanej inwestycji będącego bazą danych. Model tworzony jest od fazy koncepcji, rozwijany w fazie projektowania, uaktualniany na etapie realizacji i odbiorów, aby w końcu stać się bliźniakiem gotowego już obiektu.

Często model 3D BIM jest mylnie uważany za rysunek trójwymiarowy w programie CAD. Mimo że na wizualizacji mogą wyglądać identycznie, to różnią się istotnie. Rysunek 3D CAD to zbiór punktów, linii, krzywych i płaszczyzn tworzących w przestrzeni bryły. Zwykle nie są one powiązane ze sobą funkcjonalnie. Czasem w sposób ograniczony możliwa jest automatyzacja rysowania, np. zmiana w jednej płaszczyźnie jest odwzorowana na innej, zmiana kąta pochylenia dachu skutkuje zmianą wysokości ściany. Nie ma tu innych informacji poza danymi geometrycznymi.  

W modelu BIM zastosowano podejście obiektowe. Opisywane są cechy lub właściwości obiektów.  Obiektem może być ściana i obiektem może być wyrób budowlany, jakim jest okno. Wstawienie obrazu okna na rysunku CAD 3D nie zmienia danych geometrycznych ściany. W modelu BIM wstawienie obiektu „okno” do obiektu „ściana” sprawia, że w informacji zawartej w obiekcie „ściana” odnotowany jest fakt powstania otworu na okno, a co za tym idzie zmienia się informacja o powierzchni ściany. Na tym w dużym uproszczeniu polega różnica między modelem BIM 3D a CAD 3D.

W modelu BIM oprócz danych geometrycznych zawarte są także dane parametryczne czy niegeometryczne.

Nie wszystkie dane muszą znaleźć odzwierciedlenia w elementach 3D modelu BIM (dane zewnętrzne). Informacje są wprowadzane według potrzeb i stanu zaawansowania przedsięwzięcia i modelu. Z poziomu modelu dostępna jest pełna informacja o obiekcie. Dokumentacja 2D w wersji papierowej jest generowana z modelu BIM (a nie odwrotnie). Kolejne wymiary 4D, 5D, 6D, 7D modelu BIM związane są z rodzajem zawartych w nim informacji (pozwalających odpowiednio na harmonogramowanie, kosztorysowanie, analizę wpływu na środowisko, wspomaganie zarządzania gotowym obiektem).

Dla przejrzystej i sprawnej wymiany informacji niezbędny jest system zarządzania nimi, tzw. wspólne środowisko danych (CDE – Common Data Environment). Obejmuje ono również procedury i zasady  zapewniające pracę na aktualnych wersjach modeli i plików oraz dostęp do aktualnych i wiarygodnych danych. Zapobiega także utracie danych w całym cyklu życia obiektu.

Modele w trakcie tworzenia zapisywane są w tzw. formatach natywnych plików, tj. formatach właściwych tylko dla konkretnego oprogramowania. Aby możliwa była wymiana danych zawartych w modelach, stosowane są otwarte formaty plików niepowiązane ze standardami określonych producentów. Najpowszechniejszym z nich jest format IFC – Industry Foundation Class.

W metodyce BIM niezbędne jest zastosowanie wspólnego systemu klasyfikacji budowlanej, zapewniającego jednoznaczną interpretację nazw i klas obiektów, procesów budowlanych, sprzętu itp. Ułatwia to komunikację między uczestnikami przedsięwzięcia budowlanego w zakresie uzgadniania szczegółów przyjętych rozwiązań projektowych oraz tworzenie baz danych do automatycznego szacowania kosztów w jednolitym, wspólnym formacie. Może także być wykorzystany do zbierania i analizy danych historycznych służących do oszacowania kosztów przyszłych projektów. Obecnie w Polsce brak jest systemu klasyfikacji, który byłby odpowiedni do stosowania w warunkach krajowych. Polska Klasyfikacja Obiektów Budowlanych (PKOB) czy Katalogi Nakładów Rzeczowych (KNR) nie opisują w sposób pełny działalności budowlanej. Powstały, aby służyć innym celom.

Metodyka BIM opiera się na współpracy. Powodzenie jej stosowania zależy od wymiany wysokiej jakości danych (informacji), w ściśle określony i spójny sposób, przez cały okres realizacji danego przedsięwzięcia budowlanego przez podmioty w nim uczestniczące. Ważne jest, aby osoby reprezentujące inwestora miały świadomość, że to nie projektant czy wykonawca są największymi beneficjentami metodyki BIM, lecz właśnie zamawiający, i umiały z niej korzystać. Nie bez znaczenia jest też określenie przez inwestora w sposób optymalny na początku przedsięwzięcia, jakiego zbioru informacji oczekuje na poszczególnych etapach realizacji inwestycji oraz jaki model informacyjny będzie niezbędny w czasie eksploatacji obiektu.

Niejasno określone role, obowiązki i zakres odpowiedzialności uczestników przedsięwzięcia mogą się przyczynić do powstania barier utrudniających stosowanie tej opartej na współpracy metody i mogłyby ograniczyć skalę oczekiwanych korzyści.

Jak BIM wspiera ekologię w budownictwie?

Sektor budowlany ma znaczący wpływ na środowisko. Maszyny budowlane i samochody używane przy budowie są źródłem hałasu i znacznej emisji spalin. Wytwarzanie materiałów budowlanych i ich transport mają 10% udziału w emisji dwutlenku węgla. Branża odpowiada również za największą ilość odpadów stałych.

Dzięki stosowaniu metodyki BIM można te negatywne skutki ograniczyć. Czynnikiem, który ma największy wpływ, jest czas trwania budowy. Jego skrócenie lub chociażby ukończenie budowy w terminie zmniejsza niekorzystne oddziaływanie na środowisko. Wykrywanie i eliminowanie kolizji na etapie projektu, a także bardziej precyzyjne zamawianie materiałów pozwalają na racjonalniejsze ich wykorzystanie i na ograniczenie ilości odpadów. Analiza przyjętych rozwiązań pod kątem ich montażu pozwala na ograniczenie wielkości placu budowy, optymalne wykorzystanie transportu i maszyn budowlanych.

Eksploatacja zasobów budowlanych trwa znacznie dłużej niż ich projektowanie i budowa. Stosowanie metodyki BIM ułatwia projektowanie i wznoszenie budynków energooszczędnych i niskoemisyjnych. Dokonując analizy z wykorzystaniem danych zawartych w modelu BIM, można prognozować parametry eksploatacji przed wzniesieniem budynku, uzyskać lepszą efektywność energetyczną w ciągu całego cyklu życia budynku, w zakresie całkowitego zużycia energii, emisji dwutlenku węgla, zużycia wody i produkcji odpadów.

Jak przebiega wdrażanie BIM w Polsce?

Dla podmiotów z sektora prywatnego korzyści płynące z BIM są zrozumiałe. Należą do nich lepsza koordynacja i szybsze przekazywanie dokładnych i rzetelnych informacji mających na celu usprawnienie podejmowania decyzji i poprawę jakości wyników. Jednak to państwo ma decydujący wpływ na wprowadzanie zmian i jako największy inwestor i klient branży budowlanej powinno, inwestując nasze pieniądze, dążyć do optymalnego wykorzystania środków publicznych i równocześnie wpływać i zachęcać do wprowadzania innowacji.

W Polsce wdrażanie BIM rozpoczęły oddolne inicjatywy ze strony sektora prywatnego. Powstały stowarzyszenia i fundacje. Organizowane są wydarzenia o tematyce BIM, konferencje, seminaria i warsztaty.

W lipcu 2020 r. opublikowano podręcznik „BIM Standard PL” – dotyczy on zasad przygotowania i realizacji inwestycji kubaturowych w Polsce zgodnych z normą PN-EN ISO 19650 i krajowym prawem budowlanym. Wersja dokumentu nr 2.0. Powstał on pod patronatem Polskiego Związku Pracodawców Budownictwa, Polskiego Związku Inżynierów i Techników Budownictwa oraz Stowarzyszenia Architektów Polskich przy współudziale wiodących firm wykonawczych. Podręcznik został pozytywnie zaopiniowany przez Urząd Zamówień Publicznych.

Ministerstwo Rozwoju zainicjowało projekt „Cyfryzacja procesu budowlanego w Polsce”. Jest on obecnie kontynuowany przez Ministerstwo Rozwoju, Pracy i Technologii (MRPiT). W jego ramach została opracowana i opublikowana w lipcu 2020 r. „Mapa drogowa dla wdrożenia metodyki BIM w zamówieniach publicznych”. Wytycza ona plan czynności, które mają na celu doprowadzenie do stosowania metodyki BIM w postępowaniach o udzielenie zamówień publicznych w budownictwie, odnosi się również do działań podejmowanych lub koniecznych do podjęcia w sektorze prywatnym. Obecnie w MRPiT tworzona jest grupa robocza ds. opracowywania strategii wdrożenia BIM w Polsce. Ma ona, a także powołany ewentualnie komitet sterujący, za zadanie stworzenie i zatwierdzenie mapy drogowej BIM jako projektu dokumentu rządowego. Stanowiłby on podstawę do ustalenia szczegółowej strategii BIM, a także zapoczątkowałby podjęcia prac nad założeniami do standaryzacji metodyki BIM. W ramach tego samego projektu powołano w Głównym Urzędzie Nadzoru Budowlanego Zespół ds. Cyfryzacji z udziałem PIIB, IARP, SARP pod patronatem MRPiT. Ma on za zadanie dostosowanie przepisów wykonawczych do opublikowanej na początku 2021 r. ustawy o zmianie niektórych ustaw wspierających rozwój mieszkalnictwa. Umożliwi ona, po wejściu w życie poszczególnych przepisów, dokonywanie wielu czynności w ramach procesu budowlanego, w tym złożenie wniosku o pozwolenie na budowę w formie dokumentu elektronicznego za pośrednictwem adresu elektronicznego.

Ministerstwo Infrastruktury rozpoczęło publikację wzorców i standardów BIM dotyczących dróg oraz drogowych obiektów inżynierskich. Nie są one zbiorem wymagań. Zawierają informacje i wskazówki dotyczące jednolitego podejścia do zamówień i realizacji projektów inwestycyjnych z wykorzystaniem metodyki BIM. Stawiają sobie za cel stworzenie ram dla wdrożenia najlepszych praktyk w tym zakresie.

Ministerstwo prowadzi kilka projektów pilotażowych z wykorzystaniem metodyki BIM dotyczących obiektów infrastruktury. Tempo tych działań rządowych jest stosunkowo powolne. Nie sprzyja mu fakt, że w ciągu ostatnich lat budownictwo wchodziło kolejno w zakres czterech ministerstw i podlegało odpowiednio czterem sekretarzom lub podsekretarzom stanu, z których zapewne każdy miał swój pomysł na BIM.

Obawy budzi też brak jasnego podziału kompetencji w zakresie wdrażania BIM między Ministerstwem Rozwoju, Pracy i Technologii, Ministerstwem Infrastruktury oraz Urzędem Zamówień Publicznych.

W Wielkiej Brytanii, która tak często jest przywoływana za wzorcowy przykład, przy kancelarii premiera w 2011 r. powstał zespół zadaniowy BIM Task Group, który działał do 2017 r., utrzymując ciągłość działań niezależnie od zmieniających się rządów.

Podczas podejmowanych działań związanych z wdrażaniem BIM należy pamiętać, że sektor budowlany jest w dużym stopniu rozdrobniony – ok. 95% stanowią małe i średnie przedsiębiorstwa i to one są motorem napędowym gospodarki. To właśnie one, w tym także mikroprzedsiębiorstwa prowadzone w formie jednoosobowej działalności gospodarczej, stanowią najbardziej powszechną formę zatrudnienia lub prowadzenia aktywności zawodowej członków PIIB zainteresowanych tym procesem, głównie projektantów. Istnieją poważne obawy, że zmiany wprowadzone w rezultacie wdrożenia BIM mogą nałożyć na MŚP nadmierne obciążenia, co w efekcie doprowadzi do monopolizacji rynku. Dlatego państwo powinno pamiętać o ochronie tej grupy i zapewnić jej w trakcie wdrażania BIM w Polsce miękkie lądowanie w łańcuchu dostaw, chociażby (podobnie jak w Wielkiej Brytanii) przez dofinansowanie szkoleń oraz zakup oprogramowania i sprzętu.

Tekst: mgr inż. Łukasz Gorgolewski
przewodniczący Komisji ds. BIM Krajowej Rady PIIB
rzeczoznawca budowlany 

Fot.: stock.adobe.com/Francesco Scatena