1Czym jest BIM i skąd to całe zamieszanie?
Dla człowieka, który dysponuje tylko młotkiem, każdy problem zaczyna wyglądać jak gwóźdź.
H. Maslow
Budownictwo stanowi ważną gałąź gospodarki. Dziwne może się wydawać to, że mimo ogarniającej nasze otoczenie cyfryzacji i ogólnego wzrostu produktywności w niemal wszystkich obszarach budownictwo trwa niemal na tym samym poziomie od dziesięcioleci. Sposób budowania nie zmienił się szczególnie od średniowiecza. Owszem, korzystamy z nowocześniejszych materiałów o większej wytrzymałości, możemy budować wyżej i podnosić więcej. Możemy się szybciej komunikować i transportować materiały na większe odległości. Pozwala to budować więcej i szybciej. Budynki są lepiej zabezpieczone przed działaniem żywiołów. Jednak samo budowanie polega na ręcznym wykonywaniu określonych operacji przez pracowników fizycznych. Operacje te są z reguły wykonywane przez wyspecjalizowane ekipy w określonej kolejności, w tym samym miejscu, co wymaga dobrego planowania i koordynacji. Sam proces od dziesiątek, a w zasadzie setek lat bazuje na płaskiej dokumentacji, będącej odwzorowaniem wizji projektanta, lepiej lub gorzej spełniającej oczekiwania inwestora, a w średniowieczu fundatora.
Proces inwestycyjny na początku XXI w. nadal jest trapiony przez wiele nieefektywności, skutkujących nadmiernymi kosztami oraz marnotrawstwem materiałów i energii. Mimo coraz większej digitalizacji życia codziennego proces inwestycyjny, a raczej jego uczestnicy, dzielnie opierają się cyfryzacji, która niejednokrotnie okazała się czynnikiem zwiększającym efektywność i redukującym koszty.
To, czy zmiana w procesie inwestycyjnym powinna naśladować inne branże, czy raczej być odpowiedzią na konkretne bolączki budownictwa, autorzy pozostawiają do rozstrzygnięcia czytelnikowi. Niemniej książkę o cyfryzacji w budownictwie, która może być katalizatorem postulowanej zmiany, zaczynamy od wskazania konkretnych problemów, z którymi zmaga się branża na płaszczyźnie organizacyjnej i informacyjnej.
Nie ulega wątpliwości, że wdrażanie zmian w organizacjach i procesach, które polegają głównie na ludziach, jest wyzwaniem napotykającym opór. Powinniśmy być jednak odważni w dążeniu do zmian skutkujących wznoszeniem obiektów lepszych, trwalszych, mniej oddziałujących na środowisko. Nie dla siebie, a dla naszych dzieci - one będą musiały żyć w otoczeniu, które im zostawimy.
1.1. Tradycyjny proces inwestycyjny - co nie działa?
1.1.1. Proces inwestycyjny, czyli: "Będzie pan zadowolony..."
Czym jest proces inwestycyjny? Przegląd literatury wskazuje, że nawet autorzy przedmiotu nie są w tej kwestii spójni, kiedy przedstawiają swoje definicje [92]. Z kolei różnorodność definicji umożliwia zróżnicowane interpretacje w odniesieniu do identyfikacji momentu początkowego, zakresu czynności czy jasnej definicji grupy interesariuszy[2]. Brak standardów pojęciowych stanowi wyzwanie od strony zarządczej, istotnie wpływając na efektywność procesu i jakość produktu finalnego (jakkolwiek byłby on zdefiniowany). Polska pod tym względem jest wyjątkowym przypadkiem, ponieważ brakuje silnych instytucji zawodowych związanych z zarządzaniem projektami inwestycyjnymi. Skutkuje to brakiem standardów branżowych w zakresie zarządzania projektami inwestycyjnymi, które pozwoliłyby na ujednolicenie słownika pojęć, terminów, nazewnictwa faz itp.
Jedna z dość ogólnych definicji mówi, że proces inwestycyjny to "ciąg skoordynowanych czynności o charakterze technicznym, prawnym, technologicznym, organizacyjnym, finansowym itp., prowadzących do realizacji i eksploatacji planowanej inwestycji budowlanej w określonym czasie oraz przy ograniczonych zasobach finansowych" [66]. Cechy charakterystyczne procesu inwestycyjnego to nieruchomość produktu, indywidualny charakter każdego obiektu, częsta i głęboka ingerencja w środowisko przyrodnicze, konieczność stałej współpracy głównych uczestników, długi okres przygotowania, etapowa realizacja dokumentacji projektowej, długowieczność i kapitałochłonność [66].
Dla odmiany brytyjski RIBA (Royal Institute of British Architects) ujednolicił nazewnictwo etapów życia obiektu inwestycyjnego, ustanawiając punkt odniesienia dla branży budowlanej w Wielkiej Brytanii. W warunkach polskich każdy inwestor wprowadza własne nazewnictwo i dostosowuje je do swoich potrzeb i praktyk. Sytuacja braku ogólnokrajowych standardów w omawianym zakresie generuje wiele nieefektywności, które przekładają się na dodatkowe koszty realizacji procesów inwestycyjnych. W celu umożliwienia sprawnej komunikacji w czasie realizacji projektu inwestor musi sam zaplanować jej przebieg i sposoby komunikacji. Etap przygotowania do sprawnego zarządzania procesem inwestycyjnym jest często pomijany jako zbędne obciążenie dla budżetu inwestycji - przecież i tak wszyscy wiedzą, co, jak i kiedy robić, zawsze tak robiliśmy i było dobrze. Takie założenie skutkuje dodatkowymi kosztami na usuwanie błędów wynikających z niedomówień, nieporozumień, pomyłek i zaniechań. Podejście to doskonale obrazuje wskazywaną w raportach cechę branży, czyli powolne adaptowanie zmian i małą innowacyjność, która hamuje wzrost efektywności sektora względem innych gałęzi gospodarki. Na ryc. 1 przedstawiono wyniki wieloletnich badań nad wzrostem efektywności w różnych gałęziach gospodarki USA. Wynik budownictwa jest najgorszy na tle pozostałych badanych. Jest to m.in. skutek zachowawczego podejścia branży [54].
Ryc. 1. Przyrost produktywności w budownictwie na tle gospodarki w latach 1995-2014
Źródło: [96]
Skoro wyniki budownictwa w zakresie przyrostu efektywności w długim okresie tak znacząco odbiegają od reszty gospodarki, a branża stawia opór innowacjom, to proces inwestycyjny musi być niezmiernie złożony, wielowątkowy, z licznymi wariantami i opcjami. Do pewnego stopnia tak jest, ale - parafrazując Henry'ego Forda - żadne przedsięwzięcie nie jest szczególnie trudne, jeśli podzielić je na mniejsze zadania. Na ryc. 2 pokazano opisane niżej fazy cyklu zycia obiektu, w kontekście obiegu informacji w organizacji.
Faza dostarczania inwestycji[3]
- Etap przygotowania inwestycji - składa się z analizy potrzeb i opłacalności, formułowania i rozwoju wytycznych do przeprowadzenia procesu inwestycyjnego skutkującego wprowadzeniem zmiany w otoczeniu. Zestawienia wykonywane są na wysokim poziomie ogólności, a decydenci posługują się analizami wskaźnikowymi przy podejmowaniu decyzji o prowadzeniu lub rezygnacji z zamierzenia. Na tym etapie, w przypadku decyzji o kontynuacji, prowadzone są również analizy wariantów prowadzenia inwestycji. Jednym z produktów tej fazy jest zestaw wytycznych do projektowania.
Ryc. 2. Schemat cyklu życia obiektu budowlanego
Źródło: [43]
- Etap projektowania - projektowanie jest złożonym procesem zagnieżdżonym w procesie inwestycyjnym, który zwyczajowo dzieli się na etapy wynikające z następujących po sobie opracowań, będących kolejnymi przybliżeniami opisu planowanego obiektu. Jest to faza, w której podejmowane są kluczowe decyzje dla ostatecznego wyniku procesu inwestycyjnego[4].
- Etap budowy - fizyczna realizacja budynku lub budowli na podstawie przygotowanej i zatwierdzonej wcześniej dokumentacji. Faza dostarczania inwestycji kończy się przekazaniem obiektu do użytkowania.
Faza zarządzania i eksploatacji inwestycji[5] - trwa przez kolejne dziesięciolecia, aż po rozbiórkę lub całkowitą przebudowę obiektu budowlanego. W trakcie tej fazy obiekt jest użytkowany, prowadzone są bieżące przeglądy oraz remonty i modernizacje.
Proces jest kaskadowy, co oznacza, że kolejne etapy następują po sobie. Produkty wyjściowe jednego etapu stanowią wsad do kolejnego. Proces jest także powtarzalny, znany, prowadzony przez obeznanych managerów, którzy zdobywają doświadczenie, za każdy razem przechodząc przez te same etapy. Co zatem stanowi problem? Wyzwaniem nie są etapy, ale liczba interesariuszy, ich powiązań i często sprzecznych celów. Podmioty gospodarcze różnej wielkości i specjalizacji, urzędy różnych szczebli, instytucje finansujące, organizacje społeczne wywierają lub próbują wywrzeć wpływ na przebieg procesu inwestycyjnego, co w połączeniu z nieprecyzyjnym prawem i jego interpretacjami często zamienia prowadzenie procesu inwestycyjnego w spacer po polu minowym. To dlatego inwestorzy mają tendencję do podążania utartymi ścieżkami i korzystania ze sprawdzonych wcześniej rozwiązań. Często są do tego zmuszeni regulacjami.
Zakończenie robót budowlanych i przekazanie obiektu do użytkowania kończy proces inwestycyjny, jednak z punktu widzenia cyklu życia obiektu budowlanego, obliczanego na dziesiątki lat, jest to zaledwie dynamiczny wstęp do bardziej przewidywalnego, ale i znacznie dłuższego etapu użytkowania i utrzymania. W ujęciu kosztowym, w zależności od autora, metodyki obliczeń i rodzaju obiektu, koszty procesu inwestycyjnego to zaledwie 20-40% kosztów cyklu życia obiektu [93]. Jednak decyzje podjęte w czasie procesu inwestycyjnego mają kluczowe znaczenie dla efektywności wydatkowania pozostałej części kosztów cyklu życia obiektu.
Poza kosztami finansowymi obiekty budowlane generują koszty środowiskowe i społeczne. Branża wydaje się coraz bardziej świadoma i gotowa brać pod uwagę całość oddziaływania obiektów budowlanych na otocznie, niemniej ciągle realizacja inwestycji budowlanych skutkuje budową obiektów, które nie spełniają pokładanych w nich oczekiwań, poddawanych krytyce na różnych płaszczyznach. Dotyczy to niemal wszystkich kategorii obiektów, od infrastruktury, przez budynki mieszkalne, po obiekty użyteczności publicznej.
Wydaje się, że branża w bardzo ograniczony sposób kumuluje wiedzę i doświadczenie w skali globalnej. Inwestor, który stara się uczyć na własnych błędach (lub błędach członków zespołu), próbuje ich unikać przez dodawanie odpowiednich klauzul w kolejnych umowach, co również generuje koszty obsługi prawnej. W Polsce brakuje przecież standardów umów na usługi budowlane czy projektowe, a adaptowane przez niektórych inwestorów standardy FIDIC są tak modyfikowane, że niewiele zostaje z pierwowzoru.
1.1.2. To w końcu projekt czy proces?
Jednostkowy charakter produktu realizowanego w dynamicznym otoczeniu niesie ze sobą jeszcze jedną konsekwencję na poziomie zarządzania procesem budowlanym. Jest to projektowy charakter zarządzania. Projekty to przedsięwzięcia nakierowane na wprowadzenie zmiany w otoczeniu posiadającej następujące cechy [90]:
- złożoność,
- niepowtarzalność,
- zespołowa realizacja,
- ograniczenie czasowe,
- z góry określony wynik/cel,
- realizacja przy ograniczonych zasobach (np. finansowych),
- duże grono luźno bądź wcale niepowiązanych ze sobą interesariuszy.
Jako projekt proces inwestycyjny wpisuje się w kaskadowy model zdefiniowany przez Project Management Institute (PMI), w którym kolejne fazy następują po sobie, nieco nachodząc na siebie. Model kaskadowy w przypadku projektu inwestycyjnego zakłada zupełny rozdział następujących po sobie faz. Na ryc. 3 przedstawiono model kaskadowy według PMI. Za dostarczenie produktów w ramach kolejnych etapów odpowiadają różne podmioty, co komplikuje przebieg procesu. Można przyjąć, że pierwsze trzy etapy są prowadzone przez inwestora przed formalnym ogłoszeniem zamiaru rozpoczęcia inwestycji (analiza potrzeby i opłacalności oraz wstępne założenia do projektowania) i odpowiadają wskazanej w rozdziale 1.1.1 koncepcji i rozwojowi koncepcji. W kolejnych etapach dołączają kolejni interesariusze, z których każdy realizuje własne interesy (projektowanie, konstruowanie - czyli budowę). Na koniec obiekt jest przekazywany do użytkowania i zespół projektowy rusza ku kolejnemu wyzwaniu.
Ryc. 3. Kaskadowy model projektu wg PMI
Źródło: [65]
Dodatkowo projekty inwestycyjne są kosztowne, często spektakularne i wzbudzają emocje, przez co są obarczone ryzykiem na niemal każdym etapie. Im większe oddziaływanie obiektu na otoczenie, tym większe grono interesariuszy i potrzeba zarządzenia nimi.
Projektowy charakter zarządzania długofalowymi przedsięwzięciami w rozdrobnionym otoczeniu generuje również trudność w kumulowaniu wiedzy, uczeniu się i doskonaleniu praktyk w taki sposób, aby każdy kolejny proces inwestycyjny i jego produkt był doskonalszy (jakkolwiek byśmy definiowali doskonałość). Każdy uczestnik procesu uczy się i doskonali na własną rękę. Dobór uczestników do konkretnego projektu inwestycyjnego jest często przypadkowy, a każdy łańcuch jest tak mocny, jak jego najsłabsze ogniwo.
Projektowy sposób zarządzania inwestycjami ma jeszcze jedną konsekwencję dla cyklu życia obiektu budowlanego. Po zakończeniu projektu obiekt staje się przedmiotem ciągłego procesu, obejmującego użytkowanie, utrzymanie i bieżącą konserwację. Obiekt przechodzi w ręce zupełnie innych ludzi, wyspecjalizowanych w tych właśnie czynnościach. Osoby te z biegiem czasu poznają obiekt, jego charakter, wady i muszą sobie z tym radzić. Rzadko mają szansę uczestniczyć w projektowaniu nowego obiektu oraz dzielić się wiedzą i doświadczeniem na temat konkretnych rozwiązań, ich funkcjonalności, trwałości czy niezawodności. W przypadku inwestorów budujących na własne potrzeby sytuacja jest nieco lepsza - mają bezpośredni interes w tym, aby obiekt był efektywny w całym cyklu życia. Z tym jednak również bywa różnie.
Dostępność ograniczonych zasobów możliwych do wykorzystania w czasie realizacji projektu inwestycyjnego skutkuje koniecznością monitorowania i kontroli kosztów realizacji już na etapie projektowania. Niedoszacowanie budżetu lub specyfikacja zbyt kosztownych rozwiązań może się skończyć problemami na etapie przetargu na roboty budowlane, budowy lub wręcz przerwaniem realizacji. Jak istotne jest to zagadnienie, obrazuje ryc. 4.
Ryc. 4. Potencjał redukcji kosztów i kosztów zmian w czasie
Źródło: [27]
Malejąca krzywa potencjału redukcji kosztów wskazuje na spadającą możliwość redukcji kosztów realizowanego obiektu w miarę upływu czasu, kiedy to jego definicja jest coraz bardziej dokładna. Rosnące krzywe kosztu zmiany i oporu przed zmianą wskazują, że wraz ze zwiększającym się zaangażowaniem w projekt inwestycyjny wzrasta opór przed zmianą i cena jej wprowadzenia. Nawet w przypadku zmiany mającej obniżyć koszty realizacji, mającej sprawić, że koszt wniesienia obiektu zmieści się w zaplanowanym budżecie. Wskazuje to na wielką wagę pierwszych etapów projektu inwestycyjnego, kiedy to można wprowadzić dowolną zmianę relatywnie niskim kosztem. Inwestorzy często zapominają o kontroli budżetu na tym etapie i są zaskakiwani przez oferty wykonawców. Szukanie oszczędności tuż przed rozpoczęciem budowy nie dość, że jest bardzo ograniczone, skutkuje z reguły znaczącym obniżeniem standardu obiektu, negatywnie wpływając na jego użytkowanie. Wpływ decyzji podejmowanych na etapie projektowania na cenę realizacji jest jednym z najistotniejszych zagadnień z punktu widzenia sukcesu projektu.
1.1.3. Co nie działa?
Przekładając powyższe na projekty inwestycyjne, model kaskadowy zakłada zupełny rozdział następujących po sobie faz: analizy (planowania), projektowania, budowy, testów (odbiorów) i przekazania. W efekcie tradycyjne budownictwo boryka się m.in. z:
- problemem niskiej jakości - kiedy projekt jest już realizowany, a błędy projektowe i wykonawcze rozwiązywane są w na etapie inspekcji i odbiorów, koszt drastycznych zmian jest ogromny; w rezultacie często tworzy się rozwiązania substandardowe, żeby ratować budżet;
- brakiem możliwości prostego powrotu do poprzedniej fazy - jeżeli wstępne wymagania klienta okażą się w jakiś sposób wadliwe lub zmienią się w trakcie realizacji jednej z faz projektu, zespół musi praktycznie od nowa rozpocząć pracę nad daną częścią dokumentacji;
- brakiem kontroli zaawansowania prac i harmonogramu - ponieważ ostateczna dokumentacja do wydania tworzona jest dopiero pod koniec projektu, nigdy tak na prawdę nie wiadomo, ile roboczogodzin zajmie jej ukończenie; wydawać by się mogło, że ostatnie 20% projektu, wraz z kolejnymi poprawkami i uwagami klienta, składem, wydaniem, rozciąga się na 50-80% czasu trwania projektu;
- brakiem możliwości modyfikacji zgodnie z oczekiwaniami klienta - model kaskadowy zakłada testowanie i prezentację dopiero pod koniec procesu projektowego; zmiany wprowadzane w trakcie generują utratę kontroli nad harmonogramem, a co za tym idzie budżetem projektu.
Manager zarządzający projektem - szczególnie na etapie tworzenia tradycyjnie wykonywanej dokumentacji - ma więc niewielką kontrolę nad jego realizacją w terminie i zgodnie z wymaganiami klienta. Oczywiście wyjątek stanowią projekty typowe, gdzie doświadczenie projektantów oraz wiedza na temat wymagań klienta i warunków lokalnych jest pełna.
Czy osoby biorące udział w procesie inwestycyjnym są niekompetentne i nie radzą sobie z wyzwaniami? Czy zamawiający, inwestorzy nie potrafią zdefiniować potrzeb w sposób zrozumiały dla projektanta? Może projektanci nie mają odpowiedniej wyobraźni i umiejętności, żeby wytyczne inwestora opisać w dokumentacji? A może wykonawcy stosują tańsze zamienniki, obniżające standard i trwałość budynków, jednocześnie zwiększające ich energochłonność? Istnieje również możliwość, że użytkownicy mają zbyt duże oczekiwania i nie potrafią docenić tego, co otrzymali. Co gorsza, nie za dobrze potrafią się tym dobrem posługiwać i serwisować, co prowadzi do nadmiernego i przyspieszonego zużycia... Takich stereotypowych stwierdzeń można przytoczyć jeszcze wiele. Nie ulega jednak kwestii, że branża zmaga się z wieloma wyzwaniami. Z badań wynika, że jednym z częściej wymienianych, kluczowych czynników sukcesu, barierą i zarazem obszarem do poprawy w realizacji projektów inwestycyjnych jest komunikacja [55], [57]. Jak to możliwe, że w XXI w. branża operująca według znanego od setek, jeśli nie tysięcy lat schematu pomysł-projekt-realizacja-użytkowanie, mimo dostępności niewiarygodnie efektywnych środków transmisji informacji, jakakolwiek by ona była, wciąż wskazuje na komunikację jako jedną z głównych barier efektywnego procesu inwestycyjnego? Dwie zasadnicze przyczyny to:
- rozdrobnienie rynku i brak standardów wymiany informacji, które usprawniałyby komunikację - powoduje to, że w większości przypadków trzeba się dostosowywać do najwolniej biegnącego; jeśli najwolniej biegnącym jest uczestnik procesu, którego nie da się wyeliminować (np. konserwatywny inwestor niewidzący potrzeby zmiany lub urząd, który nie ma możliwości zaadaptowania nowych technologii wymiany informacji), to proces już u zarania nie będzie efektywny;
- nieostra lub nieprecyzyjna definicja oczekiwań - inwestorzy rozumiani jako instytucje reprezentowani są przez osoby o różnych kwalifikacjach i doświadczeniu w prowadzeniu inwestycji budowlanych, co ma szczególne znaczenie dla inwestorów, którzy nie są wyspecjalizowani w jednym rodzaju obiektów, nie kumulują wiedzy i nie wykorzystują jej w kolejnym procesie; w przypadku inwestorów niewyspecjalizowanych lub stawiających pierwsze kroki definicja oczekiwań może być nieostra, nieprecyzyjna lub po prostu nierealna, a niespójne wytyczne będą podstawą wykonania projektu; należy pamiętać, że projektowanie odbywa się metodą kolejnych przybliżeń i następne etapy podlegają akceptacji inwestora, natomiast inwestor niekompetentny lub niedoświadczony nie będzie w stanie zidentyfikować błędów lub rozbieżności od swoich oczekiwań; bywa, że komitet sterujący projektem inwestycyjnym składa się z osób nierozumiejących dokumentacji technicznej, logiki procesu i wagi kolejnych kroków.
Komunikacja to przekazanie pewnej informacji w sposób zapewniający jednakowe jej zrozumienie przez nadawcę i odbiorcę. Niesprawna komunikacja powoduje różne interpretacje, a w konsekwencji rozbieżność między oczekiwaniami stron a podejmowanymi działaniami. Taka sytuacja negatywnie wpływa na produkt procesu inwestycyjnego ze względu na jego jednostkowy charakter. Każdorazowa realizacja obiektu budowlanego jest budowaniem gotowego produktu. Brak możliwości przetestowania prototypu, następnie jego zoptymalizowania, jak to ma miejsce w przemyśle wielkoseryjnym, ma wiele konsekwencji. W przypadku projektowania samochodu zespół projektowy często dopasowuje masowo produkowane podzespoły do potrzeb danego modelu, który będzie produkowany w tysiącach egzemplarzy. W budownictwie sytuacja jest odwrotna. Jednostkowy obiekt budowlany składa się z tysięcy elementów, podzespołów i urządzeń, które projektant stara się dobrać w sposób optymalny, spełniający wymogi inwestora, zapewniający komfort i bezpieczeństwo użytkownikom. Koszt realizacji tej kompozycji musi ponadto spełniać założenia budżetowe inwestora. Dodatkowo należy pamiętać, że projektowanie jest sportem zespołowym. Liczba osób i organizacji zaangażowanych w sporządzanie dokumentacji (branżyści, konsultanci itp.) rośnie wraz ze stopniem komplikacji realizowanego obiektu. Skomunikowanie wszystkich uczestników przedsięwzięcia wydaje się zatem kluczowe.
1.1.4. Sukces projektu czy zbieg okoliczności?
Projektowe zarządzanie realizacją, ciągły proces utrzymania obiektu, różne grupy interesariuszy na odmiennych etapach cyklu życia obiektu budowlanego, rozbieżne interesy zaangażowanych osób i firm oraz wiele innych czynników wpływają na obiekt budowlany w jego cyklu życia. Za organizację procesu inwestycyjnego i wynik odpowiedzialny jest inwestor - od jego kompetencji i woli zależy ostateczny produkt. Głównie inwestor wpływa na przebieg procesu inwestycyjnego oraz to, jak obiekt spisuje się w okresie użytkowania. Nie da się ukryć, że inwestorzy w zależności od charakteru (publiczny/prywatny) czy modelu biznesowego (budowa i użytkowanie/budowa na sprzedaż) mają różne systemy wartości, które wpływają na decyzje podejmowane w trakcie realizacji procesu inwestycyjnego. Decyzje te rzutują z reguły na cały cykl życia obiektu budowlanego. Liczba wariantów inwestorów jest dość duża, niemniej postawy prezentowane przez podmioty występujące w tej roli i ich przedstawicieli wskazują na prymat bieżącej oszczędności nad długoterminową, choćby ta druga była znacznie większa. Często wynika to z ograniczonego budżetu przeznaczonego na realizację i osobnego budżetu w okresie utrzymania. Nie sprzyja to analizie obiektu w jego cyklu życia, co skutkuje budową obiektów, które wymagają nadmiernych nakładów w okresie użytkowania. Dotyczy to zarówno konserwacji, jak i zużycia energii. W obecnych czasach na rynku nieruchomości komercyjnych niektórzy inwestorzy uznają implementację rozwiązań umożliwiających redukcję oddziaływania obiektu na otoczenie za sposób na zdobycie przewagi konkurencyjnej. Trudno jednak ocenić, na ile to reklama, a na ile faktyczna troska o środowisko. Jest to tylko jeden z aspektów, przez pryzmat których można oceniać postawy inwestorów. Mają one odzwierciedlenie w wytycznych do projektowania, czyli na początku komunikacji na linii inwestor-projektant.
Wytyczne do projektowania, program funkcjonalno-użytkowy, Project Brief - to terminy określające materiał będący zestawem danych wyjściowych przekazywanych przez inwestora projektantowi. Jest to ogólny opis planowanego obiektu, zakładanych parametrów, wyobrażeń, celów i oczekiwań przedstawiony w mniej lub bardziej techniczny sposób. Rolą projektanta jest opracowanie na tej podstawie dokumentacji technicznej spełniającej wiele wymagań. Poza oczywistymi wymaganiami inwestora przedstawionymi w wytycznych konieczne jest, aby obiekt był bezpieczny dla użytkowników i otoczenia, spełniał warunki planistyczne, dało się go zbudować w danym otoczeniu w założonym przez inwestora budżecie i czasie. Im lepiej opracowane i jaśniejsze wytyczne, tym większe prawdopodobieństwo, że projektant je dobrze zinterpretuje. Praktyka pokazuje jednak, że nie jest to regułą. Z różnych względów na kolejnych etapach procesu inwestycyjnego w dokumentacji projektowej wprowadzane są zmiany. O relacji między możliwością i kosztem wprowadzenia zmiany w trakcie procesu inwestycyjnego wspomniano wyżej (patrz ryc. 3). Po rozpoczęciu budowy koszty zmian dynamicznie rosną. Idealnie byłoby zatem, aby wszystkie ewentualności zostały przewidziane przed rozpoczęciem robót. Czy jest możliwe, aby wykonawca robót już od przetargu operował jedną, poprawną, skoordynowaną, spełniającą oczekiwania inwestora i innych interesariuszy wersją dokumentacji projektowej?
Wskaźniki sukcesu projektu wynikają z jego definicji i są to: koszt, termin realizacji i jakość, rozumiana czasem jako zakres. Wskaźniki te są współzależne, zmiana jednego wpływa na pozostałe dwa. Obrazuje to trójkąt zarządzania projektami przedstawiony na ryc. 5. Struktura trójkąta opiera się na komponencie informacji, który może być rozumiany jako dokumentacja projektowa, ale także wszelka inna informacja na temat planowanego i realizowanego obiektu budowlanego (model informacyjny inwestycji). Metody wytwarzania, wymiany, agregacji oraz przetwarzania informacji mają więc zasadniczy wpływ na wszystkie wskaźniki sukcesu realizowanego projektu.
Ryc. 5. Trójkąt zarządzania projektami
Źródło: Opracowanie własne.
Każdy uczestnik rynku może wymienić wiele problemów znanych z doświadczenia, badań lub anegdot wynikających z braku odpowiedniej informacji w określonym czasie. Brak ten jest skutkiem wadliwej komunikacji w trakcie procesu inwestycyjnego. Generuje to konflikty, koszty, opóźnienia i mnóstwo innych nieefektywności procesu inwestycyjnego, co tak bardzo wpływa na otoczenie człowieka. Czy jesteśmy zatem w stanie zarządzić informacją, jej generowaniem, przechowywaniem i dystrybucją w sposób, który usprawni proces inwestycyjny?
1.2. Zarządzanie informacją
1.2.1. Społeczeństwo informacyjne
Twierdzenie, że żyjemy w erze informacji lub że jesteśmy członkami społeczeństwa informacyjnego, jest truizmem. Nie da się jednak zaprzeczyć, że informacja (rozumiana jako zbiór uporządkowanych, dokładnych i odpowiednich dla danego kontekstu danych) stała się niezbędnym czynnikiem funkcjonowania rozwiniętego społeczeństwa. Zwyczajowo przyjmuje się, że stan ten jest wynikiem rozwoju cywilizacji oraz kolejnych innowacji, które drastycznie zmieniały sposób zapisu i udostępniania informacji.
Między 70 a 30 tys. lat temu rozpoczęła się rewolucja kognitywna, która ok. 20 tys. lat temu wykształciła mózg ludzki w obecnej formie. Jego bodaj największym wynalazkiem był język, umożliwiający propagację abstrakcyjnych konceptów, takich jak państwo, religia, prawo, które stworzyły podwaliny dużych społeczności. Zamiast fizycznego kontaktu koniecznego dla podtrzymywania więzi społecznych człowiek mógł identyfikować się, utożsamiać i współpracować z grupą przez wspólny system wartości, religię czy przynależność w ramach arbitralnie wytyczonego terytorium. W tym kontekście można zauważyć, że rozwój cywilizacji jest nierozerwalnie związany z coraz bardziej doskonałymi narzędziami i metodami komunikacji. Od pierwszych znaków rzeźbionych na fragmentach kości 30 tys. lat temu, przez sumeryjskie pismo sprzed 3,5 tys. lat, prasę drukarską, aż po internet - nasza cywilizacja dąży do coraz prostszej, szybszej i bezstratnej wymiany informacji.
Rozwój teorii informacyjnych doprowadził do wielu odważnych tez definiujących życie jako nic innego jak system przetwarzania informacji w postaci chemicznych i fizycznych procesów. Naszym celem nie jest jednak analiza natury i wpływu informacji na cywilizację, lecz jedynie podkreślenie jej znaczenia w organizacji i właściwym zarządzaniu organizacjami i procesami, w szczególności w sektorze budowlanym.
1.2.2. Informacja a technologia
Zanim skupimy się na procesach zarządczych, warto zastanowić się, czym właściwie jest informacja i jaki jest jej związek z technologią informacyjną, która leży u podstaw rozwoju metodyki BIM. W połowie XX w. pod wpływem rozwoju teorii informacji i związanych z nią metod komunikacji, jak np. telefonia, termin "informacja" został powiązany z wieloma odkryciami w takich dziedzinach jak kryptografia, matematyka, logika, elektryka, termodynamika. Zazwyczaj mają one jednak niewiele wspólnego z potocznym jej rozumieniem. Na potrzeby tej książki informację będziemy zatem rozumieć jako zbiór materialnych i niematerialnych form komunikacji, tj. obrazów i dźwięków, gestów, słów, tekstów, przekazywanych za pomocą naszych ciał, dokumentów elektronicznych, papierowych i innych oraz tego wszystkiego, co za ich sprawą pojmujemy. Inaczej mówiąc, informacja to odpowiednie dane, które, uporządkowane i dostarczone na czas, pozwalają na zwiększenie zrozumienia i zmniejszenie niepewności. Wydaje się, że taka definicja jest kluczowa dla funkcjonowania jednostek, przedsiębiorstw oraz całej gospodarki.
Informacja pozwala na podejmowanie właściwych decyzji. Jej wartość można ocenić po korzyściach, jakie niesie ona w procesie zarządzania i rozwoju danej organizacji. Można to ocenić, zestawiając koszt pozyskania informacji z korzyścią, jaka została wygenerowana za jej sprawą. Informacja, aby spełniała cel, musi mieć kilka podstawowych cech.
- Dostępność - informacje raz pozyskane powinny być dostępne i łatwe w wyszukiwaniu i ewentualnej modyfikacji dla wszystkich upoważnionych do tego osób. Znalezienie adresu mailowego do producenta uszkodzonej centrali wentylacyjnej w opasłym tomie dokumentacji papierowej jest trudne. Wyszukanie tego samego adresu w cyfrowym pliku tekstowym jest znacznie łatwiejsze.
- Szczegółowość - uzyskanie 100% dokładności i szczegółowości dla wszystkich informacji zawartych w bazie danych jest trudne i w większości przypadków zupełnie nieopłacalne w krótkim okresie. Dokładność powinna być więc odpowiednio dostosowana do celu, jakiemu informacja ma służyć. W kontekście metodyki BIM doskonałym przykładem jest dokładność odwzorowania geometrii parametrycznych komponentów modelu (patrz rozdział 5.8). Na etapie koncepcji słup konstrukcyjny jest zbudowany z pojedynczego prostopadłościanu. Na etapie projektu budowlanego tworzone są warstwy definiujące strukturę słupa. Na etapie projektu wykonawczego można dodać elementy uzupełniające, takie jak wkładki stalowe. Ważne, żeby dokładność informacji była możliwie najniższa, przy jednoczesnym spełnieniu potrzeb.
- Wiarygodność - nawet jeśli informacja jest dokładna, istotne jest to, czy możemy na niej polegać. Opierając strategiczne decyzje na dostępnej informacji, ufamy, że osoba, która ją dostarczyła, wykonała rzetelnie swoją pracę oraz sprawdziła źródło danych. W kontekście metodyki BIM ważna jest więc odpowiedzialność za wprowadzane dane oraz ich kontrola na każdym etapie tworzenia modelu informacyjnego.
- Kompletność - analizując informację, musimy mieć pewność, że żaden element bazy danych nie został pominięty. Doskonałym przykładem jest wykonywanie kosztorysu, gdzie nawet najdokładniej tworzone zestawienie nie może zostać prawidłowo wycenione w przypadku braku ważnego na dany moment elementu lub zadania.
- Lapidarność - informacja powinna być przedstawiona w zwięzłej, czytelnej i zrozumiałej dla decydenta formie, dlatego tak istotna jest standaryzacja budowania bazy danych oraz wprowadzanych do niej informacji. Dobrym przykładem może być stosowanie wykresów zamiast skomplikowanych tabel czy aksonometrii zamiast zestawów płaskich rysunków.
- Aktualność - informacja musi być aktualna i zostać dostarczona w odpowiednim czasie. Nawet najbardziej precyzyjne zestawienie materiałów stanie się zbędne po złożeniu zamówienia u dostawcy. Dobrze zdefiniowany proces budowlany powinien więc definiować nie tylko zakres i szczegółowość informacji, lecz także to, kiedy mają zostać dostarczone do zamawiającego.
- Bezpieczeństwo - każdego dnia przetwarzamy niezliczoną ilość informacji, przeglądając je i wysyłając. Jednak szczególnie w sektorze budowlanym bardzo istotne jest odpowiednie zabezpieczenie kluczowych informacji z punktu widzenia zamawiającego. Zależeć mogą od tego komfort i bezpieczeństwo przyszłych użytkowników, lecz także bezpieczeństwo przechowywanych na naszych komputerach dokumentów kupionych za setki tysięcy złotych. Istotne jest więc, żeby archiwa były chronione zarówno przed celowym, jak i przypadkowym szkodliwym działaniem.
Jednym z czynników, które wpłynęły na wzrost znaczenia informacji w kształtowaniu społeczeństwa, stała się postępująca specjalizacja poszczególnych jego członków oraz konieczność koordynacji skomplikowanych działań, nieosiągalnych dla pierwotnych społeczności zbieraczy i łowców. Można powiedzieć, że realizacja coraz bardziej skomplikowanych zamierzeń zwiększa grono zaangażowanych osób i podmiotów. Budowa szałasu wymaga zdecydowanie mniej interakcji niż budowa katedry. Niezbędna jest właściwa koordynacja i pogodzenie często sprzecznych ze sobą partykularnych interesów poszczególnych członków grupy realizującej dany "projekt". W praktyce właściwe agregowanie i przekazywanie informacji staje się kluczowe, a narzędzia związane z tym procesem - coraz bardziej zaawansowane. Zamiast dwóch, trzech rodzajów mediów, jak w czasach starożytnych (mowa, obraz, symbol), obecnie mamy do czynienia z zalewem danych w rozmaitych formatach, dostępnych z różnych źródeł. Książki, czasopisma, podcasty, filmy, rysunki, modele 3D, dostarczane w setkach ogólnie uznanych i stosowanych formatów analogowych i cyfrowych, "pomagają" budować drapacze chmur, realizować programy międzynarodowych organizacji, dostarczać internet do najdalszych zakątków Ziemi. Wszystko to odbywa się oczywiście za sprawą, ale także w wyniku rozwoju technologii informacyjnych.
Jak już wspomniano, technologia w najszerszym rozumieniu tego słowa od tysięcy lat wspomagała człowieka w agregacji, przetwarzaniu i dystrybucji informacji między poszczególnymi członkami społeczności. W ostatnich dziesięcioleciach zwiększająca się dostępność zaawansowanych platform IT (media społecznościowe, sklepy internetowe, bankowość elektroniczna) oraz sprzętu (komputery personalne, smartfony) spowodowała, że granica między światem realnym a wirtualnym uległa zatarciu. Dostęp do informacji coraz bardziej zależy więc od wykorzystywanych systemów informatycznych oraz sprawności, z jaką się nimi posługujemy. Zarządzanie informacją, a co za tym idzie organizacją, jest coraz ściślej powiązane z narzędziami cyfrowymi.
1.2.3. Digitalizacja a efektywność w branży budowlanej
Wszystkie sektory gospodarki i aspekty codziennego życia w krajach rozwiniętych podlegają sukcesywnej digitalizacji [74]. Jej poziom, co pokazują badania statystyczne, znacząco wpływa na efektywność danej gałęzi. Należy zauważyć, że starania podmiotów rynkowych, ukierunkowane na adaptację do ciągle zmieniających się warunków, prowadzą do coraz większych różnic między podmiotami skutecznie implementującymi nowe technologie, metody i narzędzia oraz "całą resztą".
Digitalizacja to zmiana sposobu prowadzenia działalności czy procesu w organizacji na taki, który opiera się na cyfrowym obiegu informacji. W przypadku sektora budowlanego jednym z problemów jest niewłaściwy przepływ informacji, oparty na papierowej dokumentacji. W dominującym na rynku modelu prowadzenia inwestycji krytyczne informacje są częstokroć tracone z powodu niewłaściwego sposobu ich tworzenia lub archiwizacji. Problem ten widać już na etapie planowania inwestycji. Brak aktualnych informacji na temat terenu oraz jego bezpośredniego otoczenia może znacząco wpłynąć na koszty realizacji. Na przykład mapy do celów projektowych, na podstawie których realizowane są projekty budowlane, zawierają wiele błędów i nieścisłości - szczególnie w zakresie infrastruktury podziemnej. Z reguły skutkuje to wysokimi i nieprzewidzianymi kosztami dla inwestora, które przyjmują postać wniosków o dodatkowe wynagrodzenie i wydłużenie harmonogramu.
Na etapie projektowym tradycyjny model zakłada, że każdy z interesariuszy pracuje na podstawie płaskich rysunków i ewentualnie wizualizacji. Interpretacja tych danych wymaga specjalistycznej wiedzy, pełnego zaangażowania i wiele czasu. Jak wspomniano, metody tworzenia dokumentacji nie różnią się znacząco od stosowanych kilkadziesiąt czy nawet kilkaset lat temu. Najczęściej wykorzystywane programy do kreślenia, typu CAD, zastępują jedynie deskę kreślarską [11]. Wizualizacja idei przy pomocy abstrakcyjnych linii, znaków, nawet uzupełnionych o opisy, rodzi konieczność interpretacji po stronie odbiorców. Ponieważ oprogramowanie komputerowe bardzo nieefektywnie weryfikuje tego typu informacje, sprawdzanie dokumentacji tradycyjnej odbywa się przez kontrolę manualną i jest narażone na błędy. Często nawet specjaliści tej samej branży porozumiewają się, używając nieaktualnych lub nieprecyzyjnych rysunków. Prowadzi to do błędów oraz nieścisłości projektowych, których konsekwencje wpływają na etap realizacji.
Nawet jeśli projekt wykonawczy jest doskonale skoordynowany, informacje w nim zawarte mogą nie być wystarczające do realizacji robót budowlanych. Na etapie przekazania dokumentacji na plac budowy duża część wiedzy pozostaje w głowach zaangażowanych projektantów. Realizacja jest więc narażona na długotrwały proces odzyskiwania informacji w procesie nadzorów autorskich, zapytań o informację (tzw. RFI, Request for Information) czy wprowadzania zmian (tzw. VO, CO, Variation Order, Change Order). Stanowi to jedną z podstawowych przyczyn utraty kontroli nad kosztami i harmonogramem inwestycji [56], [96].
Osobnym problemem jest sposób komunikacji między specjalistami zaangażowanymi w proces na etapie realizacji. Koordynacja płaskiej dokumentacji stanowi wyzwanie również dla robotników, inżynierów, dostawców oraz managerów na placu budowy. Utrata informacji następuje w trakcie wymiany nieprecyzyjnych rysunków, nieodpowiednio zaadresowanych wiadomości e-mail, błędnej interpretacji spowodowanej brakiem jasności co do intencji autora. Największą utratą informacji cechuje się jednak etap przekazywania obiektu do użytkowania operatorowi, który nie był zaangażowany w realizację inwestycji. Zarządzanie oraz eksploatacja obiektów budowlanych stanowią największy koszt w cyklu inwestycyjnym. Tymczasem znakomita większość procesów związanych z eksploatacją nieruchomości jest oparta na wiedzy specjalistów budowanej na podstawie długotrwałej analizy szczątkowej i często nieaktualnej dokumentacji oraz faktycznej pracy w obiekcie [1]. Wielokrotnie powtarzane badania branży nieruchomościowej pokazują znaczące braki w interoperacyjności. Raporty sporządzane na rynku amerykańskim wskazują, że m.in. optymalizacja procesów zarządczych, integracja lub redukcja zbędnych systemów IT, skrócenie szkoleń pracowników oraz ograniczenie czasu niezbędnego do analizy i przetworzenia dokumentacji mogłyby oszczędzić nawet 9,13 mld dolarów rocznie (w samych Stanach Zjednoczonych) na kosztach ponoszonych przez zarządców oraz operatorów nieruchomości [29]. Większość problemów, z jakimi mierzą się operatorzy, można opanować przez odpowiednią integrację bazy danych wygenerowanej z odpowiednio opracowanych modeli informacyjnych [79].
Powyższy stan rzeczy łączy się bezpośrednio z oporem przed wykorzystaniem nowoczesnych technologii oraz metod zarządzania, które sprawdzają się w innych gałęziach gospodarki, jak np. przemysł wytwórczy, gdzie wykorzystanie narzędzi cyfrowego modelowania oraz metod ukierunkowanych na ustawiczne zwiększanie efektywności sprawdza się od dziesięcioleci [33], [78], [97]. Należy więc zadać sobie pytanie, jak sektor budowlany radzi sobie z wszechogarniającą cyfryzacją oraz postępującymi przemianami społeczeństwa informacyjnego?
Większość branż wdraża narzędzia cyfrowe o ponad 25% rzadziej niż najbardziej rozwinięte firmy technologiczne [52]. Jednak to sektor budowlany należy do najbardziej zapóźnionych. Tylko nieliczni gracze opierają swoje strategie rozwojowe na nieustannej poprawie efektywności z wykorzystaniem technologii. Największe firmy projektowe oraz wykonawcze przez wykorzystanie nowoczesnych metod i narzędzi zarządzania procesem inwestycyjnym są w stanie realizować najbardziej dochodowe kontrakty [96]. Tymczasem mniejsze firmy, o niskim poziomie innowacyjności, zostają skazane na niskomarżowe zlecenia oraz walkę z nieustannie redukowanym czasem na realizację inwestycji.
Liderzy w zakresie digitalizacji w każdej z branż kierują się zasadami ciągłego eksperymentowania, błyskawicznej ewaluacji metod i narzędzi oraz elastycznego zarządzania procesami. Granice cyfryzacji wyznaczone są przede wszystkim przez potencjał ludzki, tj. to, co dany zespół potrafi stworzyć nowego, wykorzystując dane narzędzia, podczas gdy konkurencja stara się opanować działanie tych narzędzi. Paradoksalnie, szeroka dostępność do informacji z zakresu możliwości i sposobu korzystania z platform cyfrowych nie przekłada się bezpośrednio na dojrzałość firm w tym zakresie. Olbrzymi zalew informacji powoduje dezorientację oraz trudność w wyznaczeniu spójnej strategii cyfryzacji dla firmy czy danego działu.
Cyfryzacja odbywa się więc nierównomiernie, a użytkownicy o zaawansowanych możliwościach w zakresie wykorzystania narzędzi cyfrowych są zdecydowanie bardziej konkurencyjni. Pozostali mają trudności w dostosowaniu się do dynamicznie zmieniających się warunków rynkowych. Pracownicy najbardziej zdigitalizowanych firm w różnych gałęziach przemysłu mogą liczyć na dużo wyższy wzrost płac niż konkurencja w branżach i przedsiębiorstwach bazujących na tradycyjnym modelu biznesowym [52], [96].
Różnica między zdigitalizowaną czołówką a konkurencją nie leży więc jedynie w możliwości posiadania narzędzi, lecz w umiejętności wykorzystania ich możliwości w ramach konkretnych okoliczności. Jest to szczególnie istotne dla metodyki BIM, gdzie niedrogie lub darmowe oprogramowanie, sprawnie użytkowane, pozwala na uzyskanie znacznych korzyści. Jednocześnie inwestycja nawet w najdroższe platformy niekoniecznie przyniesie zwrot z inwestycji.
Sektor budowlany podlega podobnym procesom jak cały rynek. Największe firmy projektowe oraz wykonawcze stawiają na wykorzystanie nowoczesnych metod i narzędzi zarządzania procesem inwestycyjnym. Średnie i małe przedsiębiorstwa, które polegają na stałych źródłach dochodu, wynikających z braku dojrzałości i niskiej efektywności branży, mają być może ostatnią szansę na zmianę sposobu prowadzenia biznesu, pozyskiwania nowych klientów oraz podwyższenie poziomu efektywności. Dotyczy to również właścicieli i zarządców nieruchomości, którzy coraz częściej inwestują w skomplikowane systemy IT do zarządzania rozległymi portfolio środków trwałych. Tutaj również gromadzenie, archiwizacja i przetwarzanie informacji o obiektach budowlanych odgrywają kluczową rolę w budowaniu przewagi konkurencyjnej. Rewolucja ta wpływa bezpośrednio na wymagania stawiane przed firmami i pracownikami działów IT. Każda firma, która chce utrzymać konkurencyjność swoich usług, musi inwestować w rozwiązania i technologie informacyjne oraz ludzi, którzy rozwiązania te będą umieli wykorzystać. Wymaga to inwestycji w infrastrukturę, ale przede wszystkim w ludzi. Analizy najwłaściwszych narzędzi, definicja procesów, a wreszcie inwestycje w sprzęt oraz szkolenia są kluczowe w procesie implementacji możliwości ery informacyjnej.
1.3. Czym jest BIM i jak to się zaczęło?
Odpowiedzią na wyzwania cyfryzacji w sektorze budowlanym ma być metodyka BIM. Szum medialny wokół niej jest zauważalny w Polsce od kilku lat. Powstać więc może wrażenie, że jest to zjawisko nowe, a jego znaczenie dla sektora musi zostać zweryfikowane, zanim "poważne" instytucje zajmą się jego wdrażaniem. Tymczasem idea cyfrowych modeli informacyjnych obiektów budowlanych sięga połowy lat 60. XX w. i od tamtego czasu jest systematycznie rozwijana. Zanim więc zastanowimy się, jak BIM może pomóc w codziennej pracy sektora, warto przypomnieć historię i kolejne etapy rozwoju metodyki. Może to się przełożyć na głębsze zrozumienie samej idei, jak i możliwości oraz wyzwań, które opisano w dalszej części publikacji.
1.3.1. Rewolucja informacyjna
Metodyka BIM jest nierozerwalnie związana z rewolucją informacyjną postępującą od połowy XX w. Jej dynamiczny rozwój w ostatnich dwóch dekadach jest efektem bardzo długiej historii rozwoju narzędzi komputerowej obróbki danych - zarówno niegeometrycznych, jak i tych związanych ze wspomaganiem procesu tworzenia modeli geometrycznych. Poniższy rys historyczny ma na celu przybliżenie samej metodyki oraz nakreślenie kontekstu czytelnikowi, który styka się z nią po raz pierwszy. Z drugiej strony ma stanowić dowód, że idea BIM nie jest jedynie nową modą. BIM jest wynikiem zmiany paradygmatu w podejściu do projektowania i zarządzania procesem inwestycyjnym, którego podwaliny położono dekady temu. Ponieważ książka dotyczy zarządzania procesem, skupiono się jedynie na tych zagadnieniach, które stanowiły podłoże dla wykształcenia metodyki BIM w obecnej postaci. Ogólny rozwój narzędzi projektowania wspomaganego komputerowo (Computer Aided Design, CAD) został omówiony jedynie ogólnie. Rozwój oprogramowania do modelowania trójwymiarowego łączy się też bezpośrednio z tworzeniem nowych narzędzi (hardware) do manipulacji danymi w środowisku wirtualnym (np. mysz komputerowa). Ponieważ jednak historia rozwoju tych narzędzi nie stanowi przedmiotu naszego zainteresowania, zostanie pominięta.
Wraz z powstaniem pierwszych narzędzi informatycznych architekci, matematycy oraz specjaliści z zakresu nauk informatycznych dostrzegli możliwość zwiększenia efektywności projektowania i zarządzania inwestycjami budowlanymi przez tworzenie i korzystanie ze spójnej bazy danych. Niedoskonałości tradycyjnego procesu projektowego oraz potencjalne metody ich rozwiązania zostały opisane już w połowie lat 60. XX w. Jednakże z uwagi na niesprzyjające czynniki techniczne i społeczne metodyka zaczęła być uznawana przez szerokie grono interesariuszy procesu inwestycyjnego dopiero w ostatnich latach. Do niedawna czynnikami ograniczającymi implementację wdrożenia bazodanowego podejścia były m.in.:
- niewystarczający poziom zaawansowania technologicznego platform sprzętowych;
- brak odpowiednio intuicyjnych w obsłudze programów umożliwiających modelowanie parametryczne szerokiemu gronu inżynierów;
- stosunkowo wysokie ceny sprzętu komputerowego;
- brak możliwości atrakcyjnej wizualizacji efektów pracy w środowisku wirtualnym;
- brak zainteresowania po stronie uczestników procesu, wynikający z przyzwyczajenia do tradycyjnej, płaskiej dokumentacji papierowej;
- opór interesariuszy procesu, wywołany koniecznością poznania nowej technologii;
- brak odpowiedniej promocji nowej metodyki wśród szerokiego grona odbiorców;
- brak inicjatyw publicznych ukierunkowanych na optymalizację procesu inwestycyjnego.
Dopiero ostatnie dwie dekady przyniosły znaczącą poprawę w zakresie wielu z wymienionych wyżej przeszkód. Najistotniejszym czynnikiem jest niewątpliwie ogólna cyfryzacja wielu z podstawowych dziedzin codziennych aktywności w krajach rozwiniętych oraz znaczący spadek cen sprzętu elektronicznego.
1.3.2. Lata 60. XX w.
Trudno jednoznacznie stwierdzić, kiedy narodziła się idea parametrycznego modelowania informacji o obiektach budowlanych. Wielu ze współczesnych ekspertów jako ojca metodyki BIM wskazuje Douglasa C. Engelbarta, który w 1962 r. opublikował artykuł Ramy koncepcyjne wzmacniania ludzkiego intelektu. Autor zwrócił uwagę na tempo wzrostu złożoności zagadnień i problemów, z którymi boryka się społeczeństwo, oraz konieczność opracowania narzędzi i procesów umożliwiających sprawne ich rozwiązywanie. W kontekście projektowania parametrycznego bardzo interesujący wydaje się poniższy cytat omawiający wirtualny warsztat nowoczesnego architekta.
Ignorując reprezentację na wyświetlaczu, architekt rozpoczyna wprowadzenie serii specyfikacji i danych - sześciocalowa posadzka, dwunastocalowe betonowe ściany, wysokie na osiem stóp od poziomu dna wykopu i tak dalej. Kiedy kończy, zmieniona scena pojawi się na ekranie. Struktura (w środowisku wirtualnym) nabiera kształtu. Architekt analizuje, koryguje, w odniesieniu do podręczników użytkowania czy katalogów, co generuje kolejne iteracje. Specyfikacje rosną, tworząc coraz bardziej szczegółową powiązaną zwrotnie strukturę danych, która reprezentuje dojrzewającą myśl projektową, stojącą za dokumentacją projektową [...].
Wszystkie te informacje (projekt budynku i związana z nim struktura "myślowa") mogą być przechowywane na taśmie (nośnik danych) w celu reprezentacji projektu budynku. Przez załadowanie taśmy do swojego urządzenia inny architekt, budowniczy lub klient może manipulować informacjami w poszukiwaniu detali lub spostrzeżeń, a następnie dodawać swoje uwagi do projektu na potrzeby własne lub innych [28].
Jeśli weźmie się pod uwagę, że artykuł powstał ponad czterdzieści lat przed faktyczną realizacją tej idei w postaci dojrzałej metodyki BIM, wydaje się on przełomowy. Nie tylko opisuje ogólne założenia dla budowania dokumentacji projektowej na podstawie definicji parametrów konkretnych elementów budowlanych oraz ich wzajemnych powiązań w ramach relacyjnej bazy danych, lecz także tworzy ogólne ramy koordynacji i przepływu informacji między wszystkimi interesariuszami procesu inwestycyjnego. Engelbart w dalszej części pracy przedstawia potencjalne systemy i narzędzia niezbędne do wspomnianego we wstępie "wzmocnienia" ludzkiego potencjału.
Osobnym zagadnieniem jest sama idea projektowania oparta na obiektywizacji funkcji i wymagań użytkowników, które determinują ostateczny kształt obiektu oraz wykorzystane technologie. Około połowy lat 60. zostały rozwinięte modernistyczne idee projektowania bazujące na obiektywnych parametrach i cechach funkcjonalnych obiektu. W roku 1964 Christopher Alexander opublikował książkę Notes on the Synthesis of Form. Rozważania stały się podwaliną dla projektowania parametrycznego opartego na relacjach między matematycznie opisanymi aspektami funkcjonalnymi, sprawnościowymi i środowiskowymi. W książce postawiony został problem tworzenia formy dostosowanej do danego kontekstu. Alexander w pracy dzieli problemy projektowe na te, których rozwiązanie może podlegać mechanizacji, i te podporządkowane inwencji projektanta z uwagi na brak zobiektywizowanych symboli, które mogą zostać zinterpretowane w procesie selekcji [2]. Do pierwszych możemy zaliczyć np. aspekty ekonomiczne, związane z bezpieczeństwem czy możliwościami produkcyjnymi, do drugich np. kształtowanie estetycznych detali formy.
W opinii autora, żeby wspomóc proces świadomego kształtowania architektonicznego, należy stworzyć schematyczną reprezentację skomplikowanych parametrów i ograniczeń wpływających na projekt, tak by choć część problemów stała się jedynie kwestią automatycznego wyboru optymalnego rozwiązania. Aby to uzyskać, muszą zostać spełnione dwa warunki:
- musi być możliwe wygenerowanie wystarczająco szerokiego zakresu alternatywnych rozwiązań w postaci zrozumiałych symboli;
- musi istnieć możliwość wyrażenia wszystkich kryteriów dla rozwiązania problemu przez te symbole [2].
Te i inne pomysły stały się podstawą projektowania obiektowego oraz sprzężenia geometrycznych i pozageometrycznych parametrów komponentów obiektów budowlanych. Dały możliwość budowania wirtualnych symulacji, stając się odpowiedzią na jeden z problemów stawianych przez Alexandra: "biorąc pod uwagę nowy projekt, często nie ma mechanicznego sposobu sprawdzenia, na podstawie rysunków, czy spełnia on (założone) wymagania. Musimy umieścić fizyczny obiekt w rzeczywistym świecie i zobaczyć, czy działa, lub użyć wyobraźni i doświadczenia" [2]. Obecnie to właśnie wirtualne prototypy w postaci modeli BIM dają możliwość podobnej weryfikacji.
1.3.3. Lata 70. XX w.
Kolejnym krokiem milowym w rozwoju metodyki BIM było stworzenie w latach 70. oprogramowania komputerowego służącego do modelowania form przestrzennych w środowisku wirtualnym. Dwie stosowane wówczas metody definiowania form geometrii trójwymiarowej to:
- CSG (constructive solid geometry) - technika polegająca na budowaniu bryły z wykorzystaniem zestawu działań boolowskich na podstawowych bryłach o niższej złożoności (jak sześcian, kula, cylinder itp.); przez kolejne działania na bryłach, takie jak suma, różnica, część wspólna, uzyskujemy skomplikowane formy; zaletą takiego modelowania jest to, że powierzchnia bryły jest zawsze "domknięta", orientowalna oraz obejmuje pełną objętość, zakładając, że części składowe mają te same właściwości; umożliwia to przykładowo sprawną analizę, czy wydruk cyfrowy bez dodatkowej obróbki plików;
- B-rep, BREP (boundary representation) - technika opierająca się na definiowaniu samej powierzchni określającej bryłę, przez strukturę danych opisującą wierzchołki, krawędzie i płaszczyzny; podstawową zaletą modelowania tą techniką jest łatwość, z jaką silniki graficzne interpretują złożone formy w środowisku wirtualnym - łatwość wyświetlania [39].
Przełomem dla tworzenia modeli wirtualnych skomplikowanych systemów fizycznych (takich jak obiekt budowlany) stały się prace Charlesa Eastmana, architekta pracującego na wydziale nauk informatycznych Carnegie Mellon University, który w roku 1974 opracował koncepcję BDS (Building Description System). W publikacjach z lat 1975 i 1976 Eastman opisał działanie stworzonego przez siebie oprogramowania, które w założeniu miało zastąpić rysunki w zakresie reprezentacji podstawowych informacji o obiekcie budowlanym.
Potrzeba stworzenia systemu była w głównej mierze uwarunkowana ewidentnymi niedoskonałościami dokumentacji rysunkowej, zarówno jako nośnika istotnych dla projektu informacji, jak i medium dla ich archiwizacji (nietrwałością papieru w czasie składowania). Drugim istotnym powodem był brak oprogramowania pozwalającego na kompleksową analizę obiektu budowlanego jako całości. Istniały wprawdzie aplikacje pozwalające na modelowanie informacji o poszczególnych elementach, jednak dopiero po opublikowaniu założeń dla BDS rozpoczęto równoległe prace nad kilkoma programami pozwalającymi na holistyczną analizę obiektów budowlanych.
W artykułach dotyczących BDS Eastman w następujący sposób opisuje budowanie biblioteki parametrycznych komponentów stanowiących podstawę projektowania:
W przypadku korzystania z dowolnego dużego systemu CAD (Computer Aided Design) należy się spodziewać stworzenia biblioteki standardowych elementów w celu uchronienia użytkowników przed wielokrotnym wprowadzaniem tych samych, często powtarzających się elementów. Podczas projektowania definicje elementów zostaną przeniesione z biblioteki do pliku projektu i uzupełnione o informacje o lokalizacji i parametrach. [...] Jeśli niestandardowy element ma zostać ponownie użyty, powinna istnieć możliwość jego eksportu do biblioteki komponentów [24].
Taka metoda tworzenia i zarządzania komponentami jest podstawą współczesnego budowania modeli BIM. Jednocześnie Eastman odnosi się do przypisywania do komponentów danych pozageometrycznych (jak wytwórca, koszt, sprawność itp.). Parametry komponentów zostają opisane przy pomocy trzech składowych, jak: nazwa, rodzaj danych, wartość. Program dawał możliwość wyboru spośród trzech rodzajów danych: liczba, ciąg znaków (opis), zbiór. Dane mogą być współzależne na kilku poziomach hierarchii i odnosić się zarówno do topologii samego modelu, jak i do szablonów związanych z jego budowaniem. Atrybuty w założeniach miały posiadać możliwość ciągłego "rozbudowywania" przez stałe reguły ich wprowadzania [23].
Eastman już w roku 1974 zwracał uwagę na brak możliwości stworzenia wystarczająco dużego zbioru wspólnych parametrów, które mogłyby opisać każdy element i spełnić wymagania wszystkich stron. Obecnie możliwość budowania i propagowania wyspecjalizowanych zestawów o wymaganych parametrach pozwala na określenie wymagań informacyjnych w stosunku do modeli na każdym etapie ich wykorzystania. Jednak do dzisiaj określenie powyższych wymagań stanowi jedno z podstawowych wyzwań związanych z odpowiednią organizacją procesu tworzenia modeli BIM.
Równie interesującym zagadnieniem poruszonym w pracach Eastmana jest koncept samej platformy projektowej. Program został stworzony na 16-bitowy minikomputer (PDP-11/15) z pamięcią 56 KB, z możliwością obsługi pamięci dyskowej oraz konsoli graficznej. Wykonywane były na nim podstawowe polecenia związane z dostępem do danych oraz ich przetwarzaniem. W pamięci składowane były pliki projektów. Z uwagi na ograniczenia stacji roboczej całość była zdalnie połączona z komputerem, na którym wykonywano kluczowe algorytmy i składowano biblioteki komponentów. Co ciekawe, mimo nieporównywalnie większej mocy standardowo używanych komputerów, coraz więcej współczesnych firm pracujących na skomplikowanych modelach informacyjnych decyduje się na wprowadzenie typowego dla lat 70. systemu opartego na zdalnym dostępie do silnych platform przez typowe komputery biurowe.
System BDS wyznaczył na wiele lat kierunek rozwoju modeli informacyjnych obiektów budowlanych dzięki trzem podstawowym kryteriom związanym z ich skutecznym tworzeniem. Były to:
- ogólny, a zarazem zwięzły opis poszczególnych komponentów;
- skuteczna metoda dostępu do składowanych informacji;
- skuteczne metody interakcji między bazą danych a innymi aplikacjami służącymi do jej analizy [23].
Po zdefiniowaniu sparametryzowanych komponentów możliwe było generowanie rzutów, przekrojów, izometrii, pespektyw, zestawień ilościowych i tabel parametrów, a każda zmiana miała powodować automatyczną aktualizację kompletu dokumentacji [24]. Jednak, mimo predykcji mówiących o znacznym wzroście efektywności, obniżeniu kosztów opracowania dokumentacji projektowej, sprawniejszej koordynacji projektowej opartej na automatycznych wizualizacjach, a także usprawnieniu procesu tworzenia budżetów i harmonogramów na etapie budowy, system BDS nie został wykorzystany poza fazą testów do wsparcia żadnego istotnego projektu budowlanego. Niemniej jego autor kontynuował pracę nad projektowaniem z wykorzystaniem trójwymiarowych modeli informacyjnych.
W roku 1977 Eastman opublikował artykuł opisujący nowy język programowania, łączący w założeniu zalety parametrycznego projektowania z wykorzystaniem wiersza poleceń z programowaniem proceduralnym [25]. Chociaż sam w sobie nie stanowił gotowego produktu, język pozwalał na budowanie specjalistycznych programów do tworzenia modeli informacyjnych o skomplikowanej strukturze danych i zależności geometrycznych.
1.3.4. Lata 80. XX w.
W latach 80. rozwój badań nad modelowaniem parametrycznym zaowocował równoległymi próbami komercjalizacji technologii w USA, w ramach opracowania metodyki dla tzw. Building Product Models, oraz w Europie (głównie Finlandii) dla tzw. Product Information Models. Opracowane systemy zdobyły pewną popularność, szczególnie w obszarze prefabrykacji.
W tym kontekście należy wspomnieć o jednym z pionierskich wdrożeń modelowania informacji o obiektach budowlanych, zrealizowanym dla przebudowy terminala 3 lotniska Heathrow w Londynie. Jednym z współtwórców systemu RUCAPS, który posłużył do zaplanowania i przeprowadzenia robót budowlanych w roku 1986, był Robert Aish. Program jako jeden z pierwszych pozwalał na fazowanie etapów w ramach budowy poszczególnych komponentów w środowisku wirtualnym. Wprowadziło to tzw. czwarty wymiar (czas) do modeli parametrycznych.
Rok wcześniej w artykule Integrated CAD Development for Building Services Engineering Aish opisał system stworzony w ramach partnerstwa z firmą Arup, który miał służyć inżynierom do oceny parametrów związanych z jakością środowiska wewnętrznego budynków. Wobec wymagań stojących przed projektantami, wynikających z konieczności zapewnienia wysokiego komfortu użytkowania w ramach ograniczeń energetycznych, budżetowych czy kubaturowych, Ash zaproponował system CAD, który miał wspomóc procesy decyzyjne już na etapie projektu koncepcyjnego. Dzięki odpowiedniej strukturyzacji i hierarchizacji danych system, korzystając z osobnych aplikacji, pozwalał na symulację i analizę poszczególnych aspektów sprawnościowych budynku. Nowe systemy i aplikacje umożliwiły nie tylko projektowanie i realizowanie robót, lecz także symulowanie eksploatacji budynku oraz parametrów wpływających na komfort jego użytkowników. Wszystko to za sprawą modelowania informacji w środowisku wirtualnym.
Równocześnie z rozwojem nowych typów oprogramowania w USA oraz Europie Północnej i Zachodniej za żelazną kurtyną opracowano podstawy pierwszego oprogramowania na komputery personalne [94]. W roku 1980 Gábor Bojár założył firmę Graphisoft. Dwa lata później firma wygrała przetarg na opracowanie systemu wspomagającego projektowanie elektrowni jądrowej Paks. Przetarg zapewnił stałe źródło finansowania i zaowocował stworzeniem oprogramowania RADAR, którego funkcjonowanie było zbliżone do wspomnianego już systemu BDS. W 1983 r. Bojar zaprezentował oprogramowanie na wystawie w Monachium. Mimo że zachodnia konkurencja oferowała systemy o podobnych lub bardziej skomplikowanych funkcjonalnościach, RADAR był obsługiwany przez komputery starszej generacji, charakteryzujące się zdecydowanie niższymi parametrami technicznymi. Optymalizacja ta nie była celowym działaniem, spowodował ją brak dostępu do nowszego sprzętu w Europie Środkowo-Wschodniej [75]. Jak już wspomniano, do tej pory programy do modelowania informacji o budynkach funkcjonowały na bardzo zaawansowanych (na ówczesne czasy) i drogich platformach sprzętowych. Prezentacją zainteresował się przedstawiciel firmy Apple, który w trakcie spotkania z Bojárem zapytał o możliwość instalacji oprogramowania na nowym modelu komputera personalnego Lisa, w celu prezentacji na pokazie CeBIT w Hanowerze w roku 1984. Wystawa stała się europejskim debiutem Macintosha. Steve Jobs odwiedził CeBIT, osobiście spotkał się z zespołem Graphisoft i spędził ok. 30 minut na zgłębianiu tajników działania systemu. Jobs oficjalnie potwierdził wsparcie firmy Apple dla rozwijającego się oprogramowania RADAR, które stało się prekursorem dzisiejszego ArchiCAD-a i pierwszym systemem tego typu dla użytkowników komputerów personalnych [98].
Druga połowa lat 80. XX w. zaowocowała równoległym stworzeniem firm i pierwszych wersji programów, które do dziś stanowią podstawowe narzędzia związane z metodyką BIM. W 1985 r. Samuel Peisakhovich Geisberg założył w Bostonie firmę o nazwie Parametric Technology Corporation (później PTC), która trzy lata później wypuściła na rynek oprogramowanie Pro/ENGINEER, uznawane za pierwszą aplikację pozwalającą na w pełni parametryczne modelowanie obiektów na bazie powiązań, zależności i ograniczeń definiujących ostateczną formę geometrii. Metoda ta zmusiła konkurencję do całkowitego przewartościowania podstawowych założeń, na których opierało się dotychczasowe oprogramowanie typu CAD. Pro/ENGINEER wykorzystywany był głównie w procesie projektowania na potrzeby produkcji. Jednak idea tworzenia komponentów przez w pełni sparametryzowany edytor geometrii została kilka lat później przeniesiona na sektor budowlany przez dwóch czołowych deweloperów firmy - Leonida Raiza oraz Irwina Jungreisa.
W roku 1985 firma Diehl Graphsoft Inc. rozpoczęła pracę nad popularnym dziś programem Vectorworks, który zapewniał możliwość wymiany informacji między projektantami z różnych branż inżynierskich [99]. Dwa lata później w fińska firma Tekla opracowała system pozwalający na łączenie relacyjnej bazy danych oraz grafiki komputerowej w tworzeniu dokumentacji projektowej. Jednocześnie stworzona w roku 1984 przez Keitha A. Bentleya i Barry'ego J. Bentleya firma Bentley Systems wypuściła na rynek kolejne wersje pakietu MicroStation, który z czasem stał się jednym z najczęściej używanych narzędzi do modelowania parametrycznego.
1.3.5. Lata 90. XX w.
Kolejnym krokiem milowym okazało się wypuszczenie na rynek oprogramowania stworzonego przez wspomnianych powyżej Leonida Raiza i Irwina Jungreisa. W roku 1997 założyli firmę Charles River Software. Na bazie doświadczeń zdobytych w PTC oraz nieudanego przeniesienia możliwości Pro/ENGINEER do sektora budowlanego w postaci oprogramowania Reflex postanowili opracować własną aplikację - Revit. W przeciwieństwie do konkurencyjnych aplikacji, takich jak ArchiCAD czy Vectorworks, twórcy oparli budowanie komponentów nie na języku programowania, lecz graficznym edytorze tzw. rodzin (families). Jednocześnie, zgodnie z metodą zaproponowaną przez Eastmana w roku 1975, Revit umożliwił powiązanie wszystkich komponentów w ramach kontrolowanego sprzężenia zwrotnego opartego na parametrach. Pozwala to np. na automatyczną aktualizację położenia powiązanych komponentów (drzwi, okna, meble, wymiary itp.), a także aktualizację powiązanych zestawień powierzchniowych czy kubaturowych po przesunięciu komponentu nadrzędnego (ściany). Metoda ta jest obecna na wszystkich poziomach hierarchii elementów geometrycznych i w zależności od potrzeb pozwala na działanie w obu kierunkach, tj. zmiana elementu w zestawieniu ilościowym powoduje jego zmianę w modelu trójwymiarowym i vice versa.
Kolejnym istotnym zagadnieniem rozwijanym nie tylko przez twórców Revita, lecz także konkurencyjnych ArchiCAD-a czy Vectorworks, była możliwość współpracy dużych zespołów projektowych na wspólnym pliku za pośrednictwem sieci komputerowej. Od początku taka współpraca wymagała przejrzystej komunikacji i sortowania informacji istotnej dla danego członka zespołu. Już w pierwszej połowie lat 90. opracowano metody segregowania widoków generowanych wprost z modelu, które były przypisane poszczególnym inżynierom. Dzięki wizualizacji jedynie najistotniejszych danych specjaliści mogą bez trudu generować i analizować informacje bez konieczności żmudnego przeglądania całości modelu.
Zagadnienia związane ze współpracą między członkami zespołów projektowych znacząco wpłynęły na rozwój współczesnych narzędzi BIM. Kolejne wersje systemów pozwoliły na podział dostępu do wprowadzanych komponentów, filtrowanie oraz odpowiednie zarządzanie bibliotekami komponentów na podstawie ustalonego wcześniej zakresu obowiązków czy kompetencji. To zaś wpłynęło na ograniczenie potencjalnych kolizji projektowych, sprawniejszą koordynację oraz propagację informacji o elementach składowych projektu.
Rozwój wspomnianego wyżej oprogramowania trwa do dziś. Kolejne wersje programów pozwalają na coraz sprawniejszą obróbkę danych, atrakcyjniejszą wizualizację oraz efektywniejszą współpracę między członkami zespołów. Umożliwiają również coraz szerszą integrację danych agregowanych w modelach z innymi informacjami dotyczącymi danego projektu lub pełnego portfolio inwestycyjnego.
1.3.6. BIM/VDC/Virtual Twin
Termin BIM (Building Information Modeling) został prawdopodobnie ukuty przez zestawienie kluczowych terminów z nazewnictwa stworzonego w latach 70. i 80. Wspomniane już angielskie nazwy: Building Product Models, Product Information Models, Design Information Systems itp. zostały w końcu zamienione na powszechnie dziś stosowany skrót BIM. W znanym obecnie kontekście zaczęto mówić o modelu informacyjnym obiektu budowlanego w pierwszej połowie lat 90. Sformułowania Building Information Model można się doszukać we wspomnianym już artykule Nederveena i Tolmana. Jednak, jak wspomniano, do dziś brakuje jednej pełnej i ogólnie uznanej definicji tego pojęcia.
Niektórzy czytają tę nazwę jako rozwinięcie Information Modeling, stosowane w branży wytwórstwa w kontekście systemów do zarządzania danymi i cyklem życia produktu (odpowiednio Product Data Management, PDM, Product Lifecycle Management, PLM). Niewątpliwie dzisiejszy kształt metodyki jest wzorowany na osiągnięciach sektora produkcji masowej. Jest to widoczne zarówno w podejściu do oprogramowania i zarządzania modelami informacyjnymi (patrz rozdział 3), jak i procesie ich tworzenia opartym na Lean Management (patrz rozdział 2.3).
W tym kontekście warto wspomnieć o idei wirtualnego projektowania i budowy (Virtual Design and Construction, VDC) oraz wirtualnego bliźniaka (Digital Twin). W zależności od kraju, firmy, a nawet eksperta terminy te mogą być rozumiane jako uzupełnienie dojrzałej metodyki BIM lub jej synonim. W praktyce VDC to proces, który skupia się na definicji optymalnej strategii i tworzeniu symulacji dla realizacji danej inwestycji przy pomocy właściwych narzędzi i wsparciu właściwego zespołu. Sam termin VDC został sformułowany w 2001 r. przez Johna Kunza i Martina Fischera z Uniwersytetu Stanforda. Pracując w CIFE (Center for Integrated Facility Engineering), starali się wdrożyć idee związane z Lean Management do sektora budowlanego. O ile więc w sercu BIM leży cyfrowy model, o tyle w sercu VDC znajdują się analizy sprawnościowe obiektu budowlanego (wirtualny bliźniak), metody pracy, organizacja zespołów projektowych i na placu budowy. Wszystko to w celu spełnienia wymagań klienta. Terminy VDC oraz Digital Twin są szeroko rozpowszechnione w Stanach Zjednoczonych oraz krajach skandynawskich.
Podsumowując, metodyka BIM stanowi odpowiedź sektora budowlanego na wyzwania i zdobycze postępującej cyfryzacji w pozostałych gałęziach gospodarki. Z jednej strony stanowi naturalną konsekwencję rozwoju narzędzi typu CAD. Z drugiej jednak całkowicie zmienia sposób myślenia o procesie planowania, realizacji i obsługi obiektów budowlanych. Zmiana ta w założeniach ma podnieść jakość obiektów oraz efektywność całego procesu inwestycyjnego dzięki umożliwieniu wielozakresowych analiz, sprawniejszej komunikacji między interesariuszami procesu oraz większej kontroli nad przetwarzanymi informacjami [78].
1.3.7. Problemy z szerokim wdrożeniem
Patrząc na historię metodyki, można się zastanawiać, czemu dopiero teraz powszechne stało się jej wykorzystanie. Jedną z barier była sama technologia. Modele informacyjne (przynajmniej w ich dzisiejszej formie) wymagają dużej mocy obliczeniowej, o której poprzednie pokolenia projektantów mogły jedynie pomarzyć. Dopiero w ostatnich dwóch dekadach ceny podzespołów komputerowych (ale także oprogramowania) spadły na tyle, że nawet niewielkie biura projektowe oraz przeciętni użytkownicy są w stanie się wyposażyć w maszyny mogące obsłużyć skomplikowane modele BIM.
Z drugiej strony oprogramowanie w znanej dziś formie, rozwijane od lat 80., było z początku obarczone wieloma błędami oraz miało niewiele funkcjonalności. Systematyczny rozwój platform do modelowania BIM pozwolił na sprawniejszą koordynację oraz wizualizację i wykorzystanie modeli. Sam interfejs użytkownika i stabilność systemów mają niebagatelne znaczenie dla popularności metodyki. Ceny oprogramowania, dzięki możliwości zakupu licencji czasowych, również stają się coraz bardziej przystępne i akceptowalne w kontekście innych kosztów stałych organizacji.
Trzecim aspektem jest niewątpliwie edukacja inżynierów, która dopiero w ostatnich latach przygotowuje do pracy z narzędziami BIM. Wiele zostało jeszcze w tej kwestii do zrobienia, ale młode pokolenia projektantów coraz częściej mają już podstawową wiedzę z zakresu modelowania 3D. Przekłada się to na upowszechnianie metodyki w biurach projektowych, w których do tej pory królowały programy do kreślenia.
Ostatnią, najważniejszą barierą był brak standaryzacji dla wymiany informacji. BIM to proces. Dopiero w dwóch ostatnich dekadach opracowano i opublikowano dużo standardów, podręczników i dobrych praktyk obejmujących współpracę w zgodzie z metodyką.
Podsumowując, z uwagi na wysoki poziom złożoności oraz bezpośrednią zależność od stanu globalnej i krajowej gospodarki sektor budowlany i związany z nim proces inwestycyjny wykazują dużą inercję w adaptacji nowych technologii. Brak zainteresowania oraz świadomości po stronie zaangażowanych w proces kluczowych interesariuszy, stosunkowo wysokie koszty implementacji metodyki (szczególnie na etapie projektowym), niedostateczne możliwości sprzętu komputerowego oraz oprogramowania, brak jasnych wymagań i standardów oraz wsparcia legislacyjnego, brak wspólnego formatu dla generowanych modeli - to tylko niektóre z przeszkód stojących na drodze do szerokiej adaptacji metodyki na przestrzeni ostatnich dziesięcioleci [94], [74], [67]. Wydaje się jednak, że czas BIM właśnie nadszedł.
1.4. BIM współcześnie - Polska kontra reszta świata
Zanim zostaną omówione kluczowe przykłady wykorzystania metodyki BIM oraz korzyści płynące z jej implementacji, warto poznać poziom adaptacji metodyki w niektórych państwach Europy i świata. W kontekście metodyki BIM można wyróżnić zdecydowanych liderów, którzy, rozumiejąc trudności sektora oraz potencjał rozwijających się narzędzi cyfrowych, już od połowy pierwszej dekady XXI w. systemowo wdrażają BIM. Poniżej wylistowano kilku z nich. Trudno jednoznacznie wskazać, który kraj zaadoptował BIM najsprawniej. Celem zestawienia jest przybliżenie jedynie ogólnych trendów, lista jest więc subiektywna i wybiórcza. Została uporządkowana od krajów o najbardziej zaawansowanych pracach legislacyjnych do tych, które wdrażają BIM na szczeblu samorządowym lub poszczególnych organizacji. Nie odzwierciedla to oczywiście faktycznego stopnia implementacji metodyki na danym rynku. Wybrane podręczniki BIM i standardy bardziej szczegółowo zostały omówione w rozdziale 5.2.
1.4.1. Wielka Brytania
W ostatnich latach Wielka Brytania wyrosła na jednego ze światowych liderów BIM. Dzięki silnemu zaangażowaniu administracji rządowej oraz strategii krajowej udało się opracować wiele dokumentów, które stały się podstawą obecnie wydawanych międzynarodowych norm ISO. Od kwietnia 2016 r. w ramach rządowej strategii budowlanej, która ma na celu osiągnięcie 20% oszczędności w kosztach kontraktów budowlanych, wszystkie projekty realizowane w ramach zamówień publicznych mają spełniać wymogi określone jako BIM poziomu 2. Prawo to nie tylko skupiło na Wielkiej Brytanii uwagę BIM-owego świata, ale zdecydowanie przyspieszyło wdrożenie metodyki w tym kraju.
Raporty NBS z roku 2016 szacują, że poziom wykorzystania metodyki przez firmy działające w branży budowlanej rośnie skokowo. Liczba ankietowanych firm deklarujących użycie BIM zwiększyła się z 48% w 2015 r. do 69% w roku 2019. Co ciekawe, ponad 91% ankietowanych specjalistów deklaruje chęć wykorzystania metodyki w okresie kolejnego roku [61].
1.4.2. Finlandia
W kontekście dojrzałości oraz stażu w wykorzystaniu metodyki BIM w Europie Finlandia jest zdecydowanym liderem [89]. Już ok. roku 2001 rozpoczęto realizację skomplikowanych projektów pilotażowych na bazie modeli informacyjnych. W roku 2009 wydane zostały wytyczne określające konkretne wymagania informacyjne związane z realizacją inwestycji przy wykorzystaniu metodyki BIM. Było to możliwe dzięki długofalowej i spójnej strategii fińskiego państwa w kierunku cyfryzacji sektora [47] oraz stosunkowo szybkiej adaptacji rynku do metodyki. W 2007 r. ponad 90% biur architektonicznych oraz ponad 60% inżynierów budowlanych deklarowało wykorzystanie BIM w trakcie realizacji inwestycji budowlanych.
Fiński sektor prywatny, zasilany inżynierami kształconymi w kierunku wykorzystania narzędzi cyfrowych, skupiony jest na jak najpełniejszym wykorzystaniu potencjału BIM w pełnym cyklu inwestycyjnym. Fińska legislacja w centrum uwagi stawia nie tylko koszty całkowite inwestycji, lecz także dbałość o poszanowanie zasad zrównoważonego rozwoju w realizacji. W 2012 r. zbiór dobrych praktyk oraz ogólnych standardów przyjętych na rynku fińskim, podzielony na poszczególne fazy inwestycji i branże, został opublikowany również w języku angielskim i służy dziś wielu specjalistom jako wytyczne do planowania pracy z wykorzystaniem modeli informacyjnych [70].
Docelowo zmiany w świadomości oraz w administracji procesem projektowym mają doprowadzić do m.in. częściowej lub całkowitej digitalizacji procesu administracyjnego związanego z projektami budowlanymi. Modele informacyjne mają być automatycznie walidowane przez zestaw algorytmów badających zgodność założeń projektowych z prawem, na ogólnych zasadach zbliżonych do opisanych przez szwedzki zespół pod kierunkiem Per-Ola Olsson [63].
1.4.3. Norwegia
W Norwegii Statsbygg, spółka zajmująca się realizacją i obsługą inwestycji państwowych, a także Norweskie Stowarzyszenie Deweloperów aktywnie promują stosowanie BIM. Od 2010 r. wszystkie projekty Statsbygg wykorzystują formaty IFC oraz jasno opisane wymagania w zakresie BIM przez cały cykl życia swoich budynków. Modele kontrolowane są na bazie specjalnie opracowanych procedur oceny jakości, a standard przetłumaczony na język angielski stanowi załącznik do realizowanych kontraktów. Wiodąca w tym zakresie organizacja o nazwie SINTEF prowadzi również badania nad rozwojem BIM w ramach krajowego programu badawczo-rozwojowego, koncentrującego się na narzędziach wspomagających strategię zrównoważonego rozwoju w budowie i eksploatacji obiektów budowlanych.
1.4.4. Szwecja
W Szwecji wykorzystanie metodyki BIM jest na tyle duże, że pierwsze opracowania dotyczące najlepszych praktyk pojawiły się, jeszcze zanim państwo wydało swoje wytyczne. Liczba artykułów na temat BIM publikowanych w Szwecji ustępuje tylko liczbie publikacji ze Stanów Zjednoczonych. Organizacje publiczne, jak szwedzka administracja transportowa, nakazały stosowanie BIM już w 2015 r.
1.4.5. Stany Zjednoczone Ameryki Północnej
Jak wspomniano w rozdziale o historii metodyki, narzędzia BIM były rozwijane w Stanach Zjednoczonych od wczesnych lat 70. XX w. USA rozpoczęły prace nad wdrożeniem BIM ok. roku 2003, kiedy rządowa organizacja GSA (General Services Administration) rozpoczęła stosowanie metodyki do realizacji projektów publicznych. Działania były ukierunkowane na sprawniejsze zarządzanie obiektami federalnymi. GSA wdrożyła szeroki program projektowania oraz zarządzania z wykorzystaniem modeli informacyjnych w ponad 8700 budynkach. Już w roku 2007 wprowadziła obowiązkowe analizy programów przestrzennych z zastosowaniem BIM dla wszystkich projektów. Od tamtej pory wysiłek oraz olbrzymie środki zainwestowane w program przełożyły się na stworzenie krajowego standardu oraz szybki wzrost wiedzy i zaufania do metodyki nie tylko na terenie USA, lecz także poza ich granicami. Obecnie działania GSA są ukierunkowane na szerokie użycie narzędzi powiązanych z BIM, takich jak nowoczesne metody pomiarowe (skaning laserowy), analizy energetyczne czy analizy bezpieczeństwa na bazie modeli informacyjnych [60]. Wisconsin to pierwszy stan, który wymagał BIM dla robót publicznych z budżetem powyżej 5 milionów dolarów. Stopniowo wykorzystanie BIM w USA rośnie, co pozytywnie wpływa na sektor, który jednak w zdecydowanej większości nadal stosuje tradycyjne metody projektowania i realizacji inwestycji [60].
Nie tylko jednak administracja państwowa forsuje wdrożenie BIM. Kilka stanowych uniwersytetów i organizacji komercyjnych pracuje na rzecz wprowadzenia standardów. W 2009 r. na wydziale architektury na Uniwersytecie Indiana opracowano zestaw wytycznych dla realizacji projektów BIM. W tym samym roku Uniwersytet Stanowy Pensylwanii (Pennsylvania State University) przejął rolę lidera w formułowaniu wymagań dla metodyki BIM na etapie eksploatacji obiektów budowlanych. W tym czasie w ramach projektu NBIMS-US National Institute of Building Sciences wraz z buildingSMART opracowali otwarte standardy BIM w celu wspierania innowacji w sektorze budowlanym.
1.4.6. Niemcy
W Niemczech BIM jest wdrażany oddolnie przez inwestorów prywatnych. Rząd przez długi czas pozostawał w tej kwestii bardzo ostrożny, co opóźniło wytworzenie krajowych ram działania oraz wdrożenie metodyki w projektach publicznych. Inwestycje budowlane w Niemczech, podobnie jak na całym świecie, często były znacznie opóźnione, a ich budżet przekroczony. Berliński port lotniczy Brandenburg stał się sztandarowym przykładem nieefektywnego procesu realizacji inwestycji publicznej.
W 2015 r. niemiecki rząd ogłosił utworzenie grupy roboczej ds. BIM, zrzeszającej kilka organizacji branżowych, w celu opracowania krajowej strategii. Eksperci nadal obawiają się, że niemiecki system federalny - z prawie 16 autonomicznymi lub półautonomicznymi landami i władzami lokalnymi - może utrudnić wdrożenie krajowych wymogów BIM na szczeblu lokalnym.
1.4.7. Francja
W 2014 r. rząd francuski opracował standardy BIM dla projektów z wykorzystaniem BIM do wykonania 5 milionów domów do 2017 r. Przeznaczono 20 milionów euro na cyfryzację branży budowlanej, dzięki czemu w najbliższej przyszłości BIM będzie obowiązkowy dla inwestycji publicznych. Co więcej, "wielka trójka" francuskiego przemysłu budowlanego: Vinci, Bouygues i Eiffage podniosła poprzeczkę i zażądała, aby ich partnerzy również współpracowali zgodnie z metodyką. Firmy te odegrały dużą rolę w adaptacji BIM we Francji. Mimo że BIM wciąż nie jest obowiązkowy, pod koniec 2018 r. rozpoczęto prace nad planem BIM 2022, aby zmotywować interesariuszy procesu inwestycyjnego do jego wprowadzenia w codziennej pracy.
1.4.8. Singapur
Jako mały kraj Singapur stanowi doskonałe poletko doświadczalne dla metodyki. BIM stał się jednym z kluczowych elementów w dążeniu do osiągnięcia statusu najbardziej zaawansowanego technologicznie społeczeństwa na świecie. Przez utworzenie centralnego repozytorium przepisów budowlanych oraz dobrych praktyk rząd usystematyzował wymagania w stosunku do sektora. Następnie system CORENET umożliwił elektroniczny obieg dokumentacji administracyjno-budowlanej na bazie modeli BIM. Od 2015 r. metoda ta jest obowiązkowa dla obiektów powyżej 5000 m2. Była to pierwsza tego typu inicjatywa na świecie.
Co więcej, od 2010 r. Urząd Budownictwa (BCA) udziela dotacji za pośrednictwem funduszu BIM, który pokrywa koszty szkolenia, doradztwa, sprzętu i oprogramowania do koordynacji projektowej. Ponadto, aby ułatwić wymianę informacji, BCA i buildingSMART Singapore opracowali bibliotekę obiektów budowlanych i projektowych, a także wytyczne dotyczące współpracy przy projektach. Aby ujednolicić realizację modeli BIM i ułatwić wymianę danych między różnymi zainteresowanymi stronami, BCA wdroży etapowo (z początku dobrowolną) weryfikację modeli pod kątem zapewnienia zgodności z przepisami, na podstawie opracowanego zestawu wymagań. BCA będzie również kierować realizacją zautomatyzowanego systemu sprawdzania modeli BIM.
1.4.9. Indie
Sektor budowlany jest drugą co do wielkości gałęzią gospodarki Indii. Rzesza wykwalifikowanych specjalistów oraz proces delegowania pracy z Europy i Ameryki powodują, że rynek prywatny mocno się otworzył na narzędzia BIM. Firma Nagpur Metro Rail Corporation, realizująca projekt kolei podziemnej, wykorzystuje możliwości, jakie daje BIM, w kosztorysowaniu i harmonogramowaniu. Podobne deklaracje złożyli projektanci Delhi Metro Rail. Ostatnie inicjatywy rządu indyjskiego, takie jak "Make in India", służą rozwojowi przemysłu budowlanego. Póki co rząd nie wprowadził żadnych przepisów obligujących do wykorzystania metodyki.
1.4.10. Czechy
W roku 2016, po dwóch latach intensywnych działań na rzecz wdrożenia metodyki, czeskie ministerstwo przemysłu i handlu opracowało dokument Znaczenie BIM dla praktyk budowlanych w Republice Czeskiej i propozycja dalszego wdrożenia. Rząd pozytywnie zaopiniował opracowanie, co umożliwiło dalsze wdrożenie.
Rok później, w 2017 r., czeski rząd zatwierdził dokument Koncepcja realizacji metody BIM w Republice Czeskiej, czyniąc ministerstwo przemysłu i handlu odpowiedzialnym za wdrożenie metodyki w sektorze zamówień publicznych. Działaniom tym towarzyszy udostępniona w roku 2018 platforma informacyjna, pozwalająca na dyskusję i wymianę informacji na temat projektów pilotażowych i wydarzeń związanych z realizacją metodyki. Rok 2022 został przewidziany jest jako moment nałożenia na zamawiających publicznych obowiązku stosowania metodyki dla inwestycji o budżecie realizacji powyżej 150 mln koron (ok. 25 mln zł) lub budżecie prac projektowych powyżej 6 mln koron (ok. 1 mln zł).
1.4.11. Polska
W Polsce świadomość istnienia BIM rośnie z roku na rok. Inicjatywy oddolne zostały rozpoczęte w postaci powoływanych stowarzyszeń, klastra i fundacji. Należą do nich: Stowarzyszenie Klaster Technologii Informacyjnych w Budownictwie - BIM Klaster (2012 r.), Stowarzyszenie BIM dla Polskiego Budownictwa (2014 r.), Fundacja Europejskie Centrum Certyfikacji BIM (2016 r.), Stowarzyszenie buildingSMART Polska (2019 r.).
W latach 2014-2016 w wyniku działania Polskiego Związku Inżynierów i Techników Budownictwa (PZITB) oraz Stowarzyszenia Architektów Polskich (SARP) powstał również think tank o nazwie V4 BIM Task Group. Skupił on niezwykle twórcze grono ekspertów, których intelektualny dorobek stanowi do dzisiaj podstawę procesu wdrożenia BIM.
Kolejnym ważnym krokiem był projekt BIM Standard PL, zainicjowany przez PZITB, SARP oraz Polski Związek Pracodawców Budownictwa (PZPB) przy wsparciu największych polskich firm budowlanych, jak: Budimex, PORR, Skanska oraz Warbud, będący elementem strategii wdrożenia BIM. Projekt BIM Standard PL odnosi się do inwestycji publicznych, a wystartował w 2018 r. Powołany zespół najlepszych w kraju ekspertów, finansowany z własnych środków wyżej wymienionych sygnatariuszy zawartego ad hoc porozumienia, zakończył w 2019 r. pierwszy etap prac nad projektem polskich standardów BIM. Projekt ten został poddany konsultacjom społecznym, ma być przetestowany w projektach pilotażowych, skorelowany prawnie i wróci w ostatecznej postaci jako projekt stosownej normy. Wybór drogi normalizacyjnej we wdrożeniu BIM w Polsce jest o tyle istotny, że uwzględnia istotne cechy krajowego rynku inwestycyjnego. Cechy te to rozdrobnienie, niedostateczne merytoryczne przygotowanie w zakresie BIM uczestników realizacji inwestycji, mentalność. Takie podejście zwiększa szansę powszechnego wdrożenia BIM. Szersze omówienie stanu BIM w Polsce, wyzwań oraz możliwości znajduje się w rozdziale 6.8.
