10 powodów, dla których format IFC jest kluczowy w efektywnym projektowaniu BIM

Building Information Modeling (BIM) jest charakterystycznym narzędziem budownictwa. Globalny wymóg jego stosowania w przypadku zamówień na usługi budowlane stale wzrasta; celem jest efektywne projektowanie. W związku z tym w procesie BIM wymagana jest zrozumiałość, dobra komunikacja i współpraca pomiędzy poszczególnymi dyscyplinami inżynierskimi. W centrum zainteresowania znajduje się numeryczny model obiektu budowlanego, który zawiera informacje ze wszystkich branż.

BIM nie należy traktować jako oprogramowanie, lecz raczej jako metodę pracy, w której osoby, procesy i narzędzia wzajemnie na siebie oddziałują w sposób nastawiony na osiągnięcie celu. Na pierwszy rzut oka nie wydaje się to skomplikowane, lecz w rzeczywistości prezentuje istotne wyzwanie dla projektantów. Do tej pory szczególnie wymiana danych CAD przy użyciu konwencjonalnych metod pracy okazywała się niewystarczająco sprawna. Obrót wieloma różnymi formatami przeznaczonymi dla różnorodnego oprogramowania pomiędzy projektantami z poszczególnych branż często prowadził do utraty informacji.

W celu usprawnienia procesu BIM został opracowany neutralny format danych – IFC (ang. Industry Foundation Classes). Poniżej zamieszczono dziesięć punktów prezentujących to skuteczne narzędzie wraz z omówieniem, w jaki sposób wymiana danych IFC udoskonala proces projektowania BIM.

1. IFC usprawnia współpracę poprzez zoptymalizowane interfejsy.
2. IFC jest nieustannie optymalizowane i rozwijane przez inicjatywę buildingSMART.
3. BIM jest wielką szansą dla budownictwa, a IFC staje się katalizatorem jego sukcesu.
4. IFC umożliwia komunikację pomiędzy oprogramowaniem różnych producentów.
5. IFC ma różnorodne zastosowania w procesie projektowym i daje niezrównane możliwości.
6. Praca w podzbiorach: filtrowanie kluczowych informacji o projekcie,
7. IFC standaryzuje organizację zadań BIM.
8. Format BCF upraszcza wymianę danych w modelu IFC.
9. IFC jest przeznaczony do otwartej wymiany danych jako międzynarodowo akceptowany język.
10. Jak pokazuje praktyka, IFC i podejście openBIM w projektowaniu ściśle się ze sobą łączą.

„BIM SPRAWIA, ŻE INFORMACJE SĄ CZYTELNE” – Daniel Zuppiger, absolwent kierunku architektura na uniwersytecie ETH Zurich, członek zarządu i BIM manager w firmie Stücheli Architekten.

1. USPRAWNIENIE WSPÓŁPRACY POPRZEZ ZOPTYMALIZOWANE INTERFEJSY

Programy BIM aktualnie obecne na rynku, m.in. Allplan, ARCHICAD, Vectorworks czy Autodesk Revit, współpracują z odpowiadającymi im autorskimi formatami danych. Otwarty i uniwersalny format, można powiedzieć „wspólny język” dla tych programów, okazuje się niezbędny, by stworzyć podstawy możliwie sprawnego przepływu danych i ich wymiany w procesie BIM. Zmiany w tej kwestii zaczęły się w 1995 roku od powstania IAI – Międzynarodowego Sojuszu Interoperacyjności (ang. International Alliance for Interoperability).

Wówczas nie znano jeszcze BIM, a pierwsze wektorowe modele 3D powstawały w nielicznych biurach projektowych. Jednakże już wtedy zaistniała konieczność przenoszenia danych projektowych z jednego programu do drugiego, w tym do programów kosztorysowych i ofertowych. Zaczęły powstawać pierwsze wersje otwartego standardu opisu informacji IFC. Od tamtego czasu IFC towarzyszy projektantom w trakcie kolejnych zmian zachodzących w budownictwie, a wraz z popularyzacją BIM staje się coraz ważniejszy w codziennym projektowaniu

2. NIEUSTANNA OPTYMALIZACJA I ROZWÓJ

Standard IFC jest ściśle związany z organizacją  non-profit o nazwie buildingSMART. Pierwotnie nazywała się ona IAI i powstała z myślą o wiodących producentach oprogramowania dla budownictwa. Jej misją było zwiększenie stopnia zaawansowania metod projektowych bazujących na modelu, które w latach dziewięćdziesiątych XX wieku oraz na początku XXI wieku wciąż były czymś nowym. Kolejnym celem była poprawa wymiany danych poprzez zoptymalizowane interfejsy. W 2005 roku IAI zmieniła nazwę na buildingSMART. Obecnie działa na poziomie międzynarodowym i posiada 550 członków w 24 krajach. Oprócz ważnego zadania, jakim jest optymalizacja interfejsów, członkowie zajmują się rozwojem i standaryzacją wymagań otwartej wymiany danych pomiędzy poszczególnymi programami w projektowaniu BIM. Format IFC jest kluczowy w osiąganiu tego celu.

Międzynarodowy Szczyt buildingSMART w kwietniu 2017 roku rozpoczął nową erę dla IFC. Jednym z ważniejszych punktów szczytu było wcielenie w życie dokumentu Memorandum of Understanding (MoU), który zakładał wprowadzenie standardów IFC w przemyśle kolejowym do połowy 2019 roku. Dokument ten został spisany przez przedstawicieli przedsiębiorstw kolejowych z siedmiu krajów. Ponadto obecnie trwają prace nad normami i interfejsami pełnego przepływu o małych stratach danych w projektach inżynierskich.

3. IFC JAKO NUMERYCZNY KATALIZATOR BIM

Obecnie globalny wzrost cyfryzacji jest nieunikniony, a jego naturalną konsekwencją wydaje się rozwój sztucznej inteligencji. W ciągu kilku lat ma ona szansę awansować na poziom autonomicznej komunikacji między maszynami czy samodzielnego rozwiązywania problemów. Budownictwo pozostaje otwarte na tego typu technologie i rozwój, choć w przeszłości nie było za takie uznawane. Różnorodne czynniki, takie jak digitalizacja, globalizacja czy specjalizacja znacząco wpływają na współczesne procesy produkcji przemysłowej. W porównaniu z innymi, proces projektowy w budownictwie nie rozwinął się aż tak gwałtownie, choć, z drugiej strony, wciąż pojawiają się coraz bardziej efektywne narzędzia pracy.

Pierwsza fala digitalizacji w latach dziewięćdziesiątych XX wieku wywołała poważną zmianę w budownictwie i wprowadziła do biur projektowych programy CAD (ang. computer-aided design – projektowanie wspomagane komputerowo). Deska kreślarska musiała ustąpić miejsca kineskopowemu wyświetlaczowi komputera i oprogramowaniu wspomagającemu projektowanie. Obecnie doświadczamy drugiej fali digitalizacji, która wpływa na projektowanie podobnie jak poprzednio, tym razem poprzez technologię modelowania informacji o budynkach – building information modeling. Metoda projektowania bazującego na modelach jest obecnie dobrze rozwinięta i oferuje wiele korzyści, takich jak bezpieczeństwo projektowania, wydajność i łatwość kontrolowania kosztów inwestycji od samego jej początku. Jednak nie zawsze tak było.

W przeszłości projektowanie na zasadzie CAD wiązało się z ryzykiem utraty danych podczas ich transferu podczas współpracy wielu projektantów przy danym projekcie. Wielokrotnie zdarzało się to nie z powodu oprogramowania, lecz ograniczeń narzuconych przez jego użytkowników i popełnianych przez nich błędów. BIM zakłada przejrzystość dokumentacji i otwartą współpracę, która jest wspierana przez standard IFC – warunki te muszą być spełnione, jeżeli chcemy w pełni wykorzystać możliwości tej technologii.

4. KOMUNIKACJA MIĘDZY PROGRAMAMI RÓŻNYCH PRODUCENTÓW

IFC opiera się na ujednoliconym interfejsie zapewniającym współpracę między programami różnych producentów, dzięki czemu spełnione jest założenie BIM o nieograniczonej wymianie informacji. IFC jest otwartym standardem służącym do opisu modeli BIM i jest kluczowy dla transferów o niskiej utracie danych, dotyczących na przykład geometrii, konstrukcji i innych właściwości (atrybutów) trójwymiarowego komponentu. Pierwszą specyfikacją IFC była wydana w roku 2000 wersja IFC 2x, która zapoczątkowała wymianę danych między różnymi programami. Od czasu jej wydania wiele się zmieniło. Aktualnie dostępna jest wersja IFC4 Add2, przy czym uzupełnienie „Add2” oznacza bieżącą wersję rozszerzenia. Formaty IFC2x2, IFC2x3 i IFC2x4 (w skrócie IFC4) można rozróżnić na podstawie struktury, daty wydania oraz zawartości. Przez ostatnie lata standardem było IFC2x3, lecz teraz stopniowo jest zastępowane przez IFC4.

5. RÓŻNORODNOŚĆ ZASTOSOWAŃ

W procesie BIM, IFC wspiera przepływ danych między projektantami oraz między programami, w obrębie modeli poszczególnych branż i modelu centralnego BIM, biorąc przy tym pod uwagę metodę pracy uczestników projektu. Przykładem może być sytuacja, w której w pierwszej kolejności architekt pracujący w programie opartym na BIM tworzy swój projekt. Następnie do współpracy włącza się konstruktor, który używa różnych programów w celu zestawienia obciążeń, wyznaczenia wartości sił i momentów działających na konstrukcję i zaprojektowania jej zbrojenia.

W tym samym czasie, z użyciem specjalistycznego oprogramowania, swoją część projektu wykonuje instalator. Wszystkie te „podmodele” muszą być kolejno scalone w ramach jednolitego modelu BIM, środkiem do czego jest IFC. Interfejs IFC używany jest również w przypadku programów do przedmiarowania i kosztorysowania – pozwala importować wcześniej opracowane dane o budynku i interpretuje je. Ponadto istnieje możliwość bieżącego harmonogramowania i kontrolowania przebiegu inwestycji dzięki programom planistycznym włączonym w technologię BIM (umożliwia to np. Allplan).

Korzyści płynące z projektowania BIM przy użyciu interfejsu IFC odnoszą się także do produkcji elementów prefabrykowanych czy wykonywanych w technologii CNC. Sterowniki maszyny połączone poprzez IFC określają geometrię i interpretują ją w procesie działania maszyny, by w rezultacie wyprodukować pożądany element. Innym przykładem zastosowania IFC są programy CAFM (ang. Computer-aided facilities management – wspomagane komputerowo zarządzanie obiektami). Zarządzanie obiektami w BIM opiera się na uproszczonym modelu operacyjnym, który zawiera tylko istotne informacje na temat dokładnego modelu powykonawczego po zakończeniu budowy. Obejmuje on dane na temat instalacji, stanu elementu konstrukcyjnych, statusu konserwacji, a także stopnia zużycia elementów, takich jak chociażby żarówki czy filtry w systemie wentylacji.

Bazą danych importowanych do programów CAFM jest jednolity model BIM. O pomyślnym rezultacie decyduje tutaj transfer modelu do systemów zarządzania obiektami o możliwie najniższych stratach – z tego powodu interfejsy CAFM są stale rozwijane w celu poprawy standardów transmisji.

6. FILTROWANIE KLUCZOWYCH INFORMACJI POPRZEZ PODZBIORY

Szeroki zakres systemowej integracji IFC dostępnej dla projektantów pokazuje prawdziwy potencjał tego narzędzia. Nie odnosi się to jednak do każdej branży, co zostało pokazane powyżej. Konieczny jest całościowy model budynku. Taki pakiet danych ma możliwość przekazywania wszystkich informacji w nim zawartych – zarówno geometrycznych, jak i alfanumerycznych – poprzez IFC. Następuje to całościowo, bez wyjątków. Stąd w oprogramowaniu BIM wprowadzono tzw. podzbiory, które umożliwiają selekcję indywidualnych grup danych. Redukcja i filtrowanie pozwalają na dopasowanie zbioru danych do indywidualnego użytkownika oraz znacząco usprawniają wymianę informacji. Istnieją trzy zasadnicze korzyści tego rozwiązania.

Po pierwsze, redukuje ono ilość przekazywanych danych. Po drugie, zwiększa się szybkość procesowa modelu (zostaje okrojony dzięki importowi mniejszej ilości danych). Trzecią zaletą jest możliwość dostępu projektantów z poszczególnych branż do odpowiednich części modelu i informacji o nim, co usprawnia identyfikację błędów w projekcie (wiadomo, gdzie i kiedy powstały). W ten sposób architektowi przypisuje się za pośrednictwem IFC główną odpowiedzialność za cały proces projektowy. Tradycyjnie nadzór nad projektem sprawuje jego kierownik – w przypadku BIM koordynatorem staje się architekt, który w efekcie może zarządzać całością modelu.

7. STANDARYZACJA ORGANIZACJI ZADAŃ BIM

Specyfikacja IFC wprowadza definicję widoku modelu (ang. Model View Definition – MVD) w celu utworzenia ujednoliconej bazy wymiany danych pomiędzy branżami inżynierskimi. Przykładami widoków modelu są IFC Coordination View, IFC Structural Analysis View czy IFC FM HandOver View.

Definicje MVD są to wytyczne lub umowy, które między innymi obejmują klasy komponentów, określone atrybuty i właściwości lub ilości do implementacji w modelu danych IFC. Wraz z wprowadzeniem IFC4 dodane zostały dwa nowe MVD: IFC4 Reference View i IFC4 Design Transfer View, których zadaniem jest standaryzowanie kluczowych procesów w organizacji pracy BIM. Ponadto umożliwiają one weryfikację kolizji występujących w podmodelach dostarczonych przez poszczególne branże projektowe. Nie jest to jednak możliwe za pośrednictwem IFC i samego interfejsu, ale raczej za pośrednictwem komponentów wymienianych przez IFC i poddawanych sprawdzaniu kolizji w programie obsługującym BIM. Dodatkowe właściwości IFC4 mają za zadanie optymalizować proces projektowania BIM i, w miarę potrzeby, ujednolicać go.

8. UPROSZCZONA WYMIANA DANYCH ZA POŚREDNICTWEM BCF

Format współpracy openBIM (BCF) jest używany w celu usprawnienia komunikacji pomiędzy głównym koordynatorem BIM lub BIM managerem a projektantem. Główny koordynator BIM i BIM manager są odpowiedzialni za koordynację i zarządzanie jednolitym modelem BIM, który zawiera indywidualne podmodele utworzone przez zespół projektowy i nie jest wymieniany między stronami. BCF umożliwia oznaczanie zmian w obrębie modelu i przekazywanie informacji uzupełniających zespołom projektowym. Zawiera widok obiektów i pozwala na zmianę ustawienia kamery i jej pozycji, edycję opisu tekstowego, wykonanie zrzutów ekranu i pobranie wyciągów z modelu BIM.

Odpowiednie zaznaczenia w pliku są wymieniane pomiędzy uczestnikami procesu projektowego i w rezultacie tylko one mogą być edytowane i przekształcane. W przeciwieństwie do wymiany IFC, jest to jedynie rodzaj „wirtualnej notatki” BIM – zakodowanej informacji na temat problemów i niejednoznaczności występujących w modelu, która następnie może być przedstawiona projektantom z konkretnych branż. Wymiana informacji bazująca na BCF jest narzędziem przydatnym przede wszystkim do identyfikacji kolizji lub błędów modelowania, których prawdopodobieństwo wzrasta wraz z liczbą modeli dostarczanych przez różnych projektantów i wykonanych w różnych programach.

9. MIĘDZYNARODOWO AKCEPTOWANY JĘZYK OTWARTEJ WYMIANY DANYCH

Koncepcją, która stoi za działaniami organizacji buildingSMART, producentów oprogramowania i użytkowników, jest openBIM – zakłada on jak najmniejszą utratę danych w trakcie ich wymiany pomiędzy członkami procesu projektowego oraz tworzenie spójnego modelu BIM. Model taki powinien obejmować wszelkie możliwe specjalizacje i aspekty projektowania – od architektury po konstrukcję; od budowania nowych obiektów po rozbiórki i ponowne użycie materiałów czy elementów konstrukcyjnych w ramach recyklingu. Niestety, cel ten jest daleki od realizacji. Zmiany, które niesie BIM, wymagają otwartej współpracy między architektami, projektantami, wykonawcami, inwestorami i klientami. W nadchodzących latach IFC odegra w tej kwestii znaczącą rolę i będzie językiem umożliwiającym porozumienie między członkami projektu.

10. IFC I OPENBIM JAKO NIEZBĘDNE NARZĘDZIA PROJEKTOWE

Kluczem do udanego projektu BIM jest interoperacyjność w projektowaniu numerycznym, realizowana na przykład poprzez pracę na różnych platformach bez jednoczesnej utraty informacji i danych o projekcie. Interoperacyjność gwarantuje efektywną realizację projektu, w szczególności w przypadku dużych inwestycji, których projektowanie i wykonanie zajmuje wiele lat, a także w sytuacji, gdy projekt obejmuje wiele dyscyplin inżynierskich. Przykładem jest wykorzystanie idei openBIM i IFC przez biuro projektowe Stücheli Architekten z Zurychu. Firma zatrudnia ponad 80 osób, specjalizuje się w projektowaniu budynków biurowych, usługowo-handlowych, szkolnych, badawczych i mieszkalnych, a jej szerokie portfolio pozwala na eksplorację potencjału BIM.

Ursula Strasser, architekt i koordynator BIM w Stücheli Architekten, dostrzega wielki wkład IFC w projektowanie. „W Szwajcarii pracujemy przy użyciu wielu programów do projektowania architektonicznego. Z różnorodnego oprogramowania korzystają także konstruktorzy i inżynierowie budownictwa. Model danych IFC tworzy dla nas wspólny mianownik i pozwala uniknąć strat informacji podczas ich wymiany”. Pomimo przeszkód, jakie może stwarzać wprowadzenie BIM w biurze, Strasser dodaje: „IFC jest skutecznym narzędziem, a programy projektowe BIM dobrze wykorzystują współczesne możliwości. Niestety, zwłaszcza przy importowaniu i eksportowaniu danych oraz w przypadku prostych programów można zauważyć, że interfejs nie zostaje w pełni wykorzystany. Skutkuje to utratą informacji w trakcie projektowania. Często IFC nie jest narzędziem przeznaczonym dla prostych programów – to powinno się zmienić”.

Przy rozpoczęciu każdego nowego projektu biuro Stücheli Architekten określa, czy w danym przypadku ma sens użycie metod BIM. Jeśli zapada decyzja, że BIM zostanie użyte, metoda jest wdrażana wraz ze startem projektu. Jednak tradycyjne narzędzia projektowania, takie jak odręczne szkice czy fizyczne modele, wciąż są ważne w procesie tworzenia, nawet w projektach opartych na BIM. Ursula Strasser mówi: „Jesteśmy zdania, że projektowanie na podstawie modeli numerycznych na zbyt wczesnym etapie może być niebezpieczne. Mnogość informacji w modelu BIM odzwierciedla wysoki poziom szczegółowości, który nie jest rozsądny dla takiego statusu projektu”. Organizacja pracy w biurze i na budowie ma ogromny wpływ na metodę modelowania informacji o budynku. BIM wymaga przejrzystości i otwartości ze strony partnerów projektowych i może znacznie zwiększyć efektywność koordynacji.

W tym miejscu Ursula Strasser widzi mocną stronę metody w pracy biur architektonicznych: „Organizacja pracy BIM pozwala na ciągłą koordynację konstrukcji budynku, jego urządzeń, klimatyzacji czy instalacji sanitarnych. Oznacza to, że szczegółowe projekty mogą być na każdym kroku wprowadzane poprzez model BIM i IFC. Dodatkowo nasze spotkania projektowe odbywają się teraz w formie sesji ICE (ang. integrated concurrent engineering – zintegrowana równoczesna inżynieria); wspólnie pracujemy na modelu BIM i możemy razem na bieżąco rozwiązywać problemy”.

PODSUMOWANIE

Wymiana danych nabiera coraz większej roli w wyniku unowocześnienia formy współpracy przy projektowaniu, wynikającej z wprowadzenia BIM. Tylko przy zastosowaniu rozwiązania openBIM może być wygenerowana pełna wartość dodana. Wówczas gdy możliwa jest wymiana danych między programami, poszczególne modele różnych branż mogą być ze sobą zestawiane w centralnym modelu BIM. Kamieniem milowym dla openBIM okazało się wprowadzenie IFC w roku 1997. Od dłuższego czasu standard ten coraz bardziej rozpowszechnia się wśród użytkowników oprogramowania. IFC pozwoliło na wdrażanie standaryzacji codziennego projektowania. Ten relatywnie nowy format nie tylko stał się receptą na błędy w projektowaniu; jest on stale rozwijany przez niezależną organizację buildingSMART, przy współpracy z producentami oprogramowania i ekspertami, dzięki czemu może skutecznie wspierać metody pracy BIM. Ktokolwiek już dziś nie stosuje interfejsu IFC i nie ma możliwości wymiany modeli pomiędzy programami, w przyszłości może zacząć odstawać od konkurencji.

WYWIAD

Raport ten powstał na podstawie obszernej rozmowy przeprowadzonej z Danielem Zuppigerem, absolwentem architektury na uniwersytecie ETH Zurich, członkiem zarządu i managerem BIM, a także z Ursulą Strasser, architektką i koordynatorką BIM szwajcarskiego biura projektowego Stücheli Architekten z Zurychu. Daniel Zuppiger i Ursula Strasser, jako przykład zapewniający pełny wgląd w projektowanie BIM i pracę projektową w biurze Stücheli Architekten, użyli projektu „Generalnego remontu i rozbudowy obiektu badawczego HIF ETH Zurich Hönggerberg”.

O FIRMIE

ALLPLAN jest wiodącym dostawcą oprogramowania BIM (building information modeling) w Europie. Od ponad 50 lat firma odgrywa znaczącą rolę w promowaniu digitalizacji budownictwa i wspiera je dzięki nowoczesnym programom, tworzonym w sposób innowacyjny, z dbałością o klienta i przy zachowaniu niemieckiej jakości.

RAPORT

Daniel Zuppiger, absolwent kierunku architektura na uniwersytecie Eth Zurich, członek zarządu i BIM Manager w firmie Stücheli Architekten AG Ines Mansfeld, architekt i szef marketingu w firmie ALLPLAN.