مدل­سازی اطلاعات ساختمان

مدل­سازی اطلاعات ساختمان (BIM)

مهرداد عزیزی قهرودی[۱]

پژوهشگر دکتری معماری، گرایش معماری، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران مرکزی، تهران، ایران

چکیده

امروزه مدل سازی اطلاعات ساختمان (BIM) کاربرد گسترده ای از طراحی و ساخت تا بهره برداری و حتی مرحله تخریب ساختمان ها پیدا کرده است. این فناوری با نمایش دیجیتال خصوصیات ساختمان، مدیر پروژه و ذینفعان را در هر مرحله برای تصمیم گیری درست یاری میکند.  BIM نمایش دیجیتالی خصوصیات فیزیکی و کاربردی یک ساختمان و منبع دانش مشترکی برای اطلاعات ساختمان است که مبنایی قابل اعتماد برای تصمیم گیری در طول چرخه عمر پروژه تشکیل میدهد. مقاله حاضر با توجه به این گستردگی و همچنین کاربردهای متعدد این فناوری بر بررسی کاربردها و مزایای این مدل در صنعت و رشته معماری و ساختمان پرداخته است.

واژگان کلیدی: مدل سازی اطلاعات ساختمان، BIM، ساختمان، مدیریت پروژه، نرم افزار

نمودار ۱: نمودار مکانیسم استنتاج (ماخذ: نگارنده)

مقدمه

اصطلاح عمومی مدل­سازی اطلاعات ساختمان یا BIM در اوایل ۲۰۰۰ میلادی برای طراحی نرم­افزار مدیریت ساختمان و ساخت و ساز و کنترل هزینه مورد استعمال قرار گرفت. اخیرا، نرم افزار BIM که یک سری نام های اختصاصی به آن داده شده است، به یک ابزار کامل برای طراحی و ساخت و ساز تبدیل، و توسعه یافته است. هدف این پژوهش ارزیابی این روند تکاملی، ارزیابی پیامدها و اهمیت BIM برای طراحی معاصر، عملکرد حرفه­ای و به طور کلی، برای تئوری و تاریخچه طراحی می­باشد. (Garber, 2009)

با پیشرفت صنعت ساخت و نیاز روز افزون به تسهیل ارتباطات و اشتراک مفاهیم بین ذینفعان و سایر اعضای تیم پروژه نیاز به نرم افزارهای کنترل پروژه، نرم افزارهای رسم کامپیوتری و … بیشتر شد. امروزه مفهوم مدل سازی اطلاعات ساختمان به عنوان راهکاری جامع برای جایگزینی این ابزارها مطرح شده است.

قبل از دهه ۱۹۷۰ میلادی نقشه های ساختمانی با مداد، جوهر و کاغذ ترسیم میشدند. اصلاح اشتباهات نقشه ها بسیار مشکل بوده و مخصوصا اگر اشتباهات روی نقشه های وابسته دیگری اثر می گذاشت، نتیجه کار وحشتناک بود. در دهه فوق، روش های ترسیم کامپیوتری CAD ابداع شدند که تنها روی پایانه های گرافیکی کامپیوترهای مرکزی قابل اجرا بودند. از دهه ۱۹۸۰ به بعد با ابداع کامپیوترهای خانگی، استفاده از برنامه های CAD در دفاتر مهندسی رواج بیشتری یافت. با این ابزار الکترونیک ترسیم، اصلاح و انتقال نقشه ها بسیار راحت شد، سرعت کار بالا رفته و ترسیم اشکال پیچیده و سه بعدی وارد مرحله جدیدی شد. توانایی های CAD نسبت به روش های دستی عالی بود، ولی با وجود توانایی سه بعدی هنوز قابلیت BIM را نداشت.

۱- تعاریف

یک مدل اطلاعات ساختمان، ترکیبی از مدل های نرم افزاری با شاخصه های مختلف مهندسی است که با ترتیبی مشخص با هم ادغام شده اند. تعریفی قطعی و دقیق برای BIM وجود ندارد. اما به روش های متعددی آن را تفسیر میکنند. در این پژوهش BIM طبق تعریف استاندارد ملی مدل سازی اطلاعات ساختمان ایالات متحده آمریکا در نظر گرفته شده است:

مدل سازی اطلاعات ساختمان (BIM) نمایش دیجیتالی خصوصیات فیزیکی و کاربردی یک ساختمان میباشد. BIM یک منبع دانش مشترک برای اطلاعات ساختمان است که مبنای قابل اعتماد برای تصمیم گیری در طول چرخه عمر پروژه از مرحله ابتدایی تا مرحله تخریب تشکیل میدهد (NBIMS,2007). پتانسیل مدل سازی اطلاعات ساختمان (BIM) این است که یک مدل منحصر به فرد، هوشمند و مجازی را می توان برای پوشش دادن همه ابعاد فرایند طراحی از جمله تجسم، کنترل تضاد مکانی، تولید مونتاژ و قطعات خودکار (CAM)، توالی ساخت و تحقیق و آزمایش مواد استفاده کرد. این مدل توسط همه طرفین (ذی نفعان) دخیل در ساخت ساختمان از معماران تا مشاوران مهندسی، پیمانکاران و پیمانکاران فرعی به اشتراک گذاشته می شود.

 این بیانگر وجود یک تغییر الگو در روش و آموزش طراحی است که شامل تکرار و تست مبتنی بر زمان پتانسیل های طراحی و نیز ساخت و ساز در محیط مجازی است. در واقع، مدل های اطلاعاتی موجب تقویت یک نوع هماهنگی و همکاری خودکار می شوند که به دلیل محیط و نیز تا حدودی به دلیل اهداف طراحان، قبلا در صنعت ساختمانی ، به طور گسترده شاهد آن ها نبوده ایم. با این حال ظاهرا بعید است که این موجب بهبود موضع و جایگاه معمار به عنوان قطب اصلی ( که محور همه فعالیت ها است) به جایگاه اصلی “سر معمار”- در طی طراحی ساختمان ها شود. شاید نکته جالب این باشد که این فناوری­ها، محیط و بستری را ایجاد می کنند که در آن مفاهیم خلاقیت و نواوری از طریق عملیات عملکرد، مقرون به صرفگی، شبیه سازی های مصالح و سیستم ظهور می کنند که در سرتاسر فرایند طراحی بر خلاف ساخت و ساز تکرار می شوند. (Garber, 2009)

تصویر ۱: چرخه حیات ساختمان: شامل سه دوره پیش از ساخت، حین ساخت و دوره پس از ساخت است.

BIM در هر بخش از این چرخه مفید و دارای عملکرد است. (ماخذ: گلابچی و همکاران، ۱۳۹۵)

BIM مدلسازی اطلاعات ساختمان 

۱-۱-  تمایز با CAD

تفاوت عمده مدل BIM با یک مدل سه بعدی متعارف CAD در ذخیره اطلاعات مهم کل فرآیند ساخت با تمام اجزاء میباشد. این اطلاعات شامل مواردی از قبیل مشخصات مصالح (وزن، رنگ، اندازه، میزان مقاومت در برابر حریق و …) راهنمای نصب و مونتاژ، خدمات گارانتی محصولات، الزامات نگهداری و تعمیرات، اطلاعات قیمت اجزاء و … خواهد بود. (نفس پور، ۱۳۹۰)

نمودار ۲: فرایند طراحی سنتی- فعالیت های مکانی سنتی و خطا های میدانی بالقوه (Source: Garber, 2009)

۲-۱-  کاربردهای BIM

کاربردهای مدل سازی اطلاعات ساختمان را میتوان در زمینه های زیر جستجو کرد:

• ترسیمات مناسب ساخت: تولید نقشه های اجرایی برای سیستم های متنوع ساختمان مثلا شیت های نقشه های ساخت کانال های فلزی ساختمان که میتوان به سرعت و درست پس از تکمیل شدن BIM تولید کرد.
• بازبینی استانداردها: این امکلن وجود دارد که آتش نشانی و دیگر ادارات بتوانند برای بازبینی و بررسی مقررات خود از این مدل استفاده کنند.
• مدیریت امکانات: گروه های مدیریت امکانات میتوانند از BIM برای نوسازی، برنامه ریزی فضایی، پشتیبانی و نگهداری بنا استفاده کنند.
• تخمین هزینه ها: نرم افزارهای BIM در درون خود به صورت پیش فرض ویژگی تخمین هزینه ها را دارند. مقادیر مصالح به صورت خودکار و حساس به هر تغییر هر چند اندک، قابل استخراج و تغییر میباشند.
• ترتیب ساخت: مدل BIM میتواند به صورت موثر به منظور کنترل توالی ورود مصالح، ساخت و زمان بندی دریافت اجزای ساخمان به کار گرفته شود.
• تشخیص درگیری، تداخل و تصادم: به دلیل آنکه مدل BIM با مقیاس و به صورت سه بعدی ساخته شده است، عمده سیستم های ساختمانی به صورت بصری قابل مشاهده هستند و در نتیجه تداخلات سیستم های ساختمانی به سهولت قابل مشاهده است. (Aazhar and partner, 2008)

۳-۱- مزیت های BIM

• فرآیندهای موثرتر و سریعتر: اطلاعات بسیار ساده تر به اشتراک گذاشته می شوند و می توانند ارزش افزوده ایجاد کرده و دوباره مورد استفاده قرار گیرند.
• طراحی بهتر: پیشنهادات طراحی میتوانند با دقت زیاد تحلیل شوند، شبیه سازی ها با سرعت بیشتر انجام شوند و عملکرد ها با اطمینان زیاد ارزیابی شوند. این مواد همگی موجب ارتقا توانایی ها و راه حل های نوآورانه می شوند.
• هزینه ها و داده های محیطی کنترل شده: عملکرد های محیطی بسیار قابل پیش بینی می شوند و همینطور هزینه های چرخه حیات قابل فهم تر می گردد.
• کیفیت بهتر تولید: در ایکن مدل داده های نهایی انعطاف پذیر و با کیفیت بهتری خواهند بود.
• خدمت بهتر به مشتری: طرح پیشنهادی با توجه سه بعدی و بصری بودن آن برای کارفرما و بهره برداران قابل فهم تر می باشد.
• کاهش هزینه های اجرا: بر اساس آمار دولت آمریکا با به کار گیری BIM در صنعت ساختمان بیش از ۳%  در هزینه های اجرای پروژه های ساختمانی صرفه جویی می شود. (ستوده بیدختی، ۱۳۹۳)
• بانک اشیا و اجزای ساختمانی: با به کارگیری BIM شرکت ها و سازندگان تجهیزات ساختمانی می توانند اطلاعات مدل شده محصولات خود را به آسانی در اختیار طراحان و متخصصان قرار دهند.

۲- BIM و مدیریت پروژه

پروژه طبق تعریف انستیتوی مدیرت پروژه عبارت است از مجموعه فعالیت های موقتی برای تحقیق یک تعهد و ایجاد یک محصول یا ارائه خدمات مشخص میباشد. قیل از اینکه پروژه اجرا شود پیش بینی محدوده، زمان، منابع و هزینه آن تا جایی که امکان دارد باید صورت گرفته و برنامه ریزی شود. فرآیند تهیه و اجرای درست برنامه پروژه و ملاحظات مربوط به آن را مدیریت پروژه می نامند. (سبزه پرور، ۱۳۹۱)

 یک طرح پروژه، اهداف مشخص و برنامه زمانی یک پروژه را طرح ریزی میکند و همچنین فعالیت های مختلف مورد نیاز برای رسیدن به اهداف را طبقه بندی میکتد. برنامه ریزی پروژه بخش مهمی است که اطمینان میدهد پروژه به درستی، به به موقع و با بودجه پیش بینی شده تکمیل میگردد.

۱-۲- استفاده از BIM در مدیریت پروژه

برای هر قسمت از پروژه، کاربردهای زیادی برای مدل سازی اطلاعات ساختمان وجود دارد. این کاربردها در مراحل مختلف برنامه ریزی، طراحی (قبل از ساخت)، حین ساخت و راه اندازی (پس از ساخت) میباشند. در طول فاز طراحی، به کارگیری BIM میتواند تاثیر آن را بر پروژه بسیار زیاد کند و قابلیت آن در کاهش هزینه کل پروژه یکی از مهمترین اثرات به کارگیری BIM است. اعضای گروه طراحی پروژه میتوانند ایده های خلاقانه خود را مطرح کنند و راه حل های خود درباره مسائل مختلف پروژه را قبل از اینکه به مشکلاتی هزینه­بر تبدیل شوند، ارائه کنند. اما دستیابی به این هدف با همکاری و هماهنگی میان همه کارکنان پروژه میسر خواهد شد.

استفاده از BIM روحیه همکاری میان اعضای پروژه را بالا میبرد. معماران و مهندسان میتوانند ایده های طراحی خود را آزمایش کنند. مدیران ساخت میتوانند گزارش های مربوط به مراحل پیشرفت کار، برآوردهای مهندسی و قابلیت ساخت را ارائه کنند. آنها همچنین میتوانند در اوایل مراحل طراحی هماهنگ سازی۳ بعدی، مدل را میان پیمانکاران جزء و فروشندگان مصالح انجام دهند. مالکین میتوانند به صورت بصری دریابند که آیا این طرح همان چیزی است که به دنبالش بودند و خواسته آن ها را ارضاء کرده است یا باید اصلاحاتی صورت گیرد. در طول فاز ساخت پروژه نیز به کارگیری BIM در پروژه ها سودمند خواهد بود. البته بدیهی است که قابلیت تاثیر بر هزینه های پروژه به دلیل قرار گرفتن در فاز ساخت کاهش می یابد. اما کاربردهای مهم و متعددی از جمله برآورد هزینه، برنامه ریزی مراحل ساخت، برنامه ریزی و کنترل ۳ بعدی پروژه و دیگر موارد نیز وجود دارد. در طول فاز پس از ساخت تهیه مدل بایگانی اطلاعت ساختمان، برنامه ریزی نگهداری و تعمیرات ساختمان، تحلیل سیستم های ساختمان، مدیریت ساختمان، مدیریت دارائی ها، مدیریت فیزیکی فضاهای ساختمان، برنامه ریزی برای حوادث غیر مترقبه از کاربردهای بیم است. (فانی و طاهرخانی، ۱۳۹۱)

جدول ۱: کاربردهای BIM در فازهای مختلف چرخه عمر پروژه (ماخذ: فانی و طاهرخانی، ۱۳۹۱)

۳- معرفی نرم افزارهای موجود

بستر معرفی و توسعه روش های مدلسازی اطلاعات ساختمان را نرم افزارهایی تشکیل میدهند که ابزار کار در این متدولوژی میباشند. نرم افزارهای BIM هوشمند، پرامتریک  و شیء-محور هستند که محبوب ترین آن ها در سطح جهان شامل : Autodesk Revit، Tekla، Archicad، Autodesk Navisworks میباشند و با این تعریف نرم افزارهایی از قبیل ۳Ds Max، Rhino از نرم افزارهای BIM به حساب نمی آیند.

۱-۳- افزونه ایرانی BIMKAR برای نرم افزار Revit و مخصوص متره و برآورد:

این افزونه تحولی در نتره و برآورد به وجود آورده است و فرآیند زمان­بر و مستعد خطای فعلی را که بعضا نیازمند هفته ها تلاش میباشد را ظرف چند ثانیه بدون نیاز به هیچگونه اندازه گیری و اختصاص آیتم، انجام داده و برآورد ریالی پروژه را مستقیما بر مبنای فهارس بنای ایران ارائه میکند و در کنار آن توانایی محاسبه منابع مورد نیاز پروژه را نیز دارا میباشد که بدین ترتیب زمان مورد نیاز اجرای پروژه نیز به صورت کمی قابل محاسبه خواهد بود. این نرم افزار که با نام روبوت متره و برآورد BIMKAR ارائه شده است، قدرت گرفته شده از متدولوژی BIM و نرم افزار محبوب و قدرتمند Autodesk Revit میباشد که با توجه به کارکرد جامع و یکپارچه با Revit، در نوع خود در سطح جهان منحصر به فرد بوده و کاربرد BIM را به سطحی بالاتر و ملموستر در ایران منتقل میکند.

جدول ۲: نرم افزارهای مورد استفاده در متدولوژی BIM در فازهای مختلف پروژه (ماخذ: نگارنده)

۴- تحلیل و بررسی

حال رویکرد سنتی با رویکرد BIM برای تحویل پروژه که در حال گسترش در صنعت ساختمان می باشد مقایسه می شود. پیاده سازی فرآیند BIM برای طراحی ساختمان با ایجاد اطلاعات هماهنگ سازی شده و قابل اطمینان برای طراحی پروژه آغاز می گردد. این اطلاعات در یک مدل سه بعدی هوشمند از ساختمان به نمایش در می آیند که اجزای طرح به صورت پویا با اطلاعاتی غنی با یکدیگر در ارتباط اند. با این روش، BIM می تواند ارزیابی طرح های بیشتری را تسهیل کند. به عنوان بخشی از فرآیند طراحی، مهندسین می توانند مدل اطلاعات ساختمان را به کار گیرند و شبیه سازی و تحلیل ساختمان را انجام دهند تا بهینه سازی طرح در موضوعاتی مثل قابلیت ساخت، توسعه پایدار و ایمنی ساختمان محقق شود. همچنین با فرآیند BIM اقلام قابل تحویل طرح می توانند به طور مستقیم از مدل اطلاعاتی ساختمان تهیه گردند. اقلام قابل تحویل فقط شامل نقشه های دو بعدی ساخت نمی شوند، بلکه خود مدل و تمام اطلاعات ارزشمند درون آن می باشد که می تواند برای متره و برآورد، مقادیر مصالح و کارها، ترتیب مراحل ساخت و مقایسه نقشه ها و حتی بهره برداری و نگه داری ساختمان مورد استفاده قرار بگیرد.

حال چه چیز در رویکرد BIM متفاوت است؟ استفاده از مدلسازی، تصویرسازی ۳بعدی و تحلیل مدل موضوعات جدیدی در عرصه طراحی ساختمان نمی باشند. تفاوت این است که در رویکرد سنتی، طراحی، تحلیل و تهیه نقشه های ساخت، فرآیند هایی جدا از هم می باشند که موجب نا کارآمدی و تحمیل هزینه هایی و تحمیل هزینه های گزاف برای بررسی سناریوهای مختلف می شود. همانطور که منحنی شماره ۴ در شکل زیر نشان می دهد، با ایجاد ارتباط مؤثر بین مراحل طراحی، تحلیل و تهیه نقشه های ساخت در جریان کاری BIM، بیشتر حجم کار فرآیند طراحی در پروژه به مرحله قبلی چرخه عمر پروژه یعنی طراحی جزئیات انتقال داده می شود و این در حالی است که در این مرحله امکان تأثیرگذاری بر روند اجرای پروژه بالا است و هزینه انجام اصلاحات طراحی پایین می باشد. در این شرایط مهندسان می توانند وقت بیشتری برای بررسی سناریوهای بهینه سازی طرح صرف نمایند و در مقابل وقت کمتری برای ایجاد نقشه های ساخت بگذارند. (فانی و طاهرخانی، ۱۳۹۱)

تصویر ۲: مقایسه حجم کار بین دو رویکرد BIM و سنتی در فازهای مختلف پروژه

۵- نتیجه گیری

علل اصلی عدم بهره وری در صنعت ساختمان، طبیعت پراکنده سیستم تحویل پروژه سنتی، استفاده از فناوری CAD 2بعدی سنتی بودند. شکاف بهره وری نیروی کار می تواند از طریق مفهوم مدل سازی اطلاعات ساختمان بسته شود، زیرا همانطور که نتایج بررسی و تحقیق حاضر نشان می دهد، BIM در همه فاز های چرخه عمر پروژه کاربردهای مفید دارد و بعضی از کاربرد های آن در بیش از یک فاز چرخه عمر پروژه وجود دارد. در سیستم تحویل یکپارچه پروژه با به کارگیری BIM نقش طراحان و مجریان پروژه از یکدیگر جدا نخواهد بود و رویکردی همکارانه میان همه اعضای درگیر در پروژه به وجود خواهد آمد. با گذشت زمان هر چه از مراحل اولیه چرخه عمر پروژه دورتر می شویم، میزان تأثیر اصلاحات بر روند اجرای پروژه کمتر و هزینه انجام اصلاحات طراحی در پروژه بیشتر می شود. در رویکرد سنتی انجام پروژه بیشترین حجم فعالیت طراحان و مهندسان پس از قطعی شدن طرح و در مرحله تهیه نقشه های ساخت بود. اما با بکارگیری BIM و ایجاد ارتباطی مؤثر بین مراحل طراحی، تحلیل و تهیه نقشه های ساخت در جریان کاری آن، بیشتر تلاش و فعالیت فرآیند طراحی در پروژه به مرحله قبلی چرخه عمر پروژه یعنی طراحی جزئیات انتقال داده می شود و این در حالی است که در این مرحله امکان تأثیرگذاری بر روند اجرای پروژه بالا است و هزینه اجرای اصلاحات طراحی پایین می باشد. همچنین اختلافات در مراحل ابتدایی پروژه رفع می گردد و امکان یکپارچه سازی نقشه ها با برنامه زمانبندی و بودجه پیش بینی شده فراهم می آید و صرفه جویی اقتصادی برای پروژه را به همراه خواهد داشت.

۵- منابع

• گلابچی، محمود (۱۳۹۵)، مدلسازی اطلاعات ساختمان، انتشارات دانشگاه تهران، چاپ اول، تهران
• سبزه پرور، مجید (۱۳۹۱)، کنترل پروژه به روش گام به گام، انتشارات ترمه، چاپ اول، تهران
• فانی، فرزاد، طاحرخانی، روح اله، کاربرد مدلسازی اطلاعات ساختمان (BIM) در مدیریت پروژه های ساخت و ساز، اولین کنگره سراسری فناوری های نوین ایران، تهران، ۱۳۹۳
• ستوده بیدختی، امیرحسین، بررسی عملکردی مدل سازی اطلاعات ساختمان (BIM)، اولین کنفرانس بین الملی و سومین کنفرانس ملی مدیریت ساخت و پروژه، ایران، تهران، ۱۳۹۵
• نفس پور، رامین (۱۳۹۰)، مدل سازی اطلاعات ساختمان
• Garber, Richard (2013), Building Information Modeling, AD Reader: The Digital Turn in Architecture 1992 – ۲۰۱۲, Edited by Mario Carpo, Printed By Wiley
• NBIMS, 2007, National Building Information Modeling Standards: Overview, United States, National Institute of Building Science
• NBIMS, 2010, National Building Information Modeling Standards: Overview, United States, National Institute of Building Science
• Salman Aszhar, Malik Khalfan and Tayyab Maqsood, Building Information Modeling, Now and beyond, Australasian Journal of Construction (2012)
• Salman Aszhar, Michael Hein and Blake Sketo, Building Information Modeling (BIM), Benefits, Risks and Challenges, McWhorter School of Building Science (2008)

[۱] M.azizi254@gmail.com

صحبت های دکتر مهرداد عزیزی راجع به پکیج رویت را ببینید.