مدلسازی اطلاعات ساختمان (BIM)
مهرداد عزیزی قهرودی[۱]
پژوهشگر دکتری معماری، گرایش معماری، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران مرکزی، تهران، ایران
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)
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.
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)
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)
کاربردهای مدل سازی اطلاعات ساختمان را میتوان در زمینه های زیر جستجو کرد:
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.
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)
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.
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)
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
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.
[۱] M.azizi254@gmail.com
صحبت های دکتر مهرداد عزیزی راجع به پکیج رویت را ببینید.
۴ پاسخ
سلام . مطالب عالی بود . لطفا نمودار ها رو نمایش بدین . مقاله های بیشتر هم لطفا معرفی کنید .
تصاویر . جدول ها و نمودارها حذف شده فقط زیر نویس تصاویر باقی موندند
سلام. مطالب خیلی خوبی بود. خیلی متشکرم. فقط غلط املایی زیادی داشت. ضمن این که تصاویر . جدول ها و نمودارها حذف شده بودند و لی زیر نویس تصاویر باقی موندند.
واقعا عالی بود، ممنون از استاد عزیزی