BIM a informační technologie ve stavebnictví

Úvod

Tyto technologie jsou v současnosti již na takové úrovni, že umožnují poměrně široké propojení informačních nástrojů s lidmi. Od modelu BIM se dá očekávat usnadnění komunikace a zefektivnění kooperace ve fázi přípravy projektu, včetně následné optimalizace projektu harmonogramu s využitím virtuální a rozšířené reality. Technologie v rámci nástroje BIM umožní částečnou automatizaci procesu samotné realizace stavby, numerické modelování umožní optimalizaci nákladů výroby pro zhotovitele.

S moderními informačními technologiemi budou moci všichni účastníci stavebního projektu ve vteřině vidět na svém mobilním telefonu aktuální informace, se kterými dotyčný člověk potřebuje pracovat. Skrz workflow – model pracovních procesů – bude možné jasně definovat role a odpovědnosti, úkolovat jednotlivé účastníky stavebního projektu a jejich úkoly efektivně kontrolovat. Internet věcí (Internet of Things – IoT) umožní stavební projekty ve fázi užívání velmi efektivně spravovat. Všem těmto možnostem aplikace informačních technologií v rámci aplikace modelu BIM se věnuje následující článek.

Porovnání digitalizace stavebnictví s ostatními obory výroby

Při pohledu do ostatních oborů výroby, jako jsou například strojírenství, zemědělství, potravinářství, automotive, vývoj, výzkum a služby, lze konstatovat, že moderní informační technologie využívají všechny tyto obory, některé do míry vyšší, některé naopak. Strojírenství a automotive (návrh, vývoj, výroba a prodej motorových vozidel) například spolupracují při vysoké míře prefabrikace velice efektivně. Stále častěji skloňovaným pojmem je čtvrtá průmyslová revoluce, po které již nebude potřeba lidského zásahu při výrobě v továrnách, všechno bude plně automatizováno a celý tento systém dokáže pružně reagovat na využitím internetu věcí... Lze konstatovat, že i zemědělství dokáže v tuzemských podmínkách využít potenciálu informačních systémů lépe než stavebnictví. Například vědci z britské univerzity Harpera Adamse v rámci svého projektu Hands Free Hectare vybudovali ve vesnici Edgmond vůbec první farmu, kde všechny  pracovní  úkony  jsou  vykonávány  stroji. Ta zařídila veškeré práce od začátku do konce, tedy od sázení, hnojení až po samotnou sklizeň. Vědci nakoupili několik zemědělských strojů, včetně traktoru a kombajnu, které následně zařídili vybavením umožňujícím ovládat stroje, aniž by byl přítomen řidič [1].

Tuto  myšlenku  není  technologicky  nemožné  přenést  do stavební praxe, v současnosti jsou již stroje vybaveny  systémy,  které  do- káží získat na dálku data o objemech kubatury vykopané zeminy, plochy odfrézovaných částí a podobně. To, že lze ze strojů získat data, skýtá poměrně značný potenciál k tomu začít stroje ovládat tak, jak se to již děje v ostatních výrobních oborech lidské činnosti.

Numerické modely a BIM

Z předchozích vyjádření by bylo možné vydedukovat, že v akademických kruzích o stavebnictví není zájem a že se věda dostatečně nesnaží tento obor posouvat. Praxe ovšem ukazuje jiná fakta – při situaci na stavebním trhu bohužel není možné bez digitalizace začít výrobu optimalizovat a zlepšovat právě ve fázi realizace, jelikož hlavním cílem, který zabírá všechny dostupné lidské zdroje, je projekt vůbec dokončit se všemi nuancemi oproti původním plánům. Tak,  jak poroste digitalizace v oboru stavebnictví a jak budou vyvinuty softwarové nástroje na skutečné projektové řízení, bude možné se věnovat optimalizaci stavební výroby.

Tomuto tématu se ve svých dizertačních a jiných akademických pracích věnují Ing. Vyacheslav Usmanov, PhD., a prof. Ing. Čeněk Jarský, DrSc., FEng., z Fakulty stavební ČVUT v Praze. Práce pojednávají o nalezení metod vedoucích k optimalizaci stavebních procesů (minimalizaci pracnosti a nákladů, spotřeby pohonných hmot, doby výstavby, dopadu na životní prostředí atd.) na bázi použití informačních technologií.

Tyto práce se převážně zabývají matematickým modelováním technologie výrobního stavebního systému. S využitím teorie hromadné obsluhy (teorie front), stochastického modelování metodou Monte Carlo a metodou multikriteriálního rozhodnutí byl vyvinut takový model, který vede k nalezení optimální strojní sestavy podle různých hledisek nebo jejich kombinace. Funkční flexibilní matematický model je postaven na internetové bázi, čímž je zajištěn nepřetržitý přístup k systému. Matematicko-technologické metody   a jejich aplikace do systému jsou předmětem výzkumu předložené DDP – jsou velmi aktuální a mají vysokou vědeckou a praktickou hodnotu. Zkoumaly základní klíčové vlastnosti a charakteristiky stavební výroby, kterými jsou minimální pracnost a náklady, optimální doba provádění stavby, maximalizace zisku stavebního podniku, optimální spotřeba pohonných hmot (PHM), minimalizace poruchových stavů a minimalizace dopadů stavební výroby na životní prostředí. Některé uvedené klíčové parametry stavební výroby by mohly být zohledněny při soutěži a  volbě  zhotovitele pro státní zakázky během procesu výběrového řízení.  Vědecký obor stavební výroby a stavební podniky si denně kladou otázky týkající se zlepšení kvality stavebního díla, snížení spotřeby zdrojů  a zmenšení dopadů na životní prostředí. Vzhledem k omezeným zdrojům surovin, energie a pracovních sil matematické modelování   a optimalizace stavební výroby získávají stále větší význam [2]. Z těchto faktů lze vyčíst, že modely pro optimalizaci výroby již existují. V rámci digitalizace ve stavebnictví bude v zájmu všech zúčastněných stran začít tyto moderní nástroje využívat.

Způsoby realizace CDE

Jednou z nejdůležitějších součástí přístupu BIM je tzv.  Common  Data Environment neboli společné datové prostředí. V době internetu se jedná o zpřístupnění databází informací týkajících se stavebního projektu ve všech fázích jeho životního cyklu s využitím API (Application Programable Interface). Toto rozhraní musí splňovat základní požadavky na CDE podle typu a rozsahu zakázky, zadavatele a mnoha jiných faktorů. Lze zmínit některé ze základních požadavků na CDE, a to možnost nastavení práv uživatelů, existence auditních mechanismů uživatelských akcí, sledování termínů a úkolů pomocí workflow, možnosti sdílet dokumenty v „papírové formě“, nastavení administračních podmínek CDE a mnoho dalších. CDE je konkrétně definován v BEP (BIM execution plan) pro každé použití koncepce BIM. Nutná je kvalitně zvládnutá komunikace v rámci BEP, která později velmi usnadní sdílení informací uvnitř celého CDE.

Transformace současného řízení stavebních projektů na možnost řízení modelem BIM

Velkou otázkou je, kde vlastně s aplikací přístupu BIM při řízení stavebních projektů začít. Jednoznačně bude nutná jistá transformace současné situace, která zavedení modelu BIM v aktuální době činí předčasným. V oblasti dopravních staveb je otázkou, jak spojit harmonogram výstavby s jednotlivými agregovanými položkami soupisu prací. S tímto krokem by mohla pomoci vyšší agregace stavebních prací nebo nasazení data miningu a neuronových sítí.

Data mining je obor v oblasti analytické metodologie, získávání netriviálních skrytých a potenciálně užitečných informací z dat. Hojně se využívá například v lékařství, marketingu a bankovnictví. Nasazením metod data miningu a později neuronových sítí by bylo možné minimalizovat potřebnou lidskou práci při převodu z původního přístupu do nového. Stroje by se jednoduše naučily, co potřebují na základě dat, která v současné době do jisté míry již existují.Další jistě užitečnou aplikací spojení 3D modelu s finanční stránkou projektu, projektovým řízením a harmonogramem prací je možnost si vizuálně projít všechny tyto aspekty stavby ještě ve fázi návrhu virtuální nebo rozšířenou realitou.

Údržba metodou BIM a internetem věcí

Stejně jako v průmyslu se i v ostatních oborech lidské činnosti začíná skloňovat pojem spojený se čtvrtou průmyslovou revolucí, kterým je internet věcí. Stavební projekt již nebudou ve společném datovém prostředí tvořit pouze čísla, ceny, data převzetí prací a dokumenty. Na základě internetu věcí po skončení fáze realizace stavby bude známo, jaké byly na stavbě použity materiály a kde se tyto materiály vyskytují. Bude naprosto zřejmé, kdy bude nutné jakou část obnovit či vyměnit nebo na ní provést běžnou údržbu. Navíc sofistikovanými zařízeními se SIM kartou bude možné sledovat stav mostů a tunelů, jejich chování v rámci provozu, včetně upozornění a předpovědi možných deformací. Podle informací z dokumentace skutečného provedení stavby bude možné stavbu ekonomicky velmi efektivně provozovat za účasti minimálního množství lidských zdrojů.

Shrnutí a prognóza

Vzhledem k vývoji informačních technologií, míry miniaturizace a nárůstu výpočetních výkonů jak osobních počítačů, tak mikropočítačů, které se v současnosti využívají, od senzorů přes jednodušší fotoaparáty, fotopasti až po bankovní terminály, se dá očekávat, že radikální zvýšení míry digitalizace ve stavebnictví na sebe nenechá dlouho čekat.

Moderními nástroji je v první řadě možné zefektivnit proces přípravy stavby, proces projektového řízení při výstavbě projektu a usnadnit provozovateli údržbu stavby při jejím využívání. V dalších  fázích pak přinese vyšší prefabrikaci, automatizaci a robotizaci stavební výroby.

Zdroje:
[1] PULTAROVA, Tereza. Robotic Farm Completes 1st Fully Autonomous Harvest. Live Science [on-line]. Purch, 2018 [cit. 2018-10-22]. Dostupné z: https://www.livescience.com/60567-robotically-tended-farm-completes-first-harvest.html.
[2] USMANOV, Vyacheslav. K matematickému modelování a optimalizaci stavebních procesů; doktorská dizertační práce; Praha 2016.