Zpět na stavby

Datový standard informačního modelu

8. května 2020
Ing. Jaroslav Synek, Ph.D.

Rozvoj a využívání informačního modelování BIM je stále častějším tématem zasahujícím celé, nejen české stavebnictví. Vzhledem k tomu, že počet stavebních projektů využívajících BIM se blíží stavu, kdy znalost problematiky bude nezbytná, je potřebné přibližovat základní podmínky úspěšné práce s BIM modelem i těm členům profese, kteří se zatím s praktickým využitím a uplatněním BIM modelu setkali omezeně, anebo jen málo.

Autor:


Vedoucí útvaru technologií a materiálů v úseku výrobně-technického ředitele, Metrostav a.s., a katedra technologie staveb Fakulty stavební ČVUT. Absolvent Fakulty stavební ČVUT v Praze se zaměřením na technologii a kvalitu staveb, člen czBIM.


Tento příspěvek  navazuje na příspěvky v časopise Stavebnictví 09/2018 a 11/2018, které byly věnovány jiným nezbytným součástem BIM projektu při využívání informačních modelů v praxi projektanta, zhotovitele a stavebníka.

Proč se zabývat datovým standardem

BIM model je obsahově i strukturně rozsáhlá databáze informací jak o jednotlivých prvcích modelu a stavby, tak o konstrukci a stavbě jako takové. Aby bylo možné tuto databázi systematicky využívat v co největším počtu BIM aplikací, je nutné, aby podle nastavených obecných pravidel byla správně naplněna potřebnými informacemi, popisnými vlastnostmi prvků a jejich parametry. Informace databáze o prvku sestávají z grafické podoby, 3D zobrazení, které zná většina uživatelů, ale především z negrafických popisných informací prvku, jež zachycují  ostatní  potřebná data pro navrhování,  posuzování, oceňování, realizaci a správu stavby (obr. 1).

Databázová pravidla datového standardu předepisují strukturu a obsah informačního záznamu a také syntaxi, formát zápisu vhodný pro uživatelské i strojové čtení informací (v softwarových systémech i aplikacích) využívajících datový, tj. informační záznam o jakémkoliv prvku databáze modelu/stavby. Tato pravidla musí být pro veškeré databázové informace modelu striktně dodržována. Databázový zápis nerespektující předpis nedovoluje aplikační využití databázové informace, pořízení takové informace bylo zbytečné. Předpis informačního záznamu také dovoluje jednoduše ověřovat, zda informace splňují pravidla databáze, a vadné jednoduše identifikovat, vyřadit nebo opravit.

Co je datový standard

Datový standard je základní potřebou a podmínkou informačního modelu (BIM) pro efektivní využití BIM modelu. Je základní součástí modelu, nositelem všech informací, se kterými po celý životní cyklus stavby pracují a využívají je všichni účastníci stavebního projektu (stavebník, projektant, přípravář, rozpočtář, stavbyvedoucí, správce stavby aj.). Datový standard je informačním jazykem účastníků, a proto je vázán velmi podobnými pravidly jako jakýkoliv jiný jazyk (obr. 2).

IFC a datový standard

V souvislosti s datovým standardem bývá často zmiňován formát IFC, otevřený výměnný datový formát v souladu s normou ISO 19 650-1 a 2. Datový standard musí, při definici jednoznačného umístění prvku, umožnit přenos informací pomocí IFC mezi jednotlivými skupinami SW (AutoDesk, ArchiCAD, Graphisoft aj.). K tomu je IFC prioritně určen. Datový standard a IFC jsou dva rozdílné pojmy BIM, které mají umožnit záznam a přenos definovaných informací  uspořádaných na jednoznačných pozicích modelu.

Funkce datového standardu

Funkcí  datového standardu je systematické uspořádání  informací  o prvku modelu/stavby, tedy strukturovaný informační obsah základního prvku podle přijatého před pisu datového standardu k dalšímu  využívání v BIM prostředí.

Předpis datového standardu má umožnit co nejširší využívání informací BIM modelu v daném, obvykle národním prostředí stavebního projektu. Předpisy upravující informační modelování na nadnárodní úrovni (EU) neupravují národní prostředí, regulace je obdobná jako regulace stavebních výrobků. K dosažení očekávané efektivity při využívání BIM modelu je proto nutné připravit a systematicky ověřit takový národní datový standard, který odpovídá místním požadavkům a zvyklostem přípravy, realizace a provozování staveb v prostředí relevantních právních a technických národních předpisů.

Absence ověřených obecných řešení bez kompatibility s místním prostředím je překážkou pro import zahraničních neověřených řešení, kde je vznik a užívání datových standardů na obdobné úrovni jako v ČR (obr. 3).

Rizika datového standardu

Nalézt obecnou shodu na formulování správně strukturovaného obsahu informací společných pro co největší množství stavebních, konstrukčních prvků a výrobků je velmi složitou úlohou, která vyžaduje nejprve definovat tyto prvky, u každého z nich formulovat popisné informace, vlastnosti (parametry) potřebné pro aplikace BIM modelu, nastavit jejich strukturu a nalézt formát, syntaxi zápisu, která vyhovuje jak běžnému uživateli využívajícímu inženýrské procesy při navrhování, posuzování, oceňování, přípravě, realizaci a správě stavby, tak pro strojový zápis a čtení informace – databázové operace. O nesnadnosti řešení svědčí i to, že ani největší poskytovatelé BIM nástrojů přes trvalou, dlouhodobou snahu o formulování obecně platného a využitelného datového standardu vhodné a použitelná obecné, tj. nadnárodní řešení dosud nenalezli.

Klíčem ke správné formulaci je nalezení společného  jmenovatele mezi popisnými vlastnostmi co největšího počtu základních prvků a výrobků staveb/informačních modelů a jejich společné struktury tak, aby vyhovovala podmínkám (obv. národním) prostředí, ve kterém je BIM model připravován a používán.

Velmi různorodé informační potřeby vyplývají z komplexní podoby a využitelnosti informací BIM modelu i změn uživatelských priorit souvisejících s rozdílným přístupem a potřebami uživatele vztaženými k základním prvkům modelu/stavby  podle prvku, stupně a využití projektové dokumentace v životním cyklu stavby (obr. 4).

Datový standard a role dodavatelského modelu

Úspěšná a ověřená užití datového standardu lze nalézt ve stavebních projektech s formou dodávky D & B (Design & Build), častou v angloamerickém a asijském prostředí, kde je shoda na podstatných částech dodávky, tedy i datovém standardu, určena dohodou mezi objednatelem a zhotovitelem.  Právě tato forma dodávky stavebního projektu přinesla vznik a umožnila rozvoj informačního modelování zaměřeného na efektivitu řešení, přípravných a realizačních postupů. Projektant je zde součástí týmu zhotovitele, komunikace proto probíhá rychleji a efektivněji, než v dodavatelském modelu D & B & B (Design & Bit & Build), obvyklém v tuzemských podmínkách. Podstatnou výhodou projektů D & B je i to, že stavební projekt se zadává na omezeně podrobnou dokumentaci, obvykle v úrovni studie, která se soustředí na naplnění základních cílů a výkonů projektu, neobsahuje nadbytečné podrobnosti, které je v ČR obvyklé formě dodávky D & B & B (a při respektování podmínek  ZZVZ) velmi obtížné a složité měnit. Jako u všech složitých a proměnlivých úloh je proto nutné se soustředit na klíčové části, jednoduchá a kompatibilní řešení, která jsou schopna účinně a rychle reagovat na změny požadavků a aspektů požadovaného řešení se zaměřením na dosažení cíle projektu.

Požadavky na datový standard

Přesné požadavk y na datový standard v yplývají  z vyžadovaných cílů, výstupů a funkcí projektu popsaných v BIM protokolu, informačních požadavcích objednatele  (EIR) a realizačních plánech BIM (BEP). Obecně má datový standard naplnit požadavky aplikací využívaných  v BIM prostředí. Jejich rozsah zachycuje schéma tzv. nD modelu vysvětlující rozsah dimenzí informačního modelu. Běžně se v současnosti hovoří o sedmi i osmi dimenzích BIM modelu, každá dimenze je skupinou užití informací datového standardu (obr. 5).

Jako základní předpoklad  práce s informačními modely je nutné přijmout dynamiku vývoje aplikací, jejich zvyšující se počet, vycházející z rozvoje poznání a potřeb, a především možností informačního modelování.

Základním požadavkem je jednoduchost záznamů datového standardu, jeho návaznost na místní prostředí a stanovené (definované) požadavky umožňující jeho využívání běžným uživatelem orientovaným v dané problematice. Jednoduchost datového standardu znamená čitelnost, přehlednost a orientaci běžného uživatele v běžném zápisu i strojovém zpracování.

Naopak nevhodné jsou datové standardy vycházející z kontextu pro uživatele neznámého a vyžadující množství informací nepoužitelných v daném stupni PD, kontextu, způsobu využívání modelu a fázi životního cyklu, které zatěžují výpočetní model a vedou k jeho technické nezvládnutelnosti.

Obr. 1 Příklad informací o prvku modelu/stavby
Obr. 1 Příklad informací o prvku modelu/stavby

Zkušenosti s užíváním datového standardu

Jednoznačným vstupním požadavkem a podmínkou pro tvůrce datového standardu je velmi pokročilá znalost procesů, které datový standard využívají, tedy všech procesů od modelování základních představ o stavbě přes realizaci až po zpracování a předání modelu pro uživatele, správce stavby. Tato podmínka je limitující a také velmi závislá na zkušenosti s realizací BIM projektů, které jsou v BIM prostředí  zpracovány od modelu přes posuzování,  navrhování, realizaci, uvedení do provozu a předání správci. Takových projektů je zatím v ČR minimum a zkušenosti s nimi jsou jen málo známé. Dosavadní veřejné a publikované projekty realizované v ČR jsou ve většině případů zaměřeny na ověřování pouze některých, jen omezeně provázaných částí BIM řešení. To je významnou překážkou pro nezbytné ověření celého komplexního řešení BIM projektu (obr. 6).

Knihovny stavebních výrobků

Zkušenost s využíváním nestandardizovaných datových záznamů, jehož důsledkem je jen velmi omezené použití, už získali nejrůznější výrobci a projektanti při vytváření a využívání datových záznamů např. pro knihovny stavebních výrobků. Absence jednotného obsahu, struktury a formy záznamu dat je pro využívání informací modelu limitující. I proto je konstituování vhodného datového standardu zásadní pro skutečně efektivní využívání informačního modelu stavby napříč softwarovými rodinami (obr. 7). Výrobkové knihovny obvykle zahrnují velké množství různých stavebních výrobků a vzhledem k využití v aplikacích BIM prostředí rovněž neuspořádaně zaznamenaných popisných vlastností a jejich parametrů. Příklad struktury takových popisných vlastností je uveden v tab. 1.

Části datového standardu a popis prvku

Datový standard pro širokou využitelnost, srozumitelnost a čitelnost má obsahovat co nejjednodušší a nejpřehlednější zápis popisných vlastností (jejich parametrů) základního prvku modelu/stavby spolu s jeho jednoduchým označením (obr. 8). Datový standard sestává z vhodně strukturovaného obsahu/rozsahu popisných vlastností prvku s parametry a formy zápisu, syntaxe vhodné pro uživatelské i strojové čtení, tak, jak je znázorněn na obr. 3.

Základní prvek BIM modelu a datový standard

Volba základního prvku modelu/stavby je pro efektivní využívání BIM prostředí podobně důležitá jako samotný obsah datového standardu, jehož informace, popisné vlastnosti jsou na něj fixovány. Tyto informace se pak využívají v procesech navrhování, dimenzování, posuzování, simulací, přípravy, realizace, provozu a řízení stavby, které provádí projektant, HIP, cenař, přípravář, stavbyvedoucí i správce stavby. Bez těchto informací nelze běžné inženýrské a technické procesy provádět (obr. 9).

Nastavení měřítka základního prvku

Volba základního prvku souvisí s měřítkem zobrazení modelu a jeho prvků, projektové dokumentace tak, aby dovolilo uživateli celkovou orientaci v modelu (výkresu), nalezení vazeb mezi základními prvky i dimenzování a posuzování, koordinaci i dostatečnou podrobnost procesů při navrhování, realizaci a provozu stavby. Nejběžnější je obvyklé zobrazení běžných stavebních výkresů v měřítku 1 : 50, které je dostatečně podrobné nejen k zachycení celkového řešení stavby, ale i jednotlivých konstrukčních prvků i stavebních výrobků. Zaručuje jednoznačnost a maximální  zjednodušení  ve smyslu jednoduchého funkčního zobrazení. Umožňuje i dobrou provázanost komplexního modelu přes odkazy na dílčí modely. Nastavení, volba měřítka, souvisí se způsobem využíváním modelu. Dovoluje zvětšit podrobnost pro výrobní dokumentaci, podrobnější grafické i informační rozpracování a práci se zanořenými informacemi v různých informačních  hladinách (obr. 10).

Nižší podrobnost postačující pro naplnění požadavků obce nebo státu z hlediska stavebního řízení, územněplánovací či obdobné dokumentace nebo statistického hodnocení stavebních projektů není pro procesy stavění dostatečná, ale informační model dovoluje i tyto náhledy. U takových modelů je nutné doplnit další informační hladinu podle ověřených a definovaných požadavků státu a obcí, stanovených např. ve vztahu ke stavebnímu řízení, anebo dostát dalším jasně stanoveným požadavkům.

Informační rozhraní modelů stavba – stát

Pro využití BIM modelu podle požadavků státu (obce) je nezbytné definovat jednoznačné informační rozhraní mezi obsahem dat modelu pro navrhování, realizaci i provoz a informačním obsahem vyžadovaným státem a obcemi, a to spolu s nastavením, definováním tohoto obsahu na základě stanovených jednoznačných informačních požadavků a syntaxe zápisu. Současně je nutné definovat způsob předávání  a kontroly těchto informací v prostředí BIM spolu s pravomocemi a odpovědnostmi. Nenastavení těchto podmínek neumožní zamýšlené využívání BIM prostředí státem a obcemi (obr. 11).

Datový standard a obsah popisných informací

Časté snahy o maximální  obsah popisných informací prvku mo delu bez ohledu na fázi, měřítko, stupeň PD a využitelnost informací v daném stupni nebo životní  fázi modelu jsou v rozporu se základní zásadou informačního modelování: Model má obsahovat pouze informace technicky nezbytné pro danou fázi a použití BIM modelu. Nemá obsahovat veškeré možné informace, protože to vede k systémové a výpočetní nezvládnutelnosti modelu (tab. 2). Praktické zkušenosti potvrzují,  že komplexní  modely s mnoha nadbytečnými  požadavky, nerozdělené při vzniku na částečné, profesní a propojitelné submodely s jen nezbytnými daty, vedou ke vzniku výpočetně i technicky nezvládnutelných souborů o velikosti stovek GB až jednotek TB. Soubory jsou prakticky nepoužitelné bez předchozí pracné, velmi složité a někdy nemožné fragmentace na dílčí modely. To je velmi neefektivní postup tvorby modelu, obvykle spojený s nezvládnutou rolí vedení projektu zadavatelem. Takový model nelze hodnotit jako efektivní přístup k řešení BIM projektu.

Shrnutí

Termíny informačního modelování pocházejí z angličtiny a pro svou novost mnoho z nich nemá české ekvivalenty. Jejich přípravu od roku 2018 zajišťuje TNK 152 agentury ČAS. Proto pokud je nutné potřebné výrazy překládat, nemusí ohledně nich panovat (bez předchozí diskuse uživatelů) úplná shoda.

Datový standard je základním kamenem BIM modelu, podmínkou a požadavkem pro týmovou spolupráci nad BIM modelem. Maximální jednoduchost komponent, jejich čitelnost, poznatelnost, kompatibilita s ostatními částmi a příslušenstvím modelu i informačního modelování jako celku jsou zásadní požadavky, bez kterých nelze naplnit nároky navrhování,  realizace a provozu ve složitých strukturách komplexních informačních modelů. Neodůvodněné požadavky na nadměrný obsah informací, nevyjasněné postupy užívání, nejasné vazby na neověřené nekompatibilní standardy mohou významně poškodit potenciál vysoké efektivity BIM stavebních projektů. Příspěvek prezentuje zásady potřebné pro definování požadavků a postupů k vytvoření využitelného datového standardu BIM modelu a uvádí rizika spojená s neodůvodněnými požadavky na obsah a používání. Ukazuje také příklady datového standardu připraveného odbornou společností czBIM k využití v podmínkách ČR. Tento datový standard, jehož vznik je datován rokem 2015, byl už využit na větším počtu BIM jak pozemních, tak inženýrských projektů v ČR, a to i na projektech realizovaných v BIM prostředí od samého počátku až do předání stavby a jejího modelu uživateli. Použití tohoto datového standardu bylo ověřováno ve spolupráci se všemi účastníky stavebního projektu a při využití všech nezbytných částí BIM prostředí, tj. BIM protokolu, EIR, BEP (v různých  fázích stavby a mezi různými účastníky), a především s reálným využitím CDE, společného datového prostředí.

Zdroje:
[1] ČSN ISO 12006-2:2015, 2017 Budovy a inženýrské stavby – Organizace informací o stavbách – Část 2: Rámec pro klasifikaci buildingSMART Data Dictionary (bSDD).
[2] ÚNMZ Praha.
[3] ČSN EN ISO 29481-1, 2:2017 Informační modely staveb – Manuál pro předávání informací, ÚNMZ Praha.
[4] ČSN EN ISO 16739:2017 Datový formát Industry Foundation Classes (IFC) pro sdílení dat ve stavebnictví a facility managementu, ÚNMZ Praha.
[5] ISO/DIS 19650-1 (2017, návrh) „Organization of information about construction works – Information Management Using Building Information Modelling – Part 1: Concepts and Principles" ISO/CEN.
[6] ISO/FDIS 19650-3 Organization and Digitization of Information about Buildings and Civil Engineering Works, Including Building Information Modelling (BIM) – Information Management Using Building Information Modelling – Part 3: Operational Phase of the Assets.
[7] ISO/DIS 19650-2.2 (2017, v návrhu) Organization of Information about Construction Works, Information Management Using Building Information Modelling – Part 2: Delivery Phase of Assets, ISO/CEN.
[8] SNIM – systém negrafických informací modelu, czBIM, 2020.

Celý článek naleznete v archivu čísel (č. 05/2020).