Informační modelování budov (BIM) jako proces umožňuje efektivní spolupráci jak v rámci jedné organizace (takzvaný "malý BIM"), tak v rámci celého stavebního procesu (takzvaný "velký BIM"). Maximálního efektu v rámci stavebního procesu samozřejmě dosáhneme při použití metodiky a nástrojů BIM v rámci celého procesu [1]. Aby byla tato výměna informací možná, je nutné dodržovat strukturu dat, která bude konstantní skrze celý proces. Není nutné, aby byla tato struktura určena jako rigidní na samém počátku a pravděpodobně by to nebylo ani možné vzhledem k tomu, že stavební proces je velmi dynamický a podílí se na něm velké množství subjektů. Na začátku by však měla být stanovena struktura a rozsah dat, která budou dostupná na konci procesu. Pokud se zaměříme na BIM v rámci celého stavebního procesu, měl by to být investor, kdo určí strukturu a rozsah dat, která bude požadovat jako součást předání stavby, případně v jednotlivých etapách. Tak je tomu například ve Velké Británii [2], kde byl pro tento účel vyvinut nástroj BIM Toolkit [3]. Pokud stejný požadavek aplikujeme na BIM proces v rámci jedné organizace, získáme hierarchický procesní model, který obsahuje dílčí definice požadovaných informací, takzvaný Information Request (IR), které jsou částečně izolované a částečně naplňují IR z vyšších úrovní hierarchie.

Pro celý tento proces je zásadní, aby byla struktura informací co nejvíce stabilní v čase. To umožní zavedení standardních postupů a optimalizaci práce tak, aby množství přidané práce bylo vyváženo množstvím přidané hodnoty. V této souvislosti je nutné poznamenat, že aby byla práce s informacemi optimální, je vhodné aplikovat tzv. "Lean Information Modelling", což lze přeložit jako "líné modelování" a znamená to, že nepožadujeme a nemodelujeme informace, které nepotřebujeme pro vlastní potřebu, nebo nejsou součástí IR. Díky možnostem, které nabízí nástroje pro vytváření BIM modelů je snadné nechat se unést a vytvořit informačně velmi bohatý model. Pokud však nemají tyto informace další využití, jedná se přirozeně o aktivitu vysoce neekonomickou. Na tomto místě je třeba vyzdvihnout i část týkající se množství požadovaných informací. Protože za pořízením těchto informací je množství práce, je třeba si uvědomit, že požadované množství informací bude také třeba ohodnotit tak, aby se IR staly regulérní součástí smluvního vztahu. Otázkou tedy zůstává: "Která data požadovat?", "Jak strukturovat data?", „Jak zajistit konzistentní tok informací během stavebního procesu?“, "Jak definovat IR?", "V jakém formátu požadovat data?". Odpovědí na první tři otázky může být používání jednotné knihovny BIM objektů.

Existující knihovny

Myšlenka knihovny BIM objektů není nová. Především v zemích, které již BIM delší dobu aktivně používají bylo nutné tuto problematiku řešit, a to minimálně na úrovni doporučení pro vytváření modelů stavebních výrobků tak, aby bylo dosaženo cílů, které si pro nasazení BIM v dané zemi stanovili. V následující části textu se zaměřím na tři objektové BIM knihovny, především na jejich silné a slabé stránky.

NBS National BIM Library (NBL)

Tato knihovna [4] začala vznikat ve Velké Británii v roce 2011 jako projekt National Building Specifications (NBS), který byl realizován BIM Academy, což je společný podnik Ryders Architecture a Northumbria University. V současnosti probíhá tvorba dat pro NBL zcela v režii NBS a NBL je jedním z hlavních produktů, které NBS nabízí pro BIM. NBL obsahuje jak obecné objekty, jako například typické zdi, okna, dveře a další, tak i objekty reprezentující konkrétní stavební výrobky konkrétních firem. Díky tomu je možné vytvořit model, který není navázán na určité budoucí dodavatele. Díky možnostem, které nabízejí nástroje pro vytváření modelů BIM je pak snadné později tyto obecné produkty vyměnit za produkty konkrétní. Pokud je struktura popisných informací obecných a konkrétních modelů shodná, je potom jednoduché vytvořit nové výkazy, výkresy a další odvozené dokumenty.

Aby byla zajištěna tato konzistence mezi jednotlivými druhy produktů, publikuje NBS i BIM Object Standard, který definuje jak strukturu popisných informací, tak obecné principy modelování geometrie. Tyto standardy jsou platformně nezávislé, to znamená, že nejsou cíleny na žádný konkrétní SW pro tvorbu BIM modelů. Produkty, které jsou publikovány v rámci NBL jsou publikovány v několika proprietárních formátech (Autodesk Revit, ArchiCAD, Bentley, Allplan, Tekla) a ve formátu IFC2x3 [5]. Ten sice v současnosti není použitelný přímo pro import do zmíněných nástrojů, ale jedná se o otevřený standard definovaný jako ISO. Díky tomu existuje velké množství SW, který je volně šiřitelný a lze s ním modely IFC prohlížet a přistupovat k datům modelu. Modely produktů ve formátu IFC tedy budou použitelné spíše v aplikacích, které budou využívat dostupných strojově čitelných popisných parametrů.

Modely produktů v NBL jsou dostupné zdarma pro všechny uživatele. Použití pro jinou knihovnu BIM objektů však licenční podmínky zakazují. Zdrojem financování projektu NBL jsou poplatky od výrobců stavebních produktů, pro které se jedná o atraktivní možnost nabídnout své produkty projektantům a architektům ve chvíli, kdy vytváří model budovy. Protože je NBS přímo autorem většiny modelů v NBL, je mimo jiné zaručena kvalita samotných modelů, což je nedosažitelné ve veřejně vytvářených repositářích, ať se jedná o kterýkoli BIM SW.

Popisné parametry v NBL lze rozdělit do tří skupin a to na IFC parametry, COBie parametry a parametry specifické pro UK, nebo které slouží jako reference do dalších databází NBS. Z parametrů IFC jsou bohužel definovány pouze parametry označované jako „Common“, jako například Pset_Wall_Common pro zdi. Standard IFC přitom obsahuje velké množství dalších parametrů, které by mohly být užitečné pro různé části stavebního procesu. COBie znamená Construction-Operations Building information exchange. Jedná se o standard, který vznikl v USA [6] a byl přejat do UK v rámci strategie zavádění BIM [7]. Jeho hlavním cílem je výměna a předávání dat o stavbách pro účely Facility Managementu. Z hlediska popisných parametrů stavebních výrobků definuje COBie 44 parametrů, především pro účely FM, jako je záruční doba, kdo provádí záruční servis a podobně. COBie parametry jsou stejné pro všechny stavební výrobky.

Jak jsem již uvedl, jsou modely NBL volně dostupné ve většině formátů pro běžně používané BIM SW. Pokud jsou v NBL modely produktů, které se používají v ČR, mohou je využívat i čeští projektanti a architekti. Pro takové použití může být však překážkou jazyk, protože všechny modely jsou přirozeně v angličtině a systém neumožňuje internacionalizaci obsahu. Diskuze o jazykové lokalizaci projektů je jistě nad rámec tohoto článku, ale faktem zůstává, že většina projektů v ČR se provádí v českém jazyce a proto je třeba mít v českém jazyce i modely jednotlivých produktů.

Při práci na britském projektu BIM Toolkit [3] jsem měl možnost pracovat s modelem, který byl vytvořen zcela z modelů stavebních výrobků NBL [4]. V rámci projektu jsme testovali modely, zda jsou v souladu s definovanými požadavky na obsah dat. Překvapivým zjištěním bylo, že přestože je struktura popisných dat definována v NBS BIM Object Standard, zdaleka ne všechny objekty v NBL tomuto standardu odpovídají, což znamená, že je obsah knihovny nekonzistentní. Zároveň se vyskytly rozpory mezi jednotlivými databázemi které NBS vytváří, byť popisovaly stejné produkty. Zároveň se ukázalo, že data NBL nejsou konzistentní v čase, protože autorské týmy v rámci NBS průběžně reflektují aktuální trendy ve stavebnictví a tomu uzpůsobují obsah dat a terminologii. To je na jedné straně jistě výhodou v současném dynamickém světě, ale z hlediska vytváření modelů pro stavební projekty, které trvají zpravidla několik let to představuje výrazný problém.

BIM Object

Jedná se o švédský komerční projekt [8], který umožňuje výrobcům stavebních výrobků propagovat své výrobky stejným způsobem jako NBL. Na rozdíl od NBL však není cílena na konkrétní stavební trh a tak je možné zde nalézt modely produktů z různých oblastí. Stejně jako NBL nabízí pro jednotlivé výrobky modely v různých formátech pro široce používané BIM SW.

Zajímavostí je, že jsou objekty v této databázi klasifikované do několika klasifikací. Žádná z nich bohužel není česká. Stejně tak jazyk většiny modelů je angličtina s výjimkou modelů, které vytváří český partner BIM Object.

Singapore BIM Library

Tato knihovna BIM objektů je silně inspirována britskou NBL a je zdarma dostupná pouze členům singapurského Institutu pro architekturu (Singapore Institute of Architects). Členství v této organizaci je placené a v Singapuru prakticky povinné pro všechny architekty. Veřejnosti nejsou modely z této knihovny dostupné. Oproti NBL obsahuje mnohem více obecných stavebních elementů, takže je lépe použitelná pro koncepční modelování, případně pro modelování pro veřejné zakázky, kdy není dán výrobce či dodavatel konkrétního stavebního výrobku.

Struktura informací

Jak jsem již uvedl výše, stabilní a dobře definovaná struktura popisných informací je základním předpokladem pro vytvoření BIM knihovny, která bude použitelná skrze všechny etapy stavebního procesu. Také jsem se již zmínil, že standard IFC definuje značné množství doporučených sad parametrů a jednotlivé parametry pro nejrůznější účely použití. Je to také oblast standardu, která se viditelně vyvíjí, protože zatímco ve verzi IFC2x3 bylo definováno 1856 parametrů v 317ti sadách, ve verzi IFC4 je to již 2434 parametrů v 408mi sadách. Obě uvedené verze byly publikovány jako ISO normy. IFC4 byla zároveň přejata do české sestavy norem jako ČSN ISO 16739 [9]. Proto jsme pro další práci přirozeně zvolili verzi IFC4.

Podstatným pozitivem při použití parametrů definovaných v rámci IFC je výše zmíněná internacionalizace. Organizace buildingSMART, která je autorem standardu IFC zároveň realizuje projekt buildingSMART Data Dictionary (bSDD). Tento projekt umožňuje na základě identifikátorů předdefinovaných parametrů vyhledat název daného parametru v dalších jazycích, které jsou ve slovníku uvedeny [10]. V současnosti existuje pro většinu parametrů překlad do japonštiny a korejštiny, pro část parametrů do němčiny a samozřejmě do angličtiny, která je nativním jazykem standardu IFC. Protože žijeme v době globální ekonomiky, považuji za velmi důležité tuto vazbu zachovat, protože může do budoucna značně zjednodušit jak realizaci mezinárodních projektů, tak realizaci zahraničních projektů českými firmami (tedy export české vysoce odborné práce).

Na následujícím obrázku je ukázka doporučených parametrů pro kterýkoli stavební element:

Obrázek 1: Příklad doporučených parametrů pro stavební elementy z oblasti hodnocení dopadu na životní prostředí

Klasifikace stavebních elementů

Pro vyhledávání a společné porozumění je zásadní klasifikace jednotlivých stavebních elementů. V České republice neexistuje jednotná klasifikace, která by byla používána napříč celým stavebním procesem, byť by to z hlediska problematiky BIM bylo velmi užitečné. V současnosti se tedy používají různé klasifikace pro různé oblasti činností, jako například TSKP pro rozpočtování v cenové soustavě ÚRS, klasifikace stavebních děl (CZ-CC) používaná Českým statistickým úřadem (ČSÚ) pro klasifikace staveb jako takových nebo klasifikace produkce (CZ-CPA) používaná ČSÚ pro klasifikaci veškeré produkce, což znamená, že produkce týkající se stavebnictví je zde rozložena v mnoha částech.

K tomu lze připočíst další rozdělení stavebních elementů, byť se nejedná o klasifikace v tradičním smyslu. Těmi mohou být například struktura již uvedeného standardu IFC [9], nebo rozdělení související s požadavky na stavební výrobky s označením CE podle nařízení (EU) č. 305/2011 o stavebních výrobcích [11]. Poslední dva považujeme za nejvíce relevantní z hlediska projektu BIM knihovny. CPR se přímo týká téměř všech výrobků a jedná se o třídění známé výrobcům, kteří by měli poskytovat informace o výrobcích. IFC na druhé straně reprezentuje standardní třídění objektů v BIM modelování, což je třídění dobře srozumitelné pro uživatele BIM nástrojů, coby uživatele dat o stavebních výrobcích. Z hlediska BIM knihovny je tedy praktické klasifikovat všechny objekty v knihovně minimálně podle těchto dvou klasifikací. Vznikne tím praktický průnik, kdy budou data v knihovně strukturovaná a tříděná srozumitelně jak pro výrobce, kteří dodávají kromě výrobků samotných i data, tak pro architekty a inženýry, kteří data používají ve svých projektech a ručí za stavbu jako celek, nebo za některou její část.

Industrial Foundation Classes (IFC4)

Jak bylo řečeno výše, je standard IFC4 [12] přejatý do české sestavy norem jako ČSN ISO 16739 [9]. Zároveň probíhá proces přejmutí ISO 16739 do systému norem EN, které jsou pro nás jako pro členy Evropské unie také automaticky platné. IFC je především datový standard, který popisuje jak ve strojově čitelné formě ukládat informace popisující budovu jako objektový informační model (BIM). Protože se jedná o objektový informační model, jsou jednotlivé typy objektů uspořádány v hierarchické struktuře. V levé části obrázku 1 je zobrazena část této struktury. Kromě objektů reprezentující konkrétní stavební elementy obsahuje IFC komplexní infrastrukturu pro popis jednotlivých aspektů modelu včetně geometrie. To však není podstatné z hlediska klasifikace stavebních výrobků. Těch se týkají především objekty, které se v hierarchii nacházejí pod IfcSystem, IfcMaterial a především IfcProduct [12].

Pokud budeme pro práci s BIM modelem používat přímo data ve formátu IFC, lze považovat IFC za implicitní klasifikaci. Když architekt či inženýr používá k práci BIM nástroje a přenáší své znalosti, představy a zkušenosti do modelu stavby, jsou jednotlivé objekty již určitého typu, který reprezentuje zamýšlený koncept. Když například v BIM nástroji vymodelujeme zeď a v ní okno, bude IFC model obsahovat objekt IfcWall reprezentující zeď, IfcWindow reprezentující okno a IfcOpening reprezentující otvor ve zdi ve kterém je okno umístěno. Aniž by tedy byla provedena jakákoli explicitní klasifikace objektů v modelu, jsou uvedené objekty implicitně klasifikovány do kategorií, které jsou popsané ve standardu [9].

Existuje i názor, že IFC není vhodné pro použití jako klasifikace, protože není možné v modelu vytvořit abstraktní objekty na vyšší úrovni hierarchie, jako například IfcBuildingElement zobrazený na obrázku 1. Tento argument však není oprávněný, protože na této abstraktní úrovni můžeme definovat vlastnosti či požadavky a můžeme do této kategorie zařazovat elementy z hlediska práce s informacemi. Pokud potom získáme model ve formátu IFC, jsou jednotlivé objekty implicitně klasifikované a platí pro ně specifikované vlastnosti i požadavky. Pokud budeme pracovat s daty v jiném formátu, nevztahuje se na tato data omezení z žádného hlediska a lze s IFC pracovat jako s jakoukoli jinou klasifikací.

Construction Product Requirements (CPR)

Construction Product Requirements [11] , neboli nařízení Evropského parlamentu a Rady (EU) č. 305/2011 stanovuje harmonizované podmínky pro uvádění stavebních výrobků na trh. Pro projekt BIM knihovny je důležitý ze dvou důvodů. Jak již bylo uvedeno výše, jedná se o nařízení, kterým by se měly řídit téměř všechny stavební výrobky z hlediska požadavků na jejich vlastnosti.

Článek 3 tohoto nařízení stanovuje základní požadavky na stavby a základní charakteristiky stavebních výrobků, kdy základní požadavky na stavby stanovené v příloze 1 představují základ pro přípravu normalizačních mandátů a harmonizovaných technických specifikací. Základní vlastnosti stavebních výrobků pak mají stanovit harmonizované technické specifikace (tj. EN nebo ETA) ve vztahu k sedmi základním požadavkům na stavby. Těmi jsou podle přílohy č. 1 mechanická odolnost a stabilita, požární bezpečnost, hygiena, ochrana zdraví a životního prostředí, bezpečnost a přístupnost při užívání, ochrana proti hluku, úspora energie a tepla a udržitelné využívání přírodních zdrojů.

Podle informací z Technického a zkušebního ústavu stavebního se jedná celkem o 585 harmonizovaných norem EN pro stavební výrobky, 4209 Evropských Technických Schválení (ETApp) podle CPD a 710 Evropských Technických Posouzení (ETAss) podle CPR. Ani soubor harmonizovaných evropských norem ani soubor ETA nemá strukturovanou podobu, ale jako minimální rozdělení je v příloze IV CPR uveden soupis 35ti skupin stavebních výrobků, podle kterých se člení Rozhodnutí Komise k postupům posuzování shody. Některé progresivní výrobky mohou být mimo tyto skupiny, ale naprostá většina stavebních výrobků by měla do některé z těchto skupin patřit. Následující ukázka představuje prvních 13 z celkových 35ti skupin:

V rámci projektu BIM knihovny bude použito aspoň těchto 35 základních skupin stavebních výrobků a lze doufat, že do budoucna budou související normy také více strukturované pro lepší orientaci v požadovaných parametrech. Důležitým důsledkem aplikace uvedených norem a nařízení je, že lze zjistit, které parametry musel výrobce deklarovat při uvedení výrobku na trh. Je tedy pravděpodobné, že hodnoty těchto parametrů je možné od výrobce získat.

Závěr

V rámci projektu BIM knihovny do současné doby vzniklo několik výstupů. Primárním cílem bylo vytvořit portál, který bude fungovat jako distribuční platforma pro BIM knihovnu a bude splňovat cíle uvedené výše v tomto textu. Tento portál je nyní funkční v testovacím provozu. Aby však bylo možné udržet konzistentní informace o stavebních výrobcích v rámci projektu, soustředili jsme nemalé úsilí na relevantní standardy a příklady z praxe. Jako hlavní standardy pro práci s BIM daty v rámci české BIM knihovny jsme identifikovali IFC (ČSN ISO 16739) [9] a CPR (EU 305/2011) [11]. Z toho IFC považujeme za zásadní také z hlediska prvotní definice doporučených parametrů pro jednotlivé stavební prvky. V rámci projektu jsme nechali přeložit definice jednotlivých sad parametrů a také názvy a definice datových objektů, které jsou relevantní pro komunikaci o stavebních elementech. Vytvořili jsme nástroj pro práci s těmito základními daty, aby bylo možné je procházet ve strukturované s srozumitelné formě. Doufáme, že projektem BIM knihovny i jednotlivými dílčími výstupy se nám tak podaří přispět k používání BIM metodiky na projektech.

Tento článek vznikl za podpory Technologické agentury ČR, projekt TE02000077

Reference

[1] ČERNÝ, Martin, Štěpánka TOMANOVÁ, Barbora POSPÍŠILOVÁ a Rudolf VYHNÁLEK. BIM Příručka [CD]. Praha: Odborná rada pro BIM, 2013 [cit. 2013-11-04]. ISBN 978-80-260-5297-5. Dostupné z: www.czbim.org

[2] ROYAL INSTITUTE OF BRITISH ARCHITECTS. BIM Overlay to the RIBA Outline Plan of Work [online]. 1. 15 Bonhill Street, London EC2P 2EA: RIBA Publishing, 2012, May 2012 [cit. 2012-09-16]. ISBN 978 1 85946 467 0. Dostupné z: http://www.ribabookshops.com/item/bim-overlay-to-the-riba-outline-plan-of-work/78038/

[3] NBS BIM Toolkit: The easy way to define who is doing what and when on your Level 2 BIM projects. NBS [online]. Newcastle Upon Tyne, United Kingdom, 2015 [cit. 2016-01-14]. Dostupné z: http://www.thenbs.com/bimtoolkit/

[4] 4 National BIM Library [online]. United Kingdom: NBS, 2016 [cit. 2016-01-14]. Dostupné z: http://www.nationalbimlibrary.com/

[5] IFC2x3 - Final Documentation. BUILDINGSMART INTERNATIONAL LTD. Building SMART: International home of OpenBIM [online]. 2x3. [cit. 2011-04-24]. Dostupné z: http://buildingsmart-tech.org/ifc/IFC2x3/TC1/html/index.htm

[6] Construction-Operations Building Information Exchange (COBie). Whole Building Design Guide [online]. Washington, USA: National Institute of Building Sciences, 2014 [cit. 2016-01-14]. Dostupné z: http://www.wbdg.org/resources/cobie.php

[7] ISBN 978 0 580 85255 8. Collaborative production of information: Part 4: Fulfilling employer’s information exchange requirements using COBie – Code of practice. 1. London, United Kingdom: The British Standards Institution, 2014.

[8] BIM Object: The BIM world has changed [online]. International: -, 2016 [cit. 2016-01-14]. Dostupné z: https://bimobject.com/en

[9] ČSN ISO 16739. Datový formát Industry Foundation Classes (IFC) pro sdílení dat ve stavebnictví a ve facility managementu. 1. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2014.

[10] BuildingSMART Data Dictionary: ISO 12006-3 based ontology for the building and construction industry [online]. www: buildingSMART, 2016 [cit. 2016-01-14]. Dostupné z: http://bsdd.buildingsmart.org/

[11] EVROPSKÁ UNIE. NAŘÍZENÍ EVROPSKÉHO PARLAMENTU A RADY (EU) č. 305/2011: podmínky pro uvádění stavebních výrobků na trh a kterým se zrušuje směrnice Rady 89/106/EHS. In: . Brusel: Evropský parlament, 2011, ročník 1., číslo EU 305/2011.

[12] IFC4 Documentation. BuildingSMART: International Home of BIM [online]. International, 2013 [cit. 2016-01-14]. Dostupné z: http://www.buildingsmart-tech.org/ifc/IFC4/final/html/index.htm