مقالات و نوشتار های تحلیلی

تکنولوژی BIM و کاربرد آن در صنعت ساختمان 

مقدمه:

امروزه تکنولوژی BIM ( Building Information Modeling) در بسیاری از کشور های پیشرفته جهان به عنوان یک راه حل و روش نوین و نوظهور جهت کمک به بالا بردن دقت ، فهم و سرعت در چرخه ساخت یک بنا   (Life Cycle  )اعم از مطالعات اولیه ، طراحی ، ساخت و بهره برداری و حتی تخریب انواع ساختمان ها و بناها کاربرد بسیار زیادی پیدا کرده است.

هم اکنون کشور های آمریکا ، انگلستان ، فنلاند ، دانمارک ، نروژ ، هنک گنک و سنگاپور این روش را در بخش های مختلف خصوصی و عمومی خود به اجرا در آورده اند . موسسات و شرکت های بسیار بزرگی ( به طور مثال Autodesk و ... ) در حال پیاده سازی و گسترش این روش در کشورهای پیشرفته جهان می باشند.[1][2].

در مراحل مختلف چرخه ی یک پروژه (Life Cycle  ) که شامل مطالعات اولیه ، طراحی قسمت های مختلف ( معماری ، سازه ، تاسیسات مکانیکی و الکتریکی ) به دلیل وجود و درگیری شخصیت های مختلف حقیقی و حقوقی ، متد ها و روش های مختلف ساخت و ساز ، مصالح و تجهیزات نوین گسترده و گوناگون باعث شده که این چرخه هرروز پیچیده تر گردد که نیاز روز افزون به دقت و استفاده از روش های نوین و دقیق را مطالبه می نماید (شکل 1). از سوی دیگر استاندارد های سختگیرانه ، الزامات طراحی و اجرای ساختمان به صورت پایدار و دوستدار محیط زیست ( designGreen and Sustainable)، این نیاز را برای هر یک از اعضای تیم ساخت ( کارفرما تا بهره بردار ) به وجود می آورد که بتوانند بیشترین درک بصری و کمترین خطا را در مراحل مختلف کار داشته باشند. از دیگر اهداف استفاده از تکنولوژی BIM   انتقال صحیح اطلاعات و خواسته های مالکین پروژه به تیم طراحی ، از تیم طراحی به تیم ساخت و در نهایت از تیم ساخت به بهره بردار می باشد به صورتی که اهداف اولیه و نهایی هیچ یک از اعضای تیم دچار نقصان و انحراف نگردد [3].

شکل 1: چرخه حیات یک پروژه و کلیه ی عوامل درگیر در پروسه ی BIM

BIM   ( Building Information Modeling)چیست ؟

BIM  ،یک تمثال ونمونه ی دیجیتالی از پروسه ی طراحی و ساخت یک بنا در جهت تسهیل رد و بدل کردن اطلاعات و مفاهیم و نیز بالابردن قابلیت همکاری و تعامل بین کلیه ی افراد درگیر در چرخه ی ساخت(Life Cycle  )یک پروژه می باشد[4] به بیانی دیگر شبیه سازی کلیه ی فرآیند ساخت و طراحی در یک محیط مجازی توسط مفهوم BIM و ابزار های مربوط به آن قابل انجام است[5]؛ شبیه سازی که باعث میشود کلیه ی فرآیند آن در یک محیط دیجیتالی قابل بررسی و واکاوی بوده و قبل از هرگونه اشتباه مخاطره آمیز و هزینه بردار ، مقدار و میزان آنها را به حداقل ممکن برساند.

مشخصات شش گانه ی یک مدل شبیه سازی شده که بتواند اهداف ما را در دستیابی و استفاده در تکنولوژی BIMتامین نماید به شرح زیر می باشد :[4]

1 –دیجیتالی باشد .

 2 –حجمی ( سه بعدی ) باشد. (3D)

 3 –قابل اندازه گیری ، دارای بعد و پارامتریک باشد . (Measurable And Parametric)

4 –جامع و فراگیر باشد.

5 –قابل دسترس برای کلیه ی عوامل دخیل در پروژه باشد.

6 –بادوام و پایدار در تمام فازهای پروژه باشد. (ِDurable  ) .

تعریف اشیاء و اجزاء پارامتریک : ( Parametric Objects)

یکی از بنیادی ترین و اصلی ترین مفاهیمی که مستقیما در تعریف تکنولوژی BIM نقش محوری دارد ، درک اجزاء پارامتریک است . اجزاء پارامتریک تفاوت زیادی با تعریف اشیاء یا اجزای صرفا (3D )به شکل سنتی دارند ، به طور خلاصه و بر این اساس میتوان آنها را به نحوه ی زیر تعریف نمود : [5]، (شکل 2)

1-       این اشیاء (Objects)شامل اطلاعات کامل و جامع هندسی خود می باشند.

2-       هندسه ی اشیاء به صورت یکپارچه و عاری از هرگونه اطلاعات زاید که منجر به خطا و ناهماهنگی در دیگر اجزاء می شود ؛ باشد . به طور مثال نمای از بالای جسم (Plan view  ) و نمای کناری آن (elevation View )بایستی با یکدیگر کاملا هماهنگ ، یکسان و خالی از هرگونه تناقض باشد ، در ضمن در صورت تغییر در هر یک از مشخصات هندسی شئ مورد نظر ، این تغییر در کلیه ی نماهای تولید شده از آن به صورت اتوماتیک اعمال گردد.

3-       این اشیاء قابلیت اصلاح ابعاد و اندازه های خود را در حین ادغام در شئ دیگر (پارامتریک) با توجه به شرایط و هندسه ی شئ مورد نظر را داشته باشند. به طور مثال یک درب به صورت اتوماتیک در داخل یک دیوار قرار بگیرد ( و در صورت تناقض در قرارگیری و اختلاف بین پارامتر هاای دیوار و درب اخطار داده شود) ؛ یا یک دیوار پارامتریک پس از برخورد با المان های موجود در سقف ( مثل سقف کاذب ) قابلیت تغییر اختلاف را به صورت اتوماتیک داشته باشد .  قرار گیری تجهیزات مکانیکی و الکتریکی در سطح و ارتفاع مناسب دیوار های پارامتریک هم میتواند به عنوان مثال دیگر مطرح گردد.

4-       در اشیایی که دارای اجزاء مختلف می باشند ، در سطوح (Levels  ) مختلف تعریف گردند به صورتی که در نهایت با یکدیگر به صورت یکپارچه عمل نمایند . به طور مثال در صورت چند تکه بودن یک دیوار ، در صورت تغییر متریال هر یک از اعضا ، وزن کل دیوار به صورت اتوماتیک اصلاح گردد و یا در صورت تغییر متریال هر یک از لایه های دیوار ضریب انتقال حرارتی آن اصلاح گردد.

5-    امکان تعریف روابط خاص و قانون و محدودیت (Rule and constraint  )بین ابعاد و اندازه های یک شئ و یا مجموعه شئ وجود داشته باشد تا در صورت تجاوز از آن امکان تغییر شئ وجود نداشته باشد . به طور مثال با توجه به ابعاد و اندازه های درب در یک کارخانه خاص ، امکان تعریف و تغییر در محدوده ی تولیدی کارخانه وجود داشته باشد.

6-    اشیاء قابلیت لینک شدن ، دریافت یا انتقال اطلاعات و ویژگی های خود را به دیگر مدل ها و اپلیکیشن های مرتبط و هماهنگ با BIM را داشته باشند . به طور مثال هر شئ مشخصات سازه ای (Structural  )، مواد تشکیل دهنده ( Material  ) ، اطلاعات مربوط به آکوستیک جسم ، اطلاعات انرژی سنجی (Energy Data  )و ..... را بتواند به راحتی در اختیار اپلیکیشن های همسو با BIMبگذارد.

شکل 2:نمونه ای از نعریف یک شئ پارامتریک

چه مواردی تکنولوژی BIMنمی باشد ؟

امروزه تکنولوژی BIM ، بحث داغ جوامع علمی و فنی می باشد . بسیاری از تولید کنندگان شناخته شده محصولات رایانه ای شروع به هماهنگی و تولید محصولات مبنتی بر تکنولوژی BIMمی باشند . یکی از راه های تمایز بین محصولات  و ابزار های مبتنی بر این مفهوم و دیگر محصولات ، معرفی مشخصه هایی است که باعث میگردد محصولی در حیطه ی BIM قرار نگیرد:[4]

1-  مدل هایی که تنها محتوی اطلاعات3Dیک یا چندین شی بوده و در خود اطلاعات خصیصه ای جسم را ندارند . این مدل ها به منظور مصور سازی صرف به کار برده میشوند ولی هیچگونه پشتیبانی بابت اطلاعات خصیصه ای که کاربرد های مختلفی در چرخه ی حیات و ساخت یک پروژه دارند را ارائه نمیدهند . به طور مثال نرم افزار Google’s sketchup نرم افزار بسیار قدرتمند و مفیدی در خصوص تولید شماتیک و  نرم افزار بسیار قدرتمند و مفیدی در خصوص تولید شماتیک و3Dفوری از یک بنا می باشد ولی کاربرد بسیار محدودی در زمینه ی آنالیز های مرتبط با بنا را دارد. Google’s Sketchupمی تواند با کمک دیگر اپلیکشن ها ، در پروسه ی BIMیک پروژه قرار گیرد.

2-  مدل هایی که هیچگونه اطلاعات پارامتریکی در خود ندارند.

3- مدل هایی که جهت استخراج اطلاعات خود مجبور به لینک شدن با فایل های 2 بعدی CAD را دارند به این دلیل که اطمینان ازوجود مدلی کارا ، دقیق و هوشمند امکان ندارد ( مبتنی بودن بر فایل های غیر هوشمند 2 بعدی ) .

4-  مدل هایی که امکان تغییر در یک نما (View )از نرم افزار را دارند ولی با اعمال تغییر در یک نما ، دیگر نماها به صورت اتوماتیک تغییر پیدا نمیکنند.

کاربرد های تکنولوژی BIM:

همانطور که قبلا هم گفته شد تکنولوژی BIMبه عنوان یک مفهوم و روش نوین در کل چرخه ی حیات یک پروژه(Life Cycle   (  مورد استفاده قرار میگیرد ، از مرحله مطالعات اولیه و امکان سنجی پروژه (Feasibility  )تا نهایتا مرحله تخریب (Demolition ) یک پروژه میشود از تکنولوژی BIMاستفاده نمود . جدول زیر نشانگر استفاده ی این تکنولوژی در مراحل مختلف چرخه ی حیات یک پروژه را نشان میدهد .[6]، (جدول 1)

جدول 1:کاربرد تکنولوژی BIMدر فازهای مختلف چرخه ی حیات یک پروژه ]6[

به عقیده ی بسیاری از متخصصین یکی از جذابترین و کلیدی ترین کاربردهای تکنولوژی BIM  در فاز طراحی هر پروژه می باشد .با استفاده از اطلاعات گردآوری شده و مدل شده بر اساس مفهوم BIMمیتوان مطالعات مربوط به "تطبیق بنا به صورت دوستدار محیط زیست و پایدار (Green and Sustainable Design)" ، " آنالیز انرژی بناها و دستیابی به بهینه مصرف سوخت و انرژی ( نزدیک شدن به مفهموم Zero Energy  ) " (شکل 3)، " آنالیز روشنایی داخلی و خارجی و مهمتر ار همه استفاده بهینه از نور طبیعی (Daylight Analyze) و ساخت انیمیشن در ساعت های مخنلف سال در هر نقطه از کره زمین "(شکل 4)، " آنالیز و مطالعه در خصوص تاثیر انرژی باد بر روی بناها"  ( شکل 5 )، " آنالیز نیروهای سازه ای و طراحی سازه " (شکل 6)را با دقت و کمترین خطای محاسباتی به انجام رسانید.

شکل 3:نمونه ی خروجی آنالیز انرژی با استفاده از اطلاعات مدل ها

شکل 4:نمونه ی آنالیز میزان و نحوه ی جذب انرژی خورشید در روزها و ساعت های مختلف

شکل 5:نمونه ی آنالیز تاثیر باد در ساختمان ها

شکل 6:نمونه ی آنالیز و طراحی سازه ها  با استفاده از مدل های تولید شده

مهمترین ویژگی های تکنولوژی BIMدر فاز طراحی و ساخت به شرح زیر می باشد:

1 –تجسم و مصور سازی (Visualization) :

در فرهنگ غرب و شرق مردم بعد از درک مطلب و قبول آن از جمله ی "میبینم" ؛ "I see " استفاده میکنند ، این مطلب مرتبط با اهمیت بحث تجسم و مصور سازی برای هر انسان می باشد. یکی از کاربردی ترین فوائد مدل های 3 بعدی افزایش قابلیت تجسم و فهم بصری در کلیه اعضای مرتبط با پروژه ( از کارفرما تا بهره بردار ) می باشد.

BIMیکی از قوی ترین ابزار های مصور سازی در کلیه حیطه ها در اختیار اعضای چرخه ی حیات پروژه قرار میدهد[7]

2- همکاری (Collaboration  ) :

همکاری بین اعضای مختلف تیم پروژه اعم از مالک ، مهندسین طراح , مهندسین مجری و بهرهبرداران ار همان مراحل اولیه شروع و احساس میگردد. مدل های تولید شده در این حیطه باعث همکاری و دقت تیم طراحی و ساخت میگردد.[7]

3 –هماهنگی سایت ( Site coordination):

این تکنولوژی نقش بسیار کلیدی در مدیریت پایدار و هدفمند سایت پروژه های ساختمانی دارد و کمک به کنترل و افزایش ایمنی ، مدیریت لوجستیکی ، ....می نماید . با استفاده از این تکنولوژی و استفاده از اپلیکیشن های مرتبط میتوان تمامی عملیات روزمره در سایت اجرایی و نیز سناریو های متعدد را شبیه سازی نمود . [8]  ( شکل7)

4 –حذف (Elimination  ) :

تکنولوژی BIM کمک بسیار شایانی در کاهش ناهماهنگی هاو ناسازگاری های فنی ، کاهش اتلاف و از بین رفتن مصالح و نیروی های فنی و در نهایت کاهش ریسک در پروژه خواهند نمود .

5 –ساخت (Fabrication  ) :

تکنولوژی BIM در صنعت ساختمان به عنوان یک انقلاب بزرگ شناخته می شود به صورتی که بسیاری از تولید کنندگان با بهره گیری از اطلاعات مدل های ایجاد شده ، قابلیت و دقت خود را در ساخت به نحو قابل توجهی بالا برده اند[8]. در زیر مثال هایی در خصوص استفاده از مدل های BIMدر صنعت ساخت میتوان ارائه نمود:

الف- ساخت اسکلت و سازه ها.

ب- اجزا الکتریکال و مکانیکال .

ج –قطعات پیش ساخته بتنی.

د –سیستم های شیشه ای داخلی و خارجی ساختمان.

6 –قطعات و ساختمان های پیش ساخته (Prefabrication) :

با استفاده از این تکنولوژی میتوان  کاهش نیروی کار ، کاهش زمان ساخت و ساز و نیز افزایش دقت و کیفیت را در صنایع پیش ساخته به ارمغان آورد [7]. با فراگیر شدن این تکنولوژی ، صنایع پیش ساخته در حال هماهنگ کردن نرم افزار های خود با آن بوده به صورتیکه بسیاری از ماشین های CNC  ( Compute Numerical Control  ) امروزی  قابلیت هماهنگ شدن با مدل های BIMو تولید محصولات خود را دارا هستند.

طراحی و ساخت سازه های پیش ساخته و پیچیده بتنی و فلزی ،Curtain wall، دیوار های پیش ساخته ، تجهیزات الکتریکی و مکانیکی پیش ساخته نمونه ای از کاربرد های این تکنولوژی می باشد

7 –تخمین و مدیریت هزینه ها (Cost estimation  ) :

یکی از قابلیت های قدرتمند و قابل استخراج از مدل های BIM ، کمک به بحث متره و برآورد پروژه ها می باشد.

8 –شناسایی تداخلات و گزارش دهی (Clash detection and reporting) :

امکان شناسایی تداخلات مدل های مختلف ایجاد شده در گروه طراحی پروژه ( معماری ، سازه ، مکانیکال ، الکتریکال ) از کاربرد های شایان ذکر و اساسی BIMمی باشد. طراحان طرح های خود را به صورت مدل های جداگانه در اختیار مدیران پروژه ( BIM Manager)  قرار می دهند . این مدل ها قابلیت ادغام شدن با یکدیگر و تشکیل یک مدل واحد از پروژه را دارا می باشند. در واقع می توان قبل از شروع هر عملیات تمامی فرآیند های آتی را در محل های مورد نظر به صورت شبیه سازی شده مشاهده نمود و در صورت تداخل هر یک از اعضا با یکدیگر آن مشکل را برطرف نمود تا در واقعیت این مشکلات ظاهر نگردد. تمامی تداخلات توسط های تیم های مدیریتی مشاهده شده و به طراحان گزارشات لازم همراه با محل دقیق تداخل داده میشود تا نسبت به رفع یا ابقا آنها اظهار نظر نمایند. (شکل 8 )

شکل 7:مدیریت ایمنی سایت و بررسی سناریو های مختلف اجرای مراحل مختلف پروژه

شکل 8:نمونه ی شناسایی تداخلات مدل های سازه و مکانیکال و مشخص کردن آن توسط تیم مدیرتی BIM

 9 –برنامه ریزی و کنترل پروژه ( Planning and Scheduling  )

یکی دیگر از جذابیت های تکنولوژی BIM  ، قابلیت تولید مدل های 4 بعدی (4D) می باشد. بدین صورت که با اضافه نمودن فایل های مدیریت پروژه ای (Primavera , MSP) و اختصاص فعالیت ها به المان های مختلف در مدل های سه بعدی ، این تکنولوژی را وارد حیطه مدیریت پروژه و ساخت نمود. (شکل9)

شکل 9:ادغام مدل های BIMو مدل های مدیریت پروژه ای و تولید مدل 4D

نتیجه گیری:

با توجه به پیچیده شدن روز به روز پروژه های ساختمانی و نیز رویکرد صنعت ساختمان به مسائل زیست محیطی و ساختمان های پایدار لزوم استفاده از یک روش موثر و کارامد بیش از هر زمان احساس میگردد . یکی از موفق ترین و کارامد ترین روش هایی که به صورت گسترده در جهان امروز در حال استفاده میباشد ، استفاده از مفهوم BIM  می باشد که میتوان در تمامی فاز های پروژه از آن استفاده نمود . هم اکنون علاوه بر استفاده و پیاده سازی از این تکنولوژی در کشور های در حال پیشرفته ،محققان در کشور های در حال توسعه نیز در حال ارائه راهکارهای مناسب در جهت پیاده سازی کاربردی در فاز های مختلف یک پروژه می باشند.

نرم افزار های و اپلیکیشن های مختلف و همسو با BIMتولید شده و در حال پیشرفت می باشند که در زیر به برخی از معروف ترین آنها اشاره میشود:

1 –Autodesk Revit (Architecture, Structure, MEP)

2 –ArchiCAD

3- Bentley

4 –Tekla Structure

5 –Autodesk Ecotect Analysis

6 –Autodesk Vasari

7 –Autodesk Navisworks

تهیه کننده و نویسنده :

گروه راهکارهای هوشمند BIM ایران - سعید خلیلی قمی 

References:

1.            ANDY K. D. WONG, FRANCIS K .W. WONG, and ABID NADEEM, COMPARATIVE ROLES OF MAJOR STAKEHOLDERS FOR THE IMPLEMENTATION OF BIM IN VARIOUS COUNTRIES. 2009, The Hong Kong Polytechnic University.

2.            Wong A.K.D . , Wong F.K.W ., and Nadeem A . Attributes of Building Information Modelling and its Development in Hong Kong. 2009.

3.            Chelson D, The effects of building information modeling on construction site productivity., inUniversity of Maryland. 2010, University of Maryland: Maryland.

4.            Chuck eastman, et al., BIM Handbook ( A guide to building information modeling ...). 2011: Wiley & sons ,Inc.

5.            Willem Kymmell, Building information modeling ( planning and managing construction projects with 4D CAD and simulations ). 2008: McGrow Hill.

6.            John Messner, et al., BIM Project Execution Planning Guide. 1'th edition ed. 2010: Pennsylvania State University.

7.            Hergunsel, M.F., BENEFITS OF BUILDING INFORMATION MODELING FOR CONSTRUCTION MANAGERS AND BIM BASED SCHEDULING. 2011, WORCESTER POLYTECHNIC INSTITUTE.

8.            Brad Hardin, BIM and Construction Management ( Proven tools, methods, and workflows ). 2009: Wiley.

تهیه کننده و نویسنده :

گروه راهکارهای هوشمند BIM ایران - سعید خلیلی قمی 

استفاده از مطالب، فقط با ذکر منبع مجاز است. حق پیگرد بر اساس قانون حمایت از حقوق مؤلفان و مصنفان، محفوظ میباشد.

منبع:

منشر شده در نشریه پنجره (شماره 19) - www.nezamqom.ir