مدلسازی اطلاعات ساختمان BIM چیست؟

زمانی که معماران، مهندسان و پیمانکاران مستقل از یکدیگر کار می­ کردند و بخش مربوط به خود در پروژه را انجام می­ دادند دیگر سپری شده است. دلیل این می ­تواند ناشی از این باشد که در دو دهه اخیر افراد مختلف در بخش ساخت و ساز فهمیده­اند که همکاری اولیه با استفاده از مدل­های اطلاعات مجازی بین تمام کسانی که در پروژه نقش دارند می­ تواند ریسک ­های زمان ساخت و هزینه ­های کلی پروژه را کاهش دهد. در واقع مدل­سازی اطلاعات ساختمان (BIM) یکی از امیدوارکننده ­ترین پیشرفت­ ها در زمینه ­های معماری، مهندسی و ساخت برای سال­های زیادی است. BIM نحوه ­ی فعالیت پیمانکاران و مهندسان را تغییر داده است، ولی کاربرد آن­ هنوز نسبتا جدید است و هنوز موارد زیادی برای یادگیری باقی مانده و گام ­های بزرگی باید برداشته شود.

 

BIM تقریبا دو دهه قبل و عمدتا برای تمیز دادن مدل­سازی اطلاعات معماری 3D از طراحی سنتی 2D معرفی شد. طرفداران BIM آن را یک نجات­ دهنده برای پروژه­ ها می ­دانند. زیرا این قابلیت را دارد که خطاهای ممکن را در مراحل اولیه طراحی اصلاح  و زمان­بندی ساخت و ساز را به صورت دقیق برنامه ­ریزی کند. اگرچه در سال­های اخیر، عبارت مدل­سازی اطلاعات ساختمان یا BIM محبوبیت گسترده­ ای پیدا کرده است ولی نتوانسته به تعریف ثابت و گسترده­ ای برسد. بر اساس نظر پاتریک سورمن، رهبر تیم تست NBIMS، BIM نمایش مجازی مشخصه ­های فیزیکی و عملکردی یک تسهیلات از شروع به بعد است. از این رو به عنوان منبعی از اطلاعات مشترک برای همکاری در طول چرخه حیات یک ساختمان خواهد بود.

انجمن ملی علوم ساختمان آن را یک نمایش­ دهنده دیجیتال مشخصه­ های فیزیکی و عملکردی سازه و منبع اشتراکی برای اطلاعات یک ساختمان می ­داند که یک پایه قابل اعتماد برای تصمیم گیری در طول چرخه حیات آن است و از مفاهیم اولیه تا تخریب تعریف شده است. ولی به طور کلی فناوری BIM اجازه می­ دهد تا مدل واقعی ساختمان به صورت دیجیتالی ساخته شود. مدل­ هایی که به صورت کامل با کامپیوتر ساخته شده ­اند دارای هندسه تعریف شده و داده ­های مربوطه دقیق هستند که برای تسهیل ساخت، تولید و فعالیت­های تدارکاتی ضروری است تا ساختمان نهایی تحقق یابد.

بنابراین BIM از مدل­های 3D به علاوه پایگاه داده ­ای از اطلاعات و نرم ­افزارهای با قابلیت همکاری در محیط کامپیوتر تشکیل شده که معماران، مهندسان و پیمانکاران می ­توانند از آن استفاده کنند تا یک سازه را طراحی و فرآیند ساخت را شبیه­ سازی کنند. این فناوری به اعضای تیم پروژه اجازه می ­دهد تا یک مدل مجازی از ساختمان و تمام سیستم ­هایش به صورت 3D بسازند و قادر باشند این اطلاعات را با کل تیم پروژه به اشتراک بگذارند. به همین ترتیب طراحی ­ها، مشخصات و جزئیات ساخت برای مدل بنیادی هستند که شامل ویژگی­هایی مثل اجزای ساختمان، روابط فضایی، مشخصات کمی اجزای ساختمان و اطلاعات هندسی می­ شوند. این امر به تیم پروژه اجازه می ­دهد تا سریعا مسائل طراحی و ساخت را شناسایی و قبل از فاز اجرایی پروژه در دنیای واقعی آن‌­ها را حل کنند.

بنابراین BIM در درجه اول فرآیندی است که شما در آن داده­ های ساختمان را در طول چرخه حیات پروژه ایجاد و مدیریت می­کنید. BIM معمولا از نرم ­افزارهای 3D و دینامیک سازه برای مدیریت و افزایش کارایی در طراحی و ساخت سازه استفاده می­کند. این فرآیند مدل اطلاعات ساختمان که تمام داده­ های مربوطه به هندسه سازه، روابط فضایی، اطلاعات جغرافیایی، کمیت و خواص اجزای سازه را در بر می ­گیرد.

فناوری ساخت برای فرآیند BIM با گذشت زمان در حال تکامل و بهبود است زیرا معماران، مهندسان و دیگر اعضای درگیر همچنان در تلاشند که راه­ های جدیدی برای بهبود پروژه پیدا کنند. یکی از چندین مزیت قابل توجه استفاده از ابزار مدرن BIM که چاک ایستمن، مدیر آزمایشگاه دیجیتالی ساختمان آن را مطرح کرده این است که BIM اکنون اشیا را به صورت پارامتری تعریف می ­کند. این یعنی اشیا به صورت پارامتری و در ارتباط با اشیا دیگر تعریف می ­شوند و اگر یک شی در ارتباط با شی دیگر تغییر کند آن هم تغییر می ­کند. اشیاء پارامتری به صورت خودکار و بر اساس قوانینی که در آن­ها تعبیه شده خود را از نو می ­سازند. این قوانین می­ توانند ساده و پیچیده باشند.

اما قبل از اینکه هر کس بتواند تعریفی دقیق از BIM ارائه دهد، یک نفر باید این ابهام را برطرف کند که آیا BIM به صورت بنیادی با CAD متفاوت است یا خیر. از نظر نویسنده، BIM با CAD متفاوت است و قرار هم نیست که CAD باشد. CAD جایگزینی برای قلم و خودکار و یک ابزار مستندسازی است و فایل­های CAD داده پایه هستند. این داده ­ها شامل عناصری از جمله خطوط، قوس­ها و دوایر و در بعضی مواقع سطوح و مواد جامد می ­شود که به صورت خالص نمایش گرافیکی اجزای ساختمان است.

علاوه بر این تعاریف اولیه، عبارتی که می­ گوید BIM اساسا یک مدل 3D است صحیح نیست و تمام حقیقت را نشان نمی ­دهد و حتی به طور کافی بیان کننده قابلیت ­ها و پتانسیل ­های دیجیتال آن بر اساس شی، فرآیندهای قابل همکاری BIM و ابزارها و روش­ های ارتباطی مدرن آن نیست.

برنامه ­های BIM امروزه شامل برنامه ­های طراحی است که جریان مستندسازی از طراحی شماتیک تا ساخت و تسهیل مدیریت را در بر می ­گیرد. علاوه بر این با فناوری BIM مدل­سازی مجازی دقیق می­ تواند به صورت دقیق ساخته شود و زمانی که کامل شد، مدل ساخته شده توسط کامپیوتر شامل تمام اطلاعات مربوط و هندسه ­های دقیق و مورد نیاز برای پشتیبانی ساخت، تولید و فعالیت ­های تدارکاتی مورد نیاز برای اجرای پروژه خواهد بود.

کنث استو متخصص فناوری ساخت و توسعه استراتژی­ ها در شرکت Autodesk می­گوید : صنعت ساخت و ساز در مراحل اولیه یک انتقال تاریخی از محیط 2D به محیطی بر اساس مدل است. مزیت­ های آن زیاد است و اعضای مختلف تیم پروژه می ­توانند از آن بهره ­مند شوند. بعضی شرکت­ها در زمینه برنامه ­ریزی و مدیریت کل تیم پروژه در مشارکت BIM پیشرو هستند و با اجرای بهترین روش­ ها از این مزایا بهره می ­برند. صرفه ­جویی در هزینه­ ها می­ تواند در مقیاس میلیون دلار باشد و مدت زمان پروژه هفته­ ها و حتی ماه ­ها کاهش یابد.

بعضی مواقع سخت است اولین فردی که  اصطلاح BIM را ابداع کرد مشخص کنیم. بعضی ادعا می­کنند که چارلز.ام ایستمن در مرکز فناوری جورجیا اصطلاح BIM را به کار برده است. این تئوری بر اساس دیدگاهی است که می ­گوید اصطلاح BIM یعنی مدل­ اطلاعات ساختمان اساسا با مدل محصولات ساختمان که ایستمن به طور مکرر در کتاب و مقالات خود از اواخر دهه ۱۹۷۰ از آن استفاده کرده یکی است. نویسندگان دیگر اعتقاد دارند که این اصطلاح اولین بار توسط معمار و استراتژیست صنعت سازه Autodesk، فیل برنستین ابداع شده است. کسی که گزارش شده برای اولین بار اصطلاح BIM به معنای مدل اطلاعات ساختمان را به کار برده که بعدا توسط Bentley و بقیه پذیرفته شد (شکل ۱).

 

ادعا شده نرم­ افزار گرافیکی که نرم­ افزار اصلی BIM را ساخته تحت عنوان Archicad شناخته می ­شود. اما بسیاری از شرکت­ ها و سازمان ­ها در توسعه مداوم BIM مشارکت دارند. به طور مثال Skidmore, Owings & Merrill, LLC) SOM) یکی از شرکت­های پیشرو است که سهم قابل توجهی در توسعه و استفاده از BIM داشته است.

در ابتدا، SOM یک سیستم مدل­سازی چند منظوره مبتنی بر پایگاه داده معروف به AES یا سیستم مهندسی معماری ساخت و به تنهایی پیشگام در توسعه آن شد. برخی AES را پیش درآمدی بر ابزارهای امروزی BIM می ­دانند. در واقع در آینده SOM، BIM را به عنوان ابزاری برای شبیه ­سازی طراحی عملی و تحلیل­ های محیطی در نظر می­ گیرد که از طریق سیستم­ های بصری و لمسی فعال شده است. این امر به معماران اجازه می­ دهد تا روی کارایی ساختمان تمرکز کنند که می­ تواند واقعا معتبر باشد و شیوه ­های جدید همکاری را در بر خواهد گرفت. SOM نقشی محوری برای معمار/ مهندس در این محیط همکاری مشترک طراحی و ساخت به عنوان ایده­ پرداز و مدیر محتوا متصور است.

دانا اسمیت، مدیر اجرایی buildingSMART، کسی که از ابتدا در توسعه BIM نقش داشته است می­ گوید: یکی از اصول و معیارهای اساسی برای اجرای BIM این است که می­توان داده ­ها را یک بار وارد کرد و سپس بارها در طول عمر پروژه از آن استفاده کرد. اسمیت ۱۰ اصل BIM را شناسایی کرده که به شرح زیر است :

۱- هماهنگی و برنامه ­ریزی با همه طرفین قبل از شروع پروژه

۲- اطمینان حاصل کردن از اینکه تمام طرفین دیدگاهی از چرخه حیات پروژه دارند. آن­ها را اغلب و از ابتدا در جریان بگذارید.

۳- مدل را بسازید، سپس بر اساس مدل بسازید.

۴- اطلاعات دقیق را می­توان خلاصه کرد (برعکس آن ممکن نیست).

۵- داده­ ها را یکبار وارد و سپس آن­ها را در طول پروژه اصلاح کنید.

۶- داده­ ها را در فرآیند تجاری پایدار کنید و آن­ها را به روز نگه دارید.

۷- برای ایجاد اعتماد از اطلاعات مطمئن از فرا داده ­ها استفاده کنید – از منبع داده­ ها و کاربران اطلاع داشته باشید.

۸- برای داده ­ها قرارداد ببندید- قراردادهای خوب منجر به پروژه­ های خوب خواهند شد.

۹- مطمئن شوید که داده­ ها از بیرون قابل دسترسی و همچنین حفاظت شده هستند.

۱۰- از استانداردهای بین­ المللی و فضای ذخیره ­­سازی ابری برای دسترسی بلند مدت استفاده کنید.

اسمیت اعتقاد دارد که ما هنوز محدود به روش­های سنتی صنعت خود هستیم، جایی که اطلاعات برای یک نمونه خاص جمع­آوری می ­شوند و سپس توسط دیگران مورد استفاده قرار نمی ­گیرند. در حال حاضر دلایل زیادی برای این امر وجود دارد: نگرانی­های مربوط به مالکیت معنوی، نگرانی­ های مربوط به مسائل مسئولیت ­پذیری، سازمان ­هایی که برنامه ­های خود را جلو می­برند، رویکردهای اختصاصی و اطلاع نداشتن از این موضوع که کسی قبلا اطلاعات را وارد کرده و علت آن قابلیت همکاری ضعیف است.

گروهی که این چالش را پذیرفته و برای حل آن تلاش می ­کند. گروه buildingSMART بین­ المللی است. buildingSMART بین­ المللی ائتلافی  متشکل از بیش از ۵۰ کشور در سراسر جهان است که روی اجرای یک استاندارد باز و رویکرد BIM برای قابلیت همکاری اطلاعات در جهت ساخت ساختمان و مدیریت تسهیلات متمرکز شده­ است. بخش امریکای شمالی این گروه اتحادیه buildingSMART است. اعتقاد ما این است که هدف نهایی تبادل اطلاعات بین ­المللی مبتنی بر استانداردها است. هدف اصلی همکاری تلاش برای ایجاد زیربنای استفاده از هر قالبی که به صورت جهانی با به کار گیری ساده ­تر است.

نرم­ افزارهای BIM ثابت کرده اند­ که یک ابزار بسیار امیدوار کننده هستند و به معماران و مهندسان این اجازه را می ­دهد عناصر مختلف ساختمان را به صورت دیجیتالی و در زمان واقعی مدل­سازی کنند. همچنین آن­ها قادر خواهند بود تا به سرعت تغییرات خاصی که در طراحی یا مدل­های سازه روی متغیرهای دیگر مثل ساختار، بار، بازدهی انرژی و نتیجه مالی نهایی تاثیر گذار هستند را درک و شناسایی کنند. BIM مخصوصا به طراحی پایدار کمک کرده که به معماران و مهندسان اجازه دسترسی به ابزارهایی جدید­تری را می ­دهد تا با دقت به تحلیل و ادغام مواردی نظیر افزایش گرما، انرژی خورشیدی، تهویه و بهره­ وری آن­ها در طراحی خود بپردازند. (شکل ۲)

 

امروزه ما سازمان­ های متعددی داریم که ابتکاراتی برای تدوین استاندار ملی BIM در دست اقدام دارند. در دسامبر سال ۲۰۰۷، نسخه اولیه استاندارد ملی BIM که توسط تیمی با ۳۰ کارشناس متخصص در این زمینه تصویب شد که در قدم اول رویکرد توسعه استانداردهای باز BIM را ارائه کرد. اگرچه در انجمن­ های معماری، مهندسی و ساخت (AEC) موفق نبوده که علت آن عمدتا ناشی از وابستگی آن به قالب فایل کلاس بنیادین صنعتی (IFC) برای مدل­سازی 3D بوده است.

بعد از چند سال، موسسه ملی علوم سازه buildingSMART نسخه ۲ استاندارد ملی BIM را توسعه داده که نسبت به نسخه ۱ پیشرفت چشم­گیری داشته است. در جولای ۲۰۱۵ موسسه ملی علوم ساختمان buildingSMART آخرین نسخه استاندارد BIM حاکم بر اجماع کشور را منتشر کرد. نسخه ۳ NBIMS-US تمام چرخه حیات ساختمان از برنامه ­ریزی و طراحی تا ساخت و اجرا را پوشش می ­دهد. دولت انگلستان نیز اخیرا استانداردهای AEC خود در زمینه BIM را منتشر کرده است. علاوه بر این، تصویب BIM اکنون از سال ۲۰۱۶ در انگلستان مجاز است.

فرآیندهای BIM به شرکت­ های بیشماری در صنایع مختلف برای بهره ­وری بیشتر، تولید کاری با کیفیت بالاتر، جذب استعدادهای بهتر و فرصت­ های تجاری جدید کمک می­ کند. امروزه چندین آژانس فدرال از GSA و مهندسان ارتش گرفته تا گارد ساحلی آمریکا و آزمایشگاه ملی Sandia در حال اجرای ابتکارات BIM هستند. فینیت جرنیگان، رئیس Design Atlantic می­ گوید: برای موفقیت در بازارهای امروز با تغییرات سریع و غیر قابل پیش­بینی آن­­ها، شما به روش­های جدیدی برای تجارت خود نیاز دارید که بازدهی بالاتری داشته باشند. اگرچه BIM یک تکنولوژی نیست اما به تکنولوژی مناسبی برای اجرای موثر نیاز دارد. بنابراین این امر تقریبا قطعی است که تمام نیازهای دولتی و زیرساخت­ های عمومی اکنون شامل استفاده از BIM خواهد بود. این روند در بخش خصوصی نیز مشابه است.