Metoda BIM

30.5.2019, Ing.. Bohumír Číhal, Zdroj: Verlag Dashöfer

2.11.1 Metoda BIM

Ing.. Bohumír Číhal

Building Information Modeling nebo Building Information Management, zkráceně BIM (český ekvivalent “informační modelování staveb“) představuje komplexní proces vytváření a správy dat o stavbě během celého jejího životního cyklu. V rámci systému BIM vzniká digitální vícerozměrný model stavby (tzv. BIM model), obsahující geometrické a popisné informace, který slouží jako otevřená databáze informací o stavbě pro její návrh, provedení, provozování a vzájemné propojení těchto etap. BIM se neomezuje pouze na budovy. Uplatní se nejen v segmentu pozemních staveb, ale také v dopravním stavitelství, vodním stavitelství i stavitelství speciálním a inženýrském stavitelství obecně.

Je třeba rozlišovat BIM jako model (určitou formu databáze) a BIM jako proces, který využívá BIM modelu za účelem výměny a sdílení informací, ale také jejich správy.

Obr. č. 1: Spolupráce účastníků na vytváření dat v rámci metody BIM

Poznámka k obrázku: Facility management (FM) je obecně multioborová disciplína, která se zabývá řízením podpůrných činností firmy, určených k zajištění a rozvoji sjednaných služeb, které podporují a zvyšují efektivitu vlastní základní činnosti. Facility manažer je řídící pracovník, který je zodpovědný za strategii facility managementu, její rozpracování do taktického zadání, zadání výběru externích poskytovatelů a kontrolu jejich výkonů.

Stavebnictví vytváří díla dlouhodobé životnosti a užitné hodnoty a je vstupním tvůrčím sektorem pro budoucí hospodářský a sociální rozvoj státu. Je tedy nutné zajímat se nejen o počáteční investici do projektu, ale klást důraz na náklady celého životního cyklu. Jedním z hlavních nástrojů, jak dosáhnout vyšší produktivity, inovativnosti a konkurenceschopnosti sektoru stavebnictví, je široké využívání informačních technologií (IT). Pro používání metody BIM je proto základní podmínkou digitalizace stavebnictví, tzv. Stavebnictví 4.0.

Princip BIM je jednoduchý. Každý stavební prvek je definován nejen svými rozměrovými charakteristikami, ale velkým množstvím dalších údajů, které jsou v průběhu projektu potřeba k zajištění hladkého průběhu jeho realizace a provozu. Těmito údaji mohou být například časové parametry (kdy bude daný prvek na stavbě použit, kdy bude na stavbu dovezen, technologické přestávky atd.), finanční parametry (jaké jsou na daný prvek náklady, kolik stojí jeho oprava nebo provoz atd.), rozměrové charakteristiky detailů a návaznosti na jiné stavební prvky apod. Zatímco při použití tradičních nástrojů řízení projektů nejsou tyto informace automaticky součástí projektové dokumentace a pokud ano, jedná se většinou jen o nezávislé přílohy, v případě použití nástrojů BIM je možné všechny tyto informace implementovat do samotné projektové dokumentace a vytvořit tak konzistentní model budovy. Ten pak může v libovolné míře využít každý účastník stavebního projektu. V tomto kontextu je pro metodu BIM vhodný výše uvedený český překlad Informační modelování budovy.

BIM je často mylně spojován jmenovitě s přechodem z 2D modelování do 3D modelování. Stěžejní přínos metody BIM je však v parametrizaci jednotlivých stavebních prvků a ve vytvoření databáze informací, která o stavbě zahrnuje kompletní informace – data – od prvotního návrhu, přes výstavbu, správu stavby a případné změny po dokončení (rekonstrukce) až po její demolici, včetně ekologické likvidace stavby a uvedení prostoru do původního stavu. Tedy veškeré informace využitelné během celého životního cyklu stavby. Do této databáze přispívají svým dílem všichni účastníci stavebního procesu.

U nasazení software BIM jde především o změnu přístupu, ideálně jde o spolupráci všech v reálném čase na jednom modelu budovy. BIM je platformou, na jejímž principu mohou vznikat nové nástroje, umožňující shromažďování, zpracování a využití dat a informací. BIM zároveň může být vnímán jako proces práce s těmito informacemi. S informací o prostorových vazbách (3D model) mohou být k jednotlivým stavebním prvkům přiřazeny další potřebné a užitečné informace. Výsledkem celého procesu je „digitální model stavby” využitelný po celou dobu životnosti stavby.

Obr. č. 2: Tvorba modelu BIM

BIM ve své podstatě zahrnuje nejen vlastní informace, ale také neméně důležitá pravidla pro jejich vytváření a zacházení s nimi. 3D model je pouze jedním z mnoha možných způsobů prezentace těchto informací. Jak uvedeme dále, vytváření pravidel a stanovení podkladů pro model BIM naráží na velké problémy v řadě oblastí a v podstatě rozhoduje o úspěšné implementaci metody.

Pro dosažení maximálního přínosu při použití metody BIM by žádná ze stran zainteresovaných v životním cyklu stavby neměla odmítat používat model BIM a měla by do něj vkládat aktuální informace, které jsou potřebné pro ostatní účastníky stavebního procesu.

Negeometrické a doplňující informace (používá se označení parametry, atributy, vlastnosti) jednotlivých prvků, z nichž je 3D model složen, mohou obsahovat konstrukční, materiálové a užitné vlastnosti, pozice v harmonogramu výstavby, jednotkovou cenu, harmonogram kontrol a výměn, investiční a provozní náklady a další. Tímto způsobem lze vytvořit model skutečného objektu, který slouží nejenom při navrhování a provádění stavby, ale rovněž při jejím provozování a udržování. 

Technickým srdcem celé metody BIM je společné datové prostředí (CDE – Common Data Environment), které v sobě zahrnuje všechny informace. Tedy nejen 3D model a jeho negeometrická data, ale i všechny další dokumenty, komunikaci mezi účastníky projektu a jejich procesy v jednotlivých fázích životního cyklu stavby.

Jak šel čas v modelování BIM

Podobně jako jiná odvětví zažívá nyní stavebnictví vlastní „digitální revoluci”, zatímco v minulosti zaznamenávalo jen velmi mírné zvyšování produktivity, odpovídající právě probíhajícímu stupni průmyslové revoluce.

Obr. č. 3: Čtyři stupně průmyslové revoluce

Principy informačního modelování jsou známy od roku 1974 a v několika posledních letech se posunuly z teoretické roviny do praxe. Zkratka BIM se používá obecněji teprve od roku 2002. Princip BIM se s využívá i v jiných oborech, než je stavebnictví. Informační modelování je s velkým úspěchem využíváno například u vývoje a stavby komplikovaných strojů (dopravní prostředky, montážní linky) nebo v oboru informačních technologií. Implementace do architektury a stavebního inženýrství je však, oproti zmíněným oborům, vzhledem ke specifičnosti stavebních projektů záležitostí velmi dlouhodobou a komplikovanou.

Vznik celého konceptu BIM je připisován společnosti Graphisoft a jejímu produktu ArchiCAD. V průběhu času se pak podobným směrem vydali i další velcí vývojáři, například společnosti Bentley Systems (Microstation) nebo Autodesk (Revit), později i specializované společnosti, poskytující vlastní dílčí nebo kompletní řešení (Tekla, Nemetschek). V současnosti je již na trhu velké množství nejrůznějších BIM nástrojů, mezi něž patří i nástroje vyvinuté stavebními společnostmi pro jejich vlastní využití.

Úrovně v modelování BIM

Základním pojmem, vypovídajícím o stavu modelování BIM, je úroveň dokumentace, modelováni a předáváni informaci ve stavebním procesu. Graficky se znázorňuje obrázkem známým jako „BIM Maturity Level” vytvořeným a publikovaným v roce 2008 Mervynem Richardsem a Markem Bewem (uvádíme ve zjednodušené formě).

Obr. č. 4: Úrovně vyspělosti informačního modelování BIM

BIM Industry Working Group v roce 2011 ustavila tyto úrovně přijímání BIM jako standard pro Velkou Británii, a postupně se stávají mezinárodním standardem:

• Úroveň 0 (Level 0) –Tento „tradiční” způsob práce u nás dlouhodobě zakotvil. Představuje neusměrňované CAD projektování s klasickým předáváním 2D výkresů v papírové formě (případně elektronické předáváni papírových podkladů). Nástroj zde zastupuje papír jako nejpoužívanější mechanismus výměny a předáváni podkladů.

• Úroveň 1 (Level 1) – Prolíná se zde řízené CAD ve 2D nebo 3D formátu za používání příslušných ISO norem spolu s nástroji podporujícími spolupráci a výměnu dat na základě společného datového prostředí, nejlépe na základě standardních datových struktur a formátů (tj. spolupráce založená na souborech). Komerční data jsou řízena samostatně bez integrace. Klasické 2D výkresy jsou předávané často již elektronicky. Pro architektonickou část se vyskytuji 3D informace, výstupem je však většinou jen vizualizace používaná pro prezentaci projektu. Pokud je 3D zobrazeni používáno i pro jiné účely, jedna se většinou o velké projekty a samotné použiti je limitováno na vybrané úkoly.

• Úroveň 2 (Level 2) – Tato úroveň již posunuje využiti 3D modelu směrem k větší spolupráci, předávání podkladů a získávání vice informaci pro další etapy stavebního procesu. Objevuje se řízené 3D prostředí plně využívající nástroje BIM s přímým přístupem k integrovaným datům. Komerční data jsou řízena. Tento přístup již umožní pracovat i s 4D programovými daty (např. časová náročnost) a 5D náklady na dílčí elementy a rovněž předávat data do dalších součásti operačních systémů podniku (tj. spolupráce založená na souborech a organizovaně sdílené knihovně objektů).
  Tato úroveň předpokládá, že všichni účastnici pracuji ve 3D a případně s dalšími xD informacemi. Cely projekt by měl byt koordinován z jednoho místa (BIM manažerem) a musí byt přesně definované role a odpovědnosti jednotlivých účastníků.

• Úroveň 3 (Level 3) – BIM úrovně 3 je v podstatě cílový stav, naplňující představy kladené pro BIM metodiku. V teto úrovni je již jasně vymezeno uloženi všech informaci centrálně pro celou stavbu. Všechny procesy jsou jasně definované a propojené, kromě odpovědnosti jsou vyřešeny i právní a autorské otázky. Plná integrace dat a procesů (IDM) je umožněna používáním webových služeb (standardů IFC/IFD) a řízena spolupracujícím modelem. Tento „integrovany BIM” (iBIM) má možnosti plně spolupracovat se stávajícími procesy všech účastníků v celém životním cyklu stavby.

Metoda BIM ve světě

Země lze obecně dělit podle míry využívání metody

• implementace BIM probíhá,

• BIM se reálně zvažuje,

• BIM je naprostá novinka.

Implementace BIM probíhá ve Skandinávii (Norsko, Finsko, Dánsko), Velké Británii, v USA, Kanadě, Jižní Korei a dalších vyspělých specifických zemích.

Světový BIM leader je (kromě USA) Finsko s řadou státních pilotních projektů na rozvoj BIM již od roku 2001. Na základě úspěšných zkušeností má od roku 2007 nastaven standard s použitím BIM a na jeho základě v roce 2012 sestaven tzv. Common BIM Requirements (COBIM – obsahuje společné požadavky na jednotlivé oblasti metody BIM, od modelování výchozí situace po využití modelů ve facility managementu, se zaměřením stavebnictví).

Ve Velké Británii má BIM vládní podporu od roku 2011 a od roku 2016 je BIM vyžadován ve všech veřejných zakázkách. Francie zavedla BIM ve všech zakázkách státních i místní správy s platností od roku 2017. Naopak Německo se dlouho převážně drželo svých zavedených a spolehlivých postupů. Vzhledem k decentralizovanému systému vlády je obecné zavádění BIM pro Německo o něco složitější a pomalejší proces než v jiných zemích.

Evropská unie uznala užitečnost BIM pro veřejný sektor v roce 2014. Směrnice 2014/24/EU, o zadávání veřejných zakázek umožnila zadavatelům v celé Evropě, aby mohli při zadávání veřejných zakázek požadovat použití BIM. Do pracovní skupiny EU pro informační modelování staveb, kterou podporuje Evropská komise, se postupně zapojily kompetentní orgány všech členských států.

Koncepce zavádění metody BIM v České republice

Digitalizace ve stavebnictví a s tím související zavádění metody informačního modelování staveb je zásadní nejen pro zvýšení výkonnosti sektoru stavebnictví, ale i pro růst celého národního hospodářství. BIM je strategický nástroj pro zvyšování nákladových úspor, produktivity, provozní činnosti, kvality staveb a infrastruktury a ochrany životního prostředí.

Usnesením vlády č. 958 ze dne 2. 11. 2016 se MPO ČR stalo gestorem pro zavádění metody Bim do praxe a dostalo za úkol zpracovat koncepci zavádění metodiky BIM v ČR a předložit ji ke schválení vládě do 31. 12. 2017.

Koncepci zavádění metody BIM v České republice schválila vláda ČR 25. září 2017 usnesením vlády č. 682. Materiál vypracovalo Ministerstvo průmyslu a obchodu ČR ve spolupráci s Odbornou radou pro BIM a Státním fondem.

Podkladem Koncepce byly zahraniční plány pro zavádění BIM v evropských zemích (Dánsko, Velká Británie, Francie, Německo apod.), zkušenosti odborníků z praxe a Příručka pro zavádění BIM evropským veřejným sektorem (v polovině roku 2017 ji vydala EU BIM Task Group a na jejímž vzniku se MPO podílelo – viz dále).

Koncepce nastiňuje stav zavádění BIM v Evropě a v českém prostředí, uvádí klíčová témata týkající se oblasti BIM, která je nutno řešit, a obsahuje Plán postupného zavádění BIM v ČR v letech 2018–2027 včetně doporučených opatření, aby tato metoda mohla být běžně a efektivně využívána. Jedná se celkem o 38 úkolů rozdělených do sedmi tematických oblastí, z nichž každý má svého gestora (určený resort), který za plnění daného úkolu zodpovídá. Kromě ministerstva průmyslu a obchodu se jedná zejména o ministerstvo pro místní rozvoj, ministerstvo vnitra, ministerstvo financí, ministerstvo kultury, ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy, ministerstvo dopravy, ministerstvo zemědělství a Český úřad zeměměřický a katastrální.

Tab.č. 1: Tématické oblasti úkolů Koncepce BIM

Klíčovým termínem uváděným v materiálu je začátek roku 2022, odkdy je plánováno uložení povinnosti použití metodu BIM pro nadlimitní veřejné zakázky na stavební práce financované z veřejných rozpočtů (včetně zhotovení jejich přípravné a projektové dokumentace), se zohledněním závěrů z vyhodnocení pilotních projektů a s přihlédnutím ke specifikům jednotlivých druhů staveb. Ministerstvo průmyslu a obchodu bude mít i řídicí, metodickou a kontrolní roli nad celým komplexem přípravy, zavádění a používání BIM i při koordinaci se zahraničím (EU BIM TG). Ministr průmyslu a obchodu bude jedenkrát ročně informovat vládu ČR o stavu plnění Koncepce, první zpráva měla termín do 31. října 2018 (viz dále).

Seznam technických norem – Příloha 2 Koncepce

Poznámka: Koncepce obsahuje seznam norem k 30. 6. 2017 vč. některých názvových nepřesností. Uvádíme aktualizaci k 30. 4. 2019.

• ČSN ISO 29481-1 (730122) Informační modely staveb - Manuál pro předávání informací - Část 1 (2018). Tato norma nahradila ČSN ISO 29481-1 z února 2014.

• ČSN EN ISO 29481-2 (730122) Informační modely staveb - Manuál pro předávání informací - Část 2: Rámec pro interakce (11/2017). Tato norma nahradila ČSN ISO 29481-2 z dubna 2017.

• ČSN EN ISO 16739 (730100) Datový formát Industry Foundation Classes (IFC) pro sdílení dat ve stavebnictví a ve facility managementu (2017). Obsahuje pouze anglický originál.

• ČSN ISO 12006-2 Budovy a inženýrské stavby - Organizace informací o stavbách - Část 2: Rámec pro klasifikaci (5/2017). Tato norma nahradila ČSN ISO 12006-2 z února 2014.

• ČSN ISO 12006-3: 2014 byla zrušena a nahrazena ČSN EN…