BIM – Het antwoord op al onze (constructieve) gebeden?

Building Information Modeling (BIM) bestaat al meer dan een decennium en toch wordt het nog steeds, vaker dan we zouden willen, gezien als een hindernis voor efficiënt werken. Er zijn verschillende redenen voor deze observatie, maar voornamelijk komt dit doordat ik heb geluisterd naar en gezien hoe veel ingenieurs werken en hoe zij samenwerken met anderen.

Meer dan tien jaar geleden stelde ik voor dat er drie soorten modellering zijn:

1. Modelleren voor documentatie
2. Modelleren voor analyse en ontwerp
3. Modelleren voor bouw

De eerste hiervan is voor veel voorstanders van Constructief BIM vertrouwd en velen zullen het erover eens zijn dat het hun bedrijfsvoering heeft gestroomlijnd. 

Ondanks de enorme middelen van de grote leveranciers integreren echter niet veel partijen het geometrisch model met een analytisch model. Er zijn grote voordelen te behalen als dit wordt benut. 

Het derde niveau is wanneer het constructief model verder wordt ontwikkeld zodat het niet alleen weergeeft WAT er gebouwd gaat worden, maar ook HOE het gebouwd zal worden. Er zijn nog minder ingenieurs die het zo ver brengen en degenen die dat doen werken doorgaans zeer nauw samen met de hoofdaannemer.

In dit artikel ga ik me richten op de tweede fase, aangezien ik er zeker van ben dat de eerste fase al talloze malen aan bod is gekomen. De derde fase is een onderwerp voor een andere keer, maar het volstaat te zeggen dat de evolutie van het model lineair is en dat informatie niet verloren mag gaan, maar aangevuld en verder ontwikkeld moet worden.

Welke aanpak moeten ingenieurs volgen?

Er zijn veel benaderingen voor het integreren van het constructief analytisch model met het geometrisch model. Over het algemeen vallen de benaderingen in drie categorieën: direct, bestandsgebaseerd en middleware.

Een voorbeeld van zowel de directe als de bestandsgebaseerde aanpak is Autodesk Revit, dat een analytisch en geometrisch model combineert. Tekla Structures integreert via bestandsoverdracht. De nieuwkomer is van de Nemetschek Group met een cloudgebaseerde middleware-oplossing - SCIA AutoConverter - die een nieuw bestandsformaat (SAF) heeft geïntroduceerd op basis van Microsoft Excel. 

Alle hebben hun voordelen, valkuilen en nadelen. Welke route ook wordt gekozen, het is essentieel dat de workflow wordt begrepen, anders zal de aanpak al snel 'schapware' worden. 

Ook dit heb ik al vele malen gezien!

Als verbindingsontwerp effectief deel moet uitmaken van het algehele BIM-proces, dan moet het flexibel genoeg zijn om in elke aanpak te passen. Het bedrijf waarvoor ik werk – IDEA StatiCa – heeft een oplossing die staalverbindingen normtoetst (naast andere oplossingen) met behulp van een technologie genaamd Checkbot. 

Checkbot voldoet aan de vereisten bij het modelleren voor analyse, ontwerp EN bouw. De technologie is ontworpen om flexibel te zijn met de mogelijkheid om workflows in de toekomst samen te voegen.

Vereisten voor verbindingsontwerp

Verbindingsontwerpers zijn een uitloper van het constructief ontwerpproces, zonder welke het staalskelet echter niet zou staan. Waar wordt verbindingsontwerp in de workflow meegenomen? Doorgaans tegen het einde van het ontwerp. Welk staalonderdeel raakt als eerste een fundering? Een voetplaat verbinding.

In het verleden hebben verbindingsontwerpers vertrouwd op de ingenieur die hen de benodigde informatie verstrekte via geannoteerde tekeningen. Maar al te vaak hadden de overgedragen krachten geen enkele gelijkenis met de lastgevallen en combinaties die werden gebruikt voor de normtoetsing van de eigenlijke staven. 

Ik moet eerlijk toegeven dat ik er zelf ook een van was. Ik had gedacht dat de dagen van het gebruik van het maximale moment met de maximale afschuiving en maximale normaalkracht (allemaal afgerond naar het dichtstbijzijnde 25kN/kNm) voorbij waren. Maar helaas zijn ze dat niet.

Verbindingsontwerpers hebben dezelfde combinatieresultaten nodig om te waarborgen dat de verbinding bestand is tegen ALLE mogelijkheden, niet een verondersteld maatgevend geval. Het is echter duidelijk dat het documenteren van elk lastcombinatie-resultaat voor elke staaf in een verbinding vol gevaren zit: er is een extra risico dat de waarden (en het teken) onjuist kunnen zijn. 

Sommige oplossingen kunnen exporteren naar een spreadsheet zoals Microsoft Excel, maar zelfs deze aanpak vereist enige gegevensvoorbereiding om de data in het juiste formaat te krijgen.

Onze aanpak

Bij IDEA StatiCa hebben we een reeks BIM Links (met behulp van Checkbot) ontwikkeld die onze verbindingsontwerp-oplossing verbindt met een ecosysteem van FEA- en BIM (CAD)-oplossingen. Sommige van onze partners hebben ook koppelingen ontwikkeld vanuit hun FEA- en BIM-oplossingen naar IDEA StatiCa via ons IOM (IDEA Open Model). 

Deze methodologie maakt het delen van informatie mogelijk en vermindert het risico op fouten met een enorme toename in efficiëntie. Voor een ingenieur is het delen van modellen zoveel meer dan alleen een geometrisch model.

Maar als een analysemodel gedeeld moet worden moet het ook correct en berekenbaar zijn. 

Wat bedoel ik met berekenbaar? 

Ten eerste moet het correct samenkomen zonder 'zwevende' knopen. Staven moeten verbonden zijn met de juiste knopen. Het kan een vereenvoudigd model zijn (ingenieurs houden van vereenvoudiging) waarbij meerdere staven samenkomen in een aangewezen knoop terwijl dat in werkelijkheid niet zo is. De staven moeten in het juiste vlak liggen en niet scheef staan omdat de uitlijnveronderstellingen onjuist zijn. Er moet ook een evenwicht van krachten zijn, dat idealiter rechtstreeks uit de analyseresultaten wordt verkregen.

Maar wat gebeurt er als we zowel het geometrisch model als het analysemodel hebben (mogelijk van verschillende ingenieurs)? Er is een hybride aanpak die we kunnen benutten waarbij we twee projecten in IDEA StatiCa kunnen aanmaken met de geometrie van het ene en de analyseresultaten van het andere. Dit is de samengevoegd model aanpak. Dit vereist echter dat beide partijen gesynchroniseerde modellen hebben met de juiste staven op de juiste locaties.

Samenvatting

Welke regels moeten ingenieurs naleven voor effectief informatiegebruik?

1. Consistente modellen voor de gehele workflow – staven correct geplaatst in alle modellen
2. Berekenbare modellen – een analyse moet mogelijk zijn
3. Materialen moeten overeenkomen met de regio en consistent zijn in alle modellen
4. Profielafmetingen moeten idealiter consistent zijn in alle modellen
5. Vermijd het gebruik van speciale of samengestelde profielen of documenteer ze
6. Werk samen

De informatie die IDEA StatiCa genereert vormt de basis voor fase 3 – Modelleren voor bouw, omdat het invoer levert voor het fabricageproces, maar het maakt gebruik van informatie die is ontwikkeld in de fasen 1 en 2 om het ontwerp verder te brengen.

Ik beweer niet dat de hele sector er zo uitziet. We denken graag dat we vooroplopen en niet bang zijn om nieuwe dingen te proberen. Maar eerlijk gezegd hoor ik nog steeds dezelfde reactie op uitdagingen rondom bestaande workflows: "omdat we het altijd zo hebben gedaan…"

Als sector kunnen we zoveel meer doen om verspilde tijd en materialen te vermijden, of de CO₂-voetafdruk van een ontwerp te verkleinen. 

En als ingenieurs kunnen we de weg wijzen. Dit zijn geen nieuwe ideeën.