Gradbeništvo in računalništvo – kako ju čim bolj povezati?
Slika: Turingov stroj
Začetke gradbeništva lahko postavimo približno 400.000 let v prazgodovino. Takrat so ljudje začeli z gradnjo prvih začasnih zaščitnih bivališč za lovce, pred približno 12.000 leti so začeli postavljati tudi stalna bivališča iz kamna in formirati mesta. Začetek organiziranega gradbeništva s specializiranimi delavci in inženirskimi strokami, zgodovinarji postavljajo v obdobje Mezopotamije in Egipta, ko so se že postavljale monumentalne zgradbe, kot npr. vsem nam dobro znane piramide in templji. V Antiki in srednjem veku, torej pred približno 3.000 do 1.000 leti so se razvile napredne gradbene tehnike – uporaba oboka in naprednih kamnoseških tehnik, začetki cestogradnje. Z industrijsko revolucijo in patentiranim portland cementom, ki ga je skoraj natanko pred 200 leti, natančneje leta 1824, patentiral angleški zidar in kamnosek Joseph Aspdin, se je začela moderna doba in pospešen razvoj gradbene stroke.
Računalništvo je mnogo mlajša stroka. Začetki segajo približno 5.000 let v zgodovino, ko so izumili prve pripomočke za računanje – abakuse. Vendar računalništvo, kot ga razumemo danes, začne Alan Turing leta 1936, ko z izumom Turingovega stroja, postavi prvi matematični model za računalnik. Prvi računalniki se sicer pojavijo šele leta 1945, z izumom tranzistorjev in integriranih vezij v šestdesetih letih prejšnjega stoletja pa se začne neverjeten razvoj, ki nas je pripeljal do računalnikov, ki jih nosimo v žepu, do umetne inteligence, robotike in nas v času ene generacije popeljal od lojtrnega voza z volovjo vprego, do avtonomno vozečih visoko tehnoloških avtomobilov. Prav avtomobilska industrija se je dolgo upirala digitalizaciji, svoj zaostanek pri digitalizaciji je opravičevala s trditvijo, da človeka nikoli ne bo mogel nadomestiti računalnik ali robot. Vendar je, kljub temu, najprej v proizvodnji avtomobilov prevladala digitalizacija in robotika, potem pa pospešeno, najprej z vsemogočimi asistenčnimi sistemi, nato pa tudi že z avtonomno vožnjo, praktično že prevladala in to industrijo postavila na vrh digitaliziranih panog z uporabo robotike, umetne inteligence, digitalnih dvojčkov in avtomatizirane proizvodnje.
Avtomobili že, kaj pa gradbeništvo?
Razvoj gradbeništva, ki je mnogo manj bliskovit od računalništva, je v svojem analognem razvoju dosegel velike razvojne uspehe. Vedno znova presegamo meje mogočega pri višini stavb, ali razponih in monumentalnosti mostov, kadri v panogi so se specializirali - izoblikovali so se specialisti, ki obvladujejo vsak svoje področje. Tako je projektant postal ta, ki samo načrtuje, snuje in na papir oz. digitalni medij prenaša želje investitorja, izvajalec je seveda, kot že ime pove, specialist, ki se ukvarja z gradnjo, vzporedno so se izoblikovali nadzorniki, ki za investitorja kontrolirajo izvajalca, da se vgrajujejo pravi materiali na pravilen način. Seveda je panoga v zgodovini vedno igrala pomembno vlogo v družbi, zato jo je oblast – politika na tak ali drugačen način kontrolirala in predpisala, da mora vsako gradnjo, skozi vnaprej predpisan postopek, dovoliti.
Na področju gradnje se je torej skozi novejšo zgodovino izoblikovalo pet glavnih akterjev, ki so udeleženi v procesu graditve:
- investitor, ki ima namen objekt zgraditi in ima za to predviden program in seveda finančna sredstva
- projektant, ki investitorjeve želje prenese na ustrezen medij, na katerem definira vse potrebne materiale, njihove kvalitete, način izvedbe in popiše vsa dela, ki so za izvedbo potrebna
- izvajalec, ki tako rekoč iz nič, z osnovnimi gradbenimi materiali in proizvodi na podlagi projekta zgradi gradbeni objekt
- nadzornik, ki v procesu gradnje preverja, ali je gradnja skladna s projektom
- in
- izdajatelj dovoljenja za gradnjo. Tega postavi oblast in mu naloži preverjanje skladnosti s politiko urejanja prostora na mestu gradnje.
Z razvojem informacijske tehnologije, ki je mnogo mlajša panoga od gradbene, tudi mlajša od vseh ostalih panog, kot so avtomobilska, farmacevtska, vesoljska, celo tekstilna, ki jih je že uspešno popolnoma digitalizirala, so se tudi procesi gradnje začeli počasi a vztrajno digitalizirati. Vendar proces digitalizacije, za razliko od ostalih panog, v gradbeništvu poteka precej počasneje.
Ampak, najprej - kaj pravzaprav je digitalizacija?
Najprej seveda pomislimo na to, da se izmenjava informacij ne dogaja več papirno ampak digitalno – torej e-pošta. Potem pomislimo na množico programskega orodja, ki omogoča bolj natančne izračune, pa lepo tabelarično urejene podatke. In načrti izrisani s pomočjo programov za risanje, seveda. Ampak v času, ko digitalizacija in internetizacija (niti ne vem, ali je to sploh beseda) z veliko hitrostjo prevzema praktično vsa področja našega delovanja, od branja časopisov, do nakupovanja in celo vožnje avtomobilov, na koncu pa bo prevzela tudi denar, je treba o digitalizaciji v gradbeništvu razmišljati na popolnoma drugačen način. Digitalizacija danes je proces uporabe oz. združevanja digitalnih tehnologij za preoblikovanje vseh akterjev, pravzaprav celotnega gradbenega sektorja, od načrtovanja in zasnove do dovoljevanja, izvedbe, nadzora in upravljanja objektov. Ta proces vključuje širok spekter orodij, metodologij in tehnologij, ki omogočajo bolj učinkovito, produktivno in trajnostno gradnjo. Ključni elementi digitalizacije v gradbeništvu vključujejo:
- Informacijsko modeliranje zgradb - BIM Building Information Modeling)
BIM predstavlja proces ustvarjanja in uporabe 3-dimenzionalnega digitalnega modela, ki vključuje informacije o geometriji, materialih, strukturi, komponentah in drugih lastnostih gradbenih objektov. BIM omogoča vpletenim stranem, da skozi celoten življenjski cikel objekta – od zasnove do rušitve – sodelujejo v digitalnem okolju. Ta pristop izboljšuje komunikacijo, zmanjšuje napake in omogoča boljše načrtovanje ter upravljanje gradbišč.
- Digitalni dvojčki
Digitalni dvojčki so virtualne kopije gradbenih objektov ali sistemov, ki omogočajo simulacijo, analizo in optimizacijo njihovega delovanja v realnem času. BIM model objekta lahko služi kot temelj za ustvarjanje digitalnega dvojčka, vendar sam po sebi brez integracije dodatnih tehnologij in podatkov ne dosega popolne funkcionalnosti digitalnega dvojčka.
- Avtomatizacija in robotizacija
Uporaba robotov in avtomatiziranih sistemov na gradbiščih povečuje učinkovitost, zmanjšuje potrebo po ročnem delu in izboljšuje varnost pri delu. Na gradbiščih so to avtonomna vozila za prevoz materialov, roboti za polaganje opek, armature, predelnih sten, tlakovanje in dronov za pregledovanje konstrukcij in snemanje izkopov.
- Različna spletna orodja in aplikacije za izmenjavo informacij
Razvoj in uporaba različnih spletnih aplikacij t.i. CDE (Common Data Environment) omogočata izboljšano komunikacijo med vpletenimi stranmi, lažje upravljanje projektov, in boljši dostop do projektnih podatkov in dokumentacije v realnem času.
- Uporaba umetne inteligence
Umetna inteligenca se vse bolj uporablja za analizo podatkov, optimizacijo procesov gradnje in napovedovanje tveganj. Sistemi razviti z uporabo umetne inteligence lahko pomagajo pri predvidevanju zamud, identifikaciji možnih varnostnih težav in optimizaciji razporeditve virov.
Skratka digitalizacija nam omogoča boljše modeliranje in analizo objektov, tako v času projektiranja, izvedbe kot uporabe, zmanjšuje število napak pri načrtovanju in izvedbi, zmanjšuje potrebo po delovni sili, omogoča analizo energetske učinkovitosti, optimizacijo materialov, skrajševanje rokov izvedbe, izboljšanje kakovosti gradbenih objektov, vključevanje obnovljivih virov energije in z vsem tem zmanjševanje vplivov na okolje.
Tako teorija. Kakšno pa je stanje v slovenski praksi?
Investitor ima idejo oziroma potrebo po novem objektu, objekt financira in z njim potem v večini primerov celotno življenjsko dobo tudi upravlja. Investitorji so zelo različni – od malih privatnih investitorjev, ki si gradijo svoj dom, enodružinsko hišo, do velikih institucionalnih investitorjev, ki imajo za vodenje investicij celoten aparat usposobljenih strokovnjakov. Ti so tudi tisti, od katerih se pričakuje, da se bodo zavedali potenciala digitalizacije pri optimizaciji stroškov in projektnega upravljanja in bodo zato želeli oz. v javnih razpisih celo zahtevali od ostalih udeležencev pri gradnji uporabo digitalnih orodij, aplikacij in platform. Predvsem se na strani investitorja z uporabo digitalnih orodij izboljša komunikacija z vsemi deležniki v gradbenem procesu in izboljša spremljanje napredka gradnje. Pri naših javnih naročnikih se zahteva po uporabi BIM tehnologije od projektantov in izvajalcev ali platform za izmenjavo informacij in spremljanje projektov (pre)počasi uveljavlja. Seveda je to povezano poleg nepoznavanja materije tudi z dodatnimi stroški (najmanj licenčnine za te produkte), ki projekt najprej nekoliko podražijo, prihranki pa se pokažejo šele čez čas, ko je projekt v fazi PZI ali že v gradnji ali v obratovanju. Pri zavedanju o pomembnosti teh orodij so večji privatni, tuji ali domači investitorji ta trenutek celo v prednosti pred javnimi.
Projektant je drugi v fazi razvoja projekta. Njemu investitor zaupa izdelavo vseh potrebnih navodil izvajalcu v obliki projekta. Projektant mora obdelati vsa področja oz. discipline gradbenega objekta - od prostorskih, konstruktivnih, instalacijskih, tehnoloških, požarnih zahtev, do obvladovanja stroškov izgradnje in koordinacije z naročnikom in izdajalcem dovoljenja. Projektiranje gradbenih objektov – stavb ali inženirskih objektov je izrazito interdisciplinarna dejavnost, kjer istočasno lahko sodeluje tudi do sto in več strokovnjakov različnih strok, ki jih je potrebno ustrezno koordinirati, da dobimo kvaliteten in vsestransko uporaben projekt. Zato so naši projektanti že zelo zgodaj ugotovili, da jim je digitalizacija v veliko pomoč in ne v breme. Med prvimi so začeli izkoriščati prednosti informacijskega 3D modeliranja in obdelovanja oz. upravljanja z oblaki točk, ki zmanjšuje verjetnost napak in povečuje usklajenost med posameznimi strokovnjaki, ki sodelujejo na projektu. S tem, ko se 3D model razvija s strani vseh udeležencev v procesu praktično hkrati in se napake sproti odpravljajo, je končni rezultat mnogo boljši. Tudi komunikacija med posameznimi strokovnjaki na projektu se z uporabo naprednih platform za izmenjavo informacij skokovito izboljšuje. Poznamo veliko število raznih orodij oz. platform t.i. CDE – Common Data Exchange, ki bi ga lahko prevedli kot Centralno okolje za izmenjavo podatkov, predstavlja pa digitalno okolje, ki omogoča centralizirano shranjevanje, izmenjavo in upravljanje s podatki vseh udeležencev na projektu. Usklajevanje lahko teče tudi v realnem času z uporabo izpopolnjenega streaminga, kjer udeleženci komunicirajo med seboj, ne da bi zapustili delovno mesto in tako nadomeščajo klasične sestanke. Ta tehnologija se nam je vsem še posebej priljubila v obdobju pandemije in jo še danes zelo pogosto uporabljamo.
Izdajatelji dovoljenj so pomemben člen v procesu graditve. Vsakemu investitorju je pomembno, da pridobi gradbeno dovoljenje čim prej, da lahko potem planira vse potrebne aktivnosti za izvedbo objekta – izbor izvajalca, nadzornika, pridobivanje finančnih sredstev in seveda aktivnosti na svoji strani. V Sloveniji je digitalizirano dovoljevanje že začelo svojo pot. Ministrstvo za naravne vire in prostor je z Akcijskim načrtom postopne uvedbe sistema e-graditev zakoličilo časovnico kako se bo digitalno dovoljevanje uveljavljalo. V okviru prostorskega informacijskega sistema se sistem eGraditev za celotno Slovenijo vzpostavi do 5. januarja 2026, in sicer tako, da se postopoma uvaja pri posameznih upravnih organih. Najprej so začeli na Upravni enoti Postojna, nato na Upravni enoti Cerknica in Ilirska Bistrica in tako naprej, vse do zadnjih Upravnih enot Domžale, Grosuplje, Kamnik, Ljubljana, Logatec, Vrhnika in Ministrstvo za naravne vire in prostor, ki bodo implementirale sistem eGraditev 5.1.2026. Kako bo eGraditev delovala? Na eni platformi se bo celoten postopek dovoljevanja odvil brezpapirno od vloge, ki ji bo priložena ustrezna projektna dokumentacija do izdaje gradbenega dovoljenja z vsemi plačili, mnenji ustreznih mnenja dajalcev, stranskih udeležencev, izmenjavo podatkov z Geodetsko upravo, Statističnim uradom, občinami, Inšpektoratom za prostor, z ustreznim dostopom vseh do statusa v postopku in dostopnim arhivom. Upam, da bo sistem eGraditev res v polni meri zaživel, kot je predvideno in da bo investitorjem skrajšal pot do gradbenega in uporabnega dovoljenja.
Izvajalci so tisti, ki na podlagi projektne dokumentacije in gradbenega dovoljenja zgradijo gradbeni objekt. Ne vem, če se naša gradbena operativa dovolj zaveda pomena digitalizacije. Pri digitalizaciji je nekoliko zastala, ostale industrijske panoge so jo pri uvajanju prehitele. Redki so se sicer zavedali pomena digitalizacije in so za uvedbo pripravljeni tudi izdatno investirat in celo razvijajo svoja lastna digitalna orodja za učinkovitejše vodenje gradbišč. Pa vendar, obstajajo razlogi, zakaj počasnejše uvajanje digitalizacije. Prvi je ta, da je za razliko od avtomobilske velikoserijske proizvodnje, gradbeništvo pravzaprav izdelava prototipov. Vsak projekt je svoj unikat, vsaka stavba je drugačna od prejšnje, mnogo gradbenih elementov je praktično za vsak projekt na novo izumljenih. Drugi razlog je bolj kompleksen in nam bo tudi v prihodnosti še delal sive lase. Število usposobljenih kadrov se je namreč v zadnjem času pomembno zmanjšalo. Primanjkuje nam vseh kadrov, še posebej pa motiviranih inženirjev, ki bi na gradbišču lahko skrbeli za uvajanje novih, digitalnih tehnologij. Gradbeni projekti pa so, kot vse ostalo v življenju, vedno bolj kompleksni, vedno bolj interdisciplinarni, vedno več je potrebnih specializiranih izvajalcev, vedno bolj postajajo stavbe in infrastrukturni objekti »pametni« in za obvladovanje vseh nalog in specialistov na gradbišču so potrebna vedno kompleksnejša orodja in znanja. Izvajalci morajo zato, da lahko sledijo investicijski dinamiki pa tudi zaradi pomanjkanja ustreznega kadra, mnogokrat zanemariti najvažnejšo postavko v strukturi cene – razvoj.
Razvoj na področju digitalizacije pa pomeni polno uvedbo BIM – predvsem 4D, kar pomeni integracijo terminskega plana z BIM modelom oz. optimizacijo časa in 5D, ki dodaja finančno komponento, kar pomeni integracijo stroškov in finančnega planiranja z modelom. Razvoj pomeni tudi integracijo digitalnih orodij, kot so informacijsko modeliranje posameznih sklopov za katere je potrebno izdelati natančne delavniške 3-D modele, napredno sledenje projektom in natančno operativno planiranje, uporabo mobilnih aplikacij na gradbišču, ki omogočajo enostavno komunikacijo med ekipami na gradbišču, spremljanje napredka dela, beleženje pomanjkljivosti, uporabo dronov za pregled in sledenje napredku gradbišča in na koncu – robotika, ki bo gradbeništvo postavila na višji nivo in ga po produktivnosti in dodani vrednosti lahko začela primerjati z razvitimi industrijami. Kot primer dobre prakse naj navedem eno naših večjih operativnih podjetij, ki se je okostenelosti panoge zavedalo in samo razvilo digitalni gradbeni dnevnik in gradbeno knjigo, oziroma celovito platformo za vodenje gradbišča in jo bo ponudilo tudi ostalim podjetjem v stroki. Tudi ostala naša gradbena operativa bo slej ko prej primorana spopasti se z digitalizacijo in vsa gradbišča od največjih, kjer se zaradi zahtev zavednih investitorjev in finančnih institucij že v veliki meri uveljavlja, do srednjih in manjših. Tako, kot so projektanti pri prehodu iz tabel na računalnike tarnali, da so na računalniku počasnejši pa so kmalu ugotovili, da je digitalna obdelava načrtov hitrejša in natančnejša, bodo tudi izvajalci ugotovili, da z digitalizacijo, torej uvedbo ustreznih digitaliziranih postopkov, postajajo ne samo učinkovitejši ampak tudi kvalitetnejši.
Kaj pa nadzorniki? Tisti, ki gradbinca nadzirajo, da vsi materiali, ki jih vgradi ustrezajo projektnim zahtevam? Tudi nadzorniki počasi prehajajo iz analognega v digitalni način kontrole gradnje. Nekateri že uporabljajo mobilne aplikacije za spremljanje gradbišča, ali digitalne platforme za izmenjavo podatkov, predvsem pri potrjevanju materialov, ki jih predlaga izvajalec ali pri predlogih izvajalca po manjših spremembah projekta, ki jih lahko zelo učinkovito preko platforme posreduje projektantu, ki lahko v zelo kratkem času na predlog odreagira. Vsa dokumentacija posameznih vgrajenih materialov in produktov se lahko zbira na skupni platformi in pregled je lahko zelo hiter, pripombe ali potrditve se lahko dogajajo praktično v realnem času. Če bi bila tudi gradbena knjiga v večji meri digitalna, bi bil tudi pri pregledu količin bistveno hitrejši in učinkovitejši.
Kratka analiza teorije in prakse stanja digitalizacije v našem gradbeništvu torej pokaže, da je prostora za napredek še veliko, predvsem pri izvajalcih in nadzornikih pa tudi pri investitorjih. Država se je zavedala svoje vloge pri hitrejšem dovoljevanju in je, sicer počasi, začela z digitalnim dovoljevanjem, projektanti pa so že ves čas v prvi vrsti pri uvajanju digitalizacije. Za to, da bodo vsi deležniki intenzivirali svoje napore pri uvajanju digitalnih orodij pri graditvi pa bi morali odločilno vlogo odigrati predvsem investitorji, ki bi morali zahteve po digitalizaciji celotnega gradbenega procesa, vgraditi v vse javne in privatne razpise za izbor tako projektantov, izvajalcev, kot tudi nadzornikov.
Novico pripravil: Andrej Pogačnik, univ.dipl.inž.grad.