BIM in de cleanroom- en laboratoriumsector als antwoord op de digitalisering van de bouw

Fig. 1: Verband tussen open-BIM en closed-BIM. © 2022 Kelvin Reinraumsysteme GmbH – Alle rechten voorbehouden

Fig. 2: Koelnetberekening van een enkele ruimtegroep. © 2022 Kelvin Reinraumsysteme GmbH – Alle rechten voorbehouden

Fig. 3: BIM-Rollen © 2022 Kelvin Reinraumsysteme GmbH – Alle Rechte vorbehalten

Fig. 4: Het Feringa Building als native 3D-model in BIM-compatibele software. © 2022 Kelvin Reinraumsysteme GmbH – Alle rechten voorbehouden

Tabel 1: Taken van de BIM-rollen

De Kelvin Reinraumsysteme GmbH was al een van de eerste bedrijven die sinds 2017 inzet op de concrete implementatie van BIM in de cleanroom- en laboratoriumsector. Building Information Modeling is een methode waarbij verschillende disciplines in een bouwproject digitaal met elkaar verbonden kunnen samenwerken. Vooral de hoge eisen in cleanroomprojecten maken de BIM-methode vrijwel onmisbaar.

Maar wat is BIM precies, en hoe kan BIM helpen om een bouwproject efficiënter af te handelen?
Kort en krachtig gezegd is Building Information Modeling (BIM) de digitalisering van de bouwsector. Hiermee wordt bedoeld de planning, de bouw en het beheer van gebouwen met behulp van digitale – deels virtuele – gebouwinformatie, gericht op de gehele levenscyclus van het gebouw. BIM is daarbij geen enkele software, maar een holistische werkmethode die het uitwisselen van informatie en daarmee de samenwerking tussen alle betrokken disciplines aanzienlijk vergemakkelijkt.

Motivatie:

Voor velen is BIM nog het donkere zijde van de maan, dat nog verkend moet worden. Stap in de BIM-shuttle en maak je klaar voor nieuwe mogelijkheden in bouw- en projectafhandeling. Er zijn al veel succesverhalen uit de hele wereld die dienen als motivatie, net als dit artikel. Angst is de duisternis in ons, totdat iemand met een klein lichtje vooropgaat en de weg wijst. Belangrijk is om dat lichtje te herkennen en de voordelen ervan te benutten. BIM is de toekomst! We hoeven het alleen te erkennen en correct te gebruiken.

De voordelen van BIM

Nu de definitie van BIM duidelijk is, rijst natuurlijk de vraag welke voordelen BIM biedt in de cleanroom- en laboratoriumbranche. Dit artikel behandelt zowel de planning als zodanig, alsook de uitvoering, dus het bouwproces met BIM. Al vanaf de ontwerpfase is een zekere omslag in denken nodig als men de BIM-methodiek volgt. Tot nu toe werden 2D- of 3D-plannen na de bouwfase meestal alleen gearchiveerd en zelden hergebruikt. BIM-modellen worden, rekening houdend met het Level of Detail (LOD), het Level of Information Need (LOIN), het Level of Information (LOI) en het Level of Geometry (LOG), gedurende de hele levenscyclus van een cleanroom of laboratorium hergebruikt. Naast het 3D-model worden ook tijdsaanduidingen (4D), kosten (5D), simulaties (6D) en facilitair management (7D) meegenomen, met inachtneming van de VDI 2552 blad 3, en kunnen direct gekoppeld worden aan het model. Daarom is het noodzakelijk dat aspecten zoals tijd- en kostenplanning, evenals meetpunten voor latere kwalificatiemeting, worden meegenomen in de projectuitvoering. Ook informatie die relevant is voor later onderhoud – zoals artikelnummer van reserveonderdelen – moet worden meegenomen.

Bij grotere bouwprojecten zoals gebouwencomplexen wordt bovendien de latere afbraak van het gebouw, dus de gecoördineerde afbraak volgens het model, vastgelegd. Om dit alles te realiseren, wordt het BIM-model voorzien van de gewenste informatie en kan het later bijvoorbeeld beschikbaar worden gesteld aan het facilitair management (FM). Alle informatie, zoals berekeningen, datasheets, componentinformatie, tijd- en kostenstroom en bouwproces-simulaties, worden in één enkel bestand, een BIM-3D-model, opgeslagen en kunnen indien nodig worden hergebruikt voor verdere planning, verbouwingen of sloopwerkzaamheden.

De informatie, de tijdsaspecten van de gegevensuitwisseling (Data Drop), de BIM-toepassingsgevallen en de doelstellingen van de opdrachtgever worden eerst vastgelegd in de opdrachtgever-informatie-eis (AIA) en vervolgens in het BIM-projectuitvoeringsplan (BAP) volgens VDI 2552 blad 10. De BAP wordt buiten de BIM-wereld ook wel het programma van eisen genoemd en wordt daarom beschouwd als een contractueel document. Bij GMP-projecten kunnen ook punten uit de User Requirements Specification (URS) worden overgenomen in de BAP. Vanuit juridisch en technisch oogpunt wordt aanbevolen om de AIA als BIM-document en de URS als GMP-document te scheiden, en pas bij het opstellen van het BAP de inhoudelijke eisen van beide documenten samen te voegen.

De voordelen voor projecten in de cleanroom- en laboratoriumsector zijn daarom als volgt:

– Kostenzekerheid van de bouwkosten door modellering van tijd- en kostenplanning
– Verhoogde planningskwaliteit door een berekenbaar 3D-model en toepassing van bouwstandaarden
– Verbeterde en gestructureerdere projectprocessen
– Optimale uitwerking van technische installaties
– Prefabricage van bijvoorbeeld leidingstrengen en injectieschema’s uit het 3D-model
– Digitale overdracht van gedefinieerde gegevens naar beheer en onderhoud
– Ondersteuning van de publieke participatie
– Minder meerkostenclaims
– Hergebruik van het BIM-model bij herplanning, uitbreiding, sloop en daardoor tijd- en kostenbesparing

BIM ≠ BIM

Even belangrijk als het gebruik van BIM is de definitie en keuze tussen open-BIM, gesloten BIM, little-BIM en Big-BIM. Binnen het BIM-landschap wordt bij de start van een project onderscheid gemaakt tussen deze aanpakken. Maar waarom wordt er binnen de BIM-methodiek nogmaals een onderscheid gemaakt tussen closed-BIM en open-BIM? Het principe van BIM is ook het gezamenlijke samenwerken binnen een project. De volledige voordelen van BIM worden pas zichtbaar wanneer er gezamenlijk aan het project wordt gewerkt, in plaats van enkel persoonlijke voordelen te behalen. Om dit op een gedeeld model te kunnen overdragen, moeten passende tools en gedefinieerde interfaces beschikbaar worden gesteld. Bij open-BIM wordt gewerkt met software-neutrale standaarden en workflows. Elke projectdeelnemer kiest zelf de softwareoplossing. Het gezamenlijke uitwisselingsformaat is bijvoorbeeld IFC (Industry Foundation Classes) volgens DIN EN ISO 16739.
Bij closed-BIM wordt een softwareleverancier voorgeschreven voor alle projectdeelnemers en moeten alle partijen volgens dezelfde voorschriften en workflows werken. Echter, het voorschrijven van softwareleveranciers brengt risico’s met zich mee, vooral als tools worden gebruikt (bijvoorbeeld voor berekeningen voor statiek) die niet voldoen aan de datadelingrichtlijnen van closed-BIM vanwege ontbrekende interfaces, waardoor een naadloze overdracht binnen het vooraf bepaalde systeemlandschap niet mogelijk is. In de cleanroom- en laboratoriumsector, waar bijvoorbeeld met veel verschillende tools voor het berekenen van koeling- en ventilatieleidingen, ruimtedrukken en luminantieverdelingen wordt gewerkt, moet de keuze voor de juiste variant zorgvuldig worden gemaakt.

De software

Zoals eerder vermeld is BIM geen software. Maar speciale software is wel nodig om BIM-projecten te kunnen uitvoeren. Vooral de implementatie van softwareproducten binnen bestaande bedrijfsstructuren vormt een van de grootste uitdagingen. De inspanning voor implementatie, software- en scholingskosten, nieuwe aanpakken, de ontwikkeling van eigen componenten – dit zijn slechts enkele punten die absoluut in overweging moeten worden genomen.

Het principe is: "Hoe beter de interne processen vóór de implementatie worden gestructureerd, hoe eenvoudiger de uitvoering." Dit blijft voor veel project- en ontwerpbetrokkenen nog een groot onbekend terrein – de donkere zijde van de maan. Het is belangrijk om de drijfveer te vinden om nieuwe wegen te bewandelen, evenals het nadenken over de voordelen van BIM voor het bedrijf en het project, en jezelf met die BIM-shuttle op een avontuurlijke reis te begeven om nieuwe mogelijkheden te verkennen.

Naast de hoofdsoftware, ook wel de auteursoftware genoemd, zijn afhankelijk van de diepte van de vereiste modelinformatie ook andere tools nodig voor samenwerking met andere bedrijven. Zeker gezien het feit dat een bouwproject wordt gepland en uitgevoerd met veel verschillende bedrijven en onderaannemers, moeten interdisciplinaire regels worden vastgesteld. Een van deze regels betreft bijvoorbeeld de samenwerking in een cloud, in BIM-termen ook wel CDE (Common Data Environment) volgens DIN SPEC 91391 deel 1 en 2, waarin het centrale 3D-model wordt opgeslagen en periodiek wordt gesynchroniseerd met de werkversies van de verschillende ontwerpers. Deze aanpak garandeert dat alle betrokken disciplines altijd de actuele planning kennen en gebruiken. De CDE biedt ook de mogelijkheid om ontwerpdocumenten ter beoordeling en goedkeuring in te dienen. De traditionele goedkeuring met pen en stempel vervalt, omdat goedkeuring via de CDE als rechtsgeldig kan worden beschouwd en in veel gevallen tijd bespaart.

De Kelvin Reinraumsysteme GmbH gebruikt de mogelijkheden van een CDE om te communiceren met alle ontwerpbetrokkenen en ontwerpgoedkeuringen te verkrijgen. Aangezien er nog steeds ontwerpers zijn die geen BIM-geschikte software gebruiken, maar waarvan de vakbekwaamheid wel essentieel is voor het bouwproject, biedt Kelvin Reinraumsysteme GmbH een collaboratieve omgeving waarin bijvoorbeeld IFC-bestanden (Industry Foundation Classes) van onderaannemers of andere ontwerpers kunnen worden geïmplementeerd. IFC-bestanden kunnen inmiddels door veel niet-BIM-geschikte softwareproducten worden geëxporteerd. Zo worden native 3D-modellen uit de auteursoftware gecombineerd met IFC-modellen om bijvoorbeeld clash-detecties uit te voeren en modelleringregels te controleren. Vooral in cleanrooms en laboratoria, waar een zeer hoge dichtheid aan techniek aanwezig is, kunnen botsingen en wijzigingen direct en zonder grote tijdsverliezen via de CDE worden aangegeven en begrijpelijk worden gemaakt, bijvoorbeeld via het BIM Collaboration Format (BCF).

De BIM-rollen

BIM brengt nieuwe taken en verantwoordelijkheden voor alle projectdeelnemers met zich mee, wat zich ook vertaalt in bijbehorende benamingen. Zo wordt onder andere gesproken over BIM-(algemene) coördinatoren, BIM-managers en BIM-constructeurs.

De meest gebruikte BIM-rollen worden in de VDI 2552-7 en DIN EN 19650-1 nog genoemd als informatiemanager en informatiemanager. Vaak – maar niet altijd – verbergen zich daarin de vertrouwde werkwijzen van projectafhandeling, alleen in combinatie met de BIM-methodiek. Een strikte scheiding van taken volgens de BIM-rollen is vooral bij kleinere projecten moeilijk te realiseren. Daar kan één persoon mogelijk meerdere BIM-rollen vervullen. Het onderstaande diagram en de tabel tonen de vereenvoudigde taakverdeling en verantwoordelijkheden in een cleanroom-BIM-project.

Tabel 1: Taken van de BIM-rollen

Contractvorming

Daarnaast moet en zal de toekomstige contractvorming rekening houden met de BIM-methodiek. Want volgens de eerder beschreven BIM-rollen ontstaan vaak nieuwe taken die in contractuele documenten moeten worden opgenomen en zo ook nieuwe vergoedingregelingen kunnen veroorzaken. Er zijn geen onoverkomelijke uitdagingen bij de contractvorming met BIM op basis van de geldende bouwwetgeving, omdat de benodigde aanpassingen in de contracten kunnen worden doorgevoerd. Bovendien bestaat er bij elk BIM-project het BAP, dat de doelstellingen van de opdrachtgever weerspiegelt en op basis waarvan de honorering en prijsstelling kunnen worden vastgesteld. Toch is het zeer aan te raden om de VOB/A, VOB/B en VOB/C in overeenstemming met de BIM-methodiek aan te passen, om bij complexe juridische kwesties zekerheden te kunnen signaleren en creëren.
Bij toepassing van de HOAI moeten, net als bij de VOB, aanvullende documenten worden opgesteld voor de ingenieursovereenkomst, zogenaamde bijzondere contractvoorwaarden (BIM-BVB), die als BIM-raamvoorwaarden worden beschouwd, omdat de HOAI, net als de VOB, methodeneutraliteit nastreeft.

Het is ook belangrijk om de juridische gevolgen te bespreken van ontwerpfouten en uitvoeringsfouten met BIM, evenals het auteursrecht op BIM-componenten en volledige BIM-modellen, en in hoeverre de bestaande rechtsgrondslagen hierop van toepassing zijn. Eventueel moeten hier aanvullingen worden opgenomen in de contracten of de BIM-BVB’s. Vooral in het kader van aansprakelijkheid voor BIM-bouwprestaties op basis van een complex BIM-model moet worden nagegaan in hoeverre de verantwoordelijkheden van de BIM-rollen aansprakelijk zijn. Bijvoorbeeld, er zijn verstrekkende gevolgen bij de classificatie van prestaties onder het dienst- of aannemingsrecht bij de aansprakelijkheid van de projectdeelnemers. Zonder schuld is de aannemer alleen aansprakelijk bij prestatiegerichte aannemingsovereenkomsten.

Use Case

Aan de hand van de theorie volgt nu een praktijkvoorbeeld van een lopend bouwproject van Kelvin Reinraumsysteme GmbH:

De Rijksuniversiteit Groningen (RUG) bouwt ter ere van Nobelprijswinnaar Prof. Dr. Ben Feringa een nieuw onderzoeksgebouw met meer dan 62.000 m2, een totale lengte van 260 meter en een breedte van 63 meter, voor technische opleiding en onderzoek in het bèta-gebied. Hiermee bevordert de universiteit haar streven om ook in de toekomst bij te dragen aan belangrijke internationale onderzoeksgebieden zoals chemisch ingenieurswezen, (nano-)technologie, materiaalkunde en astronomie.

In de cleanrooms en cleanroomlaboratoria daarin kunnen onderwerpen worden onderzocht zoals ruimtevaart, nanotechnologie, halfgeleidertechniek en lithografie. Kelvin Reinraumsysteme GmbH treedt hierbij op als hoofdaannemer voor de cleanrooms en cleanroomlaboratoria, evenals voor de technische uitvoering en realisatie ervan.

Naast vele onderzoeksruimten worden in het nieuwe gebouw onder andere cleanrooms gebouwd voor de gebruikersgroepen Zernike & Stratingh en SRON. Bijvoorbeeld de meer dan 1000 m2 grote Zernike & Stratingh-cleanroom wordt grotendeels opgebouwd uit glazen elementen op laboratoriumniveau, zodat van buitenaf werken in de cleanroom en ook de techniek in het plenumbereik kunnen worden bekeken.

Het volledige gebouw, en in het bijzonder de cleanrooms en cleanroomlaboratoria, worden vanaf het begin gepland en gerealiseerd met de BIM-methode. Aanvankelijk werden de randvoorwaarden door Kelvin Reinraumsysteme GmbH vastgesteld via AIA (Opdrachtgever Informatie-eis), BAP (BIM-projectuitvoeringsplan) en IDM (Information Delivery Manual). Daarna ging het verder in de planning en de centrale samenwerking met andere projectleden.
Kelvin Reinraumsysteme GmbH gebruikt daarbij eigen ontwikkelde processen, zoals MVD (Model View Definition) en IDM (Information Delivery Manual), evenals eigen slimme BIM-content. Via speciale softwareoplossingen kunnen bouwproces-simulaties worden gemaakt en clash-detecties binnen disciplines worden uitgevoerd. De CDE ondersteunt alle projectdeelnemers om gezamenlijk op één centrale plek samen te werken.

Bij de technische afstemming wordt gebruikgemaakt van de IFC-standaard in combinatie met BCF (BIM Collaboration Format). Wat vroeger onhandige Excel-lijsten waren, kan sinds de invoering via BCF nauwkeuriger en gedetailleerder worden weergegeven. In de cleanroom- en laboratoriumsector is het vanwege de vaak enorme installatiedichtheid belangrijk om een koppeling met het model en daarmee de realiteit te maken.

Voor alle geplande componenten in de cleanrooms en cleanroomlaboratoria worden in het BIM-model datasheets (link naar een interne en GDPR-conforme cloud) opgeslagen, waarop het cleanroompersoneel, servicetechnici bij onderhoud, facilitair management, gebruikers of bouwheer kunnen inloggen via elk internettoegankelijk apparaat, zoals tablet, smartphone of laptop.

Slotwoord:

Kelvin Reinraumsysteme GmbH heeft al enkele projecten met BIM gerealiseerd. Zonder het uitzonderlijke team van ingenieurs en ontwerpers zou zo’n naadloze uitvoering niet mogelijk zijn geweest.