Male employee pointing at screen.  Mads Holten Rasmussen (MHRA)
Indsigt

Ph.d.: Ny vidensmodel guider som en GPS i byggeprocessen

Ingeniør Mads Holten Rasmussen skaber i sit ph.d.-projekt i samarbejde med DTU rammerne for en vidensmodel, som giver overblik over al den information, man producerer gennem en byggeproces, så intet bliver overset.

At bygge et hus kan være en kompliceret affære, når arkitekter, bygherrer, entreprenører og ingeniører skal arbejde sammen. I et komplekst byggeri, ja, i alle byggerier er det derfor vigtigt, at kommunikationen mellem de forskellige parter er god. Bygherren skal vise arkitekten, hvad hun forventer af bygningen, arkitekten skal udarbejde et design til ingeniøren, og ingeniøren skal projektere og formidle det videre til entreprenøren. Selvom det lyder som en simpel lineær proces, er det desværre langt fra virkeligheden.

I dag fungerer kommunikationen for det meste over mails med dokumenter, som bliver sendt frem og tilbage i den løbende bygherrerådgivning. De bliver løbende opdateret manuelt, i takt med at der kommer nye informationer.

Vi overdimensionerer, når dominoeffekten er uoverskuelig

Et godt eksempel er Axel Towers, som jeg var rådgiver på. Efterhånden som projektet skred frem, skete det ofte, at arkitekten ændrede lidt på væggene og vinduerne. Pludselig skulle et vindue være bredere, og en indervæg skulle flyttes. Der er mange afledte konsekvenser af sådanne ændringer – både hvad angår opvarmningsbehov, kølebehov og ventilation. Det resulterer i, at radiatoren skal være større, hvilket igen resulterer i, at nogle rør skal redimensioneres, en pumpe skal være større, og at en elingeniør skal levere mere eller mindre strøm og så videre.

Dominoeffekten er uendelig og kan virke uoverskuelig, når alt ved et byggeri er ét stort sammenhængende netværk. Da ingen oftest har det fulde overblik over konsekvensrækken i et hav af ofte forældede dokumenter, er der en tendens til, at vi ingeniører overdimensionerer byggeriet, så vi er sikre på, at der er en buffer at tage af. Men det er ikke altid lige hensigtsmæssigt, idet mange komponenter i for eksempel VVS-faget, hvor jeg arbejder, ikke yder optimalt, når de skal arbejde uden for det område, de er designet til.

Derudover er der stor fare for, at informationen om ændringerne ikke når hele vejen rundt, før det er for sent, og man pludselig står med et alt for stort rør, der skal passe i et for lille hul. Det er ikke optimalt i dag, hvor alting ved et byggeri netop hele tiden er i bevægelse, helt indtil man støber væggene.

I stedet bør vi samle alle informationer om et projekts udvikling i én opdateret database – en såkaldt vidensmodel over byggeriet, som alle aktører frit kan tilgå og hæfte beregninger og simuleringer op på. En sådan vidensmodel kan guide os i et byggeri, akkurat som en GPS kan beregne en ny rute for os på vejen, når der er vejarbejde.

 

Da ingen oftest har det fulde overblik over konsekvensrækken i et hav af ofte forældede dokumenter, er der en tendens til, at vi ingeniører overdimensionerer byggeriet, så vi er sikre på, at der er en buffer at tage af. Det er ikke altid lige hensigtsmæssigt.

En vidensmodel er som internettet vol. 2

For at forstå hvordan en vidensmodel kan ”beregne en ny rute”, er det nødvendigt at kaste et blik på internettets udvikling:

Internettet kom til allerede i slutningen af 1960’erne, og siden da har computere været forbundet. Problemet var, at man indtil begyndelsen af 1990’erne ofte ikke kunne læse de filer, man modtog, da man ikke havde den nødvendige software. Det problem gjorde ingeniøren Tim Berners-Lee op med, da han i 1991 opfandt World Wide Web og dermed grammatikken til det sprog, vores webbrowser taler. Dermed var det muligt at forbinde dokumenter, så et link i et dokument på en computer kunne føre til et andet dokument i et stort net af dokumenter.

I disse år er overbygningen til WWW, kaldet det semantiske web, i høj grad ved at blive udviklet. Her genkender computerne ikke bare ordene, men forstår også deres betydning. Her er det ikke dokumenter, men data der bindes sammen af links. Det består i korte træk af to lag: Et datalag og et terminologilag. Datalaget kan indeholde udsagn som <Mads> <er ansat i> <NIRAS>. Terminologilaget beskriver så, hvad <er ansat i> betyder. Det gør den i en såkaldt ontologi, som for eksempel kunne beskrive, at <er ansat i> har synonymet <arbejder i>, og at den ansatte altid er typen <medarbejder>, som er en underkategori af <person>, ligesom det, han er ansat i, er en <virksomhed>. Ontologien er her nødvendig for at kunne udlede fakta af datalaget, som ikke lige er givet eksplicit. Samtidig giver det også et fælles sprog til at beskrive en digital gengivelse af verden omkring os – en digital twin.

Ontologier er online tilgængelige og gør det muligt at sammenstykke en vidensmodel af datasæt og ontologier, der ligger på forskellige servere, så længe de benytter de samme termer. Der findes allerede en del ontologier inden for smart homes, smart cities, Internet of Things og så videre. Jeg har selv i denne forbindelse udviklet en meget simpel ontologi, der beskriver den grundlæggende topologi i en bygning – sammenhængen mellem etager, rum, bygningselementer og så videre.

Når vi har fodret modellen med forskellige data én gang, behøver vi ikke at gøre det igen. Herefter kan den ud fra de tilgængelige relationer semantisk regne ud, hvordan alle ændringer i en given afdeling eller fase vil påvirke resten af byggeriet.

”Hey Siri, hvordan bliver vejret i morgen?”

En ontologisk baseret vidensmodel dokumenterer altså forskellige dele af en bygning i et sprog, som både mennesker og computere kan forstå, og som kan udvides efter behov. Dette har åbenlyse fordele i en branche, hvor vi løbende bliver klogere, efterhånden som et projekt skrider frem, og hvor mange specialister sidder med en helt specifik domæneviden. Med ontologierne kan for eksempel en arkitekt dokumentere en mere generel geometrisk sammenhæng mellem rum 23 og et vindue, som automatisk skabes i den BIM-software, hun benytter til at skabe geometrien. Senere kan for eksempel en svagstrømsingeniør udvide med en mere specifik relation mellem de to komponenter, som omhandler tyverisikring og automatisk oplukning for temperaturregulering.

Når vi har fodret modellen med forskellige data én gang, behøver vi ikke at gøre det igen. Herefter kan den ud fra de tilgængelige relationer semantisk regne ud, hvordan alle ændringer i en given afdeling eller fase vil påvirke resten af byggeriet, og man kan spørge den: ”Hvordan påvirker det rum 23, at vinduespartiet bliver gjort 35 cm smallere?” Akkurat ligesom vi spørger Apples personlige assistent, Siri, om hvordan vejret bliver i morgen.

Det løser også det klassiske problem med at sende dokumenter frem og tilbage, der indeholder information, som kun nogen kan bruge. Selvom der for eksempel er tale om samme rum 23 i en bygning, ser indeklimaingeniøren noget andet end arkitekten og har derfor brug for en anden information. En fælles vidensmodel beskriver forskellige aspekter af den samme genstand og kan derfor bruges af alle.

Man kan udvide den simple bygningsontologi efter behov med andre ontologier, der er relevante for byggeriet – for eksempel indeklima og GIS. På den måde ser enhver aktør i vidensmodellen den del af byggeriet, der er relevant for lige netop hende.

Derudover vil én fælles vidensmodel også løse de software-problemer, der hersker i dag som følge af en udbredt silotankegang. Mange har nemlig deres egen software, der sjældent taler godt med andres. 

Et demokratisk BIM

Med en ontologibaseret vidensmodel, der ligger online, kan alle være med til at beskrive den del af byggeriet, de har. Det er i mine øjne en mere demokratisk og decentraliseret udgave af BIM (Bygnings Informations Modellering), hvor alle kan være med til at beskrive den del af et byggeri, som de har.

Jeg er to tredjedele henne med mit ph.d.-projekt, som er en erhvervs-ph.d. i samarbejde med DTU. Mit håb er, at en vidensmodel med alle de relevante ontologier bliver en fast bestanddel af NIRAS’ byggeprojekter fremover.