Geodetisk FoU till nytta för BIM-branschen

Forskningsprogram framtaget efter BIM/Geodesi-seminariet på KTH 2015-11-26 Geodetisk FoU till nytta för BIM-branschen 2016-02-18 1(14)

Förord Detta FoU-program baseras på resultatet av ett seminarium om BIM (Byggnadsinformationsmodellering, eller på engelska Building Information Modelling) och Geodesi. Det hölls på KTH 2015-11-26 och samlade 32 deltagare från industrin, akademin och några statliga myndigheter. I programkommittén har ingått Anna Jensen och Milan Horemuz, KTH, Peter Axelsson, Trafikverket samt Clas-Göran Persson, Lantmäteriet. I utarbetandet av programmet har även Thomas Lithén, Lantmäteriet, medverkat och i slutfasen har samtliga seminariedeltagare getts möjlighet att lämna synpunkter. Clas-Göran Persson har svarat för den textmässiga sammanställningen. I texten benämns den egna institutionen KTH-Geodesi. Det fullständiga namnet är Avdelningen för geodesi och satellitpositionering, som tillhör KTH:s ABE-skola (School of Architecture and the Built Environment). Innehållsförteckning Förord... 2 Innehållsförteckning... 2 Sammanfattning... 3 Geodetisk FoU... 3 Annan FoU... 3 FoU-program BIM/Geodesi... 4 Referenssystem... 4 Datakvalitet... 6 Maskinstyrning... 6 Mätmetoder... 7 Utbildning... 7 Standardisering och samordning... 8 Kommentarer från några föredragshållare vid seminariet... 9 Spontana synpunkter från ett par seminariedeltagare... 9 Slutord... 10 Bilaga 1: Program... 11 Bilaga 2: Deltagarlista... 12 Bilaga 3: Gruppernas förslag... 13 Grupp A... 13 Grupp B... 13 Grupp C... 13 Grupp D... 13 Grupp E... 14 2(14)

Sammanfattning Nedanstående är ett försök att vaska ur kontentan av förslagen på FoU-insatser från BIM-/Geodesiseminariet på KTH 2015-11-26. En uppdelning har gjorts mellan Geodetisk FoU och Annan FoU. Geodetisk FoU Vi bedömer att, i första hand, följande insatser bör finnas med i ett FoU-program över hur geodesin kan stötta BIM: - Referenssystem - Datakvalitet - Maskinstyrning - Mätmetoder - Utbildning Frågorna kring referenssystem och datakvalitet/toleranser ter sig särskilt centrala. Utöver de nyss nämnda så utkristalliserar sig standardisering/samordning som ett viktigt område, men där är det i huvudsak fråga om medverkan i projekt som drivs av andra. Ovanstående konkretiseras nedan. Annan FoU Nästa grupp av förslag ser vi mer som uppgifter för FoU inom andra ämnesområden: - Krav i olika skeden; från projektering till förvaltning/ajourhållning. - Dataflöden, redovisningssystem och konvertering. - Objekt; detaljeringsgrad, klassificering, igenkänning. - Ajourföring och förvaltning av BIM-modeller; vad ska sparas och vem ska spara? - Ekonomiska analyser av nyttan med BIM. Denna förteckning är naturligtvis inte på något sätt fullständig eftersom seminariets fokus låg på geodetisk FoU. Här finns dock idéer som skulle kunna intressera ABEskolans avdelningar för Geoinformatik respektive Projektkommunikation. Det finns även uppslag till gränsöverskridande samarbete. Bl.a. har en tanke förts fram från avdelningen för Fastighetsvetenskap om att tillsammans med KTH- Geodesi studera Kvalitetsmärkning av fastighetsinformation. Det är ett stort problem inom det området att fastighetsgränserna i många fall har en hög eller i vissa fall t.o.m. okänd mätosäkerhet. Ett annat tvärvetenskapligt område där geodesi är involverad är automatisering vid databearbetning t.ex. automatisk objektigenkänning. Detta är avgörande vid framställning av 3D-modeller ur punktmoln. I dagsläget finns det bara ett fåtal automatiska funktioner i de kommersiella programvarorna (Leica Cyclone, Trimble RealWorks, GEO osv.) och de kräver ofta mycket manuellt arbete i tillägg. Detta är ett viktigt och mindre utforskat FoU-område. 3(14)

FoU-program BIM/Geodesi Här redovisas något mer detaljerat de områden som har bedömts viktigast och som KTH-Geodesi kommer att ha som rättesnöre i sin fortsatta strävan att etablera sig inom BIM-området. En övergripande framgångsfaktor är att ett eller flera av dessa FoU-insatser kan inrymmas i FOI-satsningen Smart Built Environment. Digitalisering i plan- och byggprocessen och digitalisering i förvaltningen är fokusområden som hänger nära ihop med utvecklingen inom BIM-området, och flera av förslagen nedan bidrar också till ökad digitalisering och därmed effektivisering i både byggande och förvaltning. Även om det här presenterade FoU-programmet har tillkommit på KTH-Geodesis initiativ så är det tämligen allmängiltigt. Därför kan även andra delar av svensk geodesi komma att bli involverade i arbetet. Referenssystem Området referenssystem är sannolikt det allra viktigaste geodesibidraget till BIM. Det ges därför större utrymme i programmet än övriga bidrag. En utmaning är att koppla ihop referenssystemen för BIM/CAD och geodesi- /geodata/gis samt att kunna zooma sömlöst mellan de två. En annan är att utvärdera konceptet att arbeta med och utbyta data lagrade i geografiska koordinater (latitud/longitud), dvs. utan någon som helst kartprojektion. Här finns mycket att hämta från andra områden, t.ex. sjöfarten och meteorologin. Och frågan inskränker sig inte till BIM-tillämpningar; den är ett generellt och mycket större spörsmål för framtidens geodesi. På sätt och vis skulle geografiska koordinater åtminstone kunna fungera som en sorts generellt överföringsformat där varje användare själv bestämmer vilken form av kordinater man sedan vill arbeta i, se Figur 1. Figur 1. Latitud/longitud - i ett globalt gemensamt referenssystem - som överföringsformat. 4(14)

BIM/CAD-data är oftast definierade i ett lokalt rätvinkligt kartesiskt koordinatsystem när man jobbar med hus och liknande företeelser medan man i geodesi/geodata/gis normalt arbetar i en kartprojektion (N, E), eller med latitud/longitud på en definierad ellipsoid. Man kan säga att BIM/CAD antar att jorden är platt, medan GIS till priset av större matematisk komplexitet utgår från att jorden liknar en ellipsoid. När BIM tillämpas på långsträckta företeelser som vägar och järnvägar (så kallade objektorienterade anläggningsdata) används normalt kartprojektion i Sverige. För projekt med en stor geografisk utbredning blir jordkrökningen tidigt ett problem för BIM/CAD och det är dessutom svårt att hålla låg mätosäkerhet över långa avstånd, t.ex. för höghastighetsjärnvägar. Men även kartprojektioner har problem om områdena blir tillräckligt stora. T.ex. har vi i Sverige infört lokala varianter av Sweref99 för att motverka detta vid i första hand kommunal mätning och kartläggning, men även Trafikverket använder de lokala varianterna av Sweref99 för sina anläggningsdata. I England har man infört kartprojektioner av typen Snake Grid som anpassas till det enskilda anläggningsprojektet. Liknande metoder bör undersökas närmare för eventuell tillämpning i Sverige. Globala användare av geodata/gis, som sjöfarten och meteorologin, använder dock vanligen geografiska koordinater. Även inom kartvärlden har geografiska koordinater börjat användas vid utbyte/leverans av information, t.ex. i olika produkter från EuroGeographics. Ett annat exempel på global användning är att dataformatet KML/KMZ bygger på geografiska koordinater. Dataformatet är numera en OGCstandard och används av bl.a. Google Earth för import och export av 3D-presentationer. Denna grundläggande skillnad gör det svårt att integrera BIM/CAD-modeller i ett GIS utan svåråtgärdade fel. Det finns inte heller någon allmän standard för hur höjder anges i BIM/CAD-system. Ett annat problem är att många BIM/CAD-format saknar möjlighet till geografisk positionering, eller behandlar det som valfritt. De geografiska positioner som finns förekommer oftast bara i en eller ett par punkter i modellen, ofta med dålig precision och okänd mätosäkerhet. Vidare är BIM/CAD-modellerna nedbrutna i delar golv, vägg osv. som i sin tur ligger i ett eget lokalt koordinatsystem i egna filer. Exempel: När man skapar en 3D-modell i BIM/CAD-programvaror jobbar man vanligtvis i ett lokalt koordinatsystem med origo placerad nära modellen. Axlarna orienteras antingen valfritt eller också är de anpassade till objektets/modellens huvudaxlar. Modellen kan inkludera flera delar (objekt) och varje del modelleras i en separat fil/projekt, t.ex. rörledningar. Mer komplicerade konstruktionsdelar modelleras/ritas separat i ett eget koordinatsystem. Men till slut måste alla delar hamna på rätt plats i en gemensam modell/fil. Och hela modellen måste även placeras geografiskt. Olika koordinatsystem benämns på olika sätt i olika programvaror se diskussion på denna sida: 5(14)

http://www.hokbimsolutions.com/2013/06/positioning-of-linked-models-part-1.html Det är också viktigt att ha sömlös övergång mellan inomhus- och utomhuspositionering och -mätning, speciellt för de som ska kunna navigera i t.ex. brinnande hus. Dessutom bör undersökas hur detta hanteras i befintligt regelverk. Hur ska man mäta in/sätta ut sådana objekt för att erhålla både orientering och position, och hur ser vi till att kvaliteten på data förblir oförändrad genom koordinatomvandlingarna? Datakvalitet Området datakvalitet har en lång tradition inom geodesin. Det man främst kommer att tänka på är kanske lägesosäkerhet, men även andra kvalitetsparametrar har koppling till geodesin och kan med fördel samlas in i samband med mätningen. Tidigare har man sett på termen datakvalitet som omfattande både fullständighet, riktighet och noggrannhet. Detta gäller fortfarande och visar bredden när vi pratar om kvalitet i geodata. Datakvalitet avser såväl kvalitetsmärkning (dokumentation/kodning av faktisk kvalitet) som toleranser (krav vid t.ex. kontrollmätning). Det kan även bli fråga om klassificering av kvalitet samt visualisering av kvalitet och kvalitetsskillnader. Ett nytt FoU-område är studier av mätosäkerhetens fortplantning i komplicerade, integrerade sensorsystem, som t.ex. mobile mapping systems, och vid integrerade system för inomhusnavigering eller inomhusmätning. Flexibla analysverktyg som kan anpassas till den aktuella kombinationen av sensorer och deras unika prestanda är konkreta hjälpmedel som kan användas vid utvärdering, utbildning och produktion. Ett annat område speciellt för BIM är att studera hur kvalitetskraven varierar i ett livscykelperspektiv (projektering, byggnation, förvaltning etc.) samt kopplingen mellan produktivitet och kvalitet. Maskinstyrning Maskinstyrning eller maskinguidning är ett hett FoU-område, där geodesin kan ge viktiga bidrag. Det rör sig främst om generering av utsättningsdata, dataöverföring etc. men även om maskiner som mätinstrument, dvs. att utnyttja givare etc. på maskinerna i datainsamlingen. Mätosäkerhetens fortplantning i integrerade sensorsystem är också relevant i samband med maskinstyrning. Där finns ett stort behov att bedöma och dokumentera att man hållit sig inom toleransen såväl vid planering och genomförande som vid kontroll. Detta medför att utövarens kompetens delvis måste förändras. Behovet av automatisk verifiering av datakvalitet ökar. Kopplingen mellan BIM och byggande av trafikleder bör vara skäl nog att studera detta. På KTH-seminariet föreslogs ett FOI-projekt: Från projektör till entreprenör som kan fokusera på att identifiera utmaningar och flaskhalsar i processen samt ta fram förslag på lösningar eller förbättringar. 6(14)

Mätmetoder Området mätmetoder inkluderar såväl att informera om och utveckla befintliga metoder som att anpassa nya sådana för användning inom BIM. Bland de befintliga kan nämnas - Bygg- och anläggningsmätning - Inomhusmätning (som komplement till GNSS) - Industrimätning och annan specialmätning - Precisionsinmätning och precisionsutsättning - Deformations-, övervaknings- och sättningsmätning - Mätning av terrängmodeller Här behövs mer konkreta handledningar, uppgifter om förväntad mätosäkerhet, toleranser etc. Handledningarna om användning av befintliga mätmetoder för att skapa underlag för BIM bör baseras på undersökningar om fortplantningen av mätosäkerhet som nämnts ovan. En form av handledning är mätspecifikationer, sådana som hanteras i t.ex. SIS och HMK och som diskuteras på nästa sida. Viktigt är att grunden för dessa baseras på forskning om mätmetodernas osäkerhet. I framtiden kan vi förvänta oss att varje byggnad eller anläggning åtföljs av en BIMmodell. I dagsläget är det dock inte så, utan det finns ett behov av att även kunna skapa sådana modeller för befintliga byggnader/anläggningar. Där finns idéer om att tillämpa nya mätningstekniker för ända målet, såsom laserskanning och drönare. Terrester laserskanning och (terrester) fotogrammetri skulle kunna användas inomhus och datainsamling via drönare för att mäta in utsidan. En stor utmaning här är att få in alla skanningsuppställningar och drönarmätningar i ett och samma koordinatsystem samt att kunna omsätta punktmolnen direkt i en BIM-modell. Samma teknik skulle naturligtvis även kunna tillämpas på nya, ännu inte uppförda objekt. Utbildning Utbildning och annan informationsverksamhet ingår som en naturlig del av FoUarbetet, för att föra ut nya forskningsrön. Tonvikten ligger här på mätningsteknik för BIM, inkl. kvalitetsfrågorna i sammanhanget, och avser såväl mätningsteknik för de som håller på med BIM som BIM-utbildning av mätare. Det är främst fråga om att - få in detta i våra reguljära utbildningsprogram - ordna kurser för yrkesverksamma - skriva artiklar, medverka i konferenser samt utarbeta läromedel och handledningar. Det är viktigt att det finns utbildning som kopplar till de krav som beställarna t.ex. Trafikverket ställer, så att kompetensen kan fås att matcha behoven. 7(14)

Det är också viktigt med utbildning i mätspecifikationer och standarder, antingen som integrerade inslag i utbildningen i mätningsteknik eller som specifika kurser, t.ex. i form av fortbildning för lantmätare eller andra yrkesverksamma. Standardisering och samordning Det behövs viss medverkan från geodesin i standardiserings- och samordningsverksamheten åter igen främst beträffande mätningsteknik och datakvalitet, men även vad gäller dataformat och standardisering av sådana. Det är dock någon annan som bör driva verksamheten. Parallellt med den formella standardiseringen (ISO, CEN, SIS, OGC) finns även andra samordningsinsatser. Internationellt kan nämnas verksamheten inom Inspire, ELF, UN-GGIM samt BuildingSMART och i Sverige har vi sådana aktiviteter som geodatasamordningen, Svensk Geoprocess, HMK (Handbok i mät- och kartfrågor) och BIM-Alliance, Sweden. Även i denna typ av aktiviteter behövs medverkan från geodesin. Figur 2 illustrerar på ett förenklat sätt de samordningsinitiativ som pågår både internationellt och nationellt inom områdena geodata och geodesi. ISO, CEN, SIS och OGC agerar också inom BIM-världen, men i andra arbetsgrupper än i geodatavärlden. Samordningsaktiviteter inom BIM bedrivs av bl.a. BuildingSMART internationellt och BIM-Alliance, Sweden i Sverige. Figur 2. Internationell och nationell samordning inom geodata/geodesi. Källa: Lantmäteriet. 8(14)

Kommentarer från några föredragshållare vid seminariet Föredragshållarna har getts möjlighet att ge egna kommentarer. - Anna Jensen: Seminariet och det följande arbetet med att ta fram ett FoUprogram ger oss en bra bild av läget i branschen och vilka utmaningar som finns. Vi vill använda detta program som en ram för utveckling av utbildningen i geodesi och som ett stöddokument när vi söker finansiering till relevanta forskningsprojekt från statliga och privata forskningsfinansiärer. - Thomas Lithén: Det är en nyckelfråga att konceptet geodetisk infrastruktur kommer med i tänket kring Smart Built Environment och samordningen BIM/GIS. Utan gemensam syn på referenssystem och lägesosäkerhet kommer utbytet mellan olika parter i plan- och byggprocessen att bli svårt att hantera. Som komplement till detta FoU-program rekommenderas en riktad inlaga till Smart Built Environment om geodesins betydelse för digitalisering och effektiv informationshantering i samhällsbyggandet. - Milan Horemuz: Det var roligt att se att grupperna hade livliga diskussioner som skulle pågått ännu längre om tiden hade räckt. Alla grupper tog upp en diskussion kring kvalitet, vilket tyder på att detta är en aktuell fråga som ska utforskas från olika synvinklar, t.ex. fortplantningen av mätosäkerhet från mätdata till 3D-modell, eller från 3D-modell till utsättningsdata. Mätosäkerhetsfrågorna är direkt kopplade till toleranser: byggtoleranser samt toleranser vid framställning av as-built modell. Hantering av referenssystem och regelverk kring detta var den andra mest diskuterade frågan. Spontana synpunkter från ett par seminariedeltagare - Sara Wahlund, WSP: Just frågan om hur kvalitetskrav och toleranser ska beskrivas, dokumenteras och kunna följa med under BIM-modellens livslängd är en angelägen fråga. Det är i många fall också en kommunikationsfråga mellan projektör och mättekniker. I denna fråga finns också inbakat ett krav på detaljeringsgrad i modellen och hur t.ex. koordinater beskrivs, med utgångspunkt från att informationen om objektet i en BIM-modell också ska vara användbar för en mätningsingenjör under objektets hela livslängd. - Lars Jakobsson, Sjöfartsverket: Jag anser att initiativet till seminariet och timingen till ämnet var mycket väl valt. Geodesin har de senaste 30 åren visat på lyhördhet och anpassningsförmåga till samhällets nya behov och möjligheter. Den ökande och allt bredare användningen av och kopplingen mellan GIS, BIM och CAD skapar behov av fortsatt samverkan och effektivisering i syfte att gynna digital geodatahantering. Med stöd av geodesin kan kompatibilitet och integration mellan BIM, GIS, visualisering/animering, mätning- /insamling/gnss, etc. fortsätta att utvecklas och få geodata tillsammans med annan lägesbunden information att flöda allt smidigare. 9(14)

Förbättrade prestanda har skapat möjligheter att skilja på koordinatval vid lagring respektive visualisering/bearbetning vilket öppnar för så kallade OTF- (On-The-Fly)-transformationer i realtid som skapar många nya möjligheter. Inom sjöfarten har latitud och longitud länge varit standard. Sjökorten redovisar lägen med stöd av gradnät och anpassning till globala lösningar eller referenser har använts i snart 50 år. Vi ser dessutom att tekniska lösningar baserade på geografiska koordinater fungerar väl i den digitala miljön, vid utbyte av data och för de digitala sjökorten hela vägen till navigationssystemen på bryggan. Jorden är rund och effektivitet uppnås då alla aktörer kan samverka. Sjöfart och BIM kommer säkert att mötas. Ett FoU-program kan indikera den potential som samverkan mellan berörda kompetenser innebär. Slutord Sammantaget är vi mycket nöjda med seminariet och FoU-programmet. Det känns aktuellt, relevant och väl förankrat. Vi vill avslutningsvis tacka alla som har medverkat och hoppas på ett fortsatt gott samarbete mellan BIM och Geodesi. /Anna Jensen 10(14)

Bilaga 1: Program Lokaler: M33, Brinellvägen 64 (3 tr), KTH campus, Stockholm kl. 09:30 12:30 M3, Brinellvägen 64 (2 tr), KTH campus, Stockholm kl. 13:00 15:30 Fika 09:30 10:00 Inledning: KTHs avdelning för Geodesi och Satellitpositionering Anna Jensen 10.00 10.10 Vad är BIM? Väino Tarandi 10.10 10.30 I gränslandet BIM GIS Geodesi Thomas Lithén 10.30 10.50 Paus 10.50 11.00 FoI-programmet Smart Built Environment Trafikverkets erfarenheter av BIM Förslag på vad geodesin kan göra för BIM Rikard Espling 11.00 11.20 Ingemar Lewén 11.20 11.40 Milan Horemuz 11.40 12:00 LUNCH Restaurang Syster O Bror, Drottning Kristinas väg 24 12:00 13:15 Kompletterande förslag på geodetiska FoU-insatser Alla Lars Jakobsson inleder med ett kort inlägg 13.15 13.45 Grupparbete: diskussion av förslagen och prioritering av FoU-insatser, inkl. fika Muntlig redovisning av grupparbete Slutdiskussion: Hur ska det fortsatta arbetet med att ta fram en agenda för geodetiska BIMbidrag bedrivas? Alla (5 grupper) 13.45 14.45 Alla 14.45 15.15 Anna Jensen 15.15 15.30 11(14)

Bilaga 2: Deltagarlista Namn Företag Rikard Espling Anna Jensen Milan Horemuz Väino Tarandi Yifang Ban Gyözö Gidofalvi Thomas Lithén Martin Håkansson Lars Jämtnäs Mattias Bornholm Anders Vidén Daniel Ring Magnus Alfredsson Bengt Ohlsson Johan Sjökvist Lars Jakobsson Björn Sandén Gunnar Winnerhed Maria Uggla Tobias Jonsson Peter Axelsson Per Isaksson Ingemar Lewén Patric Jansson Sven-Gunnar Johansson Jesper Klarqvist Johan Brodén Anders Boberg Jörgen Berkán Erik Haggström Johan Vium Andersson Sara Wahlund IQ Samhällsbyggnad & Smart Built Environment KTH KTH KTH KTH KTH Lantmäteriet Lantmäteriet Lantmäteriet Leica Geosystems Leica Geosystems NCC NCC NCC Scanlaser Sjöfartsverket Skanska Skanska Stockholms stad, SBK SWECO Trafikverket Trafikverket Trafikverket Trafikverket Trafikverket Trafikverket Trimtec Tyréns Tyréns Vianova WSP WSP 12(14)

Bilaga 3: Gruppernas förslag Här redovisas förslagen från seminariets grupparbete. Viss redigering och tolkning har gjorts av texterna på blädderblocken förhoppningsvis utan att ändra innebörden. Grupp A - Hur data med olika kvalitet ska åskådliggöras, visuellt och i databas. - Maskinstyrning - standarder saknas för överföring; FOI-projekt: från projektören till entreprenören. - Hur mycket information ska förvaltas? Detaljeringsgrader. - Mätningskompetens, t.ex. Trafikverkets krav. - Få ihop teori och praktik. Grupp B - Referenssystem hantering/regelverk för objektorienterade rumsliga data. - Utbildning. - Maskinguidning, hur föra modeller till utsättning? - Modeller; ajourhållning på lämplig nivå, behörigheter, versionshantering. - Kvalitetsmärkning; inte bara lägesosäkerhet utan även t.ex. aktualitet. - Kodning; datainsamling in i modellen. - Dataflödet mellan BIM och landskapsinformationsmodellen. - Kvalitetsmärkning av fastighetsinformation. Grupp C - Relation mellan lokala och globala referenssystem; definition av vilka referenssystem som används, undersök möjligheten att använda projektion utan koppling till kartprojektionssystem. - Kvalitetsskattning i kombinerade sensorsystem; felfortplantningsmodeller, maskiner/givare som sensorer, publiceringsformat/redovisningssystem. Grupp D - Objekt; hur långt ska man driva objektindelningen (inmätning är färskvara för många objekt)? Automatisk objektigenkänning. - Datakvalitet; produktivitet kontra kvalitet kontra livscykelperspektivet, hur ska inmätta data klassificeras? - Referenssystem; höjden är kruxet i 3D. - Förvaltningsdata: o ska data tunnas ut (generaliseras)? o vad ska sparas, kan data återanvändas, hur stabilt är objektet? o vad ska ajourhållas? o design eller as built? o vem ska spara informationen (huvudman)? - Sökning i information och topologi i datastrukturer är det en geodetisk fråga? - Standardiserade format; varje konvertering är en risk, vad har hänt med data på vägen från källan? 13(14)

Grupp E - Mätosäkerhet/precision; olika krav/behov för olika faser, t.ex. lägre för förvaltning. - Kontrollmätningar; toleranser i BIM-modellen, ska man uppdatera modellen efter mätning? - Kvalitetsmärkning av projekteringsunderlag. - Detaljnivå på olika objekt. - Vad är nyttan/vinsten med BIM? Kan den kvantifieras? Vad vinner man med högre noggrannhet vid mätning? - Hur får vi ut utsättningsdata och modeller för maskinstyrning? 14(14)