Från VR-glasögon på bygget till internationell forskningsfront

Det började med en enkel fråga: Varför använder byggbranschen fortfarande traditionella ritningar när den digitala byggnadsmodellen innehåller all information?

För drygt tretton år sedan stod Mattias Roupé med forskarkollegorna Mikael Johansson och Mikael Viklund-Tallgren på en byggarbetsplats i Göteborg tillsammans med byggarbetare från Peab. Forskarna hade tagit med sig ett egenutvecklat och tidigt VR-gränssnitt för att visa byggprojektets BIM-modell – en digital representation av den framtida byggnaden. Reaktionen blev omedelbar. Med VR-lösningen från Chalmers kunde yrkesarbetarna plötsligt se hela byggnaden omkring sig. De kunde förstå sammanhang, identifiera problem och ställa frågor som ritningarna aldrig hade kunnat besvara, och de kunde även förmedla vilken typ av information de saknade, och behövde, för att bli så effektiva som möjligt.

– Det blev en aha-upplevelse. Då började vi fundera på varför den här informationen inte redan fanns tillgänglig för dem som faktiskt bygger, säger Mattias Roupé, docent vid institutionen för arkitektur och samhällsbyggnadsteknik.

Frågan kom att lägga grunden för en forskningsresa som i dag placerar Chalmers i den internationella forskningsfronten som en ledande miljö inom digitalt byggande och modellbaserad produktion.

Modell med outnyttjad potential

BIM, Building Information Modeling, etablerades under 2000-talet som ett nytt sätt att representera byggnader digitalt. Till skillnad från traditionell CAD, som då representerade den senaste tekniken, innehåller BIM-modeller intelligenta objekt med egenskaper, relationer och detaljerad information som kan användas genom hela byggprocessen.

Visionen var att modellen skulle bli byggprojektets centrala informationsbärare, men något hände på vägen. Trots BIMs intåg fortsatte den traditionella ritningen att dominera byggprocessen. Den digitala modellen användes främst i projekteringen, medan produktionen fortsatte att arbeta utifrån tvådimensionella handlingar.

– Vi insåg att BIM i praktiken hade blivit ett stöd för att skapa ritningar, snarare än ett nytt sätt att arbeta, säger Mattias Roupé.

För forskargruppen växte en ny forskningsfråga fram: Vad händer om man faktiskt använder modellen fullt ut?

Ett nytt begrepp föds

Under åren som följde betade forskarna av den behovslista de samlat på sig i möten med personal på byggarbetsplatsen. År 2020 introducerade forskarna begreppet Total BIM mot bakgrunden av ett behov av att skilja det nya arbetssättet från den etablerade BIM-praktiken. I stället för att låta den digitala modellen samexistera med ritningar placerades modellen i centrum av byggprocessen som den gemensamma informationskällan och som kommunikationsplattform – och utifrån att modellen är kontraktshandling.

Begreppet Total BIM kom att bli utgångspunkt för flera forskningsprojekt och fallstudier. En av de första doktoranderna inom området, Oliver Disney, följde några av Nordens mest avancerade modellbaserade byggprojekt för att studera hur arbetssättet påverkade produktion, kommunikation och beslutsfattande. Genom projekt som Celsius, Lumi, kontorsprojektet Kaj16 i Göteborg och sjukhusprojektet Glasblokkene i Bergen, har forskargruppen kunnat följa utvecklingen från tidiga pilotprojekt till fullskalig modellbaserad produktion. Det som gör forskningen unik är att den fokuserar på hur BIM-modellen används ute i produktionen; ett område där forskningslitteraturen fortfarande är begränsad.

– Historiskt har BIM använts mycket i projekteringen. Det vi har lyckats visa är hur modellen kan följa med hela vägen ut i produktionen och bli en aktiv del av byggandet, säger Mattias Roupé.

Resultatet blev några av de första vetenskapliga studierna som empiriskt kunde visa att ritningslösa byggprojekt inte bara var möjliga – utan också kunde skapa betydande mervärden; arbetsmiljömässigt med förbättrad kommunikation och säkrare arbetsmiljö samt miljömässigt och ekonomiskt med minskat materialspill, effektivare processer och därmed lägre slutkostnad. Det som fåtalet tidigare internationella studier kommit fram till som en teoretisk möjlighet, men praktisk omöjlighet, kunde alltså genom Chalmers fallstudier demonstreras i verkliga byggprojekt.

Från Norden till Stanford

Genom doktoranden Shahin Sateeis arbete visas dessutom tydligt hur en kombination av BIM och VR-hjälpmedel ger yrkesverksamma inom exempelvis vård och skola möjlighet att influera utformningen av sin framtida arbetsplats till det bättre redan under projekteringen. VR möjliggör upplevelsen av att vandra runt inne i BIM-modellen och därmed att utifrån sin specifika yrkeskompetens testa planlösningar, möblering och flöden i den kommande byggnaden på ett realistiskt sätt.

Under de senaste åren har forskningen fått ökad internationell uppmärksamhet. I dag används resultaten från forskningsprojekten inte bara av svenska företag utan diskuteras även i internationella forskningssammanhang. Ett aktuellt samarbete med Stanford University ska undersöka hur modellbaserade arbetssätt påverkar klimatberäkningar och livscykelanalyser i byggprojekt. Forskarna jämför där traditionella BIM-projekt med projekt där modellen används som juridiskt bindande informationskälla, det forskarna kallar Total BIM.

Tidigare resultat från svenska projekt pekar på att tillgången till kvalitetssäkrade data i modellen kan förändra möjligheterna att genomföra klimatberäkningar, materialanalyser och beslutsstöd löpande under projektets gång; en forskningsfråga som blivit alltmer relevant i takt med ökade krav på hållbarhet och klimatredovisning.

Nästa forskningsfront: AI och digitala tvillingar

Samtidigt som Total BIM etablerats som forskningsområde blickar Mattias Roupé och kollegorna mot nästa steg. I pågående projekt undersöker forskarna hur en kombination av AI och hjälpmedel som 360-kameror och drönare kan användas för att följa byggproduktion i realtid genom att generera en digital tvilling av projektet.

– Visionen är att den digitala modellen inte bara ska beskriva hur byggnaden är tänkt att se ut, utan även automatiskt spegla hur produktionen faktiskt fortskrider. Genom AI-baserad bildanalys och agenter kan avvikelser, arbetsmiljörisker och produktionsstatus identifieras automatiskt, förklarar Mattias Roupé.

Det som började med frågan om hur BIM-modeller skulle kunna användas på byggarbetsplatsen har utvecklats till forskning om hur artificiell intelligens, digitala tvillingar och automatiserad uppföljning kan förändra hela byggprocessen. För Mattias Roupé och hans kollegor handlar nästa forskningsutmaning alltså inte längre om att digitalisera byggandet – utan om att skapa byggprojekt som kontinuerligt kan förbättra sig själva.

– Det handlar om att gå från att beskriva verkligheten till att kontinuerligt analysera och förstå den, säger Mattias Roupé.

Konferens med tydlig frågeställning

Den 1 september samlas forskare och branschen på Chalmers under Total BIM-dagen för att ta del av värdefulla erfarenheter från byggprojekt i Sverige och Norge och det senaste inom forskningen.

Forskningsidén som växte fram på en byggarbetsplats i Göteborg har utvecklats till en internationell forskningsagenda som utmanar etablerade arbetssätt i en av världens största industrier, men den drivs fortfarande  av samma grundläggande fråga: Om all information redan finns i den digitala modellen – varför arbetar vi fortfarande som om den inte gör det?

Läs mer om Total BIM-dagen och anmäl dig här