Abstraction Realisation Real World Model World AaU Institut for Produktion 20120724 Bygningsmodeller Kaj A Jørgensen I det følgende gives en kort gennemgang af strukturer og indhold af bygningsmodeller Beskrivelsen er funderet på anvendelsen af de to grundlæggende abstraktionsmekanismer komposition og klassifikation, der kendes fra systemteorien 1 Bygningsmodeller som separate modeller I byggeriet er der tendens til at sammenblande, hvad der selvstændigt definerer bygningen, med noget, der direkte eller indirekte beskriver, hvordan bygningen skal opføres eller af hvem Dette forekommer også i feks ISO12006-2 I det følgende søges der foretaget en klar sondring Først betragtes bygningen alene som den står der eller som den er tænkt opført Andre synsvinkler (herunder de produktionsmæssige) anses ikke for at være underordnede men, hvis bygningen er udgangspunktet, kan andre modeller opstilles i forhold hertil Vedrørende modellering er det vigtigt at sondre mellem analyse og syntese En analytisk model er dannet ud fra virkeligheden, altså eksisterende objekter Mange tænker da også på en bygningsmodel som en model af en eksisterende bygning Modsat er en bygningsmodel, der er frembragt ved syntese, en model af en tænkt (som oftest fremtidig) bygning Det er primært sådanne bygningsmodeller, der betragtes i det følgende Ved bygningsmodellering forstås derfor primært en (iterativ) proces, der som resultat har en syntetisk bygningsmodel Analytic Model Synthetic Model Object Artefact
2 Ved en klasse af elementer forstås en mængde (gruppe) af sådanne, der egenskabsmæssigt har visse definerede fællestræk Som denne definition indikerer, lægger klasse-begrebet primært op til en analyse-betragtning (altså klasser af eksisterende elementer, feks klasser af bygningsdele) For tydeligere at kunne se når der er tale om syntese-betragtninger, vil der i det følgende blive anvendt det tilsvarende type-begreb (altså feks typer af bygningsdele) Tilsvarende vil begrebet egenskab blive anvendt i analytisk sammenhæng mens det tilsvarende begreb attribut vil blive anvendt i syntese-sammenhæng Ved disse sondringer understreges også klart forskellen mellem model og virkelighed 2 Anvendelse af abstraktionsmekanismer ved bygningsmodeller Det afgørende fundament for en begrebsdannelse er abstraktionsmekanismer Der opereres universelt med to abstraktionsmekanismer: komposition (består-af og indgåri) og klassifikation (under-/over typer eller under-/over klasser) 2a Abstraktionsmekanismen Komposition Komposition er den enkleste abstraktionsmekanisme Eksempel på består-af/indgår-i relationer: Eksempler: bebyggelse bygning facade vindue ramme tag tagkonstruktion spær bjælke Tænkes samtlige bestanddele relateret til hinanden med består-af/indgår-i relationer fremkommer en hierarkisk struktur (træstruktur) Det skal bemærkes at en sådan struktur ikke viser andre indbyrdes relationer mellem bestandelene Det skal understreges, at begrebet bygningsdel skal betragtes rekursivt en del kan bestå af andre dele, som igen kan bestå af dele osv (kompositorisk betragtning) Denne rekursive betragtning findes der en række andre tilsvarende eksempler på: en vare kan bestå af varer, en aktivitet kan bestå af aktiviteter, en komponent kan bestå af komponenter osv Bemærkning: Begrebet construction entity part i ISO12006-2 er det, der kommer nærmest på det danske begreb bygningsdel Et andet begreb i ISO12006-2 og i IFC er element, der defineres som en særlig betragtning af bygningsdel, hvor den mest betydende funktion er fastlagt Begrebet element er uhensigtsmæssigt, da enhver bygningsdel bidrager til flere funktioner og det derfor kan være vanskeligt at definere den primære funktion Det er også uhensigtsmæssigt, da det er i modstrid med generel systemteori, hvor element betyder 'den mindste del' (i en given sammenhæng) Tænk feks på elementært, elementardel, elementarpartikel osv Hvis begrebet bygningselement skal fremmes, bør det være i betydningen: "bygningsdel, der i konkret sammenhæng betragtes som udelelig" Det vil ofte give en præcis mening og være i god overensstemmelse med almindelig opfattelse Et vindue kan derfor betragtes som et bygningselement, hvis der er valgt et konkret produkt For en lagdelt væg (ikke et konkret produkt) kan de enkelte lag betragtes som bygningselementer
3 Imellem bygning og bygningsdel er det sædvanligt at indsætte forskellige mellemtrin efter behov, feks bygningsafsnit og etage Mange bygninger har dog kun ét afsnit og én etage Hvor etager som regel kan defineres præcist, er der flere forskellige forekomster af bygningsafsnit Nogle gange afgrænses bygningsafsnit af lodrette snit gennem bygninger mens de andre gange omfatter et antal hele etager På næste side ses en illustration af den kompositoriske opfattelse i bygningsmodeller Illustrationen er vist som et hierarki, der kun viser består-af/indgår-i relationerne (andre indbyrdes relationer mellem objekterne er ikke medtaget) Et + tegn viser, at der findes under-objekter mens et tegn er påsat ved objekter, hvor under-objekterne er vist på næste niveau Det ses af strukturen, at rum optræder som en bestanddel af en bygning Det kan synes unaturligt, idet rum ikke umiddelbart regnes som noget fysisk Rum og bygningsdele opfattes derimod som værende komplementære til hinanden Men logisk set er det vel frembringelsen af rum, der er som regel hovedformålet med opførelse en bygning Rum er derfor i strukturen indsat på samme niveau som bygningsdel så på denne måde kan en opdeling af bygninger gå to veje: enten ind i en rumopdeling eller ind i en opdeling af bygningsdele Der er naturligvis ofte indbyrdes sammenhænge mellem rum og bygningsdele, idet rum som regel afgrænses af bygningsdele Men et rum kan eksempelvis indeholde en underopdeling af åbne rum, der støder op til hinanden uden mellemliggende bygningsdele (feks kontorlandskaber) Rum kan indeholde inventar og i dansk tradition er der en sproglig vending, der hedder: "søm og naglefast" og som anvendes til sondring mellem, hvad der hører med til bygningens konstruktion (altså er en bygningsdel) og hvad der hører med til rum (altså er inventar) Denne sondring er vel meget nyttig også i forbindelse med komposition vedr bygninger (Bemærkning: optræder rum-klasser i det danske klassifikationssystem?) Som det allerede er antydet, kan objekter på de enkelte niveauer i en kompositorisk struktur identificeres såvel ved en ovenfra-ned betragtning (top-down) som ved en nedefra-op betragtning (bottom-up) Det sidste betyder, at en samling af objekter også kan resultere i identifikation af et objekt (ofte et logisk objekt) De bygningsdele, der omgiver et rum kan altså eksempelvis identificeres som en samling, der kan knyttes til rummet og hvortil der eventuelt kan defineres nogle attributter Det ovenfor nævnte begreb bygningsafsnit kan ligeledes identificeres som en samling Mest regulært er et bygningsafsnit en samling af rum men alternativt kan det udgøres af en samling af bygningsdele Tværgående grupperinger er ofte hensigtsmæssige, når der for en mængde objekter er behov for at definere et sæt fælles attributter Hvis der eksempelvis til en bestemt gruppe af vægge er behov for en uddybende beskrivelse, kan denne meget hensigtsmæssigt knyttes til gruppen og ikke til de enkelte objekter Derved undgås, at der oprettes redundant information
Hver komponent indeholder en struktur af attributter 4 Bygningsmodeller - kompositorisk opfattelse Bygningsmodel Bygningskompleks/Bygværk - BV X Bygningsenhed/Bygning + B1 - B2 Bygningsafsnit + BA1 Etage + E1 - E2 Rum +R1 -R2 Inventar Bygningsdel + BD1 - BD2 + BD21 - BD22 + BD221 - BD222 + BD23 + BD3 + E3 + BA3 + B3 <-- Kompositionsniveauer --> Specifikation foretages i to dimensioner: identifikation af objekter samt identifikation og værdisætning af attributter
5 2b Designniveauer Ved design af bygningen er det hensigtsmæssigt at operere med forskellige designniveauer Disse designniveauer er udtryk for at design foregår på flere abstraktionsniveauer, hvor stillingtagen til formålet eller behovet betragtes som det mest overordnede (højeste abstraktionsniveau) mens specifikation af ydeevne er det mest konkrete Disse abstraktionsniveauer betragtes alle som værende af logisk art, hvilket vil sige, at de fysiske udformninger ikke indgår Alle overvejelser og formuleringer udtrykker altså tilsammen det designmæssige grundlag for de relaterede valg af konkrete fysiske løsninger Følgende designniveauer foreslås: Formål/behov overordnede formål med eller behov for bygningen Brugsproces brugernes anvendelse af bygningen Funktion bygningens funktion Form ydre eller indre form af bygningen Struktur strukturelle forhold vedrørende bygningen Ydeevne kvalitative eller kvantitative krav og specifikationer Arbejdet med disse designniveauer skal medvirke til en bevidstgørelse omkring krav og specifikationer Ved identifikation og beskrivelse af de brugsprocesser, man forestiller sig skal kunne optræde i en bygning, vil det ofte være hensigtsmæssigt at opstille forskellige alternative muligheder, for herigennem eventuelt at forberede bygningen til flere forskellige fremtidige anvendelser Når designvalgene foretages, er der ofte behov for at gennemføre disse niveau for niveau for bla at fremdrage de indbyrdes relationer Vægtningen af niveauerne kan imidlertid variere fra bygning til bygning Ved nogle bygninger kan eksempelvis den ydre arkitektur spille en afgørende rolle og feks være meget bestemmende for den indre form og struktur, herunder de bærende dele I andre tilfælde kan strukturen være det afgørende og i nogen grad slå igennem til bygningens form Når de mere konkrete løsninger skal bestemmes, kan designniveauerne kombineres med de ovenfor nævnte kompositionsniveauer af bygningen Derved fremkommer en matriks, som passende kan kaldes Designmatriks (se illustrationen på næste side) Denne matriks vil typisk blive gennemarbejdet i en fremadskridende proces fra øverste venstre hjørne i to retninger: dels mod lavere designniveauer og dels mod lavere kompositionsniveauer Felterne på nederste kompositionsniveau repræsentere altså i princippet den komplet designede og specificerede bygning
Formål/behov Brugsproces Funktion Form Struktur Ydeevne 6 Designmatriks = Kompositionsniveauer X Designniveauer Bygningsmodel Bygningskompleks/Bygværk - BV X Bygningsenhed/Bygning + B1 - B2 Bygningsafsnit + BA1 - BA2 Etage + E1 - E2 Rum +R1 -R2 Inventar Bygningsdel + BD1 - BD2 + BD21 - BD22 + BD221 - BD222 + BD23 + BD3 + E3 + BA3 + B3 <-- Kompositionsniveauer -->
7 2c Abstraktionsmekanismen Klassifikation Den anden abstraktionsmekanisme er som nævnt klassifikation Denne abstraktionsmekaniske er væsensforskellig fra komposition (på en måde kan klassifikation opfattes som tværgående i forhold til komposition) Hvor det ved komposition handler om individuelle objekter, så hæver klassifikation sig til en massebetragtning en mængde af objekter eller en klasse af objekter Ved feks vindue betragtes altså en mængde af vinduer en klasse af vinduer Et individuelt vindue kan altså tilhøre en klasse af vinduer For en given klasse af objekter handler klassifikation om yderligere at undersøge: 1) om objekterne kan under-inddeles efter på forhånd valgt kriterier identifikation af under-klasser samt 2) om den givne klasse sammen med andre klasser kan danne en over-klasse Kategori, type På alle trin i den kompositoriske betragtning kan der opstilles klasser og/eller typer: bygværktyper, bygningstyper og altså også bygningsdelstyper Det afgørende er at klassifikation altid foretages på basis af bestanddele og/eller egenskaber og udfra konkrete valg Over- og undertyper (eller klasser) i flere niveauer danner et hierarki (taksonomi), hvortil begreberne generalisering og specialisering knytter sig Eksempler på bygningstyper: Materialer som kriterium: murstenshuse træhuse betonhuse halmhuse osv Funktion som kriterium: boliger sygehuse kontorbygninger osv Eksempler på bygningsdelstyper: Materialer som kriterium: trævinduer aluminiumsvinduer plastvinduer osv Måden de åbnes på (er hængslet) som kriterium: tophængte sidehængte osv I analyse-betragtning er opgaven at karakterisere (klassificere) eksisterende bygningsdele efter på forhånd fastlagte opdelinger (i klassifikationssystemer) I syntese-betragtningen (modellering) er der tale om at vælge mellem objekter af forskellige typer, der er til rådighed i kataloger/biblioteker (se illustration på næste side) Ved valg af et bygningsdelsobjekt bliver et antal egenskaber og bestanddele fastlagt (eventuelt ved tilfredsstillelse af opstillede krav) Ved højere grad af detaljering kommer flere egenskaber til (foreløbigt valgte bygningsdelsobjekter udskiftes med mere specifikke eller med objekter af konkrete produkter) I takt hermed fremkommer klassifikation af bygningsdele automatisk, idet man kan forvente, at der til hvert produkt hører egenskaber, der rubricerer det i den relevante bygningsdelsklasse Det er naturligvis hensigtsmæssigt at foretage klassifikation af bygningsdele i analytisk forstand (som det er foregået hidtil) men i relation til bygningsmodellering (syntese-betragtningen) er det måske langt vigtigere at fastlægge nogle bredt acceptable taksonomier (typehierarkier) til strukturering af kataloger/biblioteker på
8 alle niveauer af bygningsmodellen Dette er ikke mindst væsentligt, da en vilkårlig mængde af objekter kan klassificeres efter flere forskellige kriterier (funktion, form, materialer, osv) Anvendelse af typer ved valg af konkrete objekter Bygværktype --> Bygningstype --> Afsnitstype --> Etagetype --> Rumtype --> Bygningsdelstype --> Bygningsdelstype --> Bygningsdelstype --> Bygningsmodel Bygningskompleks/Bygværk - BV X Bygningsenhed/Bygning + B1 - B2 Bygningsafsnit + BA1 - BA2 Etage + E1 - E2 Rum +R1 -R2 Inventar Bygningsdel + BD1 - BD2 + BD21 - BD22 + BD221 - BD222 + BD23 + BD3 + E3 + BA3 + B3 <-- Kompositionsniveauer -->
9 3 Opførelse af bygninger Med udgangspunkt i bygningen og dens specificerede bestanddele og egenskaber kan betragtninger vedrørende opførelse af bygningen fremkomme som en udvidelse af bygningsmodellen (eller eventuelt en separat produktionsmodel på basis af bygningsmodellen) I praksis foretages ofte først i produktionsprocessen en del endelige specifikationer (feks konkrete produktvalg, byggevarer og byggematerialer) som naturligvis skal betragtes som en komplettering af bygningsmodellen Den udvidede model (eller separate produktionsmodel) skal omfatte den mængde information, der optræder i forbindelse med produktionen, og den bør naturligvis tage udgangspunkt i bygningsmodellen Desuden bør visse data om bygningen, der fremkommer som resultat af produktionen, naturligvis også indlægges i bygningsmodellen Det kan dreje sig om faktisk materialeforbrug, faktiske priser, kvalitetsmålinger, osv Det kan yderligere være hensigtsmæssigt fra bygningsmodellen at kunne spore data vedrørende produktionen (feks om årsager til fejl, spild og kassation) I relation til produktion kan der være behov for yderligere specifikationer af bygningsdele/-elementer, der ikke indgår i den endelige bygning men udelukkende medgår til gennemførelse af produktionen, feks hjælpematerialer, afstivninger, stilladser, materiel, osv Figuren på næste side viser hvad der hører til bygningsmodellen og hvad der hører til produktionsmodellen (højresiden af figuren) Yderligere skal der foretages en specifikation af operationer og aktiviteter samt en planlægning af disse i tidsmæssig henseende Disse oplysninger kan på sædvanlig måde ses i en tværgående dimension i forhold til de hidtil betragtede bygningsobjekter og på alle kompositionsniveauer Hver operation gennemføres på et sæt af objekter og resultatet er skabelse af ét eller flere nye objekter Eksempel: indgående objekter proces resulterende objekter væg med hul } vindue } -> isætning af vindue -> væg med vindue skruer, fugemasse, mv } I bygningsmodellen kan visse objekter eventuelt udelades, hvis data om dem i stedet indgår som attributter i andre objekter (feks kan antal af skruer samt art og mængde af fugemasse optræde som attributter ved vindues-objektet) Til hver operation er på sædvanlig måde knyttet oplysninger om træk på andre ressourcer såsom bemanding, værktøj, osv
<-- Dele til produktion <-- <-- Produktionsmateriel Produktionsressourcer 10 Produktionsmodel på basis af bygningsmodel Bygningsmodel Bygningskompleks/Bygværk - BV X Bygningsenhed/Bygning + B1 - B2 Bygningsafsnit + BA1 - BA2 Etage + E1 - E2 Rum +R1 -R2 Inventar Bygningsdel + BD1 - BD2 + BD21 - BD22 + BD221 - BD222 + BD23 + BD3 + E3 + BA3 <-- BDX2211 <-- BDX223 <-- BDX23 <-- BDX24 <-- BDX4 M1 M2 M3 M4 RS1 RS2 RS3 RS4 RS5 + B3 Byggematerialer/-varer, operationstider, priser, mv specificeres ved attributter i modellens komponenter