The use of building information models in quantity takeoff for cost estimation and construction site management

Abstract

Building Information Modeling (BIM) has been used in the architecture, engineering, and construction industry in design and work planning. Due to the introduction of BIM tools like the Construction Management module in Tekla Structures, structural models are starting to be used in construction companies for visualization, 4D planning, and visual clash detection. As a next step in the implementation of BIM, the research in this master thesis is focusing on quantity takeoff from the structural model. The focus building type is multi-storey residential buildings with concrete element framework.

In the literature part of the thesis, the utilization of BIM in construction companies is examined, the theory of the Finnish classification systems is presented, and the BIM software Tekla Structures is examined as a quantity takeoff tool. The current practice in one large construction company is examined through qualitative research. Existing quantity reports are evaluated and improved to better fit the needs in the construction company. For every report a corresponding selection filter is presented and used to select the parts to be listed in the reports. The improved reports are tested in a case study to identify how model based quantity takeoff could be used during the construction process. In this research it was found that the largest obstacle for model based quantity takeoff was the lack of design control and guidance for how the model should be created to be easily utilized for quantity takeoff. Modeling guidelines for the structural engineer are presented to facilitate the design process and to point out important issues for making the model usable in quantity takeoff. Instructions for the report user are also presented to point out how quantity takeoff is done with the reports tested and presented in this thesis in order to obtain reliable results and to assure the quality of the printed quantity lists.

It was observed in the case study that model based quantity takeoff is a fast and accurate method to get quantities, but the user must understand exactly how the reports are created and what information is printed. In this stage of implementing BTM, it is not reliable to begin using reports where it is not possible for the user to check how the information is calculated. The current practice is that design intent is contractually linked to the 2D drawings and the BIM model does not always correspond to these documents. As a result, the model must be required as a formal deliverable by owners and made available to construction companies at each stage of the project delivery process if reliable results for quantity takeoff are to be generated from the model.

Tietomallinnusta (BIM, Building Information Modeling) on käytetty rakennusalalla sekä rakennus- että työn suunnittelussa. BTM työkalujen, kuten Tekla Structures ohjelmiston uuden Construction Management moduulin, avulla rakennusliikkeet ovat alkaneet käyttämään tietomalleja visualisointiin, 4D suunnitteluun ja törmäystarkastukseen. Seuraavana askeleena tietomallien käyttöönotossa, johon tämä tutkimus keskittyy, on määrien tulostaminen tietomalleista. Tarkastelun kohteena työssä ovat betonielementtirunkoiset asuinkerrostalot.

Kirjallisuustutkimuksessa tarkastellaan tietomallien käyttöä rakennusyrityksissä, suomalainen määränimikkeistöä ja mittausmenetelmät esitetään ja Tekla Structures ohjelmistoa tarkastellaan määrälaskennan näkökulmasta. Yhden suuren rakennusliikkeen käytäntöä tutkittiin kvalitatiivisessa tutkimuksessa. Olemassa olevat raportit tarkastettiin ja niitä parannettiin, jotta ne paremmin vastaisivat rakennusliikkeen tarpeita. Jokaiseen raporttiin on laadittu vastaava valintasuodatin, joka valitsee mallista ne osat, joita raportti tulostaa. Parannettuja raportteja ja suodattimia käytettiin tapaustutkimuksessa josta saatiin lisätietoa miten tietomalleihin perustuvaa määrälaskentaa voitaisiin käyttää rakennusprosessin eri vaiheissa.

Tutkimuksessa havaittiin että suurin este tietomallien käyttöön määrälaskennassa on puutteellinen suunnittelun ohjaus ja erityisesti puutteelliset suuntaviivat siitä miten malli pitäisi mallintaa jotta sitä pystyisi käyttämään määrien tulostamiseen. Tässä työssä esitetään mallinnusohjeet rakennesuunnittelijalle helpottamaan suunnitteluprosessia ja osoitetaan tärkeimpiä kohtia, jotta mallia voisi käyttää luotettavasti hyödyksi määrälaskennassa. Käyttöohjeet raportin käyttäjille on esitetty, näyttämään kuinka raportit käytetään, jotta saadaan luotettavia määrälistoja tietomallista.

Tapaustutkimuksessa havaittiin, että määrien ottaminen tietomallista on nopea ja tarkka menetelmä, mutta käyttäjän täytyy tietää yksityiskohtaisesti miten raportit luodaan ja mitä tietoa niihin tulostuu. Tässä vaiheessa tietomallien käyttöönotossa ei ole vielä luotettavaa käyttää raportteja, jossa käyttäjä ei pysty itse tarkistamaan laskettuja arvoja. Tällaisia ovat esim. monimutkaiset makrot, jotka tulostavat vain summattuja arvoja. Tämän päivän käytäntö on, että viralliset asiakirjat perustuvat 2D piirustuksiin ja tietomallit eivät aina vastaa näitä asiakirjoja. Sen takia sekä rakennusliikkeiden että tilaajien tulee vaatia, että tietomallit ovat myös virallinen tiedon tallennuspaikka.