Modellbaserte vegprosjekter
Videreutvikling av krav og metoder
Thor Sigurd Thorsen, Statens vegvesen
Bakgrunn for modellbasert metode�
Utvikling av modellbasert metode startet i 2006.
Uforutsette feil og endringer på anlegg bidro til stort avvik mellom kontraktssum og sluttsum og økt konfliktnivå i vegprosjekter.
I 2006 var avviket mellom kontraktssum og sluttsum ca 25%.
Byggherreseksjonen i Vegdirektoratet vurderte tiltak for å bremse utviklingen.
T-nota ble kategorisert og analysert.
De vanligste årsakene til kostnadsdrivende feil var:
Rød graf viser at avviket mellom kontraktssum og sluttsum har ligget på ca +18 % fra 2005-2016 for entreprisekontrakter (rapport nr. 648 Samledokumentasjon). Statens vegvesen omsetter for ca 21 mrd årlig i vegbygging.
Løsningsforslag i 2006:�
Det siste punktet viste seg å være vanskelig å løse.
V770 Modellgrunnlag ble utgitt i 2012
Arbeid med håndboken startet i 2010 etter noen innledende runder
Arbeidsgruppen som utarbeidet første utgave bestod av:
Erfaringer fra Bjørvika-prosjektet og Ulven-Sinsen var godt utgangspunkt.
Første utgave kom i 2012 (håndbok 138 Modellgrunnlag)
Håndboken ble sist revidert i 2015 (håndbok V770 Modellgrunnlag)
Håndboken var første beskrivelse av hvilke modeller som skulle inngå i vegprosjekter, samt hvilke kvalitetskrav som skulle stilles til dem.
V770-metoden forutsetter å bygge vegprosjekter to ganger
Bygg deretter prosjektet i virkeligheten
- helst uten feil
Bygg prosjektet som digital modell
Fjern feil i den digitale modellen
Først som digital modell:
�Digitale endringer er billige:
�
Modellering av eksisterende situasjon - grunnlagsmodeller
Grunnlagsmodeller
Viser eksisterende situasjon i 3D, modelleres med utgangspunkt i grunnlagsdata
Situasjonsmodell
Alle grunnlagsmodeller, beskriver eksisterende situasjon i prosjektområdet
Grunnlagsdata
Registrerte data
Fra internett
Noen av illustrasjonene er hentet fra Alen Begic's masteroppgave
Data som beskriver eksisterende forhold i et vegprosjekt kalles «grunnlagsdata».
Norge har et godt system for geodataforvalting med standardiserte datasett som beskriver fagtema.
Alle vegprosjekt skal starte med å laste ned, kvalitetssikre og visualisere disse data i 3D.
Modellering av planlagte inngrep - fagmodeller
Fagmodeller
Planlagt situasjon for enkeltfag, modelleres med utgangspunkt i grunnlagsmodeleler/situasjonsmodell
Tverrfaglig modell
Viser alle fagmodeller.
Beskriver planlagt situasjon i prosjektområdet.
Visualisering av fremtidig situasjon: fagmodeller + grunnlagsmodeller�
Situasjonsmodell
Alle grunnlagsmodeller
Beskriver eksisterende�situasjon i prosjektområdet
Tverrfaglig modell
Alle fagmodeller
Beskriver planlagt�situasjon i prosjektområdet
Samordningsmodell
Alle grunnlagsmodeller og fagmodeller. Beskriver fremtidig situasjon i prosjektområdet
Resultatdata
Med utgangspunkt i Samordningsmodellen, dvs grunnlagsmodeller og fagmodeller sammenstilt, kan det produseres mange typer dokumentasjon som går under samlebegrepet "Resultatdata".
Hva brukes modelldata til?
Forvaltning, drift og vedlikehold:
- Data til NVDB og FKB
- Tegningsproduksjon for FDV-systemer
Alle prosjektfaser:
- Kvalitetskontroll
- Kommunikasjon med:
Utredninger og tidlig planfase:
- Analyser av eksisterende situasjon
- Korridorplanlegging/alternativvurdering
Reguleringsplanlegging:
- Analyser av siktforhold, massebalanse mm
- Produksjon av plandokumenter
Konkurransegrunnlag:
- Detaljprosjektering
- Mengdeberegning
- Grunnlag for tilbyders priskalkulasjon
�
Videreutvikling av metoden
VU(virksomhetsutviklingstiltak)-053 Modellbaserte vegprosjekter
Arbeidet skal blant annet resultere i:
Tegningsbasert
Informasjonskilden i vegprosjekter er 2D-tegninger (pdf), teknisk beskrivelse og stikningsdata.
Ulemper:
3D-modeller
Objekter modelleres med 3D-geometri i fagmodeller og kan vises samlet i tverrfaglige modeller. Lite informasjon om objektene utover geometri og objektnavn.
Gevinster:
Ulemper: For lite informasjon i modellene.
Tegninger
Teknisk beskrivelse
Stikningsdata
3D-modeller + egenskapsdata
Objektene i modellen har opplysninger om seg selv utover geometrien, men kravene til egenskapsdata er ikke standardiserte.
Gevinster:
- Kan samle mer informasjon i modellene
- Modellene kan brukes til flere oppgaver:
Ulemper:
U
T
V
I
K
L
I
N
G
S
Å
L
A
N
G
T
Konseptuelle informasjonsmodeller
Presentasjoner
Reguleringskart, tegninger, animasjoner osv
Analyseverktøy
F. eks algoritmebaserte analyser av korridoralternativer i tidlig fase
Konseptuell UML-modell
Prosjekteringsverktøy
Bruker standardiserte objekter
FVD-systemer
NVDB, temakart osv
Nettverksmodeller
Vegnett, VA-nett, EL/Tele-nett osv
Dokumenter
Rapporter, kontrakter, teknisk beskrivelse
Maskinstyringsdata
Distribueres direkte fra modellen
Lov- og regelverk
Legges inn i informasjonsmodellen
V
I
DERE
UT
V
I
K
L
I
NG
Maskinlesbare krav - formål
I dag må programvareutviklere slå opp i håndbøker og legge inn krav/definisjoner i programvare manuelt.
Innhold i UML-modeller kan importeres til programvare.
Planleggere/prosjekterende får tilgang på krav og definisjoner direkte i programvaren.
Prosjekterte modeller kan utveksles på åpne formater som støtter innholdet i UML-modellene.
Maskinlesbare krav - strategi
Bruk eksisterende standarder, ikke lag nye
- Kartverkets standard «Regler for UML-modellering»
- OGC sin standard LandInfra/InfraGML
Ta utgangspunkt i Kartverkets metoder for utveksling av data
Støtt 3D-geometri på åpne formater
Håndbøkene har detaljerte krav
Effekter av modellbasert prosjektgjennomføring
Det er gjort få målinger/analyser av effektene,
men basert på det som er gjort har vi følgende erfaringer:
Modellbaserte prosjekter basert på håndbok V770 Modellgrunnlag har:
Effekter: Lavere anleggskostnader
I 2013 og 2016 ble avviksmeldinger analysert av Vianova System basert på tall og kategorier levert av Statens vegvesen.
De modellbaserte prosjektene hadde markant færre avvik som skyldtes feil i grunnlagsdata og prosjektering.
I prosjekter gjennomført etter V770-metoden i dag bør vi kunne forvente at avvik grunnet feil i grunnlagsdata eller prosjekterte data skal være ubetydelig.
Effekter: Lavere planleggingskostnader
PSB v. 1: Rådgivers første forslag etter at kontrakt er inngått
PSB rev.: Revidert etter BN sin tilbakemelding om ingen tegningsproduksjon
Fakturert: Fakturert etter detaljplan er ferdig prosjektert
Effekter: Tydeligere bestilling
I konkurransegrunnlag bestilles produkter. �Til og med entreprise er produktene utelukkende dokumentasjon.
Dokumentasjonstypene vi bestiller skal være godt definerte og ha entydige kvalitetskrav.
�
Vi undersøker om referanser til håndbok V770 i konkurransegrunnlagmalene kan erstattes med henvisning til UML-modell, kravspesifikasjon og XSD-skjema – og at kravene til ulike dokumentasjonstyper blir tilgjengelige direkte i programvare.
Effekter: Mer effektiv anleggsdrift
Entreprenør kan benytte modeller til planlegging og oppfølging av anleggsdriften, og til å forklare teknisk kompliserte konstruksjoner for arbeiderne.
Maskinstyring av anleggsmaskiner effektiviserer anleggsdriften. 3D-prosjektering er en forutsetning for maskinstyring. Maskinstyring benyttes også i prefabrikkering, f. eks. i stålverksted.
Maskinstyring reduserer behov for landmålere rundt maskinene, bra for HMS.
Digitale modeller åpner for automatisering av arbeidsprosesser som tidligere var manuelle og tegningsbaserte, f.eks. kvalitetskontroll, mengdekontroll og rapportering.
Endringer fra V770 Modellgrunnlag til ny retningslinje
1 Retningslinje, ikke veileder:
- Skal-, kan-, bør krav
- Gjelder i alle vegprosjekter
- Skal dekke tegninger også
2 Endring i dokumentasjonstyper
- Grunnlagsmodeller
- Fagmodeller
- Tverrfaglig modell/Situasjonsmodell
- Registreringer
- Resultatdata
3 Standard struktur på beskrivelsen av dokumentasjonstyper
- Felles overskrifter
4 Krav til hvilke grunnlagsdatasett som skal inngå i grunnlagsmodeller
5 Undersøker overføring av krav til programvare med utgangspunkt i UML-modellering
Felles overskrifter (eksempel fra fagmodeller)
Ofte vil generelle krav være dekkende for en grunnlags-/fagmodell,
overskriften beholdes til fagmiljøene har kvalitetssikret.
«Dataformat
Tilsvarer generelle krav.»
Innhold i modellen
Følgende grunnlagsdata skal benyttes:�geonorge.no�Forurensning
Krav til grunnlagsdata i beskrivelsen til grunnlagsmodellene
Fra fagmodell VA:
Organisering av innhold i modellen
Oversikt aktuelle UML-modeller til skisse
Innhold i fagmodellen organiseres i henhold til SOSI Ledning (må kvalitetssikres)
Hva som skal leveres avgrenses av produktspesifikasjoner (ikke utarbeidet)
UML-modellering av grunnlagsmodeller og fagmodeller
organisering av informasjon
hva er informasjon?
Les mer om informasjon på Wikipedia
I konteksten til VU-053:
alle relevante opplysninger som er nødvendige for å gjennomføre oppgavene som inngår i et vegprosjekt i henhold til krav.
hvordan kan informasjon organiseres?
Det finnes sikkert like mange måter som det finnes mennesker på jorden.
Hvis flere mennesker skal bruke og forstå informasjonen, lønner det seg å organisere den etter faste regler.
Hvis datamaskiner skal bruke og tolke informasjonen må den organiseres etter faste regler.
Organisering av informasjon etter faste regler kalles også “klassifisering”.
utgangspunktet for klassifisering
Klassifisering av informasjon startet for alvor med Carl von Linné.
Han beskrev dyre- og plantearter kjent på sin tid på en systematisk måte.
Med Linné's systematikk oppstod begreper og metoder for klassifisering av informasjon som fortsatt er i bruk.
standarder for organisering av informasjon
Standarder utvikles på flere nivåer i samfunnet og kan gjelde:
- Internasjonalt (ISO)
- For deler av verden (f. eks Europa, CEN)
- Nasjonalt (SOSI)
- For en bransje eller et fagområde (Våtromsnormen)
finnes relevante standarder for infrastruktur?
Det er utviklet standarder for infrastruktur og andre tema som omhandler verden vi lever i.
Standardene beskriver objekter og fenomener som relaterer seg til jordkloden.
Denne type informasjon kalles f. eks:
internasjonale geodatastandarder
I vårt daglige arbeid forholder vi oss ikke til internasjonale standarder.
Men det kan være greit å vite at standardene finnes og hvordan de henger sammen.
Internasjonalt �ISO/TC-211 - standarder for informasjonsmodellering, stedfesting, LIDAR, GPS og mye mer.
OGC - Open GIS Consortium, standarder for datautveksling mm.�INSPIRE direktivet, europeiske standarder for geodata. Se filmen under for en innføring
nasjonale geodatastandarder
I infrastrukturprosjekter brukes grunnlagsdata fra geonorge / kartverket som utgangspunkt for planlegging og prosjektering.
Disse datasettene er organisert med utgangspunkt i internasjonale standarder og i henhold til nasjonalt lovverk.
I Norge har Kartverket i en årrekke forvaltet nasjonale geodata i henhold til de internasjonale standardene som utvikles av ISO/TC-211 og OGC: Kartverkets SOSI-standard�
Standard norge følger opp internasjonalt standardiseringsarbeid: �SN/K 176 Geografiske informasjonssystemer
etats-standarder
Etater og bransjer
Statens vegvesens håndbøker kalles ikke standarder, men håndbøkene inneholder krav og beskrivelser som kan organiseres på en standardisert måte.
Tilsvarende vil det være for andre etaters regelverk.
Bim-standarder
Byggebransjen har utviklet standarder for bygningsdeler mm
Standardiseringsorganisasjonen BuildingSmart ble startet i 2008. Forløperen het Alliance for Interoperability (IAI), og var en privat allianse mellom 12 firma som ble startet av Autodesk.
Har utviklet utvekslingsformatet/standarden IFC
Building smart har tatt initiativ til å standardisere infrastruktur �Tilsvarende initiativer pågikk i regi av IAI i 2006
informasjon i infrastrukturprosjekter
hvordan organisere informasjonen?
informasjon i infrastrukturprosjekter
Infrastruktur kan f. eks være:
Infrastrukturprosjekter kan f. eks omfatte:
Det finnes ikke én felles standard som definerer objekter og oppgaver i infrastrukturprosjekter, men:
- Et tre er et tre uavhengig om det er BaneNor eller NVE som feller det.�
- "Avtaging av matjord" er samme oppgave uavhengig av hvem som er byggherre.
Forskjellige etater har ulike regelverk
kan infrastrukturprosjekter standardiseres?
Felles objekter og oppgaver bør ha lik definisjon på tvers av etater, bransjer og fagmiljø:
Det kan gjelde:
Nyttige uttrykk:
Internasjonale standarder «stopper» på nivået over nasjonalt lov- og regelverk.
Det vil vanligvis være behov for tilpasning av en standard slik at den dekker nasjonale behov. �
Sandfang?
Kum?
Betongkum?
Prefabrikert sandfang?
hva kjennetegner infrastrukturprosjekter?
Kompleksitet
Høye kostnader
hva er viktig å støtte?
Nøyaktig geometrisk beskrivelse og stedfesting av objekter
I praksis er dette GIS-objekter med:
kan "GIS-objekter" benyttes direkte?
Ja og nei:
informasjonsmodellering
i vu-053
dagens situasjon
Det er flere utfordringer med informasjonen som benyttes i dag
hva er en konseptuell informasjonsmodell?
Planer og regler for hvordan informasjon skal organiseres idémessig.
Konsepter for organisering av informasjon kan f. eks være:
Analogt
Digitalt
krav til informasjonsmodellen
hvordan organisere informasjonen?
Bruk av diagrammer har vist seg å være en effektiv metode for å organisere og visualisere kompleks informasjon.
Under ser du en tekst og et diagram som forklarer samme sak: Det amerikanske politiske systemet. �Mange vil oppleve at diagrammet forklarer temaet bedre/raskere enn teksten.
�Her kan du lese mer om fordeler med å bruke diagrammer i informasjonsmodellering�Her kan du lese mer om modelleringsspråket UML
�
valg av modelleringsspråk
Basert på erfaringer fra tidligere standardiseringsarbeid er konklusjonen at Unified Modeling Language (UML) er best egnet til å modellere informasjon, objekter og sammenhenger mellom objekter i infrastrukturprosjekter.
hvorfor uml-modellering?
Utbredelse:
Egnethet:
mer argumentasjon for uml
Relevant informasjon er modellert andre steder og kan gjenbrukes �
Hva er alternativet til UML?
okstra: fra express til uml
In 2010 we published on the OKSTRA web site in document N0124 a feasibility study for the move from EXPRESS to UML. This included a survey of the state of the art at the time in the following areas:
Data modelling and Information encoding
It was observed that most data modelling projects for standardization were based on UML (conceptual) and XML (data exchange). Examples are the German standard for cadastral and topographical data (AFIS-ALKIS-ATKIS), AIXM (Aeronautic Information), CSML (Climate Science), CityGML, IFOPT (Public Transport), DATEX-II (traffic information), INSPIRE, InfraGML and the ISO 191xx models. There is a plethora of reference books, inexpensive software tools etc., and every computer science student learns to work with UML and XML. The conceptual model for IFC alignment is also UML, see http://www.buildingsmart-tech.org/downloads/ifc/ifc5-extension-projects/ifc-alignment/ifcalignment-conceptualmodel-cs
okstra: fra express til uml
Geographic Information
At the time the OKSTRA was created there existed no standardized data model for geographic data in EXPRESS, so that had to be custom-built. Later also a GML application schema for OKSTRA was derived from the EXPRESS model, but that meant the geometry models in the two variants were different. It was considered beneficial to base the OKSTRA reference model completely on the ISO standards, and this was much easier using UML. Full ISO conformance helps building SDIs, combining geographic data of different domains and using GIS tools.
A tool name ShapeChange existed as well (and exists today and continues to be enhanced, (http://shapechange.net/ ) that would convert a UML model conformant to ISO 19136 Annex E to a GML application schema.
okstra: fra express til uml
Metamodeling
UML offers standard mechanisms to create application specific meta models, e.g. in the form of stereotypes and tagged values. This helps in creating and maintaining a modeling guideline for OKSTRA (and other standards). Also, a model driven approach (MDA) to create further platform specific models (PSM) from the platform independent reference model can be easier implemented using these formalized meta modeling constructs. In EXPRESS we had to pack such information into specially designed comments. In our analysis we also stated that an EXPRESS model if needed could be generated as another PSM.
Please observe we did not say that UML was superior to EXPRESS concerning the expressiveness needed to build the OKSTRA models. There are 15 versions of EXPRESS-based OKSTRA, the later ones still in use. With UML however there are more and better modeling tools, better integration with other models (domain specific or general, like geometry) and better support for MDA.
Kind regards
Bernd Weidner
interactive instruments GmbH
hvordan utarbeide uml-modeller?
1 vi tar utgangspunkt i eksisterende krav og objektdefinisjoner i håndbøker
2 bruker fagfolk til å organisere og beskrive informasjonen om sitt fag
3 bruker spesialister til å modellere informasjonen i UML med egnet programvare
4 produktene av arbeidet kan være:
eksempler på kilder til innhold
SOSI-UML
OGC-UML
Håndbøker og standarder - tekst
NVDB-UML
UML-modeller for vegprosjekter
Objektkodeliste V770 - database
OKSTRA
Et par filmeksempler fra SOSI-vegkropp
Fra håndbøker til UML
Eksempler på grunnlag for UML-modellering
Må dele opp i håndterlige biter
O
S
V
.
.
.
Identifisere objekter og definisjoner
Hva kan/bør overføres til UML-modeller?
- Objektnavn
Hvor mye er det hensiktsmessig å ta med?
Fordeler med UML vs. håndbok
Programvareutvikler:
- Går raskere, mindre sjanse for å feil
Bruker:
Fordeler med UML vs. håndbok
Oppdragsgiver:
Eksempler fra N100 «Veg og gateutforming»
Gir føringer for klassifisering av:
N200 Vegbygging
Gir føringer for klassifisering av:
- Dimensjoneringskrav
Et “objekt” kan ha flere definisjoner
Overflaten av en vegkonstruksjon kalles “kjørefelt”, “fortau” eller “kollektivfelt” når vi beskriver hva det brukes til. Men når vi skal beskrive den tekniske konstruksjonen kalles overflaten “slitelag”. Det fysiske objektet vi observerer er det samme - men vi benytter ulike betegnelser i ulike sammenhenger. I tillegg er det behov for “usynlige” referanseobjekter i byggefasen.
En del av informasjonsmodelleringen er å avklare objektnavn, relasjoner og egenskaper - hva er hva?
«Fagmodell veg» vs «SOSI vegkropp»
En fordel om SOSI sin konseptuelle UML-modell for veg får rikere innhold
Oppsummering
Statens vegvesen skal gjennomføre modellbaserte vegprosjekter, det gir:
Statens vegvesen skal videreutvikle metoden og fokuserer på: