1. Resumé
Dette forslag til ’den levende bygningsmodel’ som forskningstema kan blive omdrejningspunktet for byggeriets omstilling til Industri 4.0 ved, at bygninger ikke blot eksisterer i fysiske rum, men også lever i den digitale sky i hele bygningens design-, konstruktions- og levetid. I den levende bygningsmodel bliver information om alle bygningens dele, materialerne de er konstrueret af, deres egenskaber og forventede levetid, samt realtidsdata samlet via sensorer og integreret i én digital model.
Der er brug for forskning, som undersøger, hvordan bygningens data kan kobles, analyseres og formidles. Der endvidere brug for viden om sammenhængen mellem fysisk og digitalt byggeri. Formålet er at skabe levende bygningsmodeller, som er afbalancerede, brugervenlige og kan finde bred anvendelse i den danske byggesektor. Forskning i levende bygningsmodeller vil være med til at genere vækst og innovation i byggeriet og tilstødende brancher.
Forskningstemaet rummer en lang række muligheder for at forbedre, effektivisere og innovere byggeriet og den eksisterende byggemasse såvel i Danmark som internationalt. Det vil videre gøre byggeriet mere innovativt og omstillingsparat i forhold til store samfundsudfordringer indenfor klima og miljø samt urbanisering.
Danmark har i kraft af en udbredt digital kultur, en udviklingsorienteret byggebranche og som internationalt foregangsland inden for miljøregulerings- og energirenoveringsstrategier stærke forudsætninger for at realisere dette forskningstema.
2. Samfundsudfordringer og/eller muligheder
Megatrends omkring demografiske ændringer, international migration og urbanisering skaber store samfundsudfordringer i forhold til byggeriet, bygningsmassen og byernes evne til at tilpasse sig komplekse forandringer og skabe beboelse for en stigende befolkning. Den stigende knaphed af vand, energi, fødevarer og andre ressourcer kræver, at det hidtidige høje forbrug af energi og ressourcer i byggeriet og i anvendelsen af bygninger formindskes samtidig med, at klimaforandringer forårsaget af menneskelig forbrænding af fossile brændsler, skaber nye krav til bygningers resiliens (OECD, 2016).
Sideløbende skaber megatrends omkring teknologisk forandring, økonomi, produktivitet, jobs og finansiering forandrede vilkår og muligheder for byggeriet. Der skabes ligeledes nye konkurrenceparametre ikke mindst i forbindelse med store teknologitrends; som Cloud Computing, Internet of Things (IoT), Augmented Reality, Big Data analyse, Additiv produktion (3D printning, laserskæring mv.), grøn og lokal energiteknologi, Smart Grids, materialeteknologiudvikling mv. (OECD, 2016).
Teknologien muliggør, at måden, vi designer, producerer, vedligeholder og ændrer vores bygninger og anlæg på, kan blive mere effektiv, bæredygtig og fleksibel. Hvilket vil skabe udvikling og vækst i en lang række brancher, der i forvejen er tilknyttet byggeriet, IKT-orienterede brancher samt kommende brancher, som endnu ikke eksisterer (Crotty 2012: 177-178).
Byggeriet er siden starten af firserne blevet mere og mere digitaliseret via Virtual Design and Construction (VDC), Computer Aided Design (CAD) og Building Information Modelling (BIM). BIM-modellerne har udviklet sig fra de kendte rumlige 2 og 3 dimensioner til at involvere 4 og 5 dimensioner med økonomi og materialedata. BIM-modellerne er ved at omstille sig til at medtage den sjette og syvende dimension vedrørende Facility management (vedligeholdelse) og bæredygtighed.
Mulighederne for at arbejde med BIM i alle syv dimensioner, der involverer en række nøgleteknologier ligger lige for døren:
- Cloud Computing vil gøre den digitale model tilgængelig for mange aktører – og øge brugerinddragelsen.
- IoT betyder, at intelligente sensorer fx installeret på vinduer informerer modellen om, at vinduerne snart skal udskiftes.
- Augmentet Reality gør det muligt at visualisere eksisterende og fremtidige bygningsmæssige installationer, fx kan elektrikeren via sine VR-briller se ledningsføringen inden arbejdet udføres i praksis (Harty et al., 2016).
- Big data analyser betyder fx, at modellen kan integrere energidata og informere om energiforbrug.
- Additiv produktion betyder fx, at brugerne selv kan printe skillevæg ud på det lokale fablab og sætte den op og lægge den ind i modellen.
- Udviklingen inden for materialeteknologi betyder, at modellen kan informere om, hvilket nyudviklet materiale, der ville være mest hensigtsmæssigt at isolere ydervæggen med.
Alle disse teknologier er potentielle forretnings- og vækstområder, der involverer videnproducenter, offentlige- og private virksomheder og brugere i potentielt set helt nye og integrerede netværk, som kan være med til at få byggeriet på forkant med udviklingen. Med en målrettet indsats kan den levende bygningsmodel efter en relativ kort tidsperiode udvikles og implementeres i Danmark.
3. Forskningsbehov
Generelt er der behov for at opprioritere forskning inden for bygge- og anlægsområdet i det nye FORSK2025-katalog.
Der er konkret behov for forskning, der udvikler, tester og implementerer levende bygningsmodeller og teknologierne omkring dem. Der er behov for at udvikle metoder til at indsamle, koble, håndtere, kategorisere og analysere de ekstremt store mængder data, der indgår i levende bygningsmodeller effektivt samt til at validere, koordinere og integrere det ukoordinerede mylder af teknologier, datakilder- og typer. Hertil kommer anvendelsesmetoder, som de mange nye teknologifelter gør brug af.
Derudover er der behov for forskning i relationen mellem den fysiske og digitale bygning og forskellige aktører i byggesektoren for at forstå, hvordan der kan skabes anvendelige og relevante modelsystemer, brugerflader mv. Der er ligeledes behov for at forske i, hvordan klienter kan definere deres behov og krav, så de kan blive en central vækstdriver for digitaliseringen af byggeriet, samt hvordan den digitale infrastruktur kan faciliteres på alle niveauer.
Anvendelse af nye bygningsmodeller i relation til udvikling af energieffektive løsninger er ligeledes et vigtigt forskningsområde. Byggeriet udgør 10 procent af den globale økonomi og beskæftiger mere end 100 millioner mennesker. Befolkningstilvækst, migration og urbanisering er en kæmpe bæredygtighedsudfordring, som byggeriet kan være en væsentlig bidragsyder til at løse. Bygninger bruger ca. 40 procent af den globale energi, 25 procent af det globale vand og 40 procent af de globale ressourcer og bidrager med ca. en tredjedel af alle drivhusgasudledninger. Store dele af samfundsudfordringer omkring energi-, vand-, ressourceforbrug og klimaforandringer udgøres således af byggeriet, men der er med den stigende opmærksomhed om udfordringerne og nye teknologier potentiale for, at fremtidens byggeri bruger færre af jordens knappe ressourcer. Der ønskes derfor en forskningsindsats for, at der kan etableres en seriøs cirkulær økonomi som grundlag for fremtidens byggeri, som sikrer at langt flere byggematerialer genanvendes og færre jomfruelige materialer anvendes. Desuden kommer teknologier som pervasive computing til at indgå i fremtidens bygninger og produkt-tails, og big data kan fortælle dig alt om byernes bygninger og deres funktioner, tilstand og behov.
4. Udmøntning
Det er vigtigt, at forskningen har en bred forankring mellem uddannelsesinstitutioner, aktører indenfor byggebranchen samt brugere, men også at det er frontløberne, som får stafetten, så der sikres momentum. Forskningen må baseres på rapid prototyping og løbende tests. Samfundsmæssig værdiskabelse bør sikres ved, at de mange aktører i og omkring byggebranchen inkluderes i processen og forpligter sig på at teste og anvende levende bygningsmodeller i deres praksis.
En traditionel barriere for byggebranchen er evnen til at adoptere og transformere teknologier udviklet til andre brancheområder og funktioner. Dette forskningsinitiativ vil kunne bidrage til en begyndende ændring af kulturen, da det vil ”kræve” samarbejde på tværs at gængse værdikæder og imellem brancher.
Endelig bør forskningen være udgangspunktet for nye former for tværfaglige uddannelser, fag, moduler og projekter på erhvervsuddannelses-, erhvervsakademi – og professionsuddannelser samt arkitekt og ingeniøruddannelsesområdet, som sikrer, at næste generations ansatte i branchen er klædt på til at anvende og udbrede levende bygningsmodeller og nye (digitale) metoder inden for byggeriet generelt.
Internationale perspektiver kan med fordel inddrages i forskningen, herunder Horizon2020 projekter såsom Insiter, der anvender real-time augmented reality, der forbinder digitale BIM-modeller med den fysiske bygning. Et andet eksempel er Built2Spec, som bidrager med en lang række værktøjer til byggepladsen i det 21. århundrede, herunder BIM værktøjer. Under Horizon2020 er også projektet Inception, som digitaliserer bygningsarven via blandt andet BIM. Disse projekter viser nogle af de utallige perspektiver og undertemaer, der kan forskes i inden for dette forskningsområde.
5. Danske forudsætninger
Danmark har gode forudsætninger for en forskningssatsning inden for temaet. En række danske bygningskomponenter er ’intelligente’, og danske materialeproducenter som bl.a. VELUX arbejder intensivt med digitalisering. GTS-institutterne kan bidrage med viden- og teknologiinfrastruktur. Endvidere har vi en byggebranche, som har en relativ høj anvendelse af digitale teknologier og løsninger herunder BIM. Inden for byggeriet har særligt bygningskonstruktørerne digital uddannelse.
Vi har høje målsætninger for energirenovering- og effektivitet i Danmark, som levende bygningsmodeller kan bidrage til at kunne indfri effektivt. Desuden har vi de almene boligselskaber, som kunne finde levende bygningsmodeller meget interessante for deres eksisterende boligmasse og nybyggerier.
Rammebetingelserne for byggebranchen i Danmark er blandt andet dens fragmenterede karakter. Den består af forholdsvis få store aktører og mange SMV’er, hvilket kan være udfordrende for ”trækkraften” i udviklingen. Derudover involveres mange aktører i bygningens levetid – alle med en særlig viden, som dog har vanskelige vilkår i forhold til at blive overført og delt.
Forskning inden for digital modellering foregår primært i udlandet, og der er behov for at opbygge tilsvarende viden i en dansk kontekst for at sikre udvikling og implementering i dansk byggeri. Herunder vil en dansk indsats på området være nødvendig for sikre anvendelse af ny digital bygningsmodellering i et fragmenteret miljø.
6. Målsætninger og perspektiver
Målsætningen med en strategisk forskningsindsats på området er, at den levende bygningsmodel udvikles på en måde, så der er fuldstændig og anvendelig information om byggeriet integreret. Bygningsmodellens information vil være tilgængelig i mange årtier efter en bygning opføres, og den vil indeholde oplysninger om materialer, komponenter mv. Hensigten er ligeledes, at modellen kan ændres i takt med, at bygningen og dens rum ændres, og sensor- og brugerdata fra den fysiske bygning løbende kan holde øje med energiforbrug, isoleringsevne og andre forhold, der kan være med til at optimere bygningen.
Komplekse byggerier og organiseringer omkring byggeri får et samlende medie, hvor al information om byggeriet findes. Koblet med Geografiske Informations Systemer kan præcise data fra modellerne anvendes på større skalaer som kvarteret, byen eller regionen (Harty et al., 2016).
Modellen vil potentielt kunne lette samarbejde og øge effektivitet, hindre mange konflikter og problemer i byggeriet og byplanlægning samtidig med, at energioptimering af bygninger og deres brug gøres lettere. Endelig kan informationen om alle byggematerialer i bygningen øge potentialerne for genanvendelse og cirkulær økonomi i forbindelse med renovering og nedrivning. Forskning i den levende bygningsmodel åbner således op for en lang række interessante muligheder for byggeriet og for samfundet.
7. Kontaktperson
Henriette Hall-Andersen
Programchef KEA BYG
5127 4746
hhan@kea.dk
8. Forslagets prioritering
1.
Kilder:
- OECD 2016, AN OECD HORIZON SCAN OF MEGATRENDS AND TECHNOLOGY TRENDS IN THE CONTEXT OF FUTURE RESEARCH POLICY, Danish Agency for Science, Technology and Innovation, 2016.
- Crotty 2012, Crotty, Ray. The Impact of Building Information Modelling: Transforming construction. Spon Press, 2012. Oxon, UK.
- Harty et al., 2016, Harty, James; Kouider, Tahar; Paterson, Graham. Getting to Grips with BIM: A Guide for Small and Medium-Sized Architecture, Engineering and Construction Firms. Routledge, 2016. Oxon, UK.