Vajad kellegagi rääkida?
Küsi julgelt abi LasteAbi
Logi sisse

Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist (0)

1 Hindamata
Punktid
 
EHITUSTEADUSKOND 
Ehitustootluse instituut 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
KUIDAS MUUDAB MUDELPROJEKTEERIMINE 
TERASKONSTRUKTSIOONIDE PROJEKTEERIMIST, 
VALMISTAMIST JA EHITAMIST?  
 
HOW ARE 3D AND BIM  CHANGING  THE DESIGN, FABRICATION AND 
CONSTRUCTION  OF  COMPLEX   STEEL   STRUCTURES
 
EPJ 60 LT 
 
 
 
 
 
 
   
Üliõpilane:  Tanel Friedenthal 
 
 
 
 
   
Juhendaja :   ProfRoode  Liias 
 
 
 
 
 
 
 
 
Kaasjuhendaja: Prof. Carrie S. Dossick 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tallinn, 2010.a.  
Olen koostanud lõputöö iseseisvalt. 
Kõik töö koostamisel kasutatud teiste autorite tööd, olulised seisukohad, 
kirjandusallikatest ja mujalt pärinevad andmed on viidatud
 
 
 
……………………………………………..  
(töö autori  allkiri  ja kuupäev) 
 
Üliõpilase kood: 
041399 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Töö vastab magistritööle esitatud nõuetele 
 
 
………………………………………………  
(juhendaja allkiri ja kuupäev) 
 
 
 
Kaitsmisele lubatud   
…………………… 
(kuupäev) 
 
 
Kaitsmiskomisjoni esimees   …………………………….. 
(allkiri) 
 
 

EHITUSTEADUSKOND 
Ehitustootluse instituut 
 
 
 
LÕPUTÖÖ ÜLESANNE 
 
Üliõpilase kood 
041399 
Ehitusmajanduse ja - juhtimise 
 
õppesuuna üliõpilasele 
TANEL FRIEDENTHAL 
Lõputöö kood:   EPJ 60 LT 
Lõputöö juhendaja: 
ROODE LIIAS 
Lõputöö teema: 
 
KUIDAS MUUDAB MUDELPROJEKTEERIMINE 
TERASKONSTRUKTSIOONIDE PROJEKTEERIMIST, 
VALMISTAMIST JA EHITAMIST?  
How are 3D and BIM Changing the Design, Fabrication and Construction 
of Complex Steel Structures? 
 
 
 
Lõputöö teema kehtivusaeg: 
 
31.12.2010 
Lähteandmed: 
Teadusartiklid ja varasem uurimustöö 
 
 

Lõputöö sisu: 
Seletuskiri: 
1. Sissejuhatus 
2. Kirjanduse ülevaade 
3. BIM Eestis 
4. Metodoloogia 
5. Analüüs 
 
5.1 Seattle   Keskraamatukogu  
 
5.2 Denveri  Kunstimuuseum  
6. Järeldused 
 
6.1 Muudatused ehituskorralduses 
 
6.1 Ehitusala õigusdokumendid 
 
6.2 Tuleviku trendid 
7. Kokkuvõte inglise keeles 
8. Resümee eesti keeles 
Graafiline materjal: 
PowerPoint 
 
Lõputöö konsultandid: 
Töö osa nimetus 
Konsultandi nimi 
Konsultandi allkiri 
Kuupäev 
BIM Eestis ja naaberriikides  Priit Luhakooder 
 
22.11.2010 
Hoonete kirjeldus 
Ivar Talvik 
 
22.11.2010 
 
 
 
 
 
Lõputöö väljaandmise kuupäev: 
01.01.2010 
 
Juhendaja: 
Roode Liias 
……………………….. 
Ülesande vastu võtnud
Tanel Friedenthal 
………………………. 
Abstract 
 
How are 3D and BIM Changing the Design, Fabrication and Construction of 
Complex Steel Structures? 
 
The  adoption  of  three-dimensional  (3D)  design  and  construction   tools   have  created  a 
remarkable  shift  in  the   building   industry.  Intelligent  3D   technology   in  the  form  of 
Building  Information   Modeling   (BIM)  not  only  promises  to   improve   the  notoriously 
inefficient  construction   process ,  but  also  opens  the  door  for  designing  new  geometric 
shapes, which  until  recently have been  considered  unbuildable. Steel has been extensively 
used to  build  some of the most challenging architectural icons of the 21st century, due to 
its  low   weight   and  high  strength  in   both   compression  and  tension.   Therefore ,  the  steel 
design and construction industry has been on the forefront of technical innovation. 
The   purpose   of  this   study   is  to  determine  how  3D  and  BIM  are  changing  the  design, 
fabrication  and  construction  of  complex  steel  structures.  The  thesis  is   qualitative   in 
nature, in that it tries to determine the  effects  of  virtual  design and construction  based  on 
in-depth  analysis  of two  case   studies . Data were collected  during  5 interviews with people 
who were intimately involved in the  projects . Background information was obtained from 
professional  journals,   engineering    articles   and  conference  papers.  During  analysis,  the 
data were compared to  propositions  that emerged from the  literature  review to determine 
whether  a   clear   pattern  was   present .  A   comparison   table  was  created  to   compare   the 
effects of virtual design and construction of the two projects. Additionally, a  schedule  is 
presented  to   explain   the   deadline   slippage  on  one  of  the  case  studies.  The  schedule  is 
accompanied with a data  exchange   diagram  to illustrate how collaboration can  affect  the 
project  deadline. 
From  this  analysis,  it  was   discovered   that  one  of  the   reasons   why   there   has  been  an 
increase  in the design and construction of buildings with  highly  complicated  geometry  is 
the advent of 3D and BIM tools. The main themes  that emerged were:  
•  3D and BIM increase collaboration between different  project participants; 
•  A   reduction   in  construction  time  is  evident  only  when  the  building  models  are 
openly shared; 
•  Intelligent models help to find clashes and reduce  re- work
•  Models increase  accuracy during fabrication and construction; 
•   Shop - drawing review is sped up; 
•  Steel design takes   place  in a more concurrent  fashion
•  3D illustrations help to explain erection sequencing; 
•  Building models  provide  rigging information for erection crews. 
The   results   of  this  thesis  illustrate  the   benefit   that  3D  and  BIM   offer   for  complex  steel 
construction projects and demonstrate an  overall  trend in the construction industry. The 
primary  purpose of 3D and BIM is to be  able  to build the structure in virtual  space   before  
actual  construction  starts,  so  that  the   majority   of  the  potential  challenges  can  be 
successfully identified and addressed during the preconstruction phase. 
Resümee 
 
Käesoleva   magistritöö   põhiosa  on  kirjutatud  Ameerika  Ühendriikides  Washingtoni 
Ülikoolis ajavahemikus september 2009 – september 2010. 
Ameerikas  alustati  mudelprojekteerimise  (Building  Information  Modelling  –  BIM) 
laialdasema  kasutuselevõtuga  juba  ligikaudu  10  aastat  tagasi  ja  seetõttu  on  sealne 
keskkond  ideaalne  uurimaks  BIM’i  mõju  projekteerimis-  ja  ehitussektoris.  Antud 
uurimustöö  annab  ülevaate  mudelprojekteerimise  kasutamisest  kahe  ülikeeruka  hoone 
valmimisel,   tuues   ilmekalt  välja  selle   tehnoloogia   eelised  ning  valupunktid.  Teatud 
mööndustega on ka Eesti ettevõtetel võimalik selle uurimustöö tulemusi rakendada oma 
praeguste ning tulevaste ehitusprojektide elluviimisel. 
Selle  magistritöö  ülesehitus  on  kooskõlas  Washingtoni  Ülikooli  lõputööde  juhendiga. 
Sissejuhatusele järgneb kirjanduse ülevaade, mis käsitleb antud valdkonnas varem tehtud 
uurimustöid ning avab lugeja jaoks lõputöö teema olemuse. Kirjanduse ülevaatele järgneb 
metodoloogia  peatükk,  mis  kirjeldab  andmete  kogumisel  ning  analüüsil  kasutatud 
metoodikat. Lõputöö põhiosa on esitatud analüüsi peatükis. Põhiosale järgneb kokkuvõte. 
Kokkuvõttele  on  lisatud  kolm  peatükki,  mis  käsitlevad  BIM’i  kasutamist  Eestis. 
Nimetatud  peatükkides  näidatakse  ära  võimalus  Ameerikas  õpitut  kodumaal  rakendada. 
Magistritöö lõpeb kasutatud kirjanduse loeteluga ja lisadega. 
Esimene  versioon   AutoCAD ’ist  valmis  1982.  aastal.  Arvutustehnika  kiire  areng  viis  
projekteerimistööde  puhul  paberi  ja  pliiatsi  asendumisele  klaviatuuri  ja  hiirega. 
Käesoleval  hetkel  kasutatakse  enamikes  insenerbüroodes  joonestamiseks  arvutit  ning 
pliiatsitega  tehakse  vaid  esmaseid  eskiise  ning  visandeid.  Kuigi  AutoCAD  oluliselt 
kiirendas  joonestamist  ja  tõstis  kasutusmugavust,  tekkis  1990’ndate  alguses  mitmetel 
arhitektuuribüroodel  USA’s  raskusi  oma  keerukate  ja  julgete  vormide  teisendamisel 
kahemõõtmelisteks  joonisteks.  Üks  esimesi  rajatisi,  mille  puhul  USA   arhitekt  
projekteerimisel  rakendas  kolmemõõtmelist   tarkvara ,  oli  kalakujuline   skulptuur  
Barcelona Olümpiakülas (1989-1992). Kuna selleks hetkeks ei olnud ehitiste jaoks ühtegi 
modelleerimise   programmi  välja  töötatud,  ostis  arhitekt  Frank   Gehry   meeskond 
lennukitööstuses kasutusel oleva 3D modelleerimistarkvara CATIA. Sellest hetkest alates 
on mudelprojekteerimise tarkvara jõudsalt edasi arenenud ja 2000. aasta alguses ilmusid 
esimesed parameetrilised 3D programmid spetsiaalselt ehitussektori jaoks. 
Tuntumad  hooned,  mille  puhul  on  rakendatud  mudelprojekteerimist  on:  Guggenheim 
Bilbao   Muuseum   Hispaanias  (1997),   Experience   Music  Project  Seattle’s  (2000),   Walt  
Disney  Kontserdimaja Los Angelesis (2003), Seattle Keskraamatukogu (2004), Denveri 
Kunstimuuseum  (2006),  Pekingi  Olümpiastaadion  (2008)  jpt.  Kõikide  nende  hoonete 
puhul  on  maapealse  kandekonstruktsioonina  kasutatud  terast.  Teras  on  betooniga 
võrreldes oluliselt kergem ning omab märkimisväärset tugevust nii survel, paindel kui ka 
tõmbel. Terase sagedase kasutuse tõttu keerukate ehitiste kandekonstruktsioonides võtsid  
just  teraskonstruktsioonide  projekteerijad  ja  ehitajad  esimestena  kasutusele 
mudelprojekteerimise. 
Selle  magistritöö  eesmärgiks  oli  kahe  juhtumiuuringu  põhjal  selgitada,  kuidas  3D  ja 
BIM’i  kasutamine  on  mõjutanud  teraskonstruktsioonide  projekteerimist,  valmistamist  ja 
ehitamist.  Tegu  on  kvalitatiivse  uurimustööga,  käsitledes  detailselt  Seattle 
Keskraamatukogu  Seattle’s,  Washingtoni  osariigis  ning  Devneri  Kunstimuuseumit 
Denveris, Colorado osariigis. Koostöös Washingtoni ülikooli juhendajaga, prof. Carrie S. 
Dossick,  moodustati  15.  punktist  koosnev  küsimustik,  leidmaks  vastus  käesoleva 
magistritöö  lähteülesandele.  Andmete  kogumise  käigus  tuli  autoril  otsida  inimesed  kes 
olid seotud nende projektidega ning viia küsimustiku põhjal läbi intervjuud. Lähteandmed 
põhinevad  erinevatel  teadusarktiklitel,  raamatutel  ning  teraskonstruktsioone  ja 
mudelprojekteerimist  käsitleval  kirjandusel.  Kirjanduse  ülevaate  põhjal  moodustus  viis 
hüpoteesi,  mida  kontrolliti  analüüsi  faasis  intervjuude  ja  varasemate  juhtumiuuringute 
abiga. Uurimustulemuste kokkuvõte on esitatud tabeli kujul, milles võrreldakse omavahel 
mudelprojekteerimise  ulatust  Seattle  Keskraamatukogu  ja  Denveri  Kunstimuuseumi 
erinevatel arendusetappidel. 
Kogutud  andmete  analüüsil  selgus,  et  intelligentse  mudelipõhise  modelleerimistarkvara 
kasutuselevõtt  on  üks  eeldustest  ülikeeruka  geomeetriaga  ehitusprojektide  elluviimisel. 
Uurimustöö  käigus  ilmnesid  järgmised  BIM’i  eelised  võrreldes  tavapärase 
teraskonstruktsioonide projekteerimise, valmistamise ja ehitamise praktikaga: 
•  Suureneb koostöö erinevate projeki osapoolte vahel; 
•  Intelligentsed  mudelid  võimaldavad  leida  konflikte  kavandatava  ehitise  erinevate 
osade vahel, vähendades seega ümberehitamise vajadust platsil; 
•  Suureneb monteeritavate detailide täpsus ja hulk; 
•  Väheneb jooniste kontrollimiseks kuluv aeg; 
•  Kiireneb liidete projekteerimine tänu andmebaasis olevatele standard liidetele; 
•  CNC pinkide juhised teisendatakse otse mudelist; 
•  Lineaarne  projekteerimisprotsess  asendub  meeskonnapõhise  tööjaotusega,  kus 
erinevaid hoone osasid projekteeritakse üheaegselt; 
•  3D joonised aitavad selgitada montaaži järjekorda; 
•  Keerulistel tõstetel lihtsustub troppide asukoha määramine. 
 
Mudelipõhine  lähenemine  võimaldab  ehitada  hoone  esmalt  virtuaalses  ruumis, 
kõrvaldades  konfliktid  erinevate  ehitise  osade  vahel  ning  optimeerides  ehitusprotsessi. 
Samas  oli  selgelt  näha,  et  BIM’i  tõeline  potentsiaal  avaldub  alles  siis,  kui  arhitektid  ja 
projekteerijad  on  nõus  oma  mudeleid  teiste  ehituse  osapooltega  jagama.  BIM  ei  ole 
pelgalt järjekordne tarkvaralahendus vaid protsess, mis võimaldab optimeerida erinevaid 
ehitusetappe. 
Lähteülesandes püstitatud probleemistik on leidnud põhjalikku kajastust ning uurimustöö 
põhiküsimus  on  vastatud.  See  magistritöö  võimaldab  Seattle  Keskraamatukogu  ja 
Denveri  Kunstimuuseumi  projekteerimisel  ja  ehitamisel  osalenud  ettevõtetel  saada 
ülevaade  mudelprojekteerimise  rakendamisel  tehtud  vigadest  ning  olulistest 
õppetundidest.  Eesti  ettevõtted  võivad  selles  magistritöös  kajastuvat  informatsiooni 
kasutada  tulevaste  koostööprotsesside  kujundamisel  ja  tarkvaraplatformide  valikul. 
Õigusloomega  tegelevatel  institutsioonidel  on  praktilist  kasu  kindasti  käesolevas  töös 
viidatud AIA ja AGC ehituslepingute üldtingimustest. 
Autori  jaoks  seisneb  selle  töö  põhiväärtus  ennekõike  just  osapooltevahelise  koostöö 
olulikkuse väljaselgitamises mudelprojekteerimise edukaks elluviimiseks. 
TABLE OF CONTENTS 
 
LIST OF FIGURES ............................................................................................................ 2  
LIST OF TABLES .............................................................................................................. 3  
LIST OF ABBREVIATIONS ............................................................................................. 4  
Introduction ......................................................................................................................... 5  
Chapter 1:  
Literature Review ........................................................................................ 7  
1.1.   Last Decade in Steel Construction ............................................................................ 8  
1.2.   Problems With the  Traditional   Practice  .................................................................... 8  
1.3.   Building Information Modeling ................................................................................ 9  
1.4.   Building Information Modeling in The United States ............................................ 10  
1.5.   Complex Steel Structures ........................................................................................ 11  
1.6.   Design ..................................................................................................................... 13  
1.7.   Fabrication .............................................................................................................. 14  
1.8.   Shop Drawing Review ............................................................................................ 16  
1.9.   Construction ............................................................................................................ 17  
1.10.   Industry Response ................................................................................................... 17  
1.11.   Summary ................................................................................................................. 19  
Chapter 2:  
Methodology ............................................................................................. 22  
2.1.   Research Methodology ........................................................................................... 22  
2.2.   Sample  Selection  ..................................................................................................... 23  
2.3.   Case Study 1 – Seattle Central Library ................................................................... 24  
2.4.   Case Study 2 – Denver Art  Museum  ...................................................................... 26  
2.5.   Research Design and Data  Collection  ..................................................................... 29  
2.6.    Method of Analysis ................................................................................................. 30  
2.7.   Results and Interpretation  ....................................................................................... 31  
Chapter 3:  
Data Analysis ............................................................................................ 32  
3.1.   Project Descriptions ................................................................................................ 32  
3.1.1.   Seattle Central Library ................................................................................. 32  
3.1.2.   Denver Art Museum ..................................................................................... 41  
3.2.   Propositions ............................................................................................................ 52  
Chapter 4:  
Conclusion  ................................................................................................ 66  
4.1.   Future  Trends  .......................................................................................................... 71  
4.2.   BIM in Estonia and Neighboring Countries ........................................................... 73  
4.2.1.   BIM in Finland  ............................................................................................. 75  
4.2.2.   BIM in Norway  ............................................................................................. 76  
4.2.3.   BIM in Denmark  ........................................................................................... 76  
4.3.   Addressing Legal  and Contractual  Issues  ............................................................... 77  
4.4.   BIM on the Job Site ................................................................................................ 81  
4.5.   Suggestions for Further Research ........................................................................... 83  
Reference  List ................................................................................................................... 85  
Appendix A: BDS  Interview  ............................................................................................. 89  
Appendix B:  Hoffman Interview ...................................................................................... 93  
Appendix C: MKA Interview ........................................................................................... 97  
Appendix D: Dowco Interview ......................................................................................... 99  
Appendix E: LPR Interview ............................................................................................ 103  
 
 

LIST OF FIGURES 
 
Figure  No.   
Page 

Walt Disney Concert  Hall .................................................................   12 

Olympic   Stadium  in Beijing .............................................................   12 

Seattle Central Library ......................................................................   25 

The Library’s Structural System .......................................................   25 

Denver Art Museum .........................................................................   27 

Complex Steel  Skeleton  ....................................................................   28 

Structural Steel Wireframe Model ....................................................   32 

Curtain   Wall  Intersection  Details  .....................................................   34 

Detailing  Tekla  Model ......................................................................   35 
10 
Seele’s CNC Manufacturing Equipment  ..........................................   37 
11 
Point Cloud From the  Laser Scanner  ................................................   38 
12 
Scanned Diagonal Steel ....................................................................   38 
13 
Curtain Wall Mullion Installation .....................................................   39 
14 
Wireframe Design Model .................................................................   42 
15 
Developed Design Model .................................................................   42 
16 
Complex Connection in 2D ..............................................................   43 
17 
Complex Connection Modeled in Tekla ...........................................   43 
18 
LPR’s 3D CAD  Shore -to-Structure  Interface  ...................................   44 
19 
Total   Station Surveying Target  in the  Field  .....................................   45 
20 
Modeled Targets on a  Wide  Flange  Column  ....................................   45 
21 
Duct Clashing With a  Beam  .............................................................   46 
22 
Upper Level Shores ..........................................................................   48 
23 
Rigging for a Complex Lift  Modeled in 3D .....................................   49 
24 
Working  Session in the Field Office ................................................   50 
25 
Seattle Central Library Comparison Schedule .................................   57 
26 
Denver Art Museum Data Exchange Diagram .................................   60 
27 
4D Model of the Denver Art Museum ..............................................   61 
28 
Seattle Central Library Data Exchange Diagram .............................   63 
 
 

LIST OF TABLES 
 
Table No.   
Page 

Comparison of The  Cases  .................................................................   24 

Impacts of BIM and 3D ....................................................................   68 
 
 

LIST OF ABBREVIATIONS 
 
AEC –  Architecture , engineering and construction 
BIM – Building Information Modeling 
CAD – Computer- aided design 
CAM – Computer-aided manufacturing 
CATIA – Computer Aided Three-dimensional Interactive  Application  
CFD – Computational fluid dynamics 
CNC – Computer numeric  control  
DAM – Denver Art Museum 
FTP – File  transfer protocol 
GC – General contractor 
HVAC – Heating, ventilating, and air conditioning 
IT – Information technology 
IFC – Industry Foundation Classes 
MEP –  Mechanical , electrical  and plumbing 
RFI – Request for information 
R&D – Research and development  
SCL – Seattle Central Library 
SEI – Structural Engineering Institute 
VD – Virtual design 
VDC – Virtual design and construction 
 
 

Introduction 
With the  turn  of the millennium, a revolution began in architecture, engineering and the 
construction industry, aimed at implementing the latest three-dimensional computer aided 
tools  to  improve  efficiency.   Throughout   history,  some  of  the  most  famous   architects   – 
Michelangelo ,  Leonardo,  Calatrava,  Gehry,  Kahn,  etc.  –  have   built   mock-ups  of  their 
projects  before  beginning  construction  in   order   to   resolve   unforeseen  design  issues  and 
check for constructability. During the last decade, this model-building has moved into the 
virtual  world  in  the  form  of  Building  Information  Modeling  (BIM).  The   idea   of  an 
intelligent  information   rich   building  model  is  not  new.  The  identity  of  BIM  dates   back  
nearly  30  yearswhile  the terminology of the “Building Information Model” has been in 
circulation for at  least  15 years. 
Mass   production   and  standardization  that  dominated  the  20th  century  steel  industry,  is 
now,  as  a   result   of  the  proliferation  of  3D  computer  aided  design  and  manufacturing 
tools,  turning  into  mass  customization.  The   first   notable  steel  structure  to  utilize  3D 
modeling was a copper-clad fish sculpture  designed  by Frank Gehry for Barcelona’s 1992 
Olympic village. A key  reason  for Gehry’s adaptation of  digital  tools was the increasingly 
difficult   task   of  describing  the  innovative  new  designs  to  the  contractor.  His  complex 
three-dimensional   forms ,  when  represented  in  traditional  two-dimensional   plans ,  2D 
sections, and 2D elevations appear to be  even more complex (Lindsey, 2001). 
Architects  and  engineers  have  embraced  steel  as  their   material   of  choice  for  building 
complex structures like the Guggenheim Museum, Walt Disney Concert Hall, Experience 
Music Project, Seattle Central Library, Denver Art Museum, Royal Ontario Museum, etc. 
The  unconventional  geometric  forms  of   these   buildings,  coupled  with  stringent 
earthquake  regulations  meant  that  a  fundamentally  different   approach   was  needed  to 
mitigate  risks,  improve  coordination,  meet  the  project  deadline  and  stay   within   the 
budget
This  thesis  attempts  to  study  the  effects  that  three-dimensional  software  tools  and 
Building  Information  Modeling  (BIM)  are   having   on  the  design,  fabrication  and 
construction of complex steel structures. The research is based on qualitative case study 
methodology,  focusing  on  the  Seattle  Central  Library  and  the  Denver  Art  Museum.  In 
support  of the main research question, the  following sub questions  were investigated: 
 

•  How are 3D and BIM affecting the structural design process? 
•  How are clashes detected? 
•  How is the steel fabrication and submittal process changing? 
•  How is this technology affecting steel erection? 
•  What tools are being used to collaborate between various project participants from 
different countries? 
 
Chapter  1  contains  a  review  of  the   relevant   literature  that  was   found   during  the  data 
collection  process.  Chapter  2  discusses  research  methodology  and  explains  the  sample 
selection and data analysis criteria. Chapter 3 contains data analysis, and is followed by 
Chapter 4, which presents a comparison between the two buildings and a conclusion of 
the  findings.  The  thesis  concludes  with  a  discussion  about  future  trends  in  the  steel 
construction industry and suggestions for further research. 
 

Chapter 1: Literature Review 
 
The  construction  industry  is  complex  and   dynamic   and  has   several   constraints  that 
distinguish it from  other  industrial sectors. Dimitri  Mitchell  outlined in a September 2009 
article in  Civil  Engineering entitled “The Promise of Virtual Design”,  four  characteristics 
that  illustrate  the  construction  industry.  First,  there  is  a  high  degree  of   complexity  
resulting  from  different   companies   collaborating  on  a   single   project.  These  diverse  and 
dispersed companies are  required  to exchange  critical  information during the design and 
construction phases. Second, owners and other non engineering stakeholders interpret 2D 
drawings  differently  and  often  have  an  incomplete   understanding   of  the  planned 
construction.  Third,  there  is  a  high  degree  of  uncertainty  and  risk  caused  by  site 
conditions .   Finally ,  one  of  the  biggest  issues  facing  the  construction  industry,  is  the 
inability to discern constructability problems during the preconstruction phase of a project 
(Mitchell, 2009). 
To  understand  the effects that three-dimensional building information models are having 
on  the  design,  fabrication  and  construction  of  steel  structures,  it  is   important   to 
understand  how  the  structural  steel   components   that  make  up  a  building’s   frame   are 
created.  A   paper   by  Autodesk  on  “BIM  and  Digital  Fabrication”  describes  the  steel 
fabrication process:  
First a steel mill uses a hot-rolling manufacturing process to create stock structural steel 
members . This stock material is purchased by steel fabricators who cut and prepare the 
stock structural beams and columns for building construction based on shop drawings – 
instructions  that   describe   exactly  how  to  fabricate  each   individual    piece   of  a  structure. 
Once   they  are  fabricated,  the  steel  members  are  shipped  to  the  building  site  and  put  in 
place by steel erectors. The  role  of the structural  engineer  is to design, analyze and certify 
a  building’s  structural  frame  and  then  create  construction  drawings  that   document   the 
structural  design.  The  structural  drawings   contain   only  general   requirements   for  steel 
fabrication  –  instructions  for   typical   steel  connections.  A  steel  detailer  then  takes  those 
construction  drawings  and  applies  those  general  connection  instructions  to  the   specific  
structural  components  and  the  specific  geometry  of  the  building  as  represented  in  the 
construction drawings – creating shop drawings that instruct the steel fabricator exactly 
 

how  to  fabricate  each  piece  of  steel  in  the  building.  Shop  drawings   include   detailed 
information  pertaining  to  material  specifications,  sizes,  dimensions,   welding ,  bolting, 
surface preparation, painting requirements, etc. (BIM and Digital Fabrication, 2008). 
 
1.1. Last Decade in Steel Construction 
According  to  Reifschneider  and  Santamont,  less   than   10  years  ago,  most  engineering 
firms   were  using  a  structural  steel  design  process  in  which  the  results  of  engineering 
analysis  and  design  were  presented  in  a  set  of  structural  framing  drawings.  Generally, 
these  two-dimensional  (2D)  drawings  were  extracted  from  an  engineering  three-
dimensional  (3D)  modeling   tool ;  otherwise,  they  were  manually  drawn.  Subsequently, 
these  engineering  drawings  served  as  the  contract   documents   with  the  structural  steel 
fabricator,  describing  the  detailed  configuration  of  the  structure  (Reifschneider  & 
Santamont, 2009).  
The fabricator’s  scope   typically   included  tracking and identifying raw materials supplied 
from  the  steel  mill,  arranging  for  the  preparation  of  connection  design  calculations, 
creating a detailing model used to extract shop fabrication drawings, creating computer 
numerical  control (CNC) data used to control the fabrication process, and fabricating and 
delivering the  final  assemblies to the project site. 
 
1.2. Problems With the Traditional Practice 
Until recently the dominant software used by architects and engineers in the development 
of  project  documents  was  AutoCAD.   Although   AutoCAD  has  a  variety  of  three-
dimensional drawing tools, it has been primarily used as a 2D drawing device. AutoCAD 
documents have their limitations, primarily in that they lack “intelligent” properties. For 
example, a beam drawn on a 2D AutoCAD document would be symbolized by a single 
line.  The  beam   size   information  would  be  shown  in  text  adjacent  to  the  drawn  line. 
Internally,  within  the  computer  memory,  no  information  about  the  beam  is   known   or 
compiled.  
 

In  typical  projects,  the  general  contractor  takes  responsibility  for  procuring  the  steel, 
arranging for fabrication, and ultimately building the structure. The contractor first selects 
the shop drawing detailer and the steel fabricator. The detailer develops preliminary shop 
drawings,  used  for  ordering  steel  from  the  mill  for  delivery  to  the  fabricator.  Thus  the 
prime  contractor  assumes  the  risk  for  availability  and  delivery  of  steel  to  meet  the 
contract  schedule.  This  highly  linear  process  can  add  six  to   eight   weeks  to  the  project 
schedule for a complex structure (Whited & Gatti, 2007). 
During construction, problems  tend  to amplify when the wrong steel arrives at the wrong 
time  on  the  jobsite  due  to  poor  tracking  by  the  fabricator.   Moreover ,  it  can  be  very 
difficult to explain complex erection schedules to the steel crew based on 2D drawings. 
Additionally, explaining field discrepancies to the project managers and detailers can be 
frustrating when the project only uses paper-based documents. 
Shop-drawing review and submittals can take weeks and even then there might be several 
issues that have not been discovered. Two dimensional drawings  allow  for a very limited 
clash detection process, which is based on the engineer manually comparing hundreds of 
drawings and trying to visualize which elements  might  come  into contact. 
It  is  becoming  increasingly  common  for  clients  to  demand  compressed  schedules  and 
tighter budgets for their projects. Many engineering and construction firms are motivated 
to  consider  concurrent  design  and  construction   processes ,  otherwise  known  as  design-
build. The integration of design and construction is a complex task that many firms are 
discovering is vastly aided by the use of virtual design (VD). VD utilizes innovative tools 
to  create  3D  parametric  models  of  components  from  all  design  disciplines  and  then 
assembles  all  of  these  components  in  a  virtual  space,  just  as  they  would  be  physically 
constructed (Mitchell, 2009). 
 
1.3. Building Information Modeling 
Building Information Modeling (BIM) describes the technology and process for capturing 
digital information about a building throughout design, construction, and  operation . BIM 
information  typically  contains  3D  models  of   real   world  structures  with  attribution  that 
 

allows identification, interaction, and calculation using the data and attributes associated 
with the model elements (Andrews, 2009). 
M.A.  Mortenson  Company  defines  BIM  as  an  intelligent  simulation  of  architecture, 
which  enables  to  achieve   integrated   delivery.  This  simulation  must  exhibit  six 
characteristics - it must be ( Eastman , Teicholz, Sacks, & Liston, 2008): 
•  Digital
•  Spatial - 3D; 
•  Measurable - quantifiable, dimension-able and query-able; 
•  Comprehensive  -  encapsulating  and  communicating  design  intent,  building 
performance, constructability, and include sequential and financial aspects of  means  
and methods; 
•  Accessible  -  to  the   entire   AEC/ owner    team    through   an  interoperable  and  intuitive 
interface; 
•  Durable - usable through all phases of a facility’s life. 
 
According  to  Stuart  Bull,  a  senior  3D  modeling  technician  with   Arup   Australia,  “3D 
modeling serves often as an interface for the data stored in a Building Information Model, 
but  BIM  itself  is   something    beyond   the  simple  geometric  representation  of  building 
spatial properties.” (Kostura, 2009). 
BIM  software  saves  the  structural  information  associated  with  the  drawn  beam  –  the 
beam size, length, weight, and other relevant information  including  the 3D properties. In 
additionsince  the actual properties are  availableareas  where building components clash 
can  be  picked  up  by  the  software.  Intelligent  documents  have  the   ability   to  provide 
material quantity data for the project (Smilow, 2007). Although the Building Information 
Model is mostly conveyed in the form of a 3D visualization, it is merely a mechanism for 
communicating the stored information in a concise and attractive  format  (Kostura, 2009). 
 
1.4. Building Information Modeling in The United States 
Although  BIM  has  been  on  the   market   for  a  number  of  years,  it  has  not  been  adopted 
industry-wide  to  its   full   capacity.  As  of  2009,   approximately    half   of  industry 
 
10 
representatives  were  not  using  any  BIM  software  on  projects  in  the  U.S  (McGraw  Hill 
2009).  
A   survey   conducted  in  2008  by  the  Structural  Engineering  Institute’s  (SEI)  BIM 
committee, revealed that out of 15,000 SEI members surveyed, approximately 65% said 
that they will have to use BIM to meet clients’  needs  within the next two years;  almost  
80% said within the next  five  years. 
A  survey  of  architects  conducted  from  Dec.  3,  2005,  to  Jan.  6,  2006  by  the  American 
Institute of Architects showed that 74% of the respondents use some level of 3D digital 
modeling. Of the 74% using 3D/BIM, 98% use it for  basic  visualizations and design, 34% 
use it for conflict identification and 12% use it for post-occupancy facility  management  
(Post, 2006a). 
A  survey  by  Björk,  B.C.  in  2010  revealed  that  architecture  firms  are  using  BIM  for 
design- related  functions  such  as building design, visualization, and programming/massing 
studies.  Contractors’  top  three  BIM  use  areas  were  clash  detection,  visualization,  and 
creation   of  as-built  models.  Use  of  BIM  in   direct   fabrication,  where  BIM  replaces 
traditional  shop  drawings  and  drives  fabrication  equipment,  is   still   limited;   however
almost one-fourth of the respondents utilized BIM for direct fabrication. 
Geoff  Weisenberger  reported  in  a   January   2009  article  in  Modern  Steel  Construction 
entitled  “BIM  in  The  Real  World”,  that  Autodesk’s   Revit   Structure,  Bentley  Structural 
and Tekla Structures were three of the top programs; 60%, 13.5% and 9%, respectively, 
of firms that said own BIM software have these programs. 
 
1.5. Complex Steel Structures 
The  first  notable  BIM  projects  involved  such  high-profile,  complex  structures  as  Los 
Angeles ’s  Walt  Disney  Concert  Hall,  Chicago’s  Soldier  Field,  and  Beijing’s  National 
Swimming  Center . The $175-million Walt Disney Concert Hall opened in 2003, but the 
design work began in the  late  1980s. The complex geometric  shape  of the Frank O. Gehry 
&  Associates  design  required  an  innovative  approach.  Using  a  software  package 
originally  developed  for  the  aerospace    industry  (CATIA,  produced  by  the  French 
 
11 
company Dassault Systems), the designers created different computer models, for use in 
analysis and construction scheduling (Powell, 2008). 
In  non-standard  projects,  especially  in  projects  incorporating  compound  surface 
geometries,  the  detailed  surface  characteristics  of  the  building  envelope   require  
substantial design development of technical details to  translate  the conceptual shapes into 
actual  building  components  (Leicht  &  Messner,  2008).  Steel  is  often  used  to  support 
complex geometries, as it can be bent and curved into the required forms. Additionally, 
the  speed of erection cannot  be matched by any other construction material. 
There  is  no  exact  definition  to  what  is  a  complex  structure,  however  there  are  certain 
characteristics, that make the design, fabrication and construction processes of a building 
more difficult. For the Walt Disney Concert Hall (Figure 1) it was the undulating form 
that made this project extremely complex, for the UPS Worldport in Louisville, Kentucky 
it  was  the  combination  of  heavy  point  loads  in  a  highly  seismic  region  and  a  building 
design  that  did  not  allow  any   lateral   bracing.   Unique   structures,  such  as  stadiums  and 
industrial  facilities  require  often  steel  in  excess  of  10,000  tons,  exerting  a  tremendous 
workload  on  structural  engineers  and  detailers.  For  example  the  Olympic  stadium  in 
Beijing (Figure 2), resembling a birds  nest , used 40,000 tons of steel and required 20,000 
drawings to detail the twisting and turning frames  (Tuchman &  Ding -Kemp, 2006). 
 
 
 
Figure  1.  Walt  Disney  Concert  Hall  in  Los  Angeles  ( left )  (Morrison,  2010).  Figure  2. 
Olympic Stadium in Beijing (Chino, 2008). 
 
There may be  little  if any time savings using 3D modeling on smaller projects, although 
there  may  be  fewer  errors.  However,  the  larger  the  job,  the  bigger  the  savings  and  the 
sooner  we  will  see  a   return   on  investment.  According  to  David  Nelms,  a  detailer  and 
 
12 
CAD  manager  with NC Structural Detailers, “There will always be detailing  jobs  where 
2D  technology  is  appropriate.  And  in  some  cases,  it’s  still  faster  than  3D.” 
(Weisenberger, 2007). 
 
1.6. Design 
In  traditional  architectural  practice,  contract  documents,  including  technical  plans  and 
specifications capture the intent of the building to be constructed. These documents are 
handed over to the  builder  who is  responsible  for the execution of ‘means and methods’ 
complying  with  the  design  intent  ( Allen ,  Becerik,  Pollalis,  &  Schwegler,  2005).  Thus, 
practice  conventions  require   communication   via  working  drawings  that  are  being 
translated  by  contractors,  manufacturers,  subcontractors,  and  consultants,  for 
constructability review and shop drawing development (Pietroforte, 1995). 
The use of complex surfaces creates ambiguities when the designer attempts to transcribe 
the  model  into  paper  format.  On  complex-shaped  buildings,  architects  are  representing 
the  global  geometries  of  external  surfaces  in  3D  –  including  roofs,  cladding,  glazing 
systems,  etc.  –  while   component   details  are  supplemented  with  conventional  2D 
drawings. What used to be a tedious computational method working with 2D segments of 
a  building  is  becoming  a   visual   process  working  with  pictorial  representations  of  the 
structure, building systems, and architecture (Smilow, 2007). 
The study by Ku, Pollalis, and Fischer (2007) is noteworthy in that it highlights two main 
practices   that  architects   follow   when  designing  complex  structures  in  3D.  When  using 
‘master model technology’ the architect retains control and assumes responsibility of the 
original  3D model and shares it with downstream participants, who  import  the model to 
develop  their own work. The model is considered the primary documentation  governing  
the  design  geometry  while  drawings  on  paper  are   referred   to  for  construction  detailing. 
The  ‘reference  model  approach’  coincides  with  the  traditional  distribution  of  design 
responsibilities  between  the  designer  and  recipient,  where  the  recipients  are  both 
responsible  for  the  design  information  they  create  and  control  of  their  component 
geometries independent of the designer’s model. With the latter approach the 3D model is 
considered supplementary documentation. 
 
13 
When  the  architectural  design  has  evolved  to  a  certain  point,  the  engineers  will  start 
developing  the  structural  design  and  performing  analysis.  Schinler  and  Nelson  (2008) 
argue that BIM has blurred the lines between the traditional engineer/drafter dichotomy, 
with  engineers  picking  up  more  coordination  work  using  the  BIM  model.  At  the   same  
time,  Bernstein  (2009),   vice   president  of  the  Building   Solutions   Division  of  Autodesk, 
points   out  that  BIM  will  not   change   the  use  of  carefully  constructed  analytical  models 
engineers have built over the years. Nor will it replace proven analysis applications like 
Robobat, CSC or Sofistik. 
The increasing importance of mathematics is generating a new, almost surgical precision 
in  building  design  and  construction.  The   tolerance   for  conventional  structural  steel  for 
low- rise   construction,  for  example,  has  been  in  the  range  of  +/-  5  –  10mm,  a  standard 
previously  regarded  as  precise   among   building  materials.  But  the  inability  of  the 
computer to  accept  approximations now means that metals, with their inherent precision, 
can be fabricated and erected to much tolerances. This increased accuracy is accompanied 
by changes  in measuring methods, both on the shop floor and on site (LeCuyer, 2003). 
The integration of CAD-CAM processes is changing the  relationship  between designers, 
fabricators  and  contractors.  Formerly  distanced  by  legal  and  contractual  protocols,  they 
are  now  collaborating  more  closely,  with  architects  either  supplying  the  geometric 
rulebook  to  consultants  and  contractors  who  then  build  their  own  three-dimensional 
models or, alternatively, architects  providing  the model and database directly to the team, 
hence assuming more control and risk for what happens from that point on. 
 
1.7. Fabrication 
With complex buildings, the speed of 3D modeling becomes a  major  asset. According to 
Rob Schoen, director of operations for  Action  Steel Detailing, Inc., the increase in design-
build  projects,  especially  those  involving  more  than  10,000  tons  of  steel,  is  creating 
“insane”  detailing  schedules  –  a  situation  where  3D  is  the  only  logical   answer  
(Weisenberger, 2007). 
Difficult  operations  like  complex  end  cuts  of  tubular  steel  sections  –  executed  so 
laboriously  15  years  ago  by  spline  curves  set  out  on  cardboard  templates  that  were 
 
14 
wrapped   around   each  tube,  which  was  marked  and  then  manually  cut  –  can  now  be 
executed  without  human intervention on the shop floor. Software performing the task of 
descriptive  geometry  translates  three-dimensional  numerically-defined  models  into  two-
dimensional fabrication data that accurately cuts components, pre-drills  holes  for fixings 
and  service  penetrations. While producing more sophisticated steelwork, the skilled  labor  
content  is  being  reduced  overall  and  focused  increasingly  upon  the  final   assembly   of 
CNC milled components (LeCuyer, 2003). 
The 3D steel detailing model is becoming a  deliverable  to fabricators and erectors. Not 
only  is  it  easier  for  the  detailer  to  visualize  the  complex  geometry  and  connections  of 
today ’s  projects  via  a  3D  model,  it  is  also  beneficial  for  shop  production,  project 
managers, and field superintendents. With BIM, 2D drawings are just one portion of the 
deliverable.  CNC-driven  machinery  is  becoming  more  powerful  and  affordable,  and 
feeding these machines with accurate fabrication information as  early  as possible in the 
design process is vital to shop production. More and more detailers are being instructed 
by  fabricators  to  provide  CNC  files  as  well  as  an  electronic  bill  of  materials  for  shop 
equipment and material management systems. What may have taken two weeks with shop 
personnel  manually  entering  data  is  now  being   done   in  a  day  or  two  with  information 
being  directly  downloaded  to  the  CNC  machinery  from  the  3D  detailing  model 
(Weisenberger, 2008). 
Once the steel details are  complete , the fabrication model can be used by the design team 
or  the  contractor  for  the  purpose  of  4D  modeling  as  well  as  clash  detection  with  other 
building disciplines (BIM and Digital Fabrication, 2008). 
Early  Steel  Detailing  is  a  process,  where  the  development  of  structural  steel  shop 
drawings  takes  place  concurrently  with  the  development  of  the  construction  documents 
(Trammell, 2009). In such an approach the steel detailer  works  directly with the design 
team in an effort to produce the first sequence of shop drawings simultaneously with or 
immediately after production of contract documents for the project. These drawings can 
be used to obtain a more exact quote from a steel fabricator and then  begin  the process of 
fabricating  steel  for  the  job  immediately  without  waiting  for  shop  drawings  to  be 
developed  by  the  fabricator  or  detailer  (Farrow,  2007).  By   sharing   the  structural 
engineering model with the detailer, a lot of time and  money  can be saved by not having 
to recreate a detailing model from 2D drawings. 
 
15 
1.8. Shop Drawing Review 
Adopting the BIM approach entails a migration from paper to electronic data exchange. 
There is a growing  interest  in the design and construction industry to reduce the  amount  
of paper used to review structural steel shop drawings, and multiple owner and contractor 
organizations are encouraging digital  approval  processes instead of paper (Weisenberger, 
2007). 
Many steel detailers create 3D models of steel structures, which are then used to produce 
shop drawings and eventually to fabricate the steel. These same 3D models can also be 
used during the review process to various extents, depending on the method that works 
best  for the design team. Michael Gustafson, the engineering product manager for North 
America  at  Tekla  Inc.,  has  outlined  the  following  three  workflows  (Quinn  &  Willard, 
2010): 
1.  2D  (traditional  method)  –  The  2D  workflow  is  the  traditional  method  by  which 
most shop drawings are reviewed. Typically, 2D structural steel shop drawings are 
mailed to the engineer of  record , who reviews  them  in conjunction with their 2D 
construction drawings and then returns them to the fabricator via mail. 
2.  2D-3D  (combination  of  traditional  method  and  new  technology).  In  the  2D-3D 
workflow,  a  3D  model  is  used  as  an  aid  to  the  review  process,  but  2D  shop 
drawings are still the method used to convey approvals and comments. 
3.  3D  (full  model  review  using  new  technology).  In  the  3D  workflow,  the  actual 
model  from  the  fabricator/detailer  is  used  by  the  engineer  to  provide  approvals 
and comments back to the fabricator/detailer. 
 
For example, Rutherford and Chekene, a California based engineering  firm , working on 
the Sutter General Hospital in Sacramento, an 11-story building utilizing more than 5,000 
tons of steel was able to  avoid  printing approximately 30,000 sheets of drawings  thanks  to 
3D  shop  drawing  review.  With  the  shop  drawings  done  sooner,  the  mill  order  can  be 
submitted  sooner,  the  fabrication  can  start  sooner  and  the  steel  can  be  erected  sooner 
(BIM and Digital Fabrication, 2008). 
 
 
16 
1.9. Construction 
The  steel  erector  and  the  general  contractor  can  use  3D  models  to  plan  construction, 
verify  field layout and illustrate construction schedules. A Stanford  University  study by 
M. Fischer and J. Kunz (2004) titled “The Scope and Role of Information Technology in 
Construction” provides an example how three-dimensional building information models 
were  used  during  the  construction  of  the  Walt  Disney  Concert  Hall.  During  the 
construction  phase,  the  general  contractor,  M.A.  Mortenson,  used  4D  models  to 
coordinate the workflow of their subcontractors and site logistics, and to validate early on 
that their thinking of the project’s overall sequencing was  correct . The project’s general 
superintendent ,  Greg  Knutson,   estimated   that  for  every  hour  spent  working  on  the 
schedule, about six hours were needed to communicate the results. 4D models  allowed  to 
reduce that time while increasing the amount of subcontractor feedback and buy-in.  
Once  a   month   in  a  subcontractor  coordination   meeting ,  the  4D  models  were  used  to 
preview the scope of work for the upcoming 90  days . During those meetings, Mortenson 
and the subcontractors studied the placement of the cranes to minimize crane movements 
and to ensure that the cranes  could reach all areas of work as required by the schedule.  
Because of the complexity of the project, 4D models proved very helpful in convincing 
various authorities that the general contractor had an accurate schedule. Since the  County  
owned the parking garage on which the concert hall was constructed, the County needed 
to approve the steel erection plan. Although Mortenson had generated a detailed plan, the 
County was not clear on the phasing of the cranes. After several weeks of meetings with 
the County that did not yield the desired approval of the erection plan, Mortenson showed 
the 4D model of the erection sequence to the County officials. In 15 minutes the officials 
were able to understand more about the erection plan than they had been able to grasp in 
many afternoons of working through the binders (Fischer & Kunz, 2004). 
 
1.10.  Industry Response 
Industry publications including case studies,  magazine  articles, reports and webinars have 
illustrated the change, which three dimensional building information models have  brought  
about.  Several  themes  on  BIM  and  the  effects  this  technology  is  having  on  the  design, 
 
17 
fabrication and construction of complex steel structures have emerged from a review of 
these industry publications. The following excerpts illustrate these themes: 
•  Time  –  WSP  Cantor  Seinuk,  an  internationally  recognized  structural  engineering 
firm based in New York, has been using BIM models as a  basis  for their bidding 
documents.  When  all  steel  bidders  are   given   a  3D  model  of  the  structure,  they 
automatically have an accurate tonnage and piece count. Moreover, at the time of 
the  contract   award ,  a  fully  developed  model  is   already   available  and  time  is  not 
wasted on creating a model based on 2D plans. The positive feedback from bidders 
has confirmed that this process expedites bidding and the creation of shop drawings. 
With a highly complex structure, such as the Mets Stadium in Queens, New York, 
WSP  reduced  the  shop  drawing  process  by  approximately  one  month  (Smilow, 
2007).  Additionally,  projects  with  extremely  compressed  schedules  are  seeing 
considerable  time  savings  by  using  Early  Steel  Detailing.  With  this  method,  steel 
erection  can  begin  immediately  following  the   release   of  construction  documents. 
Matt Trammell, the structural engineering manager at TRC Worldwide Engineering 
Inc.,  based  in  Brentwood,  Tennessee,  has  estimated  that  at  least  two  months  of 
construction  time  was  eliminated  in  a   recent   hospital  project  due  to  the 
implementation of Early Steel Detailing (Trammell, 2009). 
 
•   Cost  – An article by C.J. Carter and T.J. Schlafly titled “$ave More Money” (2008) 
lists three items that make up a cost estimate of a steel structure: 
o  Material  costs  25% 
o  Fabrication and erection labor costs 60% 
o  Other costs 15% 
 
Therefore,  in  today’s  market,  labor  in  the  form  of  fabrication  and  erection 
operations typically accounts for approximately 60% of the total constructed cost. In 
contrast,  material  costs  only   account   for  approximately  one  quarter  of  the  total 
constructed  cost.  The  greatest  cost  savings  are  achieved  when  the  design  is 
configured to simplify the labor associated with fabrication and erection (Carter & 
Schlafly,  2008).  This  is  facilitated  by  3D  constructability  analysis  and  4D 
construction planning and erection sequencing. 
 
 
18 
•  Request  for  information  (RFI)  –  On  large  projects  with  complex  geometries, 
hundreds,  if  not  thousands  requests  for  information  are  required.  However,  using 
BIM effectively can dramatically improve the ability to  share  data, which results in 
a significant reduction in RFIs.  
 
•  Rework – When the building is first designed in a virtual environment, the detailer 
is able to verify that various elements converging on one point fit together properly. 
The  A-3  rocket  test   stand   at  Stennis  Space  Center  in  Mississippi,  has  up  to  16 
different structural members connecting at one point, requiring a very slim margin 
of  error . However, thanks to 3D modeling, less than 1% rework of all connections 
had to be performed in the field (Weisenberger, 2009). 
 
•  Collaboration  -  Under  a  traditional  design-bid-build  contract,  designs  are  moved 
sequentially from architect to engineer to fabricator, with little interaction until the 
project  breaks   ground   and  problems  start  to  rise  (Powell,  2008).  The  geometric 
logics of fabrication and construction may introduce uncoordinated changes to the 
design  intent  of  a  3D  model  created  by  the  architect  if  not  facilitated  by  an 
appropriate  communication   platform   and  protocol  (Leicht  &  Messner,  2008). 
Virtual  design  essentially  closes  the  gap  between  design  and  construction  and 
significantly  facilitates  collaboration  among  design  and  construction   teams  
(Mitchell, 2009).  
 
1.11.  Summary 
The  main  theme  that  emerged  from  the  literature  review  of  academic  and  industry 
publications is the importance of collaboration that is needed to facilitate the design and 
construction  of  a  complex  structure.    Adopting  BIM  necessitates  a  closer  form  of 
collaboration  (Eastman  et  al.,  2008).  The  architectural  firm  has  a  two-way   link   in  the 
collaboration. On the one side are the design consultants - structural, mechanical, etc. On 
the other side are the general contractor and many types of subcontractors and fabricators 
providing early input of constructability, so that there is a smooth transition from design 
intent  into  realization.  Using  the  building  model  to  facilitate  this  integrated  team  will 
allow  earlier  and  more  concurrent  use  of  their  knowledge  in  less  linear  and  more 
 
19 
concurrent settings, thus addressing multiple factors beyond those of constructability. A 
key  aspect  for  collaboration  in  early  stages  is  to  produce  appropriate  level  of  details  to 
allow accurate planning by the subcontractors while maintaining flexibility in the design 
details (Elvin, 2007). 
The subcontractors who  manage  the production process are the  ultimate  consumers who 
should  receive  information  from  the  designer.  Thus,  designers  need  to   agree   with  the 
contractors who will use the design model in their production processes, on the level of 
detail in the model, the data format, and the data compatibility between the CAD/CAM 
platforms.  Sophisticated  subcontractors  have  adopted  3D  technologies  to  improve  their 
fabrication  procedures,  and  are  in  a  well-equipped   position   to  collaborate  via  model-
based environments. (Ku, M., Pollalis, & Fischer, 2008). 
However,  there  are  currently  several  impediments,  that   limit   the  use  of  building 
information  models  to  their  full  extent.  In  many  cases,  paper  based  documents  are  still 
seen as the primary means of communication. 
Functional  differences  and  capabilities  of  CAD  programs  impact  the  communication 
strategies of complex-shaped architecture. When the architect’s files and the fabricators’ 
files are not directly compatible, it becomes  necessary  to translate between the architect’s 
model and the recipients’ platforms. Typically, interchangeable file formats are supported 
by commercial software, yet the conversion is not flawless and often  requires  additional 
processing (Ku, M., Pollalis, & Fischer, 2008). 
The  interoperability  issues  of  the  design/construct  community  are  mirrored  in  the 
structural  engineering  profession.  There  are  dozens  of  analysis  and  design  (A&D) 
programs  available  for  modeling  various  aspects  of  a  structure.  However,  the  graphical 
representations  of  the  engineer’s  designs  traditionally  have  been  rendered  in  a  CAD-
based set of design drawings. There is little, if any, data embedded in an AutoCAD file 
that  can  be  used  by  clients  or  other  members  of  the  design  or  construction  teams.  A 
significant  process  improvement  can  be  achieved  by  integrating  the  models  created  for 
analyzing and designing a project with a Building Information Model (Burt, 2009). 
As discussed  above , BIM and 3D modeling are dramatically changing the way we build 
our infrastructure. Although, the technology that supports virtual design and construction 
has  been  on  the  market  for  at  least  a  decade,  it  has  been  used  sparsely  on  traditional 
 
20 
projects. To get a better understanding of the full capabilities of BIM, we need to  look  at 
highly  complex  structures,  that  could  not  have  been  built  utilizing  only  conventional 
building methods and processes. However, there has been little research that focuses on 
the use of building information modeling during the design and construction of complex 
steel structures. Therefore, this research is meant to provide an analysis of the emerging 
tools  and  methods  used  during  the  construction  of  two  very  challenging  architectural 
icons in the United States. 
 
21 
Chapter 2: Methodology 
 
The purpose of this thesis is to identify the effects that 3D modeling and BIM are having 
on  the  design,  fabrication  and  construction  of  complex  steel  structures.  The  purpose  of 
this chapter is to (1) describe the research methodology, (2) explain the sample selection, 
(3)  describe  the  procedure  used  in  designing  the  tool  and  collecting  the  data,  and  (4) 
provide an explanation of the procedures used to analyze the data. 
 
2.1. Research Methodology 
No documented process or quantitative data of the impacts that BIM and 3D modeling are 
having on complex steel structures was found in a review of the literature. As a result, a 
qualitative approach was used. Qualitative data provides in-depth knowledge in the form 
of  words   rather   than  numbers.  This  thesis  is  qualitative  in  that  it  tries  to  determine  the 
effects of 3D and BIM on the traditional construction practices through the experiences 
and stories of the participants. 
Qualitative methods allow for the researchers to bring their personal-self into the research 
along   with  their  researcher-self.  Biases,  values,  and  interests  are  acknowledged  and 
included  in  the  reporting.  Qualitative  research   looks   at  the  research  setting  from  the 
viewpoint of  deep  understanding rather than micro-analysis of limited variables. Instead 
of  trying  to   prove   or  disprove  a  hypothesis,  qualitative  research  looks  for  themes, 
theories,  and  general  patterns  that  emerge  from  the  data.  Qualitative  research  is 
“hypothesis-generating” rather than serving to test a hypothesis (Merriam, 1988). 
There  are  a  variety  of  terms  used  to  describe  qualitative  research  methods  such  as 
ethnography,  field  methods,  qualitative  inquiry,   participant   observation,  case  study, 
naturalistic  methods,  and  responsive  evaluation.  The  case  study  research  method  was 
chosen as the most appropriate way to answer the following research questions:  
1.  How are 3D and BIM affecting the structural design practices? 
2.  How are clashes detected? 
3.  How is the traditional steel fabrication process changing? 
 
22 
4.  How are the detailers using the new tools? 
5.  How are 3D models changing the submittal process? 
6.  What is changing during steel erection? 
7.  What tools are being used to collaborate complex designs between various project 
participants from different companies? 
 
The  case  study  method  and  design  is  well-suited  to  this  thesis  because  of  its  ability  to 
answer  the  research  questions  appropriately.  “The  case  study  is  preferred  in  examining 
contemporary  events  but  when  the  relevant  behaviors  cannot  be  manipulated”  (Yin, 
2009). 
Yin’s (2009) definition of a case study is: 
“...an empirical inquiry that investigates a contemporary phenomenon within its real-life 
context , especially when the boundaries between phenomenon and context are not  clearly  
evident...[It  also]  copes  with  the  technically  distinctive  situation  in  which  there  will  be 
many  more  variables  of  interest  than  data  points,  and  as  one  result  relies  on  multiple 
courses  of  evidence,  with  data  needing  to  converge  in  a  triangulating  fashion,  and  as 
another  result benefits from the  prior  development of theoretical proposition to  guide  data 
collection and analysis.” 
 
2.2. Sample Selection 
The two cases are considered relevant and appropriate because they both  represent  highly 
complex steel structures, which could not have been built within a reasonable timeframe 
and on budget without the extensive use of the latest model based software available at 
the time. The complex geometrical form of the Seattle Central Library and the Denver Art 
Museum  created  unique  challenges  for  everyone  involved  in  the  projects.  Hoffman 
Construction, the general contractor on the SCL, and Mortenson Construction, the GC on 
the  DAM  are  both  considered  pioneers  in  the  use  of  virtual  design  and  construction 
techniques in the United States. The  fact  that the steel detailer, erector and the structural 
engineering firms were out of state and that the architects were from  Europe , created the 
 
23 
need  for  virtual  collaboration.  The  buildings  were  completed  two  years  apart,  which  is 
sufficient to illustrate the advances in technology and the adoption rate  of BIM tools. 
 
Table No. 1. Comparison of The Cases. 
 
The Seattle Central Library  The Denver Art Museum 
Location  
800 Pike Street 
100 W 14th Ave 
Seattle, Washington, USA 
Denver, Colorado, USA 
Construction period 
Fall 2001 –  May 2004 
July 2003 – October 2006 
Total project cost 
$165.9 million (includes $10 
$110 million (Hamilton 
million for the temporary 
Wing $75 million, added 
Central Library, construction 
scope $35 million, 
$112 million)  
including parking structure) 
Steel tonnage 
4,644t 
2,740t 
General Contractor 
Hoffman Construction 
M.A. Mortenson Company 
Company 
Architect 
Rem Koolhaas (Office for 
Studio Daniel  Libeskind 
Metropolitan Architecture) 
and Davis Partnership 
and Joshua Ramus (LMN 
Architects - A  Joint  Venture 
Architects) – A Joint Venture 
Structural Engineer 
Magnusson Klemencic 
Arup 
Associates  
Steel Detailer 
BDS Steel Detailers 
Dowco Consultants 
Steel Erector 
The Erection Company 
LPR Construction Company 
Building size 
412,000  square   feet  (38,300 
146,000 square feet (13,564 
m²) 
m²) 
 
 
2.3. Case Study 1 – Seattle Central Library 
Designed by Rem Koolhaas and Joshua Prince-Ramus of OMA/LMN, this building was 
awarded  a  Platinum  Award  in  2005  for  innovation  and  engineering  in  its  "structural 
solutions"  by  the  American  Council  of  Engineering  Companies  of  Washington.  While 
most  traditional  towers  employ  a  proportioned  column   grid ,  the  Central  Library’s 
structure  uses  asymmetrical  placement  of  perimeter  and   interior   trusses,  in   places  
cantilevering out to bear on opposing sloped steel box columns. The concrete  core  and the 
concrete foundation walls on three sides act to tame the twist that the off-set platforms 
naturally  impose,  while  the  exterior  steel  diamond  grid  system   behind   the   glass   "net" 
serves as the building's seismic support system (Figure 3). 
 
24 
 
 
Figure 3. Seattle Central Library (Martínez, 2010). 
 
 
 
Figure 4. The Library’s Structural System (Post, 2003). 
 
25 
 
The architects’ designs called for  minimal  number of  vertical  columns, no columns in the 
corners, and as few columns as possible. The project’s  success  depended on  making  a 12-
story, all-glass building appear to “float” without support. As Seattle is  located  in Seismic 
Zone 3, codes require the structure to accommodate significant lateral as well as gravity 
loads.  MKA  (working  with  Arup)  proposed  two  separate,  layered  structural  systems 
(Figure  4).  The  first  system,   multi -story-deep  perimeter  platform  trusses  supported  by 
carefully positioned  sloping  columns that maximize counterbalancing opportunities carry 
the  building's  gravity  loads.  The  second  system,  a  unique  diamond-shaped  steel  grid, 
serves  quadruple  duty:  it  resists  wind  and  earthquake  loads,  interconnects  the  platform 
trusses,  serves  as  the  interior  architectural  finish  and  supports  the  glass  curtain  wall 
(Taylor and Stenning, 2005). Specially designed  slip  connections laterally  join  the steel 
grid  to  the  platform  trusses.  The  connections  merge  the  two  structural  systems,  while 
preventing the transfer of gravity loads into the grid (Seattle Central Library, 2005). 
The building is framed in concrete from the spread footing foundations, 10 ft (3 m) below 
the west  grade , to level three, which is at grade on the  east . Above level 3 the structure is 
all steel. A mat foundation supports the 213-ft- tall  (65 m) concrete core, in the southwest 
quadrant  of  the  footprint.  Every  platform  column  around  the  perimeter  is  raked  and 
architecturally expressed. Each offset platform has a perimeter steel truss on either two or 
four sides, matching its story  height . The three-story belt truss for the books platform is 
the hardest working. The grid knits the platforms together, preventing them from tipping 
over. Made from 12-in.-deep (305 mm) wide-flange members, the grid works like a giant 
braced frame, collecting seismic forces from each platform, carrying them across the grid 
to the next platform and ultimately to the concrete base. The building is designed for site-
specific  ground  motions  based  on  an  earthquake  with  a  500- year   return  period  (Post, 
2003). 
 
2.4. Case Study 2 – Denver Art Museum 
Designed  by  Daniel  Libeskind  in  a  joint  venture  with  Denver-based  Davis  Partnership 
Architects,  the  angular  structure  incorporates  no  true  vertical  surfaces.  Without  the 
support of vertical walls or columns – or even a flat  roof  – to work with, the structural 
 
26 
engineers,  from  the  Los  Angeles  office  of  Arup,  were  challenged  to  design  a  support 
system  that  would   hold   together  the  outward-leaning  walls  and  fashion  the  inherently 
unstable forms into a stable structure (Figure 5). 
 
 
Figure 5. Denver Art Museum (McClellan, 2008). 
 
A tightly controlled environmental system to protect the works of art was required, and 
that  system  would  have   special   ductwork  for  various  zones  that  would  run  from 
centralized  mechanical  rooms  to  the  galleries.  Like  the  structural  system,  the  ductwork 
could  not  follow  typical  vertical  and  horizontal  paths.  All  lateral  loads  are  resisted  by 
latticelike  steel  bracing  on  the  exterior  walls;  some  additional  bracing  runs  through  the 
interior. To avoid the angled walls from deflecting during the construction they had to be 
shored. The  challenge  was to determine which geometry to use so that when the gravity 
loads were imposed on the structure it would deflect to the desired architectural geometry 
(CE 06, Dec). 
Due to the severely inclined walls and large cantilevers, it was decided early on that the 
dead weight of the building would need to be minimized, thus making structural steel the 
material of choice. The walls of the building generally  lean  outwards, so to some extent, 
the  lateral  loads  balance  each  other.  Thus  the  floors  act  as  tension  ties  for  the  inclined 
walls, with the steel beams helping with tension and compression. However, where these 
forces  are  not  balanced  they  must  be  taken  to  ground  through  the  building’s  lateral 
 
27 
stability  system.  This  requirement,  together  with  the  architect’s  desire  for  column-free 
spaces  inside  the  building,   lead   to  the   decision   to  place  as  much  of  the  structure  as 
possible within the inclined walls. As a result, lateral loads are imposed on the structure 
that would exceed those potentially seen in regions that experience high levels of seismic 
activity, even though Denver is not located in a zone of high seismic activity. 
 
 
Figure 6. Complex Steel Skeleton (Eastman, n.d.). 
 
The floor system consists of steel with a composite floor  deck . The design of the floor 
system was complicated by the forces of the inclined structural walls, which create very 
significant  in-plane  forces  under  dead   load .  To  deal  with  these  forces,  additional 
reinforcement was required within the concrete floor slabs. In areas of particularly high 
stress , the  metal  deck was replaced with a ½ in. (12.7 mm) steel plate welded directly to 
the beams. Similarly, a substantial amount of steel diagonal bracing in the roof plane was 
required to supplement the roof framing in areas where concrete diaphragms were not an 
option  (Figure 6). 
 
28 
2.5. Research Design and Data Collection 
Available literature on the two projects and interviews were used as primary sources of 
information.  A  research  tool  was  developed  based  on  the  findings  from  the  literature 
review and earlier research. At the heart of a good case study are a series of propositions 
– a statement directing attention to something that should be examined within the scope 
of the study. 
The propositions for this thesis are: 
•  Intelligent  computer  aided  design  and  construction  tools  help  to  achieve  the  tight 
tolerances required to design and build a complex steel structure; 
•  Building Information Modeling helps to reduce RFIs; 
•  3D and BIM produce cost-savings and reduce project duration; 
•  Intelligent virtual models reduce clashes and provide constructability input; 
•  Working  with  BIM  models   increases   collaboration  between  different  project 
participants. 
To  test  these  propositions,  interviews  were  conducted  with  industry  professionals  who 
were  intimately  involved  in  the  two  cases.  The  type,  amount,  and  configuration  of 
interview questions were refined in a series of iterations between March 1 and April 15, 
2010. 
The  interviews,  which   took   place  in  April  and  May  2010,  were  designed  to  create  a 
conversation about the respondents’ experience with Building Information Modeling on 
highly complex steel projects. An interview setting was chosen to elicit an atmosphere in 
which the respondents could feel  safe to speak freely. 
There  were  three  types  of  interviews:  (1)  one   face -to-face  interview,  which  was  tape-
recorded; (2) three telephone interviews during which the researcher took notes; and (3) 
one  interview  response  using  electronic  mail.  Each  interview  consisted  of  15  major 
questions,  see  Appendix  A-E,  plus  a  few  additional  questions  where  clarification  was 
needed. Each respondent was assured of confidentiality. 
The interviews were broken down into five sections. The first section focused on general 
information  related  to  the  role  of  the  company,  and  the  role  of  the   person   being 
interviewed.  The  second  section  included  six  design  related  questions  focusing  on  the 
 
29 
model  creation  and  sharing  workflow  with  other  trades.  The  third  section  consisted  of 
three questions related to steel fabrication, helping to determine how 3D and BIM were 
used during the shop drawing review process. The fourth section included five questions 
about  the  implementation  of  3D  and  BIM  during  the  construction  phase.  The  interview 
concluded with 5 wrap-up questions about the general trends in the industry, giving the 
interviewee an opportunity to share his or her thoughts, which were not covered by the 
previous  questions. 
In  addition  to  the  interview  data,  some  respondents   provided   previously  unpublished 
papers and articles that were not discovered during the literature review. This additional 
material proved to be invaluable by offering detailed information about the use of 3D and 
BIM on these two projects. 
 
2.6. Method of Analysis 
Data analysis involves organizing what you have seen, heard, and read so that you can 
make  sense  of  what  you  have  learned.  Working  with  data,  you  describe,  create 
explanations,  pose  hypotheses,  develop  theories,  and  link  your  story  to  other  stories 
(Glesne,  1999).  Data  collected  from  the  interviews,  and  examination  of  industry 
publications  were  organized  under  categories  based  on  the  emergent  themes.  Since 
qualitative data analysis does not provide any fixed formulas or cookbook recipes to the 
researcher, much depends on the investigator’s way of thinking about the data, along with 
consideration of alternative interpretations and presentation of evidence (Yin, 2009). 
Yin (2009) regards the primary modes of data analysis in a case study as: 
•  Pattern  matching  -  the  search  for  patterns  by  comparing  results  predicted  from 
theory or the literature;  
•  Explanation building - in which the researcher looks for casual links and/or explores 
plausible or rival explanations and attempts to build an explanation about the case; 
•  Time-series analysis - in which the researcher traces changes in a pattern over time; 
•   Logic  models - in which the key ingredient is the existence of repeated  cause  and 
effect  sequences, all linked together. 
 
30 
Collected data were linked to the propositions through analysis. For case studies, one of 
the  most  desirable  techniques  to  connect  data  to  propositions  is  by  using  a  pattern-
matching logic. Pattern matching requires using past experience, logic, or theory before 
the data collection begins to specify what we expect to find. The analysis then compares 
actual findings to expectations. When the findings fit, the pattern is confirmed. When the 
findings do not fit, the researcher adjusts the expectations or elaborates them, building a 
subroutine that can explain the unexpected findings. 
 
2.7. Results and Interpretation 
The following chapter is about data analysis. It is divided into two parts:  Part  I – Project 
description, and Part II – Connecting data to propositions. The first part will illustrate the 
use of 3D and BIM during the design, fabrication and construction phases of the Seattle 
Central Library and the Denver Art Museum. The second part of the analysis will look at 
the five propositions and determine whether they can be confirmed or rejected. When a 
clear pattern is not present, an explanation will be provided to clarify the findings. The 
last chapter of this thesis – conclusion – includes a comparison between the two cases and 
an overview of the latest trends regarding 3D & BIM in the steel construction industry. 
The conclusion includes three subchapters written after the  author  returned to Europe to 
illustrate  how  BIM  is  affecting  the  AEC  industry  in  Estonia  and  neighboring  counties. 
Also included is an overview of how construction contracts both in Estonia and the U.S. 
are  being  updated  to  address  the  specific  issues  regarding  building  models.  The  last 
chapter concludes with suggestions regarding further research. 
 
31 
Chapter 3: Data Analysis 
 
3.1. Project Descriptions 
3.1.1.  Seattle Central Library 
Design 
The architects did not share their 3D models with the general contractor (Hoffman) and 
therefore  all  the  subsequent  models  had  to  be  created  based  on  2D  AutoCAD  files. 
Nevertheless, the structural engineer (MKA), the curtain wall design/builder (Seele), the 
general contractor, the steel detailer (BDS) and the mechanical subcontractor (McKinstry) 
all utilized 3D modeling on this project (Figure 7). 
 
 
Figure  7.  Structural  Steel  Wireframe  Model  (Dale  Stenning,  personal  communication, 
May 10, 2010). 
 
 
32 
Hoffman  decided  to  have  the  curtain  wall  subcontractor  design  the  aluminum  mullion 
system  first  and  then  align  the  diagonal  steel  behind  it.  The  original  plan  was  to  use 
Seele’s 3D wireframe model as a basis for creating the Tekla model used for detailing and 
fabricating the structural steel. For a typical building, the curtain wall and structural steel 
are  detailed  in  parallel.  However,  the  Library’s  unique  geometry  and  small  tolerances 
prohibited  this  approach.  A  cumulative  tolerance  of  ½   inch   (12.7  mm)  was  set  for  the 
façade  system.  Seele’s  model  needed  to  be  extremely  accurate,  because  the  structural 
steel  would  be  offset  from  the  face-of-glass.  This  meant  that  the  steel  detailer  had 
minimal  room  for error. The goal was to save the bulk of the tolerance for fabrication and 
erection. 
The  next  priority  was  to  establish  a  common  frame  of  reference,  so  that  all  involved 
parties  were dimensioning to the same points. Since the diamonds were a standard size, 
the  architects  (OMA/LMN)  developed  a  “key  diamond”  approach,  with  the  grid  layout 
referenced from a single diamond on each face. Hoffman and Seele did modeling to array 
the grid geometry up each building face and across the folds, so the architects could  select  
the  optimal  diamond  grid  relationships  at  the  corners.  The  key  diamond  was  set  at  a 
correlating  location,  with  the  grid  lines  and  finish  floor  elevations  providing  x,y,z 
coordinates (Stenning & Taylor, 2005). 
Based  on  the  key  diamond,  Hoffman  created  a  uniform  coordinate  systems  for 
transferring  and  sharing  files.  From  this,  Seele  built  a  preliminary  wireframe  model 
which,  after  auditing  and  acceptance  by  the  design  team,  was   later   developed  into  an 
intelligent  3D   object   model  containing  all  the  curtain  wall  components.  The  model 
included  production  information  for  the  computer  numerically  controlled  fabrication 
equipment. 
 
33 
Designing  the   fold   transitions  proved  to  be 
most challenging for Seele. At some folds, the 
architects  wanted  a  gutter;  in  other  places  a 
point  fold  was  desired.  No  two  folds  were 
alike,  due  to  the  building’s  geometry  and 
asymmetry, every time a fold line was shifted, 
it changed the geometry of the entire building 
face.  Each  fold  decision  impacted  the  Figure 8. Seele’s Computer Rendering of 
detailing,  design  and  construction  of  the  Curtain Wall Intersection Details (Stenning 
various  joins,  including  steel  connections.  & Taylor, 2005). 
Seele developed details for every single  condition  of steel converging at the corners for 
review by OMA/LMN and MKA (Figure 8). Ultimately, mockups were built of two of 
the most complex building corners, as well as many of the fold line conditions, for final 
architectural approval (Stenning & Taylor, 2005). 
Contractually  the  curtain  wall  designer  Seele,  was  obligated  to   hand   over  their  object 
model to the steel detailer, BDS, but that  never  happened (Appendix A). Seele ultimately 
gave  their  wireframe  model  to  Hoffman,  with  a   liability   waver.    Therefore  the  steel 
detailer   ended   up  creating  their  own  3D  model,  which   became   the  main  model  on  this 
project (Figure 9). BDS used Tekla Structures (formerly known was Xsteel) to model the 
complex  structural  elements  converging  at  different  angles.  Since  the  glazing  would  be 
applied directly to the diagonal steel, it was mandatory to have all the geometry in 3D. 
Instead of receiving a model from the curtain wall designer, as was originally anticipated, 
the  steel  detailer  ended  up  sending  their  model  to  Seele  so  they  could  verify  that  the 
geometry of the diagonal steel and the curtain wall mullions lined up perfectly. 
 
 
34 
 
Figure 9. Detailing Tekla Model Showing the Diagonal Steel Connection to the Book’s 
Platform Truss (Dale Stenning, personal communication, May 10, 2010). 
 
Once  the  entire  building  was  modeled  in  Tekla,  MKA  and  Hoffman  assessed 
constructability for all  corner  conditions. Instead of detailing every one of the  thousand  
joints,  MKA  developed  standard  parts  with  individual  details  applicable  to  several 
conditions. The detailing team was instructed to use Detail 1 if they ran into Condition A, 
B or C, detail 2 if Condition D, E or F, etc., thereby covering a wide range of conditions 
with a relatively small set of details. 
Once the detailing team had a partially developed Tekla model, it was handed off to the 
MEP subcontractors. They incorporated the mechanical, electrical and plumbing routing 
and  penetrations  and  returned  the  revised  model  back  to  the  steel  detailers.  BDS  then 
trimmed  the  details  around  the  MEP  penetration  points.  MKA  reviewed  the  model  to 
compare  actual  penetrations  with  those  originally  anticipated  and  to  ascertain  any 
structural impacts. A second kit of parts was developed by MKA for conditions requiring 
revision,  with  the  detailing  team  again  selecting  and  applying  the  appropriate  solutions 
(Stenning & Taylor, 2005). 
MKA did localized 3D modeling to analyze critical structural conditions, but they did not 
develop  a  BIM  model  of  the  entire  building.  They  used  Microstation  for  2D  drafting, 
Triforma for 3D modeling and SAP2000 for structural analysis (Appendix C). 
 
35 
Fire   safety  proved to be another design aspect that benefitted from the use of computer 
aided  tools.  The  building  is  fully  sprinklered,  but  smoke  control  for  large   open   spaces 
proved to be a challenge. The code called for 800,000 cfm (378 m3/s) of exhaust, which 
would  have  been  costly,  requiring  many  louvers  for  makeup  air.  A  computational  fluid 
dynamics (CFD) model for smoke flow was created by the San  Francisco  office of fire 
protection   engineer  Arup  Fire.  That  model  was  used  to  convince  officials  that  only 
275,000 cfm (130 m3/s) was needed. The CFD  graphic  gave the fire department its first 
understanding of how the building worked (Post, 2003). 
Even  though  the  project  did  not  have  an  all  encompassing  BIM  model,  3D  tools  were 
used throughout the design phase. MKA created a three-dimensional wireframe model for 
structural  analysis  and  Seele  used  their  wireframe  model  to  design  the  curtain  wall. 
Seele’s wireframe model, accompanied with a liability waiver, was used as the basis for 
creating the intelligent Tekla model, showing all the diagonal steel as well as the complex 
connections. Ambiguity in the contract language, as to who was  supposed  to share which 
models  created  a  certain  amount  of  confusion  and  delays  on  this  project.  Because  the 
diagonal  steel  and  the  curtain  wall  were  being  designed  in  different  countries,  it  was 
absolutely vital to have an accurate 3D representation of the entire structure. Achieving a 
combined facade tolerance of ½ inch (12.7 mm) using 2D documents would have proven 
extremely  difficult.  Thanks  to  powerful  visualization  capabilities  of  3D  modeling 
applications,  engineers  were  able  to  develop  kit  details  for  a  multitude  of  connections 
used repetitively throughout the building. Trying to design those connections in 2D would 
have had a significant impact on the overall project schedule. In addition to using 3D to 
analyze  different  load  combinations,  a  CFD  model  provided   valuable   information  in 
determining the amount of air required for the fire safety system. 
 
Fabrication 
Seele, located in Germany, was responsible for the cladding preconstruction  services , the 
production  and  installation  of  128,000  square  feet  (11,900  m2)  of  exterior  cladding 
comprising of more than 6,500 glass panels and 30,000 anodized aluminum profiles. The 
building’s  faceted   skin   geometry  required  extensive  3D  engineering  as  the  facade 
surfaces of aluminum extrusions, silicone gaskets, triple-glazing panels, pressure  plates
gutters and closing panels join in up to five different angles at particular node points. A 
 
36 
comprehensive digital 3D model of the entire facade provided the manufacturing data for 
all  prefabricated  elements  as  well  as  the  related  labeling  information,  packing  lists  and 
transportation schedules (Menges, 2006). 
 
 
Figure 10. Seele’s CNC Manufacturing Equipment (Menges, 2006). 
 
The fabrication and construction of building façades made from rigid materials such as 
metal and glass require a great range of  forming  and fabrication processes. Seele used a 
wide range of different CAD/CAM processes. Metal and aluminum profiles were cut by a 
numerically  controlled  saw  permitting  the  rapid  production  of  different  length  work 
pieces (Figure 10). A special CNC drilling and welding unit created holes and fixed stud 
poles  according  to  digitally  defined  distance  and  angle  information.  Sheet  material  was 
automatically  allocated,  prepared,  cut  and  marked  by  a  digitally  controlled  laser.  At 
Seele’s   factory   in  Germany,  the  cutting  laser  was  combined  with  a  digitally  controlled 
shelving system that automatically selects, prepares and  positions  the material on the laser 
bed to increase workflow efficiency. Another  machine  facilitated the CNC bending and 
folding of sheet metal materials. 
Seele’s  3D  model  of  the  aluminum  mullion  system  was  used  to  control  manufacturing 
equipment and even to determine the transportation schedule. Using the design model in 
the fabrication process, not only increases accuracy, but it also saves time in not having to 
create a separate set of 2D instructions for the CNC machines. The same applied to the 
structural steel model – since all the connections for the diagonal steel were fully defined 
in Tekla, welders were able to attach all of the gusset plates in the fabrication shop. The 
shop  drawings  were  created  inside  Tekla,  thus  avoiding  the  laborious  task  of  manually 
creating yet another set of drawings. 
 
 
37 
Construction 
MKA was  hired  by the general contractor, Hoffman Construction, to build a 3D structural 
model  showing  the  sequence  of  steel  erection.  That  model  was  included  in  the  bid 
documents to all the potential steel bidders. It showed approximately 320t of temporary 
steel and the correct erection sequence. It was imperative that a certain erection pattern 
was  followed,  otherwise  the  steel  would  have  corkscrewed  down  on  itself  before  the 
workers  had time to fully  weld  up all the connections and brace the structure. In addition 
to explaining the complex erection sequence, the model proved valuable in obtaining an 
accurate up front   price  early on in the project (Appendix B). 
The  steel  erector,  TEC  used  two  separate  models  to  plan  their  work:  1)  the  temporary 
steel  model  from  MKA;  2)  the  Tekla  model  from  BDS.  During  the  construction  of  the 
Seattle  Central  Library,  4D  sequencing  was  in  its  infancy,  and  they  did  not  have  a  4D 
model  that  tied  the  geometry  to  an  electronic  schedule.  Also  the  site  planning  process 
followed  the  traditional  2D   routine   –  tower  crane  location  and  hoisting  ranges  were 
determined  in AutoCAD. 
 
 
Figure 11. Point Cloud From the Laser Scanner (left). Figure 12. Scanned Diagonal Steel 
(Dale Stenning, personal communication, May 10, 2010). 
 
The steel erection process called for ongoing and extremely accurate surveying. This was 
the  first  project,  where  the  general  contractor  used  laser  scanning,  a  cutting   edge  
technology  developed  by  the  U.S.  military  to  link  satellites  under  their   Star   Wars 
program . After erection, Hoffman scanned every diagonal steel section from at least three 
separate points, then examined the graphical reports for areas where the Tekla model and 
the erected surface varied by more than ½ inch (12.7 mm) (Figure 11, 12). After quickly 
 
38 
pinpointing  these  locations,  Hoffman  performed  field  adjustments  by  either  pushing  or 
pulling  the  steel  into  place.  Once  the  steel  was  within  acceptable  tolerances,  it  was 
permanently  bolted.  Hoffman  adopted  a  routine  of  hanging  steel  in  the  morning,  laser 
shooting  it  in  the  afternoon,  analyzing  the  reports  in  the  evening,  then  reporting  the 
results  to  the  ironworkers  the  next  morning.  Any  panels  that  had  to  be  adjusted  were 
rescanned  to  verify  the  new  location  (Stenning  &  Taylor,  2005).  This  innovative 
approach enabled Hoffman to find out where the catenary was and preinstall shims prior 
to assembling the aluminum mullion system that rests on the diagonal steel (Figure 13). 
 
 
Figure 13. Curtain Wall Mullion Installation (Post, 2003). 
 
This project did not have a single comprehensive model combining geometry from all the 
different  trades.  The  architect  refused  to  share  their  model  due  to  liability  reasons  and 
only  provided  2D  documents.  Without  a  complete  model  from  the  architect,  BDS  was 
tasked to finish the design of many details, resulting in a significant number of RFIs. The 
detailing model was constantly  modified  based on RFIs to reflect all the design changes. 
At the end of the project, the detailers Tekla model became the as-built and was handed 
over to the owner. This as-built model will probably prove very valuable in the future for 
major maintenance operations and facility management  purposes
 
39 
Despite  an  increase  in  RFIs,  3D  models  were  very  valuable  in  the  construction  phase, 
which compared to the design stage, has traditionally experienced less innovation. On this 
project, the unstable nature of the large cantilevered platforms necessitated the creation of 
a  3D  steel  erection  animation.  In  addition  to  the  structural  members,  the  movie  clip 
showed  the  sequencing  of  320t  of  temporary  steel,  which  were  needed  to  brace  the 
structure  while  it  was  being  permanently  bolted  in  place.  Optimal   positioning   of  the 
shores was important to avoid twisting of the structure and minimize congestion on the 
construction site. By sharing the steel model with the subcontractors, they were able to 
provide an accurate cost estimate avoiding unnecessary contingencies. As was previously 
mentioned, the accuracy of steel design and fabrication were greatly improved thanks to 
3D  models,  and  the  same  tight  tolerances  were  carried  on  to  the  construction  phase. 
Traditional,  Total  Station  based  surveying  methods  would  have  taken  too  much  time, 
jeopardizing  steel  erection  which  was  on  the  critical  path.  Hoffman  utilized  3D  laser 
scanning  and  compared  the  results  with  the  design  model  to  determine  whether 
adjustments were needed. 
 
40 
3.1.2.  Denver Art Museum 
Design 
The architect, Daniel Libeskind has speculated that a building as complex as the Denver 
Art  Museum  extension  could  not  have  been  built  on  time  and  on  budget  using 
conventional  2D  design  and  documentation  methods.  Early  on  it  was  decided  that  all 
prime  subcontractors  (Structure,  Mechanical,  Electrical,  Plumbing,  and  Fire  Protection) 
were   going   to  produce  BIM  models  of  their  work,  which  were  combined  into  a  single 
model  by  the  general  contractor  (Mortenson).  The  models  became  the  nucleus  of 
communication  and  quickly  changed  how  the  project  team  interacted  and  collaborated. 
The design model, created and manipulated by Studio Daniel Libeskind with a general-
purpose 3D solid and surface modeling software called Form-Z, was used primarily as a 
geometry and visualization tool. 
For structural design, the centerline planes of each wall were defined by the architect, and 
then a 3D wireframe model was developed and exported to structural analysis packages 
(Figure 14, 15). The structural engineer (Arup) used SAP2000 for structural analysis and 
eventually  developed  a  very  detailed  model  containing  every   member   in  the  building, 
including floor diaphragms. Several additional models were also required for the complex 
stair framing, which winds its way around the atrium space. The composite floor framing 
was modeled in RAM Steel, as the primary floor beams also carry significant axial loads 
from the inclined walls. The results of the global SAP2000 and RAM Steel analyses were 
combined into a spreadsheet to design these members. The interaction of the steel-framed 
structure with the concrete floor diaphragms necessitated the inclusion of the effects of 
cracking, creep, and shrinkage of the concrete. This was accomplished by  running  several 
analysis models with a range of concrete stiffnesses and ensuring every member design 
was  adequate  for  the  forces  from  each  of  the  models  (Jackson,  Zekioglu,  Shlemon  & 
Mayes, 2007). 
 
 
41 
 
 
Figure  14.  Wireframe  Design  Model  (left).  Figure  15.  Developed  Design  Model 
(Eastman, 2006). 
 
Once the structural analysis was complete, the wireframe model was handed over to the 
steel detailer along with 2D paper based drawings. From these documents, Dowco created 
a “hung/rotated” Tekla model, so that the actual member sizes,  alignment , and camber, 
together with an allowance for fireproofing, could be coordinated with other disciplines 
(Appendix D). The Tekla model became the BIM model on the project – in addition to 
geometry,  it  included  real  steel  information:  material  grades,  bolts,  welds,  etc.  Dowco 
shared their intelligent Tekla model with the general contractor, who forwarded it on to 
other  trades:  MEP,  cladding,  connection  designer  (SCI),  etc.  When  the  design  was 
nearing  completion,  Mortenson  used  Navisworks  to  run  clash  detection  between  all  the 
different models (heating, ventilation and air conditioning, fire protection, electrical). 
The  design  of  the  connections  presented  a  particular  challenge  for  SCI,  with  some 
connections requiring the joining of up to 10 structural members in three different planes 
(Figure 16). In addition, where the members in the walls also support the floor, they were 
generally  rotated  to  be  in  a  web  vertical  plane  for  bending  efficiency,  thus  further 
complicating  the  connection  design.  By  using  3D  programs,  the  designers  sought  to 
resolve  all  of  the  geometrical  problems  during  the  design  stage  (Figure  17)  (Jackson  et 
al., 2007). 
 
 
42 
 
Figure 16. Complex Connection in 2D (left). Figure 17. Complex Connection Modeled in 
Tekla (Eastman, n.d.). 
 
The  steel  erector  (LPR)  designed  over  50  temporary  shores  required  to  support  the 
structure  in  its  various  stages  of  construction.  Each  shore  was  unique  considering  the 
geometry  and  the  design  load.  The  Tekla  model  was  used  by  LPR  to  develop  the 
interfaces  between  the  shores  and  the  steel  members  (Figure  18).  Since  many  of  the 
shores  emerged  from  inside  the  building,  the  exact  3D  information  was  necessary  to 
avoid  clashes  between  the  shores  and  the  surrounding  structure.  LPR  developed  CAD 
models of the individual shores, which were transmitted electronically back to Dowco for 
incorporation  into  the  master  Tekla  model.  Dowco  then  completed  the  detailing  of  the 
custom shoring interfaces at each location (Curtis Mayes, personal communication, May 
10, 2010). 
 
 
43 
 
Figure  18.  LPR’s  3D  CAD  Shore-to-Structure  Interface  (Curtis  Mayes,  personal 
communication, May 10, 2010). 
 
The  project’s  documentation  consisted  of  2D  drawings  together  with  the  3D  model.  It 
was  the  first  time  that  3D  construction  documents  were  an  explicit  contractual 
requirement. As the Tekla model was refined by the steel detailer, it eventually replaced 
the paper design documents and became the  official  structural steel document record. 
Early  in  the  design  of  the  Denver  Art  Museum,  it  was  decided  that  this  project  was  an 
excellent  candidate  to  utilize  Building  Information  Modeling.  The  architect’s  Form-Z 
model, the engineer’s SAP2000 wireframe and RAM Steel models were shared with the 
general  contractor  who  forwarded  them  on  to  the  detailer.  A  Tekla  model  was  used  to 
position  the  sloping  members  and  design  the  connections,  run  clash  detection  and 
constructability  analysis.  Even  the  steel  erector’s  shoring  system  was  incorporated  into 
the master Tekla model. BIM not only helped to visualize the complex structure, but also 
facilitated the flow of information between different software platforms. 
 
 
 
44 
Fabrication 
Given the complex geometry of the structure, one of the keys to the success of the project 
was the ability to easily and accurately determine the position and alignment of different 
steel members. Conventional alignment techniques were not an option. Prior to bidding 
the  project,  LPR  provided  a  preliminary  “Structural  Steel  Alignment  Plan”  to  the 
fabricator, which required incorporation of XYZ survey coordinates into the Tekla model. 
All  the  primary  columns  (sloping  and  vertical)  were  detailed  and  fabricated  with  shop 
drilled “alignment control holes” designed to hold a surveyors prism at a theoretical point 
in  space  (Figure  19).  In  addition,  a  second  survey  location  was  fabricated  into  the 
member utilizing a centerpunch mark to  locate  and  install  a reflective tape target (Figure 
20) on the surface of the column. Total Station surveying instruments were programmed 
with this information. 
 
 
Figure 19. Total Station Surveying Target in the Field (left). Figure 20. Modeled Targets 
on a Wide Flange Column (Curtis Mayes, personal communication, May 10, 2010). 
 
The project routinely had very large skewed gusset plates that were shop fitup and shop 
welded.  Changes  to  the  design  were  submitted  to  the  fabrication  team  accompanied  by 
3D wireframe electronic files that accurately positioned the added or changed members in 
3D space. 
With the help of 3D visualization tools, Arup was able to coordinate the frame, ductwork 
and  piping,  minimizing  coordination-related  requests  for  information.  Every  beam 
penetration was factory-cut and its location known during the design phase (Figure 21). 
When a duct intersected a steel member, for example, a penetration was indicated on the 
 
45 
shop drawings, which were then used by the fabricator to create the precise cuts required. 
This made for easier assembly during construction and little reworking in the field (Post, 
2006b). 
 
 
Figure  21.  Duct  Clashing  With  a  Beam  (left).  Beam  Penetration  Indicated  in  the  3D 
Model (Post, 2006b). 
 
The  shop  drawing  review  process  –  mostly  a   function   of  connection  design  –  was 
coordinated  between  SCI  and  Dowco  electronically  by  using  Tekla.  The  connections 
were  verified  directly  within  Tekla  during  online  meetings.  However,  2D  connection 
drawings were still  sent  to the general contractor who forwarded them on to the architect. 
There  were  two  reasons  why  paper  based  shop  drawings  were  used  on  this  project. 
Firstly, many CNC machines cannot  perform  welding automatically. They can  drill  holes, 
cut  openings  and  even  mark  beams  where  plates  should  be  welded,  but  people  are  still 
needed to manually perform most of the welds. Secondly, the city authorities of Denver 
required a  hard   copy  with an engineer’s stamp on it. The legal framework at the time was 
not able to accommodate 3D as-built models. 
Due to the fact that almost every subcontractor had to  submit  a 3D model to the general 
contractor for review, a comprehensive cash detection was possible. For example, where 
the HVAC ductwork clashed with a steel beam, an opening was indicated in the model. 
Because  all  the  ventilation  ductwork  was  hidden  in  the  confined  space  of  the  sloping 
walls, it was important to discover all the clashes during the design phase. This way the 
structural engineer had enough time to reanalyze the modified beams and make necessary 
adjustments.  Additionally,  BIM  tools  allowed  to  speed  up  the  shop  drawing  review 
process,  by  viewing  the  model  remotely  in  Tekla  during  online  meetings.  Critical  steel 
members  were  modeled  with  alignment  control  holes  to  hold  a  surveyor’s  prism.  Their 
 
46 
position  was  indicated  in  the  BIM  model  in  the  form  of  XYZ  coordinates,  which  were 
uploaded to the surveying equipment. Accurate prefabrication was the key on the Denver 
Art Museum, and this was greatly aided by BIM tools, such as Tekla, Navisworks, RAM 
Steel, etc. 
 
Construction 
Arup handed over their SAP2000 model to LPR’s in-house engineers to be used in the 
steel  erection  process.  Initially,  a  wireframe  was  extracted  from  the  model  and 
manipulated in CAD to help develop the overall erection phasing plan. Then it was used 
to determine acceptable shoring locations for the project. Sequencing of the structure was 
developed and distributed to the steel team to explain the flow of work. LPR created an 
18- step   erection  plan  for  the  2,740  tons  of  steel.  The  plan,  which  included  shoring, 
rigging  design  and  crane  reach  drawings,  was  detailed  in  3D,  including  step-by-step 
sequencing. 
Once the preliminary shoring locations were confirmed and the sequence of erection was 
determined, structural load cases were developed (using the shared SAP2000 model) for 
multiple phases of construction. Load cases included loads from wet concrete  slab  pours, 
cured concrete slabs, partially erected portions of the structure as well as various stages of 
shore removal based on the erection plan. These structural models ultimately determined 
design  loads  for  the  shores.  The  specifications  for  the  project  required  that  the  erector 
prove  the  structure  was  not  overstressed  during  any  phase  of  construction.  It  became 
apparent  that  positioning  of  the  shores  was  critical  to  assure  that  overstress  conditions 
would not occur (Figure 22). 
 
 
47 
 
Figure 22. Upper Level Shores (Curtis Mayes, personal communication, May 10, 2010). 
 
The Tekla model also provided extremely valuable information for the rigging design of 
complex  and  critical  lifts.  The  Tekla  viewer  had  the  ability  to  easily  calculate  a  very 
accurate  weight  and  center  of  gravity  of  an  assembly  or  multiple  assemblies  within  the 
model  (Appendix  E).  This  information  was  used  by  LPR  to  design  the  rigging  for  the 
complex lifts on the project (Figure 23). 
 
 
48 
 
Figure 23. Rigging for a Complex Lift Modeled in 3D. Lifting the Actual Piece (Curtis 
Mayes, personal communication, May 10, 2010). 
 
Mortenson’s 3D digital model, built from design-team models, included steel, concrete, 
ductwork,  piping,  conduit,  fire  sprinklers,  scaffolds,  temporary  steel,  falsework,  crane 
locations,  even  rigging  frames  for  steel  lifts.  It  was  used  during  construction  for 
development  and  coordination  of  shop  drawings,  generated  in  2D  for  field  use. 
Mortenson’s 4D model, which added the element of time, was used for visualization and 
construction sequencing – for virtual prebuilding as a way to educate subcontractors and 
anticipate  and eliminate field problems (Post, 2006b). 
Prior to the start of steel erection, very detailed 3D erection procedures were developed 
for  each  area  and  provided  to  the  field,  resulting  in  clarity  that  could  not  have  been 
accomplished with 2D illustrations or verbal instructions. 
 
 
49 
 
Figure 24. Working Session in the Field Office (Eastman, 2006). 
 
LPR’s  field  office  was  set  up  with  high  speed   internet    access ,  multiple   computers   and 
software, including AutoCAD, Tekla and DesignCAD for viewing and manipulating most 
of the electronic information that was part of the project (Figure 24). 3D CAD models of 
the  shores,  shore  interfaces  and  shoring  foundations  were  transmitted  to  the  field  for 
clarification and  proper  installation. Field Engineers, Project Superintendents and Raising 
Gang  Foremen  routinely  referred  to  the  Tekla,  DesignCAD  and  AutoCAD  models  for 
visualization  purposes.  Preliminary  erection  plans  were  reviewed  in  the  field  and  then 
final  erection  plans  were  developed  considering  field  conditions,  shipping  conditions, 
fabrication  schedules  and  erection  stresses.  After  the  structure  was  complete,  the  Tekla 
model was used to illustrate as-built position and alignment drawings that could be easily 
interpreted by all concerned parties. 
The steel erector, LPR, used 3D tools extensively on this project. 3D illustrations were 
beneficial when explaining the complex erection sequence to the ironworkers and also to 
determine the best rigging  solution . The time needed to manually calculate the center of 
gravity of a complex preassembled steel piece would have been substantial. 3D modeling 
enabled LPR to verify the clearance of the shores, which were in certain places erected 
from  the  inside  of  the  structure.  On  this  project,  the  structure  would  deform  after  the 
shores  were  removed,  and  this  had  to  be  taken  into  account  during  construction. 
 
50 
According to the people who worked on the Denver Art Museum, it would have been a 
nightmare to try to build it using 2D tools. 
The  second  part  of  the  Analysis  chapter  looks  at  the  five  propositions  to  determine 
whether the collected data confirms the expectations. Based on the literature review, the 
following propositions were developed: 
•  Intelligent  computer  aided  design  and  construction  tools  help  achieve  the  tight 
tolerances required to design and build a complex steel structure; 
•  Building Information Modeling helps to reduce RFIs; 
•  3D and BIM produce cost-savings and reduce project duration; 
•  Intelligent virtual models reduce clashes and provide constructability input; 
•  Working  with  BIM  models  increases  collaboration  between  different  project 
participants. 
These propositions are aimed at answering the research question: how are 3D and BIM 
changing the design, fabrication and construction of complex steel structures? 
 
51 
3.2. Propositions 
Intelligent computer aided design and construction tools improve accuracy and help 
to achieve the tolerances required to design and build a complex steel structure. 
One reason that the Denver Art Museum and the Seattle Central Library are considered 
complex  is  their  unusual  form,  which  creates  heightened  requirements  for  accuracy. 
Unlike  the  Walt  Disney  Concert  hall  built  by  Mortenson  and  the  Experience  Music 
Project  built  by  Hoffman,  which  are   quite   forgiving  due  to  their  swooping  forms,  SCL 
and DAM have angular planar faces that have to come together just right for everything 
to work. 
The combined tolerance for the Library’s façade system was ½ inch, which meant that the 
design,  fabrication  and  construction  had  to  be  extremely  accurate.  The  main  reason  for 
this  is  the  diamond  shaped  curtain  wall  that  had  to  line  up  perfectly  with  the  structural 
steel. During the design phase, 3D models were used to determine the deflection of the 
inclined  building  faces.  Based  on  that  information,  the  reading  room  steel  grid  was 
reinforced  by  a  series  of  raking  columns  and  doubled  up  diagonal  members  called 
“amoebas.” The “amoebas” allowed the structural shell to achieve an optimal thickness, 
while stiffening the membrane and preventing it from crumpling. Structural steel sections 
were designed to limit their depth, minimize the number of connections, and unitized to 
fit on a truck bed. 
During  fabrication,  there  was  no  need  to  create  shop  drawings  from  scratch,  and  risk 
overlooking  something  or  accidentally  entering  the  wrong  dimensions.  All  the  required 
information concerning member sizes, camber, bolt holes, etc., was already available in 
the 3D model.  
The library was very demanding from a construction perspective, due to numerous lines 
that had to  remain  perfectly straight. Not only was there minimal room for adjustments, 
but also the steel grid being part of the interior finish would reveal every single alignment 
flaw.  Verifying  the  location  of  the  diagonal  steel  by  using  traditional  surveying 
equipment  would  have  seriously  delayed  steel  erection.  By  using  laser  scanning  and 
comparing  the  results  to  the  Tekla  model  Hoffman  was  able  to  quickly  determine  the 
required adjustments and convey that info to the field crews (Interview, 04/23/2010). 
 
52 
For the Denver Art Museum, the shoring towers needed to be very accurately designed 
because  in  many  places  they  had  to  fit  inside  the  structure.  Precise  positioning  of  the 
shores  was  critical  to  assure  that  overstress  conditions  would  not  occur  in  the  building 
throughout  the  multiple  stages  of  construction.  The  steel  erector,  LPR,  developed  3D 
models of all the shores and they were integrated with the main Tekla model. 
The  ductwork  for  the  Museum  had  to  fit  inside  the  leaning  walls  and  therefore  it  was 
mandatory  to   know   its  exact  size  and  position  before  the  installation.  The  MEP  model 
was used to indicate the location of penetrations so all the holes could be factory cut. 
The Museum utilized a different alignment technique than the Library. LPR developed a 
method of transferring the XYZ coordinates for the Total Station targets of the surveying 
system  from  the  virtual  model  to  the  steel  columns.  During  erection  the  surveyor 
compared  the  actual  location  of  the  beam  to  the  theoretical  XYZ  position  in  the  model 
and determined the necessary adjustments. Up to 26 surveyor’s prisms were used on the 
project  at  one  time  as  well  as  a  majority  of  the  reflective  tape  targets  (Interview, 
05/12/2010).  
Over  the  last  decade,  steel  fabricators  have  moved  from  AutoCAD  and  Microstation  to 
3D fabrication applications by Tekla, Design Data and AceCAD. Today, majority of steel 
fabrication shops in the U.S. are 3D-based, using one of the three packages. 3D models 
are  used  to  produce  bill  of  materials  for  estimating,  CNC  instructions  for  cutting  and 
drilling equipment, and assembly drawings for erection (Eastman, 2004). 
For  both  projects  the  required  tolerances  were  met  and  the  deflections  fell  within  an 
allowable range. After the Library’s temporary steel was removed and the building had 
settled,  a  final  survey  revealed  that  the  structure  had  rotated  just  7/8  in.  (22  mm)  and 
settled  5/8  in.  (16  mm).  Surveys  conducted  after  the  completion  of  the  Denver  Art 
Museum  revealed  that  the  structure  had  moved  into  its  anticipated  position  with 
permanent deflections of no more than ¼ in. (6 mm). 
 
Building Information Modeling helps to reduce RFIs. 
If  every  set  of  Construction  Documents  were  clear,  unambiguous,  and  complete, 
interpretation would be unnecessary, as the intent and understanding of the parties would 
 
53 
be self-evident. Unfortunately, this is not  usually  the case. The RFI procedure is used to 
fill gaps, resolve conflicts, or clarify certain ambiguities. It is often necessary to confirm 
the  interpretation  of  a  detail,  specification  or  a  note  on  the  construction  drawings  or  to 
secure a documented directive or clarification from the architect or  client  that is needed to 
continue work. 
One promise of BIM is to significantly reduce the number of RFIs, because there is more 
information in a 3D model than in traditional 2D documents. This in turn results in less 
paperwork and communication time thus speeding up the construction process. This was 
the case with the Denver Art Museum, which had only 1,300 Requests For Information 
compared  to  the  10,000  RFIs  Mortenson  had  when  building  the  Walt  Disney  Concert 
Hall, finished in 2003. Although the Concert Hall was twice as big as the DAM and in a 
highly  seismic  zone,  a  nearly  tenfold  reduction  in  RFIs  illustrates  the  effectiveness  of 
BIM.  However,  an  opposite  phenomenon  was  observed  on  the  Library.  According  to 
different  participants,  there  were  considerably  more  RFIs  than  originally  anticipated. 
Even  though  both  projects  utilized  a  multitude  of  3D  models,  the  results  were  totally 
different. 
There  seems  to  be  a  direct  correlation  between  the  number  of  RFIs  and  the  following 
three factors: 1) complexity of the structure, 2) completeness of construction documents, 
and 3) extent of collaboration between project participants. Both the SCL and the DAM 
had  a  highly  complex  structure  and  incomplete  drawings  –  detailing  of  the  steel 
connections  was  left  to  the  detailer.  The  biggest   difference   was  how  the  construction 
documents were shared. For the Seattle Central Library, the architect refused to share its 
3D  model  and  only  provided  2D  documents.  The  same  happened  with  the  curtain  wall 
design builder Seele, who eventually sent their wireframe model to Hoffman. Without an 
accurate  design  model,  every  question  was  confirmed  in  an  RFI.  At  the  start  of  the 
Denver  Art  Museum  project,  it  was  decided  that  the  architect  would  share  their  model 
with  everyone  and  submitted  both  2D  drawings  and  a  3D  model  as  part  of  the 
construction  documents.  Mortenson  acted  as  a  gateway,  collecting  all  the  different 
subcontractor models and combining them into one master model. 
BIM helps to reduce RFIs only if the project has a highly collaborative environment and 
the architect produces a design model showing all the elements and intersection points. 
An  incomplete  design  of  a  complex  structure  conveyed  through  2D  documents  will 
 
54 
results  in  a  many  RFIs  because  all  the  other  project  members  will  have  to  use  that 
information as a staring point for their work. 
 
3D and BIM produce cost-savings and reduce project duration. 
There have been several case studies and articles about the cost and time  saving  aspects 
of  BIM  on  conventional  buildings.  However,  there  is  very  limited  information  about 
whether  the  same  benefits   apply   for  buildings  of  much  greater  complexity.  As  was 
discussed  earlier,  a  reduction  in  RFIs  means  fewer  collisions  on  the  jobsite  and  less 
rework. Mortenson implemented a process where issues were identified in a pre-detailing 
request  and  resolved  through  interactive  online  meetings.  That,  combined  with  an 
intelligent  3D  model  of  the  Museum,  prevented  approximately  1,200  clashes,  which  in 
turn  enabled  to  complete  the  steel  erection  3  months  early.  At  the  end  on  the  project, 
Mortenson returned nearly $400,000 back to the owner. 
In addition to reducing RFIs, on projects with very unique geometry, BIM helps to speed 
up  the  detailing  process.  Different  steel  applications  have  varying  degrees  of  design 
automation. A big productivity enhancement is  automatic  connection detailing, allowing 
a   user   to  set  up  design  rules  that  can  go  through  each  member  and  automatically  trim 
connection  as  needed,  select  the  type  of  connection,  based  on  structural  loads  and 
geometry,  and  apply  all  the  clips  and  plates,  bolts  and  welds  needed  to  produce  that 
connection on each of the pieces joined. This automation can run through a large structure 
in  a  short  time  (minutes)  whereas  a  person  would  take  weeks.  Also,  some  of  these 
packages automatically  update  the connection if any of its inputs change, such as member 
sizes, angles, loads etc. Trying to detail these connections in 2D might easily add a year 
to the overall project duration of a complex structure. 
Having an unusual shape does not  mean  that the building has to be more expensive. The 
Seattle  Central  Library,  at  $273  a  square   foot ,  was  considerably  cheaper  than  San 
Francisco's library, which cost $480 per square foot. The San Francisco Public Library, 
completed in 1996, cost $207 per square foot more even though it has a traditional shape. 
One  reason  for  this  difference  is  3D  modeling,  which  had  not  yet  been  adopted  by  the 
construction  industry  at  that  time.  5  years  later  on  the  Seattle  Central  Library,  a 
computational  fluid  dynamics  model  was  used  to  show  that  a  smaller  and  cheaper  fire 
 
55 
exhaust  system  would  be  sufficient.  Additional  savings  are  attributable  to  making  the 
curtain wall co-modular and co-geometric with the structural steel – something that could 
not have happened without the extensive use of 3D modeling. 
Regardless  of  all  the  3D  modeling  done  on  the  Seattle  Central  Library,  the  project 
finished 8 months behind schedule. From Figure 25 it is evident that the deadline slippage 
was  heavily  influenced  by  delays  during  the  detailing  and  fabrication  of  the  structural 
steel skeleton.  Additional  delays  are  attributable  to  difficulties  demolishing  the  existing 
library and utilizing all the asbestos and a delayed notice to proceed. During excavation, 
the only element remaining from the old library, a 43-ft-deep (13.1 m) foundation wall 
started   moving . It took 4 weeks to strengthen the soil-nail shoring system. Shortly after 
that, unforeseen site conditions made over excavation necessary causing additional delays 
for 20 workdays. The start of steel detailing was delayed for 2 months because BDS did 
not  receive  an  accurate  wireframe  model  on  time.  The  detailer  spent  a  considerable 
amount  of  time  to  create  a  comprehensive  model  from  2D  documents.  The  slanting 
façade proved more difficult to design and fabricate than originally anticipated. To make 
up for some of the lost time, the general contractor started overlapping critical tasks and 
employed more people to shorten the overall duration.  
The  library’s  Dispute  Resolution   Board   divided  responsibility  for  delays  among  the 
owner,  general  contractor,  steel  detailer  and  the  shoring  design-builder.  Change  order 
requests  totaling  $8.5  million  were  in  dispute.  Fortunately  the  owner  had  professional 
liability insurance , which covered all the claims. 
Virtual design and construction tools clearly have an impact on the overall project cost 
and duration even for a very complex structure. Cost savings are clearer on the Denver 
Art  Museum  where  BIM  models  were  openly  shared.  Delays  with  the  Seattle  Central 
Library  were  partly  due  to  difficult  subsurface  conditions  and  partly  due  to  the 
unwillingness  of  the  architect  and  the  curtain  wall  design/build  subcontractor  to  share 
their  3D  models.  Despite  the  Library’s  unconventional  shape,  which  created  a  lot  of 
requests  for  information,  innovative  use  of  3D  detailing,  fabrication  and  erection  tools 
helped to stay within the budget regardless of the delays. 
 
56 
Figure 25. Seattle Central Library Schedule Comparison.
ID
2002
2003
2004
Aug
Sep
Oct
Nov
Dec
Jan
Feb
Mar
Apr
May
Jun
Jul
Aug
Sep
Oct
Nov
Dec
Jan
Feb
Mar
Apr
May
Jun
Jul
Aug
Sep
Oct
Nov
Dec
Jan
Feb
Mar
Apr
May
Jun
Jul
1
80 days
Shoring, demolition & excavation
Planned completion  date
Actual completion date,
delay  ca. 8 months
2
160 days
dur. +80 days
3
140 days
Conc. Structure below 5th ave & core through roof
4
221 days
+81 days
5
85 days
Detailing and fabrication of structural steel
6
290 days
+205 days
7
100 days
Structural steel & diamond grid erection
8
140 days
+40 days
9
160 days
Rough-in & framing
10
188 days
+28 days
11
85 days
Metal deck & concrete slab thru roof
12
85 days
+0 days
13
90 days
Fireproofing
14
90 days
+0 days
15
145 days
Curtain wall & building enclosure
16
145 days
+0 days
17
170 days
Finishes level 0-2
18
165 days
-5 days
19
150 days
Finishes level 3-11
20
125 days
-25 days
21
215 days
Commissioning & punch list
22
87 days
-128 days
23
55 days
Owner  move -in
24
70 days
+15 days
57
Intelligent virtual models reduce clashes and provide constructability input. 
A clash in construction illustrates a situation where two or more building systems try to 
occupy  the  same  space,  e.g.  a  ventilation  duct  runs  into  a  beam.  The  more  complex  a 
structure is, the more potential there is for clashes. With the traditional approach, the first 
subcontractor on the job has the most room to install its systems, the more trades finish 
their  job  the  less  space  there  is  for  the  next  subcontractor.  This  method  is  not  very 
efficient  and  on  a  highly  complex  job  it  can  be  nearly  impossible  to  fit  all  the  HVAC, 
plumbing,  fire  suppression  equipment  and  electrical  conduit  inside  the  confined  spaces 
without constructability analysis. 
Constructability is a project management technique to review construction processes from 
start  to  finish  during  a  pre-construction  phase.  When  a  building  is  first  assembled  in 
virtual  space,  obstacles  can  be  identified  before  the  beginning  of  construction  This  can 
help to pinpoint clashes and coordinate work between different subcontractors. Both the 
Seattle  Central  Library  and  the  Denver  Art  Museum  had  an  extensive  preconstruction 
phase, during which the general contractor acting as a construction manager was working 
with the design team to determine an optimal way to build the structure.  
On  both  projects  MEP  routing  and  penetration  information  was  imported  to  the  main 
Tekla  model.  This  allowed  the  engineer  to  determine  structural  impacts  and  make 
necessary adjustments. Most of the penetrations were cut in the factory, which resulted in 
a  smooth  and   fast   assembly  in  the  field.  Mortenson  used  Navisworks  to  run  clash 
detection  between  the  heating,  ventilation  and  air  conditioning,  fire  protection,  and 
electrical models. The results were projected on a large  screen  at subcontractor planning 
meetings so collisions between the systems could be worked out as a team, deciding what 
pipe had to bend or move. The subcontractor moving a component then worked out the 
changes  on  the  virtual  model  for  the  next  teem  meeting.  MEP  work  was  placed  in  the 
field based on laser survey equipment (Total Station) with coordinates from the models. 
Model-based surveying and layout avoids “tolerance stacking” as each member is placed 
according to the x,y,z coordinates (Eastman, 2006).  
On the Denver Art Museum the steel erector built complex wall sections on the ground 
and lifted them into place as a single element. Sometimes these sections contained up to 
26 different steel pieces, which would have required considerably more shores if they had 
been stick built in place one member at a time. By using the Tekla model, LPR was able 
 
58 
to figure out the crane rigging, so that the preassembled  module  would hang in the correct 
tilt and attitude when it was picked up. During the preconstruction phase the erector was 
tasked with figuring out how to shore the structure to avoid overstress conditions while 
keeping the construction site as clear as possible. Importing the shoring models directly 
into Tekla helped LPR and Dowco figure out their exact location in 3D space. Because of 
this, LPR did not have a single clearance problem while erecting the shores, even though 
some of them were within half an inch of a beam flange (Interview, 05/14/2010). 
Instead of sending reams of paper for scheduling, Mortenson e-mailed the 4D schedule to 
subcontractors  as  an  AVI  movie  file  produced  with  NavisWorks.  The  virtual  schedule 
included approximately 4,000 different activities. 3D and 4D models helped to determine 
the  erection  sequence  and  explain  it  to  the  subcontractors,  eliminate  change   orders   and 
the need to rework sections before the construction activity had begun. 
As  a  result  of  an  extensive  preconstruction  process,  the  steel  for  both  structures   went  
together  extremely  smoothly  considering  that  there  was  no  such   thing   as  a  “typical” 
connection.  3D  models  were  an  integral  part  of  the  preconstruction  process,  helping  to 
visualize all the connections, run clash detection between different building systems and 
figure out the sequencing and rigging.  
 
Working  with  BIM  models  increases  collaboration  between  different  project 
participants. 
To achieve the best outcome and utilization of a building, architects and engineers have to 
work  together.  The  more  complex  a  building  is,  the  more  coordination  is  required 
between all the members - from the design team to the construction crews. Collaboration 
in construction means brining the design and construction crews together and forming a 
team  early  on.  The  Seattle  Central  Library  and  the  Denver  Art  Museum  both  had  an 
extensive  preconstruction  phase  to  figure  out  the  structural  steel  constructability  issues, 
including  connection  design,  erection  sequencing,  shoring  and  coordination  with  other 
trades.  On  the  Museum  project,  Mortenson  pushed  the  sharing  of  three-dimensional 
electronic models between design and construction teams from the start. The design team 
shared  their  Form-Z  wireframe  and  SAP2000  structural  model  with  the  general 
contractor, who used them to coordinate the construction of the entire project (Figure 26). 
 
59 
Figure 26. Denver Art Museum Data Exchange Diagram. 
Symbols: 
 
2D documents 
 
Wireframe model 
 
Mortenson coordinates all the 
BIM model 
 
subcontractor models and 
runs clash detection. 
 
Electrical sub. 
Dynalectric Co. 
 
3D wireframe 
2D documents 

3D Tekla 
3D Tekla 
 
Design team 
Navisworks 
General contractor 
Daniel Libeskind & 
Mortenson 
 
Davis Partnership 
Mechanical sub. 
 
3D wireframe 
3D wireframe 
SAP2000 
3D Tekla 
U.S. Engineering 
2D documents 
from Form-Z 
model 
 
Steel detailer 
 
Engineer of re  cord 
3D Tekla 
Dowco 
Arup 
3D Tekla 
3D Design 
CAD model 

SAP2000 
model 

Steel erector 
Connection design 
LPR 
Structural 
Arup  hands  over their analysis 
Consultants Inc. 
model to LPR so they could use 
it to design shores.  
NOT OK 
OK 
Submittal  
process 
2D shop drawings 
produced directly 
from Tekla 

The detailer, connection design engineer 
and the engineer of record verify the 
Steel fabricator 
connections online on a weekly basis. 
Zimmerman 
60 
 
Figure 26 illustrates the data exchange between different project participants working on 
the  museum.  On  this  project  every  firm  was  contractually  obligated  to  share  their  3D 
models in addition to the usual 2D deliverables. The architects handed over their Form-Z 
3D  wireframe  model  accompanied  with  engineer’s  SAP2000  analytical  model  without 
hesitation.  The  general  contractor,  Mortenson,  who  was  the  model  manager  on  this 
project  coordinated  the  entire  BIM  effort.  They  shared  the  wireframe  with  the  detailer 
who was able to use it as a reference and produce and accurate Tekla model. The Tekla 
model was then handed over to Mortenson who shared it with all the subcontractors. 
 
Continuous  input  from  the  detailer  and  the  fabricator  was  paramount  throughout  the 
entire preconstruction process, which started two years before groundbreaking, in order to 
assure  that  the  details  being  drawn  were  not  only  possible  to  fabricate,  but  also 
economical  and  practical  for  such  an  extreme  structure.  The  steel  detailer,  connection 
designer and structural engineer collaborated on a weekly basis viewing the Tekla model 
on-line  with  “Microsoft  NetMeeting”  for  visualization  in  order  to  develop  connections 
that could ultimately be fabricated and erected. As the Tekla model was updated, it was 
routinely  shared  via  FTP  site  with  the  erector  for  preplanning  purposes.  In  addition  to 
online meetings, the steel fabricator, erector and general contractor attended weekly face-
to-face meetings. The Tekla model was projected on a large screen and turned to review 
all sides of the bolted connections and welds.  
Instead of sending reams of paper for scheduling, Mortenson e-mailed their 90 day look 
ahead  4D  schedule  to  subcontractors  as  an  AVI  movie  clip.  This  clip  was  a  graphic 
representation  of  the  construction  schedule,  depicting  various  activities  in  different 
colors. This enabled project participant to understand thousands of schedule activities in 
minutes (Figure 27). 
 
Figure 27. 4D Model of the Denver Art Museum (Eastman, 2006). 
 
61 
The design team first thought of sharing the 3D model similarly to sharing 2D CAD data. 
The model was originally viewed as an adjunct to the 2D process. What was discovered is 
that BIM models open the door to innovation and communication at a higher level. As the 
project  evolved,  the  models  became  central  in  much  of  the  dialog,  while  the  2D 
documents became the accessory (Eastman, 2006). 
On the Seattle Central Library, the general contractor implemented a  similar  interactive 
coordination process. Early on in the design phase OMA/LMN and MKA worked closely 
with Hoffman and Seele to establish an optimum grid size and span for the exterior skin. 
After  several  alternatives  had  been  studied,  a  4  by  7  foot  diamond  grid  was  selected. 
When  the  architects  had  determine  the  location  of  the  key  diamond  on  each  building 
elevation,  Hoffman  and  Seele  collaborated  to  array  the  grid  geometry  up  each  building 
face.  The  next  step  was  for  Seele,  OMA/LMN  and  MKA  to  figure  out  exact  mullion 
connections. It was an iterative process culminating in the construction of life-size curtain 
wall mockups for the most difficult corner conditions. 
Although the library had a 15-month long preconstruction phase, the design team refused 
to share their models with the construction team, and handed over only 2D plans, sections 
and  elevations  (Figure  28).  In  comparison  to  the  DAM,  the  reluctance  to  share  models 
caused  significant  delays  and  inefficiencies.  Hoffman  was  responsible  for  providing  an 
accurate  model  to  its  subcontractors,  however  they  were  hoping  to  simply  pass  on  the 
architect’s  model  when  the  preliminary  design  was  completed.  Unfortunately,  the 
contract language was not clear enough to indicate whether the designers were obligated 
to  share  their  models  or  not.  OMA  &  LMN  were  unwilling  to  take  the  increased  risk 
associated with 3D models. Therefore Hoffman had an option to produce a BIM model 
in-house  and  risk  delaying  the  following  processes  or  hope  that  the  next  subcontractor 
would produce a model and share it with everyone else. They chose the latter approach, 
hoping that the curtain wall design-builder would hand their model over to Hoffman. That 
did not  happen  and the steel detailer who was expecting a reference model from Hoffman 
only received 2D documents. This caused a 2-month delay, during which Hoffman kept 
asking for Seele’s wireframe. Eventually Seele handed over their wireframe model with a 
liability waiver. However, the model was neither complete nor sufficiently accurate and 
the  steel  detailer  had  to  spend  6  more  months  modeling  the  library  than  originally 
anticipated. 
 
62 
Figure 28. Seattle Central Library Data Exchange Diagram. 
Symbols: 
Not responsible for delays 
 
Design team 
OMA/LMN & MKA 
The design team hands over 2D 
Responsible for delays 
 
 
documents to the general contractor 
2D 
Change in schedule 
General contractor 
2D documents 
Hoffman 
Hoffman transmits the 2D 
drawings to Seele in Germany  
2D 
Wireframe model 
Curtain wall 
3D model 
design-builder 
Seele creates a 3D curtain wall model, but refuses to share it with 
Seele 
Hoffman. Eventually Seele hands over their wireframe model with 
a liability waiver 
3D wireframe 
General contractor 
Hoffman 
Hoffman  is  unable  to  produce  an  accurate 
3D wireframe 
wireframe  model  of  the  steel  centerline 
geometries  and  the  start  of  the  detailing 
Steel detailer 
process is delayed by 2 months. 
BDS 
3D Tekla 
Steel  detailer  starts  receiving  flawed 
3D Tekla 
wireframe  models,  which  are  not  accurate. 
Curtain wall 
Every   issue   that  requires  clarification  is 
MEP designers 
design-builder 
Seele 
finalized in an RFI. This results in a schedule 
McKinstry etc. 
slippage of 6 months. 
NOT OK 
Submittal  
OK 
process 
2D shop drawings 
produced directly 
from Tekla 

Steel fabricator 
Canron 
Steel erector 
TEC 
2D erection 
drawings and 3D 
Tekla model 

63 
 
An online SharePoint system allowed the general contractor, structural engineer (MKA) 
and steel detailer (BDS) to look at the model in real time and determine how to design the 
complex  steel  connections.  This  approach  sped  up  the  shop  drawing  review  allowing 
different  participants  in  various  locations  to  collaborate  and  work  on  the  model  at  the 
same  time.  On  some  occasions,  Hoffman  had  to  fly  to  Arizona  and  meet  with  BDS  in 
person to figure out some of the more complex issues. The actual transmittal was sent as a 
hard copy to the fabricator, and the fabricator forwarded them on to Hoffman, and then 
Hoffman  forwarded  them  on  to  the  engineer  and  architect  for  final  review  (Interview, 
04/22/2010). 
Hoffman developed a method to view exact building conditions without transmitting the 
Tekla model back and  forth  or attempting to document the condition in 2D. The method 
involved generating avi files from the Tekla model, which were attached to and sent with 
RFIs. The avi’s allowed the engineers to pan, zoom and  rotate  the condition illustrated. In 
many  cases,  the  engineers  used  screen  capture  from  the  avi  to  indicate  the  desired 
solution (Stenning & Taylor, 2005). 
Both  projects  clearly  experienced  increased  collaboration  that  started  already  in  the 
preconstruction  phase.  The  architect,  engineer  and  general  contractor  collaborated  on  a 
weekly basis using 3D models to covey the complex design and perform constructability 
analysis.  However,  to  get  the  most  out  of  BIM,  the  contract  language  needs  to  clearly 
state which parties will share their models. On the Seattle Central Library, the architect 
and the curtain wall design/build subcontractor refused to share their models, because of 
ambiguities  in  the  contract.  This  delayed  steel  detailing  and  eventually  erection.  The 
Denver  Art  Museum  showed  that  when  building  models  are  openly  shared,  all  parties 
benefit.  Working  on  a  highly  complex  building,  BIM  has  the  potential  of  bringing 
different project participants together earlier, but to truly benefit from this technology, the 
design models need to be shared with the construction team. 
The  analysis  has  confirmed  three  propositions  out  of  five.  The  use  of  3D  and  BIM  on 
highly  complex  steel  structures  does  improve  overall  accuracy;  information  rich 
intelligent models provide constructability input, thus reducing clashes and rework in the 
field; and working with models creates a collaborative team environment where the  focus  
is  on  figuring  out  how  to  build  the  structure  in  an  optimal  way.  The  resulting  two 
propositions  did  apply  for  the  Denver  Art  Museum,  but  not  for  the  Seattle  Central 
 
64 
Library.  In  comparing  these  two  cases,  it  appears  that  Building  Information  Modeling 
helps  to  reduce  RFIs  only  if  the  architects  produce  complete  design  documents  and 
openly  share  their  3D  models.  3D  models  produce  cost-savings  and  reduce  project 
duration  only  if  the  contract  language  clearly  states  how  the  models  are  going  to  be 
coordinated and how the risk will be shared. Savings are attributable to less rework on the 
site,  increased  prefabrication,  fewer  RFIs  and  change  orders,  automated  steel  detailing, 
faster shop drawing review process, clear and coherent erection instructions, etc. 
The last chapter of this thesis will present a comparison between the two cases and sum 
up the findings of this research effort. The interviewees’ visions of the future trends in the 
steel construction industry are also presented. The thesis ends with recommendations for 
further research. 
 
65 
Chapter 4: Conclusion 
 
To answer the research question “How are 3D and BIM changing the design, fabrication 
and  construction  of  complex  steel  structures?”  five  propositions  were  developed  and 
analyzed in the context of the two construction projects. What was discovered, is that one 
of the reasons why there has been an increase in the design and construction of buildings 
with highly complicated geometry is the advent of 3D and BIM tools.  
While it would have been theoretically possible to build the Seattle Central Library and 
the Denver Art Museum using the traditional 2D approach, the added time and cost would 
have made such endeavors financially unfeasible. Therefore, 3D and BIM speed up the 
design,  fabrication  and  construction  process  by  enabling  the  preconstruction  team  to 
assemble the building in virtual space before the actual construction begins. The design 
takes  place  in  a  more  concurrent  fashion  –  instead  of  one  consultant  handing  over  its 
drawings  to  the  next  person,  project  members  are  brought  together  earlier,  during 
preconstruction,  so  they  can  all  work  on  the  same  model.  Even  when  people  are  in 
different  countries,  online  meeting  tools  combined  with  data  rich  building  information 
models help to visualize constructability issues that would not be possible in 2D. As the 
complexity  of  a  structure  increases,  so  does  the  need  to  coordinate  all  the  different 
building systems. By running clash detection between different shop drawing models, the 
design team is able to anticipate problems and take corrective actions before they develop 
into change orders. 
Late changes to the design are accompanied with a wireframe model showing the location 
of the changed member. This is especially helpful for the fabricator, who no longer has to 
go through all the paper drawings and compare them to the previous version to find what 
has changed and where. Moreover, the steel detailer can produce shop drawings directly 
from the Tekla model, eliminating the need to redraw all the members and connections. 
Both the Seattle Central Library and the Denver Art Museum experienced a great deal of 
prefabrication  –  from  factory  cut  duct  penetrations  to  welded  gusset  plates  and  drilled 
alignment control holes. 
 
66 
During  the  construction  phase,  model-based  approach  is  crucial  for  meeting  the  tight 
tolerances  set  for  these  buildings.  Laser  surveying  tools  coupled  with  reference  models 
provide  quick  feedback and avoid tolerance stacking. Construction shacks are fitted with 
workstations  and  necessary  software  so  the  foremen  and  steel  erectors  can  plan  their 
work. Images produced from 3D models are helpful for explaining the complex erection 
sequence to the  iron  workers. Moreover, Tekla Structures is used to calculate the center 
of gravity so that the steel piece would hang in the correct position. The location and type 
of cranes is determined in the BIM model. This not only helps to see whether the crane 
boom reaches the staging area, but also if the crane is powerful enough to lift every piece.  
Despite  the  benefits  of  3D  and  BIM,  the  model-based  approach  has  not  yet  solved  a 
fundamental  problem regarding the completeness of the design documents. The architects 
tend to hand over a design that is often only 80% complete. Regardless of whether they 
hand over a 3D model or 2D drawings, the main question is, does the design team know 
where  all  the  steel  is:  elevators,  floor  openings,  roof  openings,  edge  of  concrete.  When 
the design drawings are found to be incomplete or inaccurate, the detailing process cannot 
run  smoothly  –  production  becomes  inefficient  and  fragmented.  One  way  how  BIM 
attempts to address this issue, is by bringing different project participants together earlier, 
letting  them  influence  each  other  by  sharing  ideas  and  offering  input  during 
preconstruction.  As  was  illustrated  by  the  Seattle  Central  Library,  there  needs  to  be  a 
clear understanding as to what the design team is going to provide. Architects have been 
reluctant  to  accept  the  increased  risk  without  proper  compensation.  BIM  creates  a 
considerable up front cost and a there needs to be a clear  commitment  from the owner to 
accept that. 
Despite the fact that in recent years several computer hardware producers have released 
compact  tablet  PC’s, builders still  prefer  to use paper drawings on the jobsite. Although, 
there have been a few projects, where tablet PC’s have been successfully used in the field. 
Also the City authorities currently require a hard copy of the as-built drawings.  
While most people have embraced the paradigm shift, there are still some companies who 
have  postponed  the  adoption  of  BIM  because  of  the  learning  curve  and  an  initial 
investment for new hardware and software. There are certain jobs, where 2D drafting is 
faster than 3D modeling, however 3D models are becoming a contractual deliverable and 
 
67 
companies  who  do  not  have  in-house  3D  modeling  capability  are  soon  forced  to 
subcontract that service. 
Finally,  the  multitude  of  BIM  software  creates  a  requirement  to  translate  between  the 
different file formats and this can results in lost data that has to be manually corrected. 
Fortunately  the  steel  software  industry  has  adopted  the  CIMsteel  Integration  Standards, 
which   enable   different  software  to   export   engineering  data  from  one  application  and 
import  it  into  another.  The  problem  is  more   serious   with  less  known  software,  which 
might use a proprietary file format. 
The  following  table  sums  up  the  main  impacts  that  3D  and  BIM  had  on  the  design, 
fabrication and construction of the Seattle Central Library and the Denver Art Museum. 
 
Table No. 2. Impacts of BIM and 3D. 
 
Seattle Central Library 
Denver Art Museum 
The extent of BIM 
The only true BIM model was 
Early on in the design process 
used on the project 
created by the steel detailer 
it was decided, that all prime 
(BDS). The curtain wall 
subcontractors (structure, 
subcontractor’s (Seele) model 
mechanical, electrical, 
was created using proprietary 
plumbing and fire protection) 
software and it is unknown 
were going to produce 
whether it can be considered a 
intelligent shop drawing 
BIM model, but it did contain 
models. These were all 
production instructions and 
integrated with the main steel 
packaging information.  
BIM model (from Dowco) by 
the general contractor 
(Mortenson). 
The amount of 3D 
Most parties used 3D models, 
All parties used 3D modeling 
modeling 
including the architect, Seele, 
tools. The starting point was 
BDS, structural engineer 
the wireframe model produced 
(MKA), steel erector (TEC) 
by the architects and contract 
and the general contractor 
documents. 3D models flowed 
(Hoffman). At the end of the 
from the architects to the 
day, the architect’s designs and  engineers to the steel erector 
also the shop drawings were 
(LPR). Even the temporary 
represented in 2D. 
shores were designed in 3D. 
 
 
 
 
 
68 
Table No. 2. continued
 
Seattle Central Library 
Denver Art Museum 
Governing documents  During all phases of 
The design model (along with 
construction paper-based 2D 
2D documents) was given to 
documents governed. 
Mortenson for use without 
warranty, as a geometric 
control. As the project evolved, 
the use of 2D drawings quickly 
decreased. However, 2D 
documents still governed. 
Impact on surveying 
Having a baseline 3D model 
X,Y,Z coordinates of critical 
was instrumental for the state-
steel members were extracted 
of-the-art laser scanners. 
from the 3D model and fed into 
Traditional Total Station based  Total Station surveying 
surveying would have taken 
equipment. This helped to 
considerably more time.  
speed up the surveying 
process, increase accuracy and 
avoid tolerance stacking. 
Impact on schedule 
Although the project was 
3D and BIM helped to reduce 
completed 8 months behind 
design related RFIs and solve 
schedule due to problems with  clashes prior to construction. 
the substructure, intelligent 3D  This enabled to complete steel 
modeling (Tekla) helped to 
erection three months ahead of 
expedite steel bidding, 
schedule. 
detailing and erection. 
Impact on cost 
A temporary steel model from 
Reducing the construction 
MKA increased the accuracy 
schedule by 3 months, 
of subcontractor bids. 
minimizing rework and 
Nevertheless, due to delays 
maximizing preassembly 
there were no significant cost 
reduced the construction cost 
savings. 
by $400,000. 
Collaboration 
3D models did bring different 
On this project BIM models 
enhancements 
project participant together in 
were openly used to coordinate 
the preconstruction phase, but 
the work of different 
since the architect refused to 
subcontractors. By having 
share their model, BDS was 
everybody on board from day 
forced to create one from 2D 
one, the preconstruction team 
drawings. During shop 
was able to build the structure 
drawing review the Tekla 
in virtual space before actual 
model was in the center of the 
construction began. Online 
online collaboration effort. 
collaboration tools like Webex, 
enabled people in different 
places to work on the model at 
the same time. BIM acted as a 
catalyst for collaboration, 
enhancing teamwork. 
 
 
 
69 
Table No. 2. continued
 
Seattle Central Library 
Denver Art Museum 
Impact on design 
The Tekla model was useful 
Without 3D tools, designing 
for discovering clashes 
this building would have been 
between the structural steel 
almost impossible. 3D models 
and the MEP ductwork. 3D 
not only helped to visualize the 
tools helped to visualize the 
complex steel structure and 
complex connections for both 
speed up the detailing process, 
the diagonal steel and curtain 
but they were also used by 
wall mullions. Without 3D it 
museum curators for analyzing 
would have been extremely 
the interior spaces. LPR 
difficult to line up the curtain 
designed and positioned the 
wall with the structural steel. A  shoring system in 3D to make 
CFD model was used to 
sure  that it fit perfectly through 
demonstrate that a smaller 
the outward leaning walls. 
smoke exhaust system was 
Various modeling tools were 
sufficient. 
used for the composite floor 
framing and structural analysis. 
Impact on fabrication  The 3D steel detailing model 
The shop drawing review was 
was used to sequence 
coordinated between the 
fabrication and erection. 
connection design team (SCI) 
Seele’s curtain wall model 
and Dowco directly within 
included CNC instructions, 
Tekla. Changes to the design 
which meant that traditional 
were submitted to the 
shop drawings were not 
fabrication team along with the 
necessary.  
wireframe model, helping to 
position the changed members 
in space. This sped up the 
fabrication. Thanks to clash 
detection, every beam 
penetration was factory cut. 
Large gusset plates were shop 
fitup and shop welded. 
Impact on 
Increased accuracy and speed 
3D helped to determine shoring 
construction 
thanks to laser surveying. Due 
locations and LPR used images 
to constructability analysis 
produced from models to 
during the design phase, there 
educate iron workers how to 
was minimal rework on the site   erect  the structure. Moreover, 
and some parts were 
BIM was used for determine 
preassembled in the factory. 
the correct rigging for 
preassembled steel pieces. 3D 
and BIM minimized the need 
for rework on site. 
 
 
 
70 
Based on Table No. 2, 3D and BIM are changing the design, fabrication and construction 
of complex steel structures in the following ways
•  Increased collaboration between the design and construction crews; 
•  Architects are  expected to share their 3D model with the general contractor; 
•  Increased steel prefabrication; 
•  Adoption of innovative surveying tools; 
•  Efficient clash detection process; 
•  Less rework on site due to increased accuracy during fabrication and erection; 
•  3D erection sequencing illustrations; 
•  Accurate crane reach drawings and rigging information; 
•  Fewer RFIs, faster project  deliver , cost savings; 
•  Faster shop drawing review; 
•  Powerful visualization capabilities of BIM software help to convey design ideas. 
 
The Seattle Central Library was completed in 2004 and the Denver Art Museum in 2006, 
which means that at the time this thesis was being written (2010), that information was 4-
6  years  old.  Every  year  major  software  developers  release  new  versions  of  the  virtual 
design and construction tools that take advantage of the latest developments in computer 
hardware. To get an understanding as to where the industry was moving, the interviews 
conducted as part of this research concluded with 4 questions about the future trends. The 
results are presented next. 
 
4.1. Future Trends 
In 2010, most of the steel design, fabrication and construction information in the U.S. is 
conveyed in the form of 3D models. Structural engineers and steel detailers were the first 
to  adopt  3D  tools,  followed  by  architects,  general  and  trade  contractors  and  finally 
fabricators.  The  use  of  intelligent  BIM  models  usually  depends  on  the  owner’s 
willingness to pay more during the design development phase, but in the steel industry, 
more and more companies produce BIM models even if the owner does not specifically 
request them. According to the people that were interviewed, there has yet to be a project, 
which fully implemented 5D modeling (intelligent 3D geometry + time + cost).  
 
71 
Although  there  has  been  a  rapid  increase  in  3D  modeling,  in  2010,  2D  construction 
documents  still  govern.  3D  models  are  handed  over  to  the  construction  team  with  a 
liability waiver, because the architects do not want to bear the  extra  risk without proper 
compensation.  In  addition  to  3D  shop  drawing  models,  detailers  still  produce  2D 
documents,  which  are  often  requested  by  city  authorities.  The  shop  drawing  review 
process is expected to become completely digital within the next 5-10 years. 
The  next  big  step   forward   in  the  steel  detailing  industry  is  expected  to  be  multi  user 
modeling.  In  Tekla  Structures  v.16  this  is  called  “Model  Synchronization”  and  in 
ArchiCAD   v.13  “BIM   Server .”  The  main  model  is  uploaded  to  a  central  server,  and 
everyone who wants to gain access, simply logs on and locks the part of the structure they 
will be working on. This takes collaboration to the next level allowing several people to 
edit one model at the same time. Everyone can see who is currently accessing the model 
and which part are they working on. 
To  build  a  structure  in  virtual  space,  the  detailers,  fabricators  and  erectors  need  to  be 
involved as consultants during the design phase to provide feedback. BIM is engaging all 
the  different  project  participants  earlier  in  the  design  process.  This  in  turn  means  that 
more  money  will  be  spent  during  the  preconstruction  phase  and  there  needs  to  be  a 
commitment from the owner to accept that. 
Finally, the standard contract document will have to be modified to reflect the increased 
responsibility  and  coordination  requirements.  As  we  are  shifting   away   from  2D  paper-
based  documents,  the  legal  framework  will  need  to  catch  up  to  accommodate  the  new 
way of constructing buildings. 
The following three subchapters – BIM in Estonia and Neighboring Counties; BIM on the 
Job Site; Addressing Legal and Contractual Issues; - try to put this thesis into Estonian 
context. Although the thesis was written while attending the University of Washington in 
the United States, the defense will be presented at Tallinn University of Technology in 
Estonia. Therefore the concluding sections of this thesis are meant to illustrate the use of 
Building Information Modeling and its effects on construction contracts in Estonia. 
 
 
72 
4.2. BIM in Estonia and Neighboring Countries 
Estonia  has  a  highly  developed  information  technology  (IT)  infrastructure.  We  have 
implemented  a  digital  ID  card  system,  and  in  2005   local   elections  were  held  with  the 
official  possibility  to  vote  online  —  the  first  case  of  its  kind  in  the  world.  In  the  first 
quarter of 2010, 75% out of 1.34 million people in the country used internet according to 
Statistics  Estonia  (Internet  in  Estonia,  2010).  Most  offices  and  households  have 
permanent high-speed internet connections and online banking is widely used. Estonian-
based  companies  like  Skype,  Playtech,  Edicy,  etc.  have  spearheaded  the  IT  revolution. 
Nevertheless,  not  all  of  this  technological  enhancement  has  yet  fully  reached  the  AEC 
sector
Outside  of  the  USA,  the  Scandinavian  region  is  considered  as  the  most  active  in  BIM 
implementation.  However,  compared  to  neighboring  Finland,  Denmark  and  Norway, 
countries who have been using virtual design and construction tools for years, Estonia has 
just  recently  begun  showing  real  interest  in  that  field.  One  of  the  reasons  might  be  the 
lack  of  very  challenging  buildings  with  complex  geometry  that  would  necessitate  a 
collaborative 3D approach.  
Secondly,  until  recently  there  has  been  almost  no  demand  for  BIM  from  neither  public 
nor private sector clients. In 2001, Riigi Kinnisvara Aktsiaselts (State Real  Estate  Ltd.) 
was established with the objective to guarantee the saving and effective provision of real 
estate services to the executors of state authority. 8 years later, in 2009 they developed 
national Building Information Modeling  guidelines . The first, and so far the only public 
building to explicitly require the use of BIM in Estonia was the 44,760 square feet (4,158 
m2) Police and Emergency Services building in Narva – tendered in April, 2010. 
Another reason to explain the slow adoption rate of BIM is the fact that in 2010, two of 
the biggest universities in Estonia, the University of Tartu (UT) and Tallinn University of 
Technology (TUT) had only a few BIM courses in their curriculum. The five year MSCE 
program  at  TUT  introduces  Autodesk  Robot  Structural  Analysis,  Revit  Structure  and 
Tekla Structures in the 4th year of studies. Perhaps there should be some classes teaching 
the  theoretical  aspects  of  BIM  during  the  first  and  second  year  of  studies.  That  way 
students would have a wider understanding of the impacts of BIM on the AEC industry in 
general.  
 
73 
Although  Estonia  has  a  population  of  only  1.34  million,  both  Autodesk  and  Graphisoft 
have established a local presence. For example, Commuun OÜ, an Estonian based AEC 
consulting  company  is  Autodesk’s  Silver   partner   offering  various  software  for  both 
architects  and  engineers.  Their  services  range  from  technical  assistance  to  organizing 
comprehensive  training  events.  Another  local  company  offering  BIM  training  and 
software  is  3D  Ekspert  OÜ.  Their  focus  is  mainly  on  Graphisoft’s  products  like 
ArchiCAD and Artlantis.  
Companies  involved  in  energy  efficient  building  design  were  the  first  in  Estonia  to 
embrace a model based approach. A special branch at the University of Tartu has been 
using  building  models  to  run  insolation  and  energy  analysis.  Several   Nordic   countries 
have been implementing the Passive House standard, which requires a very low annual 
energy  consumption,  and  this  is  where  prospective  homeowners  have  started  to  request 
building  models.  Software  like  Autodesk  Ecotect  can  use  a  BIM  model  to  run  a 
comprehensive  analysis  to  determine  the  thermal  performance,  water  usage,  solar 
radiation, day lighting and even shadows and reflections of the proposed building.  
A  survey  by  Skanska  in  Estonia  in  2010  revealed  that  2/3  of  the  44  engineering  and 
design  firms  that  responded,  believed  they  were  using  Building  Information  Modeling 
(Inkinen, 2010). Unfortunately this information is probably not accurate because without 
a  clear  definition  of  BIM  in  the  Estonian  language,  several  companies  are  mistakenly 
referring to every 3D model as a Building Information Model, which is not accurate. And 
even companies like Skanska, Ramboll, EA Reng, Aksiaal, Contactus, Amhold etc. who 
are correctly defining BIM as a relational database, hand over their designs in the form of 
2D drawings, mainly because the owner is not willing to pay for the model. This can be 
the   perfect   time  for  innovative  companies  to  (re) train   their  staff,  upgrade  computer 
hardware and overhaul their business model to accommodate model based collaboration. 
Currently the AEC industry in Estonia is not mature enough to support the use of BIM 
throughout  the  design,  fabrication,  construction  and  operations  and  maintenance  phase. 
However, companies like EA Reng AS and Arhitektuuribüroo PLUSS OÜ have started 
looking  for  prospective  partners  who  are  interested  in  establishing  an  interdisciplinary 
workflow to support the exchange of models. The purpose of such an endeavor is to map 
the software platforms most often used in Estonia and  pick  an appropriate file format to 
share the models. It is absolutely vital to agree early on who will be the model manager: 
 
74 
the  engineer  or  the  architect.  It  will  be  that  persons  responsibility  to  gather  all  the 
different models, make sure that the most recent files are used, run clash detection and 
coordinate the entire BIM effort between various companies. 
 
4.2.1.  BIM in Finland 
In Finland (50 miles north of Estonia) Senate Properties is the public owner who has been 
running  pilot  projects  using  Building  Information  Modeling  for  several  years.  Starting 
from  October  2007,  Senate  Properties  decided  to  require  models  meeting  the  IFC 
(Industry  Foundation  Classes)  standard  in  their  projects.  They  have  created  detailed 
modeling  guidelines  to  convey  the  level  of  detail  for  models  during  different  design 
phases. The guidelines are in Finnish language and  cover  general principles of modeling 
in  construction  projects,  architectural  design,  structural  design  and  in  building  services 
design. In 2007 a survey conducted in Finland revealed that 93% of architecture firms and 
60% of engineering firms were using BIM to some extent in their projects (Wong, Wong 
& Nadeem, 2009).  
Several  private  organizations  like  Skanska  Oy,  Tekes,  and  the   Association   of  Finnish 
Contractors  are  actively  promoting  the  implementation  of  BIM  along  with  Senate 
Properties. Research programs and universities in Finland are running several programs 
involving  BIM.  For  example,  VTT  and  Tampere  University  of  Technology  are 
investigating  industrial  processes  with  the  support  of  an  Open  Virtual  Building 
Environment.  
VTT  Technical  Research  Centre  is  the  biggest  multi-technological  applied  research 
organization  in  Northern  Europe.  VTT  actively  participated  in  the  international 
development  and  standardization  of  integrated  BIM  when  the  International  Alliance  of 
Interoperability (IAI) was formed in 1996. VTT is driving the sustainability movement in 
Finland, and their goal is to use the information generated in the design phase during the 
operations phase of a building. 
Finland  is  also  home  to  the  Tekla  Corporation,  an  international  construction  software 
company  whose  model-based  software  products  like  Tekla  Structures,  have  been 
successfully implemented in almost 100 countries. 
 
75 
 
4.2.2.  BIM in Norway 
In Norway, the state client Statsbygg has promoted the use of BIM during the last few 
years.  Also  the  Norwegian  Homebuilders  Association  has  encouraged  the  industry  to 
adopt BIM and IFC. The BIM  Manual  in Norway is based on the NS8353 CAD manual, 
and is prepared in coordination with the NBIMS standard in the USA. The manual was 
originally meant for Statsbygg only, but is now being used by other parties in Norway as 
well.  
It  is  estimated,  that  the  vast  majority  of  public  projects  constructed  in  2010  will  use 
Building  Information  Modeling.  In  the  private  sector  Selvaaf-Bluething  is  developing 
BIM solutions. SINTEF in Norway is the leading organization conducting research in the 
field  of  Building  Information  Modeling.  SINTEF  is  part  of  the  Erabuild  network  of 
national  research  and  development  programs,  focusing  on  sustainable  tools  to  improve 
construction and operation of buildings. It is estimated that approximately 22% of AEC 
companies in Norway have used or implemented BIM (Wong, Wong & Nadeem, 2009). 
4.2.3.  BIM in Denmark 
In Denmark there are at least 3 public agencies who are requiring BIM in their projects: 
The Palaces and Properties Agency, the Danish University and Property Agency and the 
Defense Construction Service. Denmark has actively promoted its requirements for using 
BIM  in  public  sector  projects.  Such  requirements  from  the  government  are  known  as 
Byggherre Kravene.  
The  architects,  designers  and  contractors  participating  in  public  sector  construction 
projects in Norway have to utilize a number of digital routines, methods and tools starting 
from January 2007. The use of intelligent 3D models has been related with the price of 
the project. For projects above 5.5 million Euros, 3D models of the design have to fulfill a 
number  of  requirements  regarding  content  and  the  level  of  detail  for  various  phases, 
which are to be defined by the client for an individual project.  
Rambøll  is  one  of  the  private  organizations  in  Denmark  performing  research  in  BIM. 
Danish  Enterprise  and  Construction  Authority  is  another  organization  supporting  the 
research  in  BIM.  Other  companies  and  several  universities  are  also  performing  R&D 
 
76 
work in the field of BIM. For example, the work in Aalborg University is focused on IFC 
model  servers.  Aarhus  School  of  Architecture  is  focusing  on  product  configuration, 
design  intent  and  IFC  model  servers  whereas  the  Technical  University  of  Denmark  is 
working on interoperability (Wong, Wong & Nadeem, 2009). 
From the practices of Finland, Denmark and Norway it is evident that the implementation 
of BIM starts with a public organization taking the lead and drafting BIM guidelines. At 
the  same  time,  strong  support  of  the  private  sector  is  also  required  in  the  form  of 
university programs and R&D initiatives by top AEC companies. Finland, Denmark and 
Norway  realized  the  benefits  of  virtual  design  and  construction  tools  around  2007, 
whereas the first BIM  guideline  in Estonia was drafted almost 3 years later in 2009. At 
the same time this might not be such a bad course of events for Estonia. We now have an 
excellent opportunity to learn form the mistakes and successes from other countries and 
adopt the best practices. If Estonian architecture, engineering and construction companies 
want to remain  competitive  both domestically and internationally, they have to embrace 
BIM now. 
 
4.3. Addressing Legal and Contractual Issues 
Most of the legal documents that regulate the AEC industry in Estonia have not yet been 
updated to address the specific issues regarding the use of Building Information Models. 
Neither  the  national  Building  Code  nor  the  Construction  Contract  General  Conditions 
mention building models or the use of virtual design and construction tools.  
The  relationships  between  owners,  contractors  and  architects  in  the  US  are  most 
commonly regulated by a set of standard contract documents. The American Institute of 
Architects (AIA) and the Associated General Contractors of America (AGC) have drafted 
standard contract documents that have been used for decades by both public and private 
real-estate  developers  in  the  US.  However,  the  rapid  adoption  of  virtual  design  and 
construction  tools  in  the  United  States  has  necessitated  the  creation  of  additional 
guidelines  and  legal  frameworks  to  accommodate  the  use  of  Building  Information 
Models.  
The first and so far the only documents specifically designed to regulate and promote this 
new  approach  in  Estonia  were  the  BIM  guidelines  released  on  November  23,  2009  by 
 
77 
State  Real  Estate  Ltd.  and  a   regulation   by  the  Minister  of  Economic  Affairs  and 
Communications,  effective  since  September  25,  2010,  which  specifies  the  requirements 
for construction documents. Although the regulation states that all construction drawings 
have to be in the form of planar drawings, 3D models can now be added to the project 
documents  for  informative  purposes.  Moreover,  all  the  different  design  phases  – 
conceptual design, schematic design, design development and construction documents – 
can  be  augmented  with  3D  models.  According  to  the  regulation,  all  the  required 
documents for a construction permit can be submitted digitally.  
The first version of the Estonian BIM Guide defines the relevant terminology, specifies 
modeling  stages,  units,  coordinate  system,  software  requirements,  file  naming 
convention ,  etc.  Appendix  1.  of  the  guidelines  defines  the  recommended  level  of  detail 
according  to  different  modeling  stages  and  responsibilities  between  the  architect, 
structural engineer and MEP engineer. However, the  current  version of the Estonian BIM 
Guide  does  not  address  the  coordination  issues  between  different  project  participants, 
change  management  or  archival  requirements.  All  this  will  have  to  be  addressed  on  a 
project by project basis in the procurement documents. 
Information  rich  models  raise  several  unique  legal  and  contractual  questions,  including 
(Lowe & Muncey, 2009): 
•  Does  BIM   alter   the  traditional  allocation  of  responsibility  and  liability  exposure 
among owners, designers, contractors, and suppliers?  
•  What are the risks of sharing digital models with other parties? 
•  Does  the  party  managing  the  modeling  process  assume  any  additional  liability 
exposure? 
•  What  risks  arise  from  potential  interoperability  of  the  various  BIM  software 
platforms in use? 
•  How should intellectual property rights be addressed? 
•  How  might  BIM  alter  the  set  of  post-construction  deliverables  on  a  project,  and 
what are the implications of the changes? 
•  And, perhaps most importantly, how can the project contracts enhance rather than 
limit the benefits to be gained through the use of BIM? 
 
 
78 
The US legal system has been addressing these issues for the last few years. As a result, 
the  AIA  developed  documents  E201,  E202  and  the  AGC  developed  ConsensusDOCS 
301. These are not standalone contracts, but have to be attached to the owner-contractor 
or owner-architect agreements. 
E202  establishes  the  requirements  for  model  content  at  five  progressive  levels  of 
development and the authorized uses of the model content at each level of development. 
This  document  assigns  authorship  of  each  model  element  by  project  phase,  much  like 
Appendix  1.  of  the  Estonian  BIM  guidelines.  In  addition,  E202  defines  the  extent  to 
which model users may rely on model content, clarifies model ownership, sets forth BIM 
standards  and  file  formats  and  provides  scope  of  responsibility  for  model  management 
from the beginning to the end of the project. The purpose of AIA Document E201 is to 
establish  the  procedures  parties  agree  to  follow  with  respect  to  the  transmission  or 
exchange of data. 
The  central  idea  of  AGC’s  ConsensusDOCS  301  is  that  the  contractual  relationships 
among the three principal parties (owner, design professional, and contractor) should be 
preserved.  This  is  achieved  with  a  BIM  Execution  Plan,  whereby  the  parties  to  the 
contract must identify what models will be created, the purpose of each model and who is 
responsible for creating which model. The parties must also identify the expected content 
of each model and the required level of detail at different project milestones. Each party 
is  only  responsible  for  the  contribution  that  it  makes  to  the  model.  Additionally,  each 
party retains sole intellectual ownership of its models and the models may only be used in 
the scope of the project to which the addendum is attached to. 
To  further  support  the  use  of  virtual  design  and  construction  tools  in  the  US,  General 
Services  Administration  (GSA)  and  Associated  General  Contractors  of  America  have 
created separate BIM guidelines targeting specific audiences. 
In  2003  the  General  Services  Administration,  who  is  responsible  for  meeting  the  space 
requirements of federal US agencies, established the National BIM Program. As part of 
this program, GSA published a series of BIM guidelines: 
1.  3D-4D-BIM Overview; 
2.  Spatial Program Validation; 
3.  3D Laser Scanning, 
 
79 
4.  4D Phasing; 
5.  Energy Performance and Operations; 
6.  Circulation and Security Validation; 
7.  Building Elements; 
8.  Facility Management. 
 
These guides are intended for GSA employees and consultants engaging in BIM practices 
for the design of new construction and major modernization projects for GSA.  
In  2006  AGC  released  Contractors’  Guide  to  BIM,  which  outlined  best  practices  for 
contractors  using  BIM.  The  objective  of  the  guide  is  essentially  to  educate  contractors 
about BIM, including its benefits, tools and applications. 
Currently  the  only  document  in  Estonia  that  directly  addresses  Building  Information 
Modeling is the BIM Guide by State Real Estate Ltd. However, it only covers the design 
and planning phases and does not mention the actual construction or facility management 
phases.  It  would  be  beneficial  to  the  AEC  industry  if  the  Estonian  Association  of 
Construction Entrepreneurs (EACE) were to  draft  a BIM implementation manual similar 
to the AGC BIM Guide. Perhaps the most important step to accommodate virtual design 
and construction is to revise the standard contract documents and draft a BIM addendum, 
which would take into account the legal implications of Building Information Modeling. 
Additionally  the  existing  Estonian  BIM  guide  needs  to  be  updated  to  define  the 
appropriate data exchange procedures and intellectual property rights. It is unclear how to 
proceed if there is a discrepancy between the model and the paper documents. It would 
greatly benefit the AGC industry in Estonia if the majority of issues surrounding BIM are 
covered in standard contract documents and BIM guides instead of deciding everything 
on  a  project  by  project  basis.  A  lot  of  work  needs  to  be  done  before  all  the  project 
participants  feel  comfortable  committing  to  BIM,  but  updating  the  legal  framework  is 
absolutely necessary to unleash the true potential of Building Information Modeling. 
 
 
80 
4.4. BIM on the Job Site 
Recent advances in computer hardware and software have made BIM accessible to every 
member on the project team. It is quite easy to realize the benefits of an information rich 
three-dimensional  building  model  during  the  early  phases  of  project  development 
(planning and design) and after the construction has been completed and the building is 
handed over to the owner (operations and maintenance). However, as much as 30% of the 
cost  of  construction  is  wasted  because  of  inefficiencies  in  the  field  due  to  coordination 
errors,  wasted  materials,  labor  inefficiencies  and  other  problems  (Building  Information 
Modeling  and  the  Construction  Management  Practice:  How  to  Deliver  Value  Today?, 
n.d.). Bringing BIM to the field has been very challenging because of the harsh conditions 
on  a  job  site  and  the  reluctance  to  change  by  site  superintendents  and  other  field 
personnel.  Although  Building  Information  Modeling  will  not  change  the  core 
responsibilities of the site staff, there are several ways in which 3D virtual construction 
tools can be used out on the construction site. 
Laser  scanners  can  be  very  useful  to  determine  the  exact  geometry  of  the  area  being 
scanned. This technology can been used to estimate the actual cut and fill quantities on 
construction  sites  of  different  shapes  and  sizes.  The  scanner  produces  a  point  cloud, 
which is used to create a surface that is then compared to the computer model of the site 
to determine whether the desired excavation depth has been reached. Another application 
for laser scanners was illustrated on the Seattle Central Library. By scanning the inclined 
exterior steel skeleton, the general contractor was able to compare the results to the BIM 
model  to  figure  out  the  differences  and  instruct  the  field  crews  where  and  how  much 
adjustment  was  needed.  However  working  with  point  clouds  can  be  cumbersome  and 
very  time-consuming.  The  result  of  a  laser   scan   is  represented  by  millions  of  separate 
points.  Surfaces  will  have  to  be  manually  created  from  these  points  before  they  can  be 
imported to BIM software.  
Tekla has teamed up with Trimble, a surveying equipment manufacturer, to find a way 
how  to  use  the  existing  BIM  model  during  site  layout.  By  combining  Tekla  Structures 
with  Trimble  Robotic  Total  Stations  and  LM80  Handheld  Software,  only  one  person  is 
needed to determine the exact location of a concrete slab edge or an anchor bolt. Once the 
foundation or other site work is complete, the field crews can quickly resurvey the site to 
gather the actual bolt locations and other data from the filed and transfer it back to the 
 
81 
original 3D model to create as-built drawings (Swinerton pushing BIM to the field, 2010). 
This  two-way  link  enables  the  contractor  to  quickly  and  accurately  use  the  data  in  the 
BIM  model  to  position  a  wall,  without  having  to  measure  from  a  previously  built 
structure thus avoiding tolerance stacking. 
Site  superintendents  are  utilizing  building  models  to  solve  complex  construction  issues 
before they develop into serious problems. For example the visualization capabilities of 
BIM software enables the superintendent to review a connection and instruct the workers 
on how to build it. Moreover, the 4D animations can significantly increase the safety on 
site. During a recent hospital project in the USA, the superintendent had not realized that 
the steel erection sequence he had come up with meant that steel pieces would have to be 
lifted over the people working down below. That however, is a serious safety hazard and 
is  strictly  prohibited.  After  seeing  the  animated  4D  construction  sequence  the 
superintendent quickly reversed the order in which the steel was being erected. 
Another field application that benefits from the use of Building Information Modeling is 
the positioning of cranes and concrete pumps. Traditionally cranes have been positioned 
in 2D by drawing a circle around the center of rotation of the crane to illustrate the reach. 
Without the third dimension (height), it is impossible to say whether the boom will come 
into contact with the building. If the building is modeled in 3D, then it is easy to check 
for clearances after entering the correct boom angle. The same principle also applies for 
positioning concrete pumps. Since a BIM model has accurate information (weight, steel 
grade, geometry, concrete class, etc.) about various building elements, LPR (steel erector 
on the Denver Art Museum) has been using Tekla to determine the center of gravity for a 
preassembled steel detail.  
There is a fundamental problem with digital building information regardless of whether it 
is in the form of 2D drawings or 3D BIM models – the amount of paper required to print 
out  all  the  different  drawings  during  the  entire  construction  process.  Every  time 
something  changes,  new  drawings  have  to  be  printed  out  and  this  constitutes  a  notable 
cost. Now with the help of ruggedized portable computers (e.g. Panasonic ToughBook) 
digital drawings and models can be used to some extent out in the field without printing 
different versions of the same drawings. Free DWG and IFC viewers enable to quickly 
add comments and mark up field issues, which can then be digitally transferred back to 
the  office  for  review.  Regardless  of  all  the  technical  innovation,  a  totally  paperless 
 
82 
construction  site  is  not  probable  anytime  soon.  The  city  authorities  require  paper  based 
as-built drawings and the cost of equipping workers with a tablet PC currently outweighs 
any savings from less printing. 
With  the  help  of  rugged  tablet  computers,  the  BIM  models  can  be  used  on  the  field 
regardless  of  the  weather  conditions.  Autodesk  and  Tekla  have  teamed  up  with  Vela 
Systems to create a paperless construction site. Vela Systems Field BIM software runs on 
mobile  tablet  computers  and  works  with  a  bidirectional  link  to  the  BIM  model.  In  the 
field,  users  can   track   issues  and  materials,  perform  quality  control  and  take  notes 
regarding commissioning and handover (Take construction in hand, 2009). For example 
in the fabrication facility, steel or concrete panels are fitted with RFID (radio frequency 
identification)  tags  and  these  pieces  can  then  be  identified  through  the  use  of  an  RFID 
reader  communicating  with  a  Tablet  PC  that  has  Vela  Systems  Materials  Tracking 
software installed. On a very large construction site this technology helps to track which 
pieces have already been  delivered  and installed. Thanks to the bidirectional link, all this 
data can then be wirelessly synchronized back to the main BIM model in the job shack. 
At the end of construction, the owner  gets  an information rich model, which includes user 
manuals and vital data about different building systems. 
Bridging the gap between design and construction requires certain investment to outfit the 
job shack with HD projectors and computer hardware capable of running the latest BIM 
software.  Depending  on  the  level  of  technical  expertise  of  the  site  personnel  and  the 
complexity of the project, it might be necessary to have a full time model manager on the 
site  to  coordinate  the  BIM  effort.  However,  no  amount  of  technology  will  replace  the 
need  for  a  well-thought-out  approach  to  construction  that  will  allow  each  specialty 
contractor to apply its skills in a safe environment. 
 
4.5. Suggestions for Further Research 
This thesis focused on two complex steel structures in Seattle, Washington and Denver, 
Colorado. Further research should be done to verify the applicability of the findings on a 
larger  scale.  Additionally,  it  would  be  interesting  to  conduct  case  studies  of  steel 
structures in Europe to determine how 3D design, fabrication and construction tools are 
used outside the United States. 
 
83 
Currently  one  problem  with  the  model-based  approach  is  the  multitude  of  different  3D 
models used on a single project. Further research is needed to understand how companies 
are using models created in different 3D and BIM applications. How do they deal with 
translation problems and what are the preferred data exchange formats? Feedback from 
construction professionals and software developers is needed to determine the viability of 
a single virtual model that would include all the different building systems and structural 
elements. 
Finally,  more  case  studies  need  to  be  conducted  to  determine  whether  there  is  a  direct 
correlation between the number of RFIs and the way building models are shared. 
 
84 
Reference List 
 
AEC  Magazine  Web  site.  (n.d.).  Bernstein,  G.  P.   Retrieved   March  6,  2010,  from 
http://aecmag.com/index.php?option=com_content&task=%20view&id=114&Ite
mid=36 
Allen, R. K., Becerik, B., Pollalis, S. N., & Schwegler, B. R. (2005). Promise and barriers 
to  technology  enabled  and  open  project  team  collaboration.   Journal   of 
professional issues in engineering education and practice
, 131, 301-311. 
Andrews,  C.  (2009).  The  promise  of  3D.  Retrieved   February   23,  2010,  from 
http://www.lbxjournal.com/articles/promise-3d/260026 
BIM  and  digital  fabrication.  (2008).  Autodesk.  Retrieved  February  2,  2010,  from 
http://images.autodesk.com/adsk/files/revit_bim_and_digital_fabrication_mar08.p
df 
Building  Information  Modeling  and  the  Construction  Management  Practice:  How  to 
Deliver Value Today? (n.d.). Construction Management Association of America
Retrieved September 25, 2010, from  http://cmaanet.org/bim_article.php 
Björk,  B.  C.  (2010).  The  perceived  value  of  building  information  modeling  in  the  U.S. 
building  industry.  Journal  of  Information  Technology  in  Construction,  15,  185-
201. 
Burt, B. A. (2009, December). BIM interoperability. Structure magazine, 19-21. 
Carter,  C.  J.,  &  Schlafly,  T.  J.  (2008,  March).  $ave  more  money.  Modern  Steel 
Construction, 55-59. 
Chino,  M.  (2008).  BEIJING  BIRDSNEST:  New  pics  of  Herzog  +  deMeuron’s  stadium. 
Retrieved  August  31,  2010,  from   http://www.inhabitat.com/2008/04/10/beijing -
birdsnest-new-pics-of-herzog-demeurons-stunning-stadium/ 
Eastman,  C.  (2004)  Invited  Keynote  Presentation,  New  Methods  of  Architecture  and 
Building Fabrication. ACADIA 2004 Conference, Toronto, Canada. 
Eastman,  C.,  Teicholz,  P.,  Sacks,  R.,  &  Liston,  K.  (2008).  BIM  handbook:  a  guide  to 
building  information  modeling  for  owners,  managers,  designers,  engineers  and 
contractors. 
Hoboken, NJ: Wiley. 
Eastman,  C.  (n.d.).  An  assessment  of  technologies  in  design  and  construction  and 
university  research  opportunities.  Retrieved   June   23,  2010,  from 
http://www.coa.gatech.edu/news/symposiaarchives/EastmanIDS_Atl_Presentation
.swf 
Eastman, C. (2006). Creating stellar architecture using BIM. Retrieved April 12, 2010, 
from  http://bim.arch.gatech.edu/data/reference_paying/ba06_1.pdf 
 
85 
Elvin, G. (2007). Integrated practice in architecture: Mastering design-build, fast-track, 
and building information modeling. NJ: Wiley. 
Farrow,  B.  (2007,  April  12-14).  Procuring  steel  through  an  early-release  steel  package. 
The International Proceedings of the 43rd Annual Conference, Flagstaff, AZ. 
Fischer,  M.,  &  Kunz,  J.  (2004).  The  scope  and  role  of  information  technology  in 
construction. CIFE technical  report , Stanford University, Stanford, CA. 
Glesne, C. (1999). Becoming qualitative researchers: An introduction. White Plains, NY: 
Longman. 
Inkinen, M. (2010, August 4). Mudeldamine tõstab ehitiste kvaliteeti. Äripäev
Internet  in  Estonia.  (2010).  Wikipedia.  Retrieved  October  10,  2010,  from 
http://en.wikipedia.org/wiki/Internet_in_Estonia 
Jackson, M., Zekioglu, A., Shlemon, E., & Mayes, C. (2007, April). A new slant. Modern 
Steel Construction, 30-33. 
Kostura, Z. (2009, May). A search for answers to questions on BIM. Structure magazine, 
28-30. 
Ku, M., Pollalis, S. N., & Fischer, M. A., (2008). 3D model-based collaboration in design 
development  and  construction  of  complex  shaped  buildings.  Journal  of 
Information Technology in Construction, 
13, 458-484. 
LeCuyer, A. (2003). Steel and beyond. New strategies for metals in Architecture.  Basel
Switzerland: Birkhäuser. 
Leicht, R., & Messner, J. (2008). Mowing towards an ‘intelligent’ shop modeling process. 
Journal of Information Technology in Construction, 13, 286-302. 
Lindsey,  B.  (2001).  Digital  Gehry:  material  resistance/digital  construction.  Basel, 
Switzerland: Birkhäuser. 
Lowe,  R.  H.,  &  Muncey,  J.  M.  (2009).  ConsensusDOCS  301  BIM  Addendum. 
Construction Lawyer, 29(1). 
Martínez,  E.  (2010,  January  14).  Entry  post.  Retrieved  June  25,  2010,  from 
http://lgarquitectura.wordpress.com/2010/01/14/bjarke-ingels/ 
McClellan,  A.  (2008).  Museum  designers  wrestle  with  an  age-old  question:  Who’s  the 
star  -  the  building  or  its  contents?  Retrieved  June  25,  2010,  from 
http://www.tufts.edu/alumni/magazine/winter2008/features/artarchitecture.html 
Menges, A. (2006). Manufacturing diversity. Architectural Design, 2, 70-77. 
Merriam,  S.  (1988).  Case  study  research  in  education:  A  qualitative  approach.  San 
Francisco, CA: Jossey-Bass. 
Mitchell, D. (2009, September). The promise of virtual design. Civil Engineering, 51-59. 
Morrison,  J.  (2010).   Here    comes   the  youth.  Retrieved  August  27,  2010,  from 
http://www.fineartsla.com/tag/walt-disney-concert-hall 
 
86 
Pietroforte, R. (1995). Cladding systems: technological change and design arrangements, 
Journal of architectural engineering, 1, 100-107. 
Post, N. M. (2003, November 3). Seattle page turner. You can’t  tell  a library by its cover. 
Engineering News Record, 19-26. 
Post, N. M. (2006a, June 5). Team members seek ways out of the building modeling haze. 
Engineering News Record, 28-32. 
Post,  N.  M.  (2006b,  May  15).  Virtual  starchitecture.  Denver  museum’s  wild  wing 
showcases  artistry  of  digitally  enabled  construction.  Engineering  News  Record, 
25-30. 
Powell, A. E. (2008, May). Are you ready for BIM? Civil Engineering, 43-57. 
Quinn,  B.,  &  Willard,  L.  (2010,  February).  I’ll  volunteer  to  review  the  shop  drawings. 
Modern Steel Construction, 50-52. 
Reifschneider,  M.,  &  Santamont,  K.  (2009).  Managing  the  quality  of  structural  steel 
building  information  modeling.  Retrieved  January  16,  2010,  from 
http://www.bechtel.com/assets/files/TechJournal/2009/Power%2002%20Managin
g%20the%20Quality%20of%20Structural%20Steel%20BIM.pdf 
Schinler,  D.,  &  Nelson,  E.  (2008,  December).  BIM  and  the  structural  engineering 
community. Structure magazine, 10-12. 
Seattle Central Library. (2005, May). Modern Steel Construction, 27-28. 
Smilow,  J.  (2007,  November).  Practical  BIM.  How  are  engineers  and  architects 
implementing and using this developing technology. Modern Steel Construction, 
27-29. 
Stenning,  D.,  &  Taylor,  J.  (2005,  November).  Diamonds,  steel,  and  a  Star  Wars  laser. 
Structure magazine, 42-46. 
Swinerton pushing BIM to the field: Connection Building Information Models to robotic 
total  stations.  (2010).  Tekla.  Retrieved  September  12,  2010,  from 
http://www.tekla.com/us/solutions/references/Pages/swinerton.aspx 
Take  construction  in  hand.  (2009).  Autodesk.  Retrieved  September  12,  2010,  from 
http://resources.autodesk.com/files/construction/whitepapers/FieldBIM_Brochure .
pdf 
Taylor,  J.,  &  Stenning,  D.  (2005,  November).  Diamonds,  steel,  and  a  Star  Wars  laser. 
Construction of the Seattle Central Library. Structure magazine, 42-46. 
Trammell,  M.  (2009,  December).  Benefits  of  early  steel  detailing.  Modern  Steel 
Construction, 26-28. 
Tuchman, J. L., & Ding-Kemp, A. (2006, October 23). Hierarchical structure introduces 
logic to randomness. Engineering News Record, 26-29. 
 
87 
Weisenberger,  G.  (2009,  January).  The  BIM  in  the  real  world.  Modern  Steel 
Construction, 58-60. 
Weisenberger,  G.  (2007,  February).  Between  dimensions.  3D  detailing  software  is 
making strides, but 2D is still going strong. Modern Steel Construction, 59-60. 
Weisenberger, G. (2008, February). Getting into the details. Modern Steel Construction, 
57-58. 
Weisenberger,  G.  (2009,  August).  To  infinity  and  beyond.  Modern  Steel  Construction, 
42-45. 
Whited, G. C., & Gatti, W. J. (2007, March). Rethinking Shop Drawings. Modern Steel 
Construction, 47-48. 
Wong, K. D. A., Wong, K. W. F., & Nadeem, A. (2009, October 5-9). Comparative Roles 
of  major  stakeholders  for  the  implementation  of  BIM  in  various  countries. 
Proceedings of the Changing Roles 2009 Conference, Noordwijk, Netherlands. 
Yin, R. K. (2009) Case study research: Design and methods. Thousand Oaks, CA: SAGE 
Inc. 
Zekioglu, A., Shlemon, E., McConahey, E., & Karakas, M. (2006, December). Braced for 
the future. Civil Engineering, 38-45. 
 
88 
Appendix A: BDS Interview 
Company being interviewed: BDS Vircon 
Detailer - Seattle Central Library 
April 22, 2010 
 
Background info 
 
1.  Describe your company's role in the project / your role in the project.  
 
My  role  is,  I’m  the  managing  director  of  the  entire  company,  I  run  the   whole   company 
and  we  have  offices  in  6  countries.  My  office  at  the  time  was  in  Mesa  Arizona  and  we 
were the steel detailer on the project. So we are subcontracted by the fabricator, Canron 
Steel. 
 
Ok, and which part of the steel…  did you work on the curtain wall?  
 
We worked on the structural steel.  
 
Not the curtain wall, the structural steel?  
 
Well, just to clarify. When you look at the picture of it, we did all the steel you can see. 
We did all the structural steel and the glass frames. 
 
 
Design 
 
2.  Did  you  create  your  own  3D  structural  model?  What  documents  (2D  paper)  or  models  did 
you receive from other trades?  
 
Yes  we  did.  There  was  a  big  battle,  because  the  specifications  had  a  specific  statement 
that we were going to get a 3D model from the glass supplier SEELE. As it turned out, 
that  never  happened,  they  never  did  provide  a  model  and  we  were  forced  to  create  our 
own model.  
 
So you didn’t receive any models from any other trades, but what documents did you receive? 
 

2D documents from the design team. 
 
 
3.  What software did you primarily use on this project? 
 
Tekla Structures. 
 
4.  Was there a ‘master model1’ on the project? 
 
No. 
 
5.  Did you share your model with other trades? With who? How?  
 
Yeah,  we  shared  our  model.  Our  model  became  ‘the’  model  on  the  project,  and  it  was 
sent to the glazing contractor SEELE Construction. 
 
89 
 
6.  Did you create 2D drawings? If so, which ones governed, 2D or 3D? 
 
Yes, we did. The 2D documents that we produced were the shop drawing documents. 
 
 
7.  From  your  point  of  view,  how  would  you  describe  the  benefits  of  using  3D/BIM  on  this 
project? 
 
Well as far as I am concerned there was no BIM on this project. Because, we as the steel 
detailer were forced to create the model. Well it absolutely was necessary that a model be 
created, because the structural elements running through space… this job  really  required a 
model. Since the glazing guy had to apply his glass directly to the structural element, it 
was mandatory, that he have all the 3D geometry. The other things was, where all these 
elements intersect, if you look at the building, you see where three to four elements come 
together in the corners, none of that was designed and that all had to be figured out in the 
detailing process.  
 
 
Fabrication 
 
8.  Describe the shop drawing review process? 
 
Well,  the  shop  drawing  review  process,  of  course  we  create  the  shop  drawings,  and  the 
approval  really  was  somewhat….  I  would   call   it  more  cursory  than  a  complete  shop 
drawing review, I mean the drawings were sent to them, and then the design team looked 
at  them  from  an  architectural  approval  standpoint,  not  from  a  structural  or  analytical 
perspective.  
 
When  you  say  that  the  drawings  were  sent  to  the  design  team,  then  the  structural  engineer 
looked at them also, right?  
 
The actual transmittal was sent to the fabricator, and the fabricator would forward them 
on  to  Hoffman,  and  then  Hoffman  forwarded  them  on  to  the  engineer  and  architect  for 
review. 
 
9.  Describe the coordination process with other trades (clash detection)? Did you feel an aura of 
collaboration.  
 
Not really. See, we do these kinds of projects all the time, we are the largest guys in the 
world. And on this project, the detailing model, it wasn’t like there was a Revit model or 
anything   like  that.  There  wasn’t  a  control  model.  We  created  the  model,  and  then….  I 
don’t know if there was any real clash detection. It was more so, here is our model, you 
guys build to it. The big thing on that job was the glazing, and so he built to our model. 
 
 
Construction 
 
10.  Did the steel erector use BIM to plan their work? If yes,  please  describe.  
 
Sure, we provided them the model so they could use it. We did not say, take the model 
and work with it directly. We would produce dimensions and pictures of the model for his 
use to assist in his erection. 
 
 
90 
11.  Did the project utilize 4D (sequencing)? If yes, please describe.  
 
No, it didn’t because at this point in time it was kind of the start of the new age, and there 
was no Revit model or anything like that, that I was aware of. It was more of a traditional 
type of approach from this standpoint. 
 
 
12.  Were BIM models used for site planning (e.g. cranes)? If yes, please describe.  
 
Like I said, they may not have used the model directly, we provided them with all sorts 
of…  and  they  may  have  used  the  model  to  some  degree.  We  also  then  produced  2D 
drawings, which showed 3D images, perspectives and things like that. So you could say 
that the model was used directly or indirectly to assist in that. 
 
13.  Did  you  experience  a  reduction  in  RFIs  &  change  orders  &  construction  time,  compared  to 
projects with similar complexity? 
 
This job was just the opposite, cause many of the design details were not completed. The 
detailer was tasked to detail and complete the design.  
 
14.  Was there an as-built 3D model? 
 
Well you know… depends on what you call as-built. The model that we are producing is 
constantly  modified  based  on  RFIs,  design  changes  and  things  like  that  so  things  are 
continually updated. So to that extent, it does not mean that if the structure is off 2 inches 
in space then the model is adjusted to accommodate that. 
 
 
Wrap up 
 
15.  Do you see a trend in your industry towards 3D/BIM and away from 2D AutoCAD? 
 
For  sure.  Most  the  projects  we  are  involved  today  -  typical  project  has  BIM 
considerations. We are sending our models to the general contractor for clash detection, 
and its all being coordinated in 3D, so that’s definitely the trend and a high percentage of 
projects are going that way. 
 
16.  What  would  you  do  differently  today,  n  years  later,  on  a  project  of  similar  scope  and 
complexity?  
 
Well, first of all the design… there should be a design model showing all the members - 
that would be nr.1, showing all the member geometry, so the design team should produce 
a 3D accurate model. Nr. 2 the design team should also model the intersection of points. 
This is really critical. This job, we actually would have ten people in our office watching 
our computer and saying, OK, what are we going to do over here. We would  discuss  it for 
an hour and a half and for instance, let me give you an example. Visualize, lets say you 
have four elements  coming  together at a peak, like 4 wide flanges coming together and so 
what do you do there. Like, which member extends to the edge, and how do all the other 
members  connect.  What  is  it  supposed  to  look  like,  when  all  these  members  come 
together  and  how  are  you  supposed  to  connect  all  of  these  members?  These  members 
would come together at barely flat angels, so there is no concept of what that might look 
like. The design did not provide the detail on how to connect these members that all  came  
together at these intersection points.  
 
 
91 
And ideally you would like to get that information from the designer’s model?  
 
Absolutely. And that took a tremendous amount of time. They were flying here to Mesa. 
We had multiple models with a bunch of people… it was almost like a design-build, even 
though it wasn’t supposed to be that way. 
 
17.  Where do you see virtual design moving in the future?  
 
Well, there is still a fundamental problem, if you use a model or 2D documents, where do 
all the dimensions come from? And on a project where… if it is a steel building, we need 
to know where the steel is.  So whether we get a 3D model or 2D drawings the question 
is,  does  the  design  team  know  where  all  the  steel  is:  elevators,  floor  openings,  roof 
openings, edge of concrete. All those things we need to have. So over the last 20 years we 
can’t get design documents that are complete. So having a model, we have found doesn’t 
solve that problem either. So that’s where it needs to go… that the model is a complete 
model, because if it is an 80% complete model then what have we gained? 
 
18.  Are there any questions that we  haven ’t discussed that you would like to share? 
 
I think on this project, what caused problems on this project was a… there wasn’t a clear 
understanding as to what the design team was going to deliver to the construction team, in 
regards to models, because the contract specifically said that we were supposed to get a 
3D model, and we never did. So, in general if there is going to be a commitment by the 
owner to provide a BIM model then people, the contractors need to know: a) am I going 
to get it b) is it accurate c) is it complete d) is it going to let me do my work. People tend 
to say that we are going to  send  you the model, then we get the model and we find out 
that it is not very good, not accurate, not complete. It was a big issue on that job, and it 
continues to be a big issue. 
 
19.  Do you have any questions for me? 
 
I was going to tell you that I have testified at about 30 lawsuits about these kinds of issues 
as  an  expert  witness  including  the  Disney  concert  hall.  And  again  it  kinda  folds  around 
technology… it can cause problems, because of the lack of understanding as to what the 
technology is going to provide.  
 
92 
Appendix B: Hoffman Interview 
Company being interviewed: Hoffman 
General Contractor – Seattle Central Library 
April 23, 2010 
 
Background info 
 
1.  Describe your company's role in the project / your role in the project.  
 
We were hired as the GC/CM for the Seattle Central Library, my role in the project, I was 
the project manager for the whole project.  
 
 
Design 
 
2.  Did you create your own 3D structural model? What documents (2D paper) or 3D models did 
you receive from other trades?  
 
No, we did  hire  MKA to build a 3D structural model, primarily to show the sequence of 
construction,  so  that  we  could  put  that  in  the  bid  documents  to  all  the  potential  steel 
bidders.  So  that  model  was  included  with  the  bid  documents.  It  showed  the  temporary 
steel and what would be required so that they would understand that sequence and would 
be able to plan and build that sequence and include that temporary steel. There was over 
300 tons of temp. steel in that building. It is really important to understand how that all 
goes  together in the sequence. If you  miss  something in the sequence, what happens with 
that building, is the way that they have it braced, it would corkscrew down on itself if it is 
not braced and before all the diagonal steel is fully welded up. So it is really important for 
everybody  to  know  that  up  front,  and  that  way  we  felt  that  we  could  get  a   pretty  
comprehensive  price  up  front  on  the  project.  So  we  did  not  create  a  3D  model  to  detail 
work,  we  created  a  3D  model  to  demonstrate  sequencing  of  the  work  and  that  was 
provided  at  bid  time.  The  detailer  ultimately  used  their  3D  model,  they  did  using  a 
program called Xsteel.  
 
So what documents did you receive from other trades, you didn’t get any 3D models from the 
architect… you just got 2D paper based documents from the architect, right?  
 

Right, which created the 3d model, which we used to run interference for connections and 
it was  super  useful on the library for figuring, determining all the end connections for the 
diagonal bracing as it fits the main frame. After we understood how thick the curtain wall 
system was, the  arch  had a 3d model, but that was not shared with us. 
 
3.  What software did you primarily use on this project?  
 
We did not have a detailing software per se, we did buy for the project, the owner bought 
for the project a scanning tool that was made by cyberX. We used that for laser surveying 
and scanning the building and what that was used for was, when we were installing the 
diagonal  steel  on  the  job,  what  was  really  important  was  understanding  the 
interrelationship  between  how  that  physically  installed  and  then  the  curtain  wall  that 
ultimately had to be installed over the surface of that. So we scanned the entire surface of 
each one of the diagonal bracings, and then we were able to take the data from that and 
compare  that  to  the  actual  model,  and  find  out  where  the  catenary  was  and  figure  out 
 
93 
exactly  what  the  shims  needed  to  be  along  every  point,  so  that  they  could  basically 
preinstall  shims  prior  to  installing  the  aluminum  mullion  system  that  goes  over  the 
diagonal bracing. 
 
4.  Was there a ‘master model1’ on the project?  
 
We were given the points if you will, we were given I guess the criteria for the exterior 
skin and where that was located. BDS probably controlled the only main 3d model for the 
project.  The  mechanical  subcontractor,  McKinstry,  also  did  some  3D  modeling  of  the 
mechanical  systems  for  the  job  but  that  was  not  really  used  back  and  forth  with  the 
structural model. 
 
5.  Did you share your model with other trades? With who? How? 
 
We shared the steel model with the mechanical folks.  
 
How did you share it with them? 
 
I don’t know. 
 
6.  Did you create 2D drawings? If so, which ones governed, 2D or 3D?  
 
No, not as the GC. They were all done by the architect (LMN & OMA).  
 
7.  From  your  point  of  view,  how  would  you  describe  the  benefits  of  using  3D/BIM  on  this 
project?  
 
There  was  no  BIM.  I  would  have  used  more  of  it.  Had  we  had  the  model  from  the 
architect  I  think  that  we  could  have…  there  would  have  been  a  better  synergy  of 
information earlier in the project, and that would really have benefitted. That was the case 
when we built the EMP. We had the model and shared that back and forth with Ghery’s 
office between all of the trades, the steel, fabricator, mechanical, electrical folks, and also 
A.Zahner who did all the metal cladding for the job and that was instrumental in building 
that job. It would have been great to take the same process over to the library, but there 
was a restriction in not being able to use the architect’s model. 
 
 
Fabrication 
 
8.  Who created the shop drawings?  
 
BDS 
 
9.  Describe the shop drawing review process?  
 
Dynamic.  We  did  that  on  teleconference  back  and  fourth.  I  forgot  the  name  of  the 
program but it was effectively like a sharepoint system where you go in and we could all 
look on the web as to where the conflicts were. It was a working meeting, here is a clash 
where we have the curtain wall butting in to a certain piece of steel. What do you want to 
do? How do you want to trim that steel? And we could work through all that, so it was a 
very  iterative  process  and  involved…  MKA  was  at  each  of  the  meetings,  ourselves  and 
BDS and sometimes the architect, working through… what were the solutions, so it was 
super important to be able to do that.  
 
 
94 
And it was done online?  
 
Some were done online, and some we flew down to Arizona and camped with BDS until 
we got things figured out.  
 
When I talked to BDS they said that they were hired by the steel fabricator, and that BDS sent 
their shop drawings to the fabricator, the fabricator sent then to you and eventually you sent 
them to the architect for final reciew. 
 
Right,  and  that  was  the  process,  but  there  was  a  point  in  the  process  when  they  were 
detailing all the diagonal steel, and we had finally been given information as to where the 
outside  face  of  the  curtain  wall  system  was  going  to  be  based  on  the  glass  dimensions, 
and once we had that information it was all hands on deck to do whatever we had to do to 
get all the diagonal bracing designed and fabricated. That ended up being the critical path 
of things, so there was a heightened… getting the groups together to be able to review the 
drawings. 
 
10.  Did  you  use  clash  detection  on  this  project,  e.g.  comparing  different  models  from  various 
trades to find clashes?  
 
I don’t think so. 
 
 
Construction 
 
11.  Did the steel erector use BIM to plan their work? If yes, please describe.  
 
Definitely,  they  used  the  initial  model  that  was  created  by  MKA,  to  determine  the 
sequencing.  They  did  change  a  few  things  in  the  sequence,  but  for  the  most  part  it 
followed a lot of what the initial plan was.  
 
12.  Did the project utilize 4D (sequencing)? If yes, please describe. 
 
Yes and no, I don’t think it was tied to primavera, it was not tied to… this was WHEN 
you are going to do it… it was more of a sequence of events, but the days and durations 
were  not  inserted  in  there,  other  than  we  gave  them  an  overall  duration  to  erect  the 
building and said that here is the sequence you need to do it in. 
 
13.  Were BIM models used for site planning (e.g. cranes)? If yes, please describe.  
 
No,  that  was  pretty  much  done  on  2D  drawings  –  figuring  out  what  is  your  overall 
hoisting range, we used the SK400 tower crane on the job. We pretty much figured out 
where we have to plant that so we could get it out at some point, and where is it going to 
reach. 
 
14.  Did  you  experience  a  reduction  in  RFIs  &  change  orders  &  construction  time,  compared  to 
projects of similar complexity? 
 
Maybe…  there  were  a  lot  of  RFI’s  on  that  job,  after  decisions  were  made  in  reviewing 
things in the 3D model, we confirmed that in a RFI. We still used the RFI at the end of 
the  day,  to  document  decisions  that  were  made.  So  as  far  as  solving,  the  conflict  or 
clash… the 3d modeling information was instrumental in doing that, so you would come 
up with a good answer. 
 
 
95 
15.  Was there an as-built 3D model? 
 
Effectively  the  Xsteel  model  became  an  as-built.  The  final  information  that  was  in  the 
Xsteel  was  the  as-built,  but  there  was  not  an  as-built  of  the  overall  job  with  the  curtain 
wall and all that. You could piece it together with the information we took from scanning. 
I  don’t  believe  we  scanned  the  building  any  more,  after  we  installed  the  curtain  wall 
system. No. 
 
 
Wrap up 
 
16.  Do you see a trend in your industry towards 3D/BIM and away from 2D AutoCAD? 
 
Absolutely. 3D is used on every project I’ve worked on. It started from EMP and it gets 
better  from  there.  We  haven’t  used  BIM  all  the  way  through  tying  the  schedule  in  and 
everything, tying in the cost and using to BIM to its full capability. But we are using 3D 
modeling  all  the  time,  whether  it  is  scanning  info,  or  the  info  you  get  from  MEP  and 
detailing.  
 
At this point in time, in 2010, the governing documents are still 2D paper-based documents?  
 
Absolutely, 2d is the basis, and modeling augments the 2d.  
 
17.  What  would  you  do  differently  today,  n  years  later,  on  a  project  of  similar  scope  and 
complexity?  
 
I think, I don’t know if we are going to get away from paper completely, I think there will 
be more modeling done. But at least today, we are still builders, we still want to be able to 
look  at  something  physical,  and  then  tie  that  back  with  the  additional  information  that 
comes from the model. Having a 2D set of documents, I don’t know when that is going to 
go away, at least in the next 6 years it certainly may, as we move forward. 
 
18.  Where do you see virtual design moving in the future? 
 
I think conceptually, in initial stages of the project it is a huge tool to be able to do that. 
And say go in and scan a site and get all the information from that. Go into a facility that 
is  now  in  Sandpoint,  get  into  a  room  that  has  a  20  foot  high  screen  and  start  working 
virtually  with  models.  I  think  that  is  coming,  and  to  get  an  actual  feel  of  what  we  are 
building in 3D. 
 
19.  Are there any questions that we haven’t discussed that you would like to share? 
 
I think you need to have a commitment from the owner to pay for a BIM, it is a real up 
front cost, and we still have to remain competitive. It would be difficult to go in with a 
competitive lump some price, unless the owner committed to that up front, which with a 
unique  project  is  possible.  Tying  the  cost  and  time  and  everything  with  the  model…  I 
don’t  see  that  getting  adopted  yet,  it  certainly  could  be.  You  need  to  get  the  owners 
commitment to do that. You need to make sure that owners are informed of the benefits 
of doing that. I think there is use for that on a highly complex project. 
 
 
96 
Appendix C: MKA Interview 
Company being interviewed: MKA 
Structural Engineer - Seattle Central Library 
April 22, 2010 
 
Background info 
 
1.  Describe your company's role in the project / your role in the project.   
 
MKA was structural engineer for the project.  I was the lead engineer for MKA. 
 
 
Design 
 
2.  Did you create your own 3D structural model? Did you receive a model from the architect?   
 
MKA did localized 3D modeling of critical structural conditions but an overall model was 
not developed. 
 
3.  What software did you primarily use on this project? 
 
Microstation (2D drafting) and Triforma (localized 3D modeling). 
 
4.  Was there a ‘master model1’ on the project?  
 
N/A 
 
5.  Did you share your model with other trades? With who? How?  
 
N/A 
 
6.  Did you create 2D drawings? If so, which ones governed, 2D or 3D?  
 
Yes, 2D drawings were created and they governed. 
 
7.  From your point of view, how would you describe the benefits of using 3D/BIM on this 
project?   
 
3D studies were beneficial in understanding complex steel connection conditions. 
 
 
Fabrication 
 
8.  Who created the shop drawings?  
 
BDS, the steel detailer. 
 
9.  Please describe the shop drawing review process?  
 
Hard copy shop drawings were transmitted for review, marked with comments, and 
transmitted back to the contractor. 
 
97 
10.  Please describe the coordination process with other trades (clash detection)?  
 
It is unknown how the fabricator coordinated with other trades. 
 
 
Construction 
 
11.  Did the steel erector use BIM to plan their work? If yes, please describe.  
 
The steel detailer modeled the entire steel structure using X-Steel. 
 
12.  Did the project utilize 4D (sequencing)? If yes, please describe.  
 
The 3D steel detailing model was used to sequence the fabrication and the erection. 
 
13.  Were BIM models used for site planning (e.g. cranes)? If yes, please describe.  
 
It is unknown if and how such models were used for site planning. 
 
14.  Did you experience a reduction in RFIs & change orders & construction time, compared to 
projects with similar complexity?  
 
I do not believe so. 
 
15.  Was there an as-built 3D model?  
 
I do not believe so. 
 
 
Wrap up 
 
16.  Do you see a trend in your industry towards 3D/BIM and away from 2D AutoCAD?  
 
Yes. 
 
17.  What would you do differently today, n years later, on a project of similar scope and 
complexity?   
 
This project would most likely be modeled in BIM if it were designed today. 
 
18.  Where do you see virtual design moving in the future?  
 
Question unclear. 
 
19.  Would you like to add something that the questions did not cover?  
 
Nothing at this time. 
 
98 
Appendix D: Dowco Interview 
Company being interviewed: Dowco 
Detailer - Denver Art Museum 
 
April 28, 2010 
 
Background info 
 
1.  Describe your company's role in the project / your role in the project.  
 
Structural Steel Detailer. 
 
At what phase of the project did you come on board?  
 
This project, it was after the job was tendered to the fabricator. We were brought in 
working for the fabricator. There are jobs where we do work for the owner, what we 
call pre-detailing or just consulting, before the job is actually lead out for tender, but 
this project was not one of them.  
 
So basically you were hired by the fabricator, right ?  
 
Yes. 
 
 
Design 
 
2.  Did  you  create  your  own  3D  structural  model?  What  documents  (2D  paper)  or  models  did 
you receive from other trades? 
 
Received  3D  wire  frame  model  (ZForm)  and  also  2D  paper  Eng/ Struct /Arch 
drawings.  From these we made a proper “hung/rotated” Tekla model.  
 
Could you describe what is a hung/rotated model?  
 
What I mean by that is, you know like an analysis model, they are usually wireframe, 
like point to point. They are usually based on centerlines, they are not, the shape isn’t 
there. There is no indication how the beam is rotated, especially in all these sloping 
walls. We needed to look at the 2D drawings to verify where the top of steel should 
be  and  whether  the  beam  should  be  rotated,  canted  into  the  wall  or  not,  depending 
what the situation was. So we needed the 2D drawings to figure all that information 
out.  
 
The model you created, you would call it a BIM model, it wasn’t just a 3D geometry model. I 
understand that Tekla is actually a BIM tool, right?  
 
Yes,  its  more  than  just  polygons  and  shapes,  its  real  steel  information,  material 
grades, bolts, welds. From that you produce shop drawings. It is not like AutoCAD 
dxf, there is intelligence in the model. 
 
3.  What software did you primarily use on this project? 
 
Tekla Structures (known as Xsteel at that time) 
 
99 
4.  Was there a ‘master model1’ on the project?  
 
Dowco had the master Model.  
 
Last week, when I interviewed BDS detailers, I learned that in the SCL project the architect 
totally refused to share their model with anyone. I was surprised that you were able to get a 
3D model from the architect.  

 
It is a contractual thing. Usually they are using e.g. Revit as a nice tool to look at, but 
they  still  end  up  doing  2D  autocad  drawings.  So  the  governing  documents  in  most 
cases are 2D drawings, and they don’t want to give their 3D model for any reason. On 
the library job, there was a big dispute. I guess not a lawsuit, but a  claim  at the end of 
the  project  for  missing  information.  Coordination  was  not  done  properly,  we  were 
actually involved with that as a key witness. 
 
5.  Did you share your model with other trades? With who? How?  
 
Yes, shared with as many trades as required.  Generally, our scope was to share with 
General  Contractor  who  forwarded  to  other  trades,  like  mechanical,  engineer, 
connection design engineer, cladding, fabricator and architects (and some others). 
 
6.  Did you create 2D drawings? If so, which ones governed, 2D or 3D?  
 
Yes,  2D  Steel  fabrication  drawings  –  which  are  LINKED  to  the  model.    Our  3D 
model always governed 
 
7.  From  your  point  of  view,  how  would  you  describe  the  benefits  of  using  3D/BIM  on  this 
project?  
 
All  parties  benefit.    Less  coordination  errors,  less  RFIS,  less  field  fixes.    Owner 
typically  will  save  money  and  time  (this  case,  project  finished  3  months  ahead  of 
schedule - time = $$$ ! 
 
 
Fabrication 
 
8.  Describe the shop drawing review process?  
 
Since  the  model  /  connection  details  were  reviewed  by  the  connection  design 
engineer in the Model, the final 2D review was mostly a cursory review for general 
conformity.  
 
Did you still send your drawings to the fabricator, the to the GC, did you do that process at 
all, or was it all done in house?  

 
I think with this job, the drawings were still sent to the GC, who probably forwarded 
them to the engineer, because one of the reasons why we  cant  get out of the drawings 
submittals  yet  is  two  things:  one  is  welding  requirements  –  many  CNC  machines 
cannot  do  the  welding  automatically,  they  can  drill  holes,  they  can  cut  the  beams,  I 
can  even  mark  the  beams  where  plates  should  be  welded,  but  welding  information 
from  models  systems  is  generally  not  too  robust  yet,  that  people  can  do  without 
drawings. The second reason is, there are always inspections, the city wants to have a 
hard  copy  of  exactly  what  was  built,  at  that  time,  they  would  not  accept  this  3D 
 
100 
model as the as-built, they still wanted 2D drawings, with an engineer’s stamp on it. 
The technology is not the problem, it’s the legalities I guess. 
 
9.  Describe the coordination process with other trades (clash detection)? Did you feel an aura of 
collaboration. 
The GC (M.A. Mortenson) did the clash checking with our models and other trades 
and  reported  to  us  (Dowco)  via  Webex  /  Emails  when  where  changes  needed  to  be 
made.  
 
What exactly is the Webex? 
 
Now  Webex  has  be  bought  by  this  software  called  goTo  Meeting.  It  just  an  online, 
basically share your desktop with somebody else. Like I’m talking to you right now, I 
could  be  showing  you  my  model  on  your  computer,  or  even  controlling  your 
computer, and while we are talking, we are zooming in and zooming out, opening the 
model,  doing  whatever.  It  is  not  Tekla  related,  it  is  independent,  like  a  Windows 
program.  
 
 
Construction 
 
10.  Did the steel erector use BIM to plan their work? If yes, please describe.  
 
Yes, erector (LPR) 
 
11.  Did the project utilize 4D (sequencing)? If yes, please describe.  
 
Yes, General Contractor, M.A. Mortenson Company 
 
12.  Were BIM models used for site planning (e.g. cranes)? If yes, please describe.  
 
Not  sure,  believe  LPR  used  our  model  and  then  added  cranes  positions  /  lifting 
information 
 
13.  Did  you  experience  a  reduction  in  RFIs  &  change  orders  &  construction  time,  compared  to 
projects with similar complexity?  
 
Significantly reduced RFIs – weekly WebEx / Conf meetings using the 3D Models 
 
14.  Was there an as-built 3D model?  
 
Dowco’s Structural model became the as built (probably later merged in to  a  larger 
Navisworks model containing other trades. 
 
 
Wrap up 
 
15.  Do you see a trend in your industry towards 3D/BIM and away from 2D AutoCAD?  
 
100% of our work is in 3D.  More than 50% of our work is BIM in some manner 
 
 
 

 
101 
16.  What  would  you  do  differently  today,  n  years  later,  on  a  project  of  similar  scope  and 
complexity?  
 
Now  use  of  “Model  Synchronization”  (Tekla)  and  “Bim  Server”  (ArchiCad13)  will 
help to truly have less copies of the model and more of one  live  shared model.  
 
What exactly do those two terms mean?  
 
Model  Synchronization…  for  jobs  like  Denver  and  from  a  structural  detailers  side 
there is too much work for obviously one person to do. It’s not simply just modeling, 
there might be 10 people, or 15 or 20 people working on the same model at the same 
time.  So  it  is  a  multi  user  platform  that  Tekla  has.  One  guy  can  work  on  a  wall 
another  guy  on  a  beam.  Similar  to  Revit,  but  I  think  it’s  a  bit  more  robust  in  other 
ways. That’s what it was, we did have the technology. Now they are taking this to the 
next  level  its  allowing  two  different  offices  in  two  different  places  in  the  world, 
wherever. And synchronizing these models over the internet. There are some issues, 
but  most  of  them  have  been  resolved.  That’s  the  way  we  will  be  working.  In  any 
office you can load the Tekla model live, so you are not working on a separate model, 
but actually the original one. BIM Server offers similar technology from ArchiCAD, 
which is basically competitor to Revit. ArchiCAD worldwide is probably a lot bigger 
than Revit, it the US Revit is most popular. BIM Server is the same idea. Basically 
you  set  a  server,  it  could  be  in  your  office  or  someone  else’s  office.  When  you  are 
working on the model it basically tells you who is on the model, who’s got something 
locked,  and  if  you  try  to  modify  the  locked  portion  of  the  model  then  the  software 
will tell you that someone is already working on the model and it is locked. You can 
send  a  message  to  that  person,  telling  what  they  need  to  do  for  example.  Basically 
this  technology  is  allowing  to  work  on  a  live  model  over  the  internet.  That’s  the 
bottom line.  
 
When you shared your model with the GC, then did you export it to some format or did you 
just send them your Tekla file?  

 
We did both I think. At least one or two of the other parties had Tekla. But they also 
wanted it in 3D dxf to load it into I don’t know what other software. So we did IFC 
and DXF files. 
  
17.  Where do you see virtual design moving in the future? 
 
·  Similar to above, more internet based modeling’ 
·  Details/fabricators/Erectors  need  to  be  involved  as  “consultants”  during  the  design 
phase to give good industry information, like location of splice locations, alternative 
connection details. 
·  Archs and Eng need to finally realize and follow “3D governs over 2D”. 
·  Connection  designers  need  to  work  with  3D  models  when  designing  connections, 
especially for non-standard type buildings 
 
18.  Are there any questions that we haven’t discussed that you would like to share? 
 
LPR  also  used  the  model  to  find  Center  of  Gravity  information  for 
beams/columns/frames so they knew where to lift the object from.  
More to talk about tomorrow 
 
 
 
102 
Appendix E: LPR Interview 
Company being interviewed: LPR Construction 
Steel Erector - Denver Art Museum 
May 14, 2010 
 
Background info 
 
1.  Describe your company's role in the project / your role in the project.  
 
LPR has a preconstruction and engineering department. Not a very large department. As a 
matter  of  fact,  when  we  started  that  project  it  was  just  me  and  then  I  actually  ended  up 
hiring  a  young  civil  engineer  who  is  still  with  us.  So  we  actually  had  two  engineers 
working on that project. We initially got the project on a very preliminary set of plans that 
was  paper-based,  not  3D  model.  I  actually  did  some  very  preliminary  work  with  our 
estimators to make a determination about where shores might go to be able to hold that 
project  up.  So  that  is  where  my  involvement  started,  before  the  initial  bid,  when  they 
were trying to select key members. This is the first time the City of Denver had bought 
into this preconstruction process, where they awarded the contract to a steel fabrication, 
erection,  detailing  team  pretty  early  in  the  structural  design  process,  so  the  team  could 
actually  help  to  finish  the  design.  Rather  than  design  and  then  bringing  in  a  team  to 
change  everything  that  the  structural  engineer  didn’t  really  understand  about 
constructability for such a complex project. We were on board 18 months before the first 
steel  showed  up  on  the  jobsite,  working  with  designing  connections  and  those  kinds  of 
things.  
 
But that is not the regular case, usually you are brought in much later?  
 
It goes all the way to the other extreme where we have never laid eyes on the job before, 
we bid the project and a week later we are on the site, lifting steel off the trucks. So this 
the absolute far edge of the spectrum, that from our perspective is absolutely the best way 
to  do  a  project  from  everybody’s  perspective.  Because  the…  specially  when  you  bring 
team members together like we had on this project everybody is interested in controlling 
costs  throughout  the  whole  process,  and  so  the  original  bid  for  the  project  was  actually 
just a preconstruction contract and there was a budget involved with that and the way the 
contract  was  written,  by  the  time  we  actually  get  finished  massaging  the  project  from  a 
rather  conceptual  phase,  without  connection  and  all  design  to  really  total  design  on  the 
project. In preconstruction, if we hold our price within 5% of where we started, then we 
are automatic chew in to actually build the project. And that is exactly what we did. We 
were able to hold costs. It was a competitive bid, there were three shortlisted contracting 
teams  initially  on  the  bid,  but  that…  competitive  bidding  process  was  almost  at  the 
conceptual phase.  
 
 
Design 
 
2.  Did  you  create  your  own  3D  structural  model?  What  documents  (2D  paper)  or  models  did 
you receive from other trades? 
 
Well, obviously we had the initial set of paper drawings and PDF, really just a scanned 
set of drawings, which we used for sequencing. Then very early on we received a record 
set  of  AutoCAD  3D  wireframe  that  became  the  record  set  of  what  the  geometry  of  the 
 
103 
structure  was  to  be,  rather  that  have  it  in  2D.  The  wireframe  model  was  an  official 
document  that  became  the  baseline.  We  along  with  the  detailer  and  the  fabricator… 
architect,  engineer…  everybody  was  sharing  this  wireframe  information.  As  they  made 
changes, they sent out little snippets of dxf wireframe changes. So if they moved a beam 
over, they would just send out a dxf file that showed that individual beam in a very small 
file, rather than send a big monster file that has everything in it and you don’t know what 
has  changed.  That  was  the  first  time  when  I  saw  that  on  a  project,  where  they  were 
sharing that 3D nodal information with the wireframe information. From the start it was 
pretty  evident  that  we  were  going  to  end  up  sharing  the  SAP2000  structural  analysis 
model  that  was  coming  from  Arup.  So  they  send  us  3  different  models  for  3  different 
envelope  design  conditions  for  the  structure.  There  was  no  connection  design  in  that 
model but the member sizes and the member orientations for the structural steel were all 
there.  The  deck  plates  were  all  in  plates  as  were  the  concrete  floors.  So  we  took  that 
SAP2000  model  and  purchased  our  own  SAP2000  engineering  license,  that  was  my 
primary structural analysis program. We ended up breaking that model apart into all the 
different stages of construction. We had hundreds of different SAP2000 models that we 
separated out for different stages. We did wet concrete on this floor while the shores are 
here,  so  we  modeled  all  our  shores  into  the  different  stages  of  construction.  That  was  a 
tremendous help for us to take the structural engineer’s model of the entire structure and 
not  have  to  recreate  the  entire  model.  They  sent  it  to  us  with  a  big  disclaimer  that  said 
were are not responsible 
 
Did  you  receive  anything  from  the  steel  connection  designer?  What  exactly  does  the  steel 
connection designer do?  

 
On this project the steel connection designer was Structural Consultants Incorporated in 
Denver. They came in a little bit late in the project. We initially Arup was claiming that 
they were going to do the steel connection design and then a few months into the process 
they changed their mind. So Mortenson brought in SCI the local structural engineer, who 
did  an  absolutely  fantastic  job  with  the  connection  design  and  working  with  the 
fabricator,  the  erector  and  architect  for  clearances  and  everything  to  make  everything 
work. The process was very interactive. We would get together in meetings and we would 
talk  about  different  types  and  loads  on  the  connections  and  then  SCI  would   draw   up  a 
very rough 2D sketch maybe with some gusset plate sizes and that sort of things and they 
would give that off to Dowco, who was the detailer in Canada. Dowco would then model 
that node with the plates and the connections and then send the Tekla model back to SCI 
so  now  they  are  looking  at  it  in  virtual  reality  for  clearance  problems  and  access,  to  be 
able to get the welds for this connection plate that is tucked down in between this flange 
and  that  other  gusset  plate.  There  was  this  interaction  process  to  actually  design 
something that was constructible with a really complex geometry that was going on with 
all the members. That was very innovative circular approach. It took a little time for them 
to get into the routine to go back and forth in that process to get that design work. In the 
end it was just terrific, because the connections all worked, that was amazing. We didn’t 
have  to  go  back…  we  didn’t  get  anything  out  to  the  jobsite  that  wasn’t  constructible 
because we looked at it so hard in virtual reality. The SCI connection engineer was very 
cognizant  of  what  piece  goes  in  first,  what  piece  goes  in  second.  There  were  up  to  14 
members coming into a single node worst case in that project, which is just crazy.  
 
 
3.  What software did you primarily use on this project? 
 
For structural engineering it was SAP2000, we just adopted that for entire analysis model. 
I actually use a really inexpensive 3D Cad program called Design CAD, that is dirt cheap 
compared to AutoCAD. It is something I started with early in my career in 1982 and I’m 
 
104 
still  working  with  it.  It  imports  and  exports  AutoCAD  so  I  don’t  have  any  kind  of 
communication  problems  with  AutoCAD  users.  So  that  is  where  I  did  all  my  master 
planning files using Design CAD. The Tekla model I used was just absolutely invaluable 
on  this  project,  because  for  instance  Dowco,  would  model  these  really  complex  wall 
sections that were leaning in 2 directions. For us to actually stick build each one of those 
in place, we would have had to have a lot more shores in place. We built modules from 
the ground and then using the Tekla, we can go in a actually select all the members that 
we are going to put together in the module.  There  might  have  been  20  pieces,  typically 
there were 10 pieces in a module but sometimes there was up to 26 pieces and the module 
we  built  on  the  ground.  Using  Tekla  we  were  able  to  figure  out  the  rigging,  so  that  the 
module hanged in the correct tilt and attitude when we picked it up.  Tekla is perfect for 
calculating complex center of gravities, we would still be sitting here and calculating the 
center  of  gravities,  if  we  were  doing  it  manually.  The  detailer  shared  that  information 
back to us, so we knew exactly where to pick this piece up. Also when we designed our 
shoring systems, we had our own in-house 3D cad drawings of the shores that we would 
build up for each piece. But we trying to figure out how to erect the shores through the 
framing. We had some shores that went down to the basement, and then they went up to 
the third floor. So they are going to through 2-3 floors of intermediate framing. We were 
importing our 3D CAD models of our shores directly into the Tekla model, and then we 
can position that piece in the 3D space. We didn’t have a single clearance problem on the 
project when we built it. We had shores that were within half an inch of the beam flange. 
It  became  down  to  a  1/16  of  an  inch  to  make  all  these  things  work.  Very  interactive 
process. 
 
4.  Was there a ‘master model’ on the project?  
 
 
5.  Did you share your model with other trades? With who? How?  
 
 
6.  Did you create 2D drawings? If so, which ones governed, 2D or 3D?  
 
 
7.  From  your  point  of  view,  how  would  you  describe  the  benefits  of  using  3D/BIM  on  this 
project?  
 
The  ability  of  the  computer  to  work  in  3D  to  work  out  the  geometry  of  all  those 
connections – it would have been a disaster to try to build that with 2D. If it had worked 
and worked well, they would have spent an extra year detailing that project.  That’s why 
we can do these complex projects today, because that modeling software exists. 
 
 
Fabrication 
 
8.  Describe the shop drawing review process?  
 
It was a very interactive process – a lot of it was electronic based. The shop drawings are 
really mostly a function of connection design. The member sizes are very easy to verify, 
so shop drawings are all about verification of connections. And so SCI was in the middle 
of that whole design process and they were interacting with Dowco electronically using 
Tekla.  So  they  were  actually  doing  the  shop  drawing  review,  as  far  as  I  know,  directly 
within Tekla. They were able to just look at the model and say, that is 6 bolts and there is 
oversized  holes  and  that  the  clearance  is  right.  They  could  do  all  that  stuff  just  by 
reviewing the Tekla model, rather than getting into 2D paper approach. I wasn’t right in 
 
105 
the  middle  of  that,  but  I’m  relatively  sure  that’s  how  they  ended  up  doing  the  approval 
process.  
 
9.  Describe the coordination process with other trades (clash detection)? Did you feel an aura of 
collaboration. 
 
 
Construction 
 
10.  Did the steel erector use BIM to plan their work? If yes, please describe.  
 
11.  Did the project utilize 4D (sequencing)? If yes, please describe.  
 
Yes,  Mortenson  definitely  used  4D  on  that  project.  That’s  where  Mortenson  really  kick 
started 4D. We did a relatively simple hospital project for them couple of years after that 
and they went really mainstream with 4D on that project as well.  
 
12.  Were BIM models used for site planning (e.g. cranes)? If yes, please describe.  
 
13.  Did  you  experience  a  reduction  in  RFIs  &  change  orders  &  construction  time,  compared  to 
projects with similar complexity?  
 
14.  Was there an as-built 3D model?  
 
 
Wrap up 
 
15.  Do you see a trend in your industry towards 3D/BIM and away from 2D AutoCAD?  
 
There  are  more  and  more  fabricators  that  are  going  that  way.  I’m  doing  a  project  right 
now  though  in  Georgia,  a  military  hangar  project  that  is  still  being  drawn  just  in 
AutoCAD. It kind of astonishes me at this point that this is still going on, but there are 
people  out  there  who  are  not  embracing  that  new  technology.  But  then  there  are  others 
who are just all over it. Its coming along, we are moving in the right direction, that’s for 
sure.   
 
16.  What  would  you  do  differently  today,  n  years  later,  on  a  project  of  similar  scope  and 
complexity?  
 
These days I think a lot more people are starting with Revit, probably earlier in the design 
process.  Starting  with  a  Revit  model  that  has  all  the  shapes  already  defined  would 
probably  have  given  us  a  head  start  compared  to  starting  with  a  wireframe  model.  The 
industry has come a little bit in that regard, not as much as I would like it to be in the last 
few  years.  Tekla  modeling  capability  is  better,  but  really  no  a  whole  lot  of  difference 
between now and 10 years ago. That particular technology was actually pretty mature at 
the  time  when  we  were  building  that  project.  It  is  the  interoperability  between  the 
different  functions  that  we  would  probably  have  a  little  more  interoperability  now,  but 
still not  near  as much as I would like to see.  
  
17.  Where do you see virtual design moving in the future? 
 
We have considered the possibility of starting to use Tekla in our 3D designing process 
where  we  put  our  cranes  into  Tekla  and  pretty  much  draw  all our  logistics  in  the  Tekla 
model  –  we  have  been  considering  that  for  quite  some  time.  We  have  chosen  not  to  do 
 
106 
that  because…  that  would  be  really  advantageous  if  everybody  uses  the  same  program. 
But as a steel erector, we have to deal with fabricators who use just AutoCAD and other 
people use SDS/2 and then other use Tekla, which would be our preferred method. If we 
could  talk  the  world  into  just  going  to  Tekla  based  building  design  and  modeling  then 
LPR would dive in with both feet and get more up to speed to be able to do all kinds of 
drawing  and  logistics  within  the  Tekla  modeling  environment.  We  would  just  work  in 
Tekla  and  would  probably  not  use  CAD.  But  the  problem  is  that  the  whole  world  is 
diversified so we are having to do import/export and kind of have a single bases for how 
we  approach  our  work.  We  do  imports  and  exports  out  of  whatever  we  can  get  in  the 
marketplace. You never know what job we are going to get tomorrow and who is going to 
be using what program. In that respect we are kind of limited. It might be a good thing for 
us  to  get  into  Revit  and  start  using  Revit  type  modeling.  So  at  least  we  have  some 
intelligence in our CAD. I’m thinking that might be a potential solution for us to go to the 
next level from a steel erector’s point of view and try to use some intelligent modeling. 
 
107 

Document Outline

  • 1 - tiitelleht
  • 2 - autorideklaratsioon
  • 3 - lahteylesanne
  • 4 - abstract
  • 5 - resume
  • 6 - Body 1-56
  • 7 - SCL Schedule 57
  • 8 - Body 58-59
  • 9 - Process map Denver 60
  • 10 - Body 61-62
  • 11 - Process map Seattle 63
  • 12 - Body 64-107
Vasakule Paremale
Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #1 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #2 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #3 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #4 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #5 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #6 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #7 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #8 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #9 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #10 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #11 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #12 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #13 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #14 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #15 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #16 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #17 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #18 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #19 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #20 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #21 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #22 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #23 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #24 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #25 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #26 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #27 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #28 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #29 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #30 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #31 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #32 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #33 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #34 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #35 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #36 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #37 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #38 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #39 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #40 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #41 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #42 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #43 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #44 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #45 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #46 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #47 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #48 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #49 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #50 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #51 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #52 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #53 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #54 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #55 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #56 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #57 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #58 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #59 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #60 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #61 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #62 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #63 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #64 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #65 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #66 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #67 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #68 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #69 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #70 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #71 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #72 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #73 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #74 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #75 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #76 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #77 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #78 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #79 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #80 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #81 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #82 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #83 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #84 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #85 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #86 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #87 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #88 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #89 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #90 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #91 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #92 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #93 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #94 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #95 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #96 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #97 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #98 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #99 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #100 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #101 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #102 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #103 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #104 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #105 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #106 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #107 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #108 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #109 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #110 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #111 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #112 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #113 Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide valmistamist ja ehitamist #114
Punktid 50 punkti Autor soovib selle materjali allalaadimise eest saada 50 punkti.
Leheküljed ~ 114 lehte Lehekülgede arv dokumendis
Aeg2014-12-24 Kuupäev, millal dokument üles laeti
Allalaadimisi 24 laadimist Kokku alla laetud
Kommentaarid 0 arvamust Teiste kasutajate poolt lisatud kommentaarid
Autor Tanel Friedenthal Õppematerjali autor
Inglisekeelne magistritöö teemal: "Kuidas muudab mudelprojekteerimine teraskonstruktsioonide projekteerimist, valmistamist ja ehitamist?" Töö on kirjutatud USA Washingtoni Ülikooli ja Tallinna Tehnikaülikooli magistriprogrammi põhjal.

Kasutatud allikad

Sarnased õppematerjalid

Integration of Lean Con-and Building Information Modelling
109
pdf

Integration of Lean Con. and Building Information Modelling

Ergo Pikas Integration of Lean Construction and Building Information Modelling DISSERTATION Tallinn 2010 2 UNIVERSITY OF APPLIED SCIENCES Author: Ergo Pikas- Civil Engineering student, Faculty of Construction, Tallinn University of Applied Sciences Supervisor: Rafael Sacks- Associate Professor, Faculty of Civil and Env. Engineering, Technion ­ Israel Institute of Technology Consultant: Roode Liias- Professor and Dean, Faculty of Civil Engineering, Tallinn University of Technology Title: Integration of Lean Construction and Building Information Modelling Archived: University of Applied Sciences, Faculty of Construction ABSTRACT This research can be divided into two. The first part investigates the current state of the construction industry, while the second part looks at new emerging busin

Ehitusjuhtimine
Tarkvara kokkuvõte inglise keeles
36
doc

Tarkvara kokkuvõte inglise keeles

1. OBJECT-ORIENTED PARADIGM The Model •The model defines an abstract view to the problem. This implies that the model focuses only on problem related stuff and that you try to define properties of the problem. These properties include: 1 •the data which are affected and 2 •the operations which are identified by the problem. Object-oriented Paradigm •Everything is an object •A program is a bunch of objects telling each other what to do by sending messages •Each object has its own memory made up of other objects •Every object has a type •All objects of a particular type can receive the same messages Domain Model •A domain model does not represent the entire domain as it is in the real world. It includes only the concepts that are needed to support the application. Object •Is a partitioned area of memory where object code is stored •The area of memory is protected •This code can function relatively independently of other objects •Can be used b

Tehnoloogia
How to write a Design Report
18
pdf

How to write a Design Report

How to Write a Design Report Summary A design report is the written record of the project and generally is the only record that lives once the design team disbands at the end of the project. The report has three sections. The first section describes the problem that was being solved and provides the background to the design. The second section describes the design and the third section evaluates how well the design worked by comparing its performance to the design requirements. The report starts with a short executive summary that contains a synopsis of the three sections. The body of the report is relatively short. Appendices to the report contain supporting information with the details needed by a reader who wishes to fully understand the design. While this document describes the general content and organization of a design report, some of the specifics (section headings, length, and format) may be determined by your project client. Before You Begin Some basics that you need to und

Tootedisain
Thesis Kivimaa August 2022
140
pdf

Thesis Kivimaa August 2022

Thesis “How is it possible to calculate IT security effectiveness?” Kristjan Kivimaa August 2022 1 Abstract In IT Security world, there is lack of available, reliable systems for measuring security levels/posture. They lack the range of quantitative measurements and easy and fast deployment, and potentially affects companies of all sizes. Readily available security standards provide qualitative security levels, but not quantitative results – that would be easily comparable. This deficiency makes it hard for companies to evaluate their security posture accurately. Absence of security metrics makes it complicated for customers to select the appropriate measures for particular security level needed. The research question for this research project is – “How is it possible to calculate IT security effectiveness?”. The aim of this research is to use this reference m

Infotehnoloogia
Bridges presentation
22
docx

Bridges presentation

Foreword Bridging rivers, gorges, narrows, straits, and valleys always has played an important role in the history of human settlement. Since ancient times, bridges have been the most visible testimony of the noble craft of engineers. A bridge can be defined in many ways, but Andrea Palladio, the great 16th century Italian architect and engineer, hit on the essence of bridge building when he said "...bridges should befit the spirit of the community by exhibiting commodiousness, firmness, and delight." In more practical terms, he went on to explain that the way to avoid having the bridge carried away by the violence of water was to make the bridge without fixing any posts in the water. Since the beginning of time, the goal of bridge builders has been to create as wide a span as possible which is commodious, firm, and occasionally delightful. Spanning greater distances is a distinct measure of engineering prowess. In terms of engineering, b

Inglise keel
Games Programming with Java and Java 3D
23
pdf

Games Programming with Java and Java 3D

Games Programming with Java and Java 3D Andrew Davison Dept. of Computer Engineering Prince of Songkla University HatYai, Songkhla 90112 E-mail: [email protected] Draft: 14th January 2003, #2 Abstract This article looks at the advantages and disadvantages of using Java and Java 3D for games programming. It assumes the reader is familiar with Java, but presents short overviews of gaming, the low-level APIs OpenGL and DirectX, and Java 3D. No programming examples are included here, although links to online code are supplied. 1. Background to Gaming Giving a definition for `computer game' is problematic, due to the wide range of game types. For example, the ArcadePod site (http://www.arcadePod.com) divides its hundreds of Java games into more than ten categories: 3D games, multiplayer, action

Java programmeerimine
VisiLean
16
pdf

VisiLean

+ VisiLean Bhargav Dave, Stefan Construction management with Lean and BIM Boddy Presentation to Balfour Beatty Salford University 13/01/2010 + Background Broad research areas within the work-package: Collaborative design and construction Visual management Building information modelling Project management Lean construction Promise based management Web services and Service oriented architecture (SOA) Growing interest in identifying synergies between BIM and lean construction principles + Concept A production management system that: Uses BIM as the visual platform and lean construction principles as the process enabler Integrates project related information using web services. To be used by construction team including the key supply chain stakeholders

Inglise keel
Automaatika referaat-eng
10
doc

Automaatika referaat (eng)

Tallinna Polütehnikum Automation Author: TomTom2 Group :AA-09 Instructor: Marina Zotikova Tallinn 2010 Contents Introduction......................................................................................................................3-4 Person Knowledge Technologies supports......................................................................4-6 Online Essay Evaluation Service.....................................................................................6-7 WordNet lexical database................................................................................................7-8 Practice Online (TPO)......................................................................................................8-9 Conclusion..........................

Automaatika




Meedia

Kommentaarid (0)

Kommentaarid sellele materjalile puuduvad. Ole esimene ja kommenteeri



Sellel veebilehel kasutatakse küpsiseid. Kasutamist jätkates nõustute küpsiste ja veebilehe üldtingimustega Nõustun