BIM-based design and construction in PPP-projects

A?

Rakennustekniikan laitos

Harri Niemi

Tietomallien käyttö elinkaarihankkeiden suunnittelu-ja toteutusvaiheissa

Diplomityö, joka on jätetty opinnäytteenä tarkastettavaksi diplomi- insinöörin tutkintoa varten.

Helsingissä 29.9.2011

Työn valvoja: Professori Arto Saari

Työn ohjaaja: Diplomi-insinööri Annikki Karppinen

Aalto-yliopisto Teknillinen korkeakoulu

Rakennus-ja ympäristötekniikan kirjasto

AALTO-YLIOPISTON INSINÖÖRITIETEIDEN KORKEAKOULU DIPLOMITYÖN

Rakennustekniikan laitos TIIVISTELMÄ

Tekijä: Harri Niemi

Diplomityö: Tietomallien käyttö elinkaarihankkeiden suunnittelu-ja toteutus­

vaiheissa

Päivämäärä: 29.09.11 Sivumäärä: 110+14

Professuuri: Rakentamistalous ja talotekniikka

Koodi: Rak-63

Valvoja: Prof. Arto Saari Ohjaaja: Dl Annikki Karppinen

Avainsanat: Tietomalli, BIM, tietomalliprosessi, IFC, suunnittelunohjaus, määrä- laskenta, yhdistelmämalli, törmäystarkastelu, elinkaarihanke.______

Tietomalleja käytetään rakennushankkeiden tiedonhallintaan. Eri suunnittelualat tuottavat kolmiulotteiset tietomallit, jotka ovat yhdistettävissä yhdistelmämalliksi. Tietomalleista void­

aan ottaa ulos piirustukset, määrätietoa, mittatietoa ja talotekniikan analyysitietoa.

Tuotantovaiheessa malleja voi käyttää esimerkiksi aikataulunhallintaan ja työmaasuunnitelman laatimiseen.

Julkisen sektorin elinkaarihankkeet ovat yleistymässä Suomessa. Elinkaarihankkeissa palveluntuottajaorganisaatio vastaa pääosin hankkeen suunnittelusta ja toteutuksesta sekä järjestää rakennusten ylläpidosta sovitun sopimusjakson ajan. On palveluntuottajan eduksi valjastaa tietomallipohjaisen suunnittelun ja toteutuksen mahdollisuudet käyttöönsä kokonaistaloudellisen ja tehokkaan lopputuloksen saavuttamiseksi. Tietomallien onnistunut käyttö eri osapuolten välillä edellyttää kuitenkin yhteisiä käytäntöjä ja sujuvaa vuorovaikutusta.

Tässä työssä tutkitaan tietomallien käyttömahdollisuuksia ja rajoituksia elinkaarihankkeissa.

Työn päätavoitteena on täydentää Lemminkäinen Talo Oy:n aiempaa tietomalliprosessia uusilla ja päivitetyillä toimintakäytännöillä. Työ käsittelee Kuopion Elinkaarhanketta, jossa Lemminkäinen toteuttaa 5 kohdetta ja huolehtii niiden ylläpidosta 25 vuoden ajan.

Työ perustuu kirjalliseen aineistoon ja case-tutkimukseen. Case-tutkimus suoritettiin haastat­

telemalla hankkeeseen osallistuneita osapuolia.

Työn tuloksena todettiin, että tietomallipohjainen suunnittelu on toteutettava toimivan suunnitteluaikataulun mukaan. Tietomallintamiseen liittyvät asiat on määritettävä riittävän tarkasti viimeistään yleissuunnitteluvaiheen aikana. Järjestelmällinen ja jatkuva laadun­

varmistus

toimintaohjeet määrien ja aikataulunhallinnalle. Kuitenkin case-tutkimuksen perusteella on todettava,

inventointimallin tuottaminen ja ylläpitomallin hyödyntäminen vaativat vielä huomattavasti jatkokehitystä.

ehdoton edellytys tietomallien hyödyntämiselle. Lisäksi määritettiin on

talotekniset analyysit, mallinnusohjelmien tiimityöympäristöt.

että

AALTO UNIVERSITY SCHOOL OF ENGINEERING ABSTRACT OF THE MASTER’S THESIS Department of Civil and Stuctural Engineering

Author: Harri Niemi

Thesis: BIM-based design and construction in PPP-projects

Date: 8.3.2011 Number of pages: 110+14

Professorship: Construction economics and management

Code: Rak-63

Supervisor: Prof. Arto Saari

Instructor: M.Sc. (tech) Annikki Karppinen

Key Words: Building information Model, BIM, BIM-process, IFC, quantity sur- veying, clash detection, Public Private Partnership, PPP._________

Building Information Models are used to manage information in constmction projects. Differ­

ent engineering fields produce their models, which can be combined. Construction plans, quantities, measuring data and HVAC analysis data can be exported from the BIM. In the construction phase BIM can be used in scheduling and site planning.

The Public Private Partnership -projects are becoming more frequent in finnish construction sector. The private party takes the lead in arranging the design, construction and upkeep of the building for agreed duration. It is in the interests of the private party to harness the possibilit­

ies of BIM-based design and construction to ensure an economic and efficient outcome of the project. However proper use of BIM between different parties requires mutual procedures and fluent interaction.

The applications and restrictions of BIM in PPP-projects are studied in this research. The main objective for this research is to supplement Lemminkäinen Talo Oy:s previous BIM- process with new and updated BIM-procedures. The study is about case Kuopion elinkaari­

hanke, in which Lemminkäinen Talo Oy has the responsibility to design, constmct and provide maintenance for 25 years for 5 different buildings.

The research is based on literature and a case study. Case study was conducted by interview­

ing parties associated with the case project.

As a result of the research it was established that BIM-based design should be carried out according a strict design schedule. BIM-related matters should be defined adequately accurate in the planning phase. Systematic and continuous quality assurance is an essential prerequisite for utilizing BIM. In addition directives for BIM-based quantity surveying and 4D-scheduling were defined in this study. However, according to the case study, quite a lot of additional research is in order in the fields of HVAC analyses, BIM-teamwork environments, inventory modeling and as-built models.

Sisällysluettelo

Esipuhe...

1 Johdanto...

1.1 .Tutkimusongelma...

1.2. Tutkimuksen tavoitteet ja rajaus...

1.3. Tutkimusmenetelmät...

2.Kirjallinen selvitys ja työn teoreettinen tausta...

2.1 .Elinkaarihankkeet...

2.1.1 .Elinkaarihankkeiden erityspiirteet...

2.1.2.Elinkaarihankkeiden vaiheet...

2.2. Case: Kuopion elinkaarihanke...

2.2.1 .Case-hankkeen organisaatio...

2.2.2. Case-hankkeen eteneminen...

2.3.Tietomallit ja tietomallipohj ainen suunnittelu 2.3.1 .Arkkitehtimalli...

7 8 10 11 12 13 13 15 16 17 18 19 20 24

2.3.2.Rakennemalli 25

2.3.3.Talotekninen malli 26

2.3.4. Yhdistelmämalli 27

2.4.Tietomallien käyttö hankkeiden aikana ja Lemminkäisen tietomalliprosessi... 28 2.4.1. Tietomallit hankevalmistelu- ja tarjousvaiheessa...

2.4.2. Tietomallit suunnitteluvaiheissa...

2.4.3. Tietomallit toteutusvaiheessa...

3.Case-tutkimus...

3.1. Tietomallien käyttö case-hankkeessa...

3.2. Tietomallien käytön erityispiirteet ja edut elinkaarihankkeissa, 3.3. Tietomallintamisen käynnistäminen ja aloituskokous...

3.4. Tietomallintamiseen liittyvät kokouskäytännöt...

3.5. Mallien päivityskäytännöt ja muutostenhallinta...

3.6. Mallien tietosisällöt eri vaiheissa...

3.7. Mallien mittatarkkuus...

3.8. Mallien yhdistäminen ja IFC-formaatti...

3.9. Yhdistelmämallin käyttö...

3.10. Mallien laadunvarmistus...

3.11 .Mallien työmaakäyttö...

28 29 33 36 37 39 41 46 48 51 53 55 56 59 64

3.12.Määrälaskenta mallia käyttäen...

3.13.Synkronointi- ja tiimityötoiminnot...

3.14.Toteumamalli ja ylläpitomallin edellytykset...

3.15.Inventointimallin luominen ja käyttö...

3.16. Tietomallien hyödyntäminen elinkaarilaskelmissa, tate-analyyseissä ja suunnitelmien vaihtoehtotarkastelussa...

3.17. Muut tietomallimenetelmissä esiintyneet ongelmat...

4. Tietomalliprosessin kehittäminen...

4.1.1 .Tietomallintamisen aloituskokous...

4.1.2. Mallinnusohjeiden, aloituspohjien ja tietomalliselosteiden käyttö...

4.1 J.Tietomalli-integraattori ja mallin yhdistäminen...

4.1 ASuunnitteluaikataulu ja mallien päivitys...

4.1.5. Laadunvarmistus ohjelmistoja käyttäen...

4.1.6. Yhdistelmämallikokoukset ja suunnittelukokoukset...

4.1.7. Työmaasuunnitelman laadinta tietomalleja käyttäen...

4.1 .S.Määrienhallinta tietomalleja käyttäen...

4.1.9. Aikataulutiedon hallinta tietomalleja käyttäen...

4.1.10. Tietomallien käyttö tate-analyyseissä...

4.1.11 .Kohdistusobjektin käyttö...

5. Tutkimustulosten arviointi...

5.1. Tulosten suhde aikaisempaan tutkimustietoon...

5.2. Tulosten luotettavuus...

5.3. Tulosten yleistettävyys...

5.4. Jatkotutkimustarpeet...

5.4.1.IFC-käännön ohjeistaminen...

5.4.2. Tiimi työympäristö ja mallien synkronointitoiminto...

5.4.3.Solibri Model Checker -säännöstöjen kehittäminen...

5.4.4.Inventointimallin tuottaminen skannaamalla...

5.4.5. Mallinnustoleranssit ja niiden kertautuminen...

5.4.6. Toteumamallin tuottaminen...

6. Johtopäätökset...

7. Yhteenveto...

Lähdeluettelo...

Kirjallisuus...

WWW-sivut...

67 70 72 74

76 78 80 80 81 82 83 85 87 88 90 94 96 97 98 98 99 100 101 101 101 102 102 103 103 105 106 108 108 109

Julkaisematon aineisto...

Senaatti Kiinteistöjen tietomal li vaatimukset :...

Haastattelut...

Liite 1: Lemminkäinen Talo Oy:n tietomalliprosessi 2007...

Liite 2: Case Martti Ahtisaaren koulun tietomalliprosessi 2011

109 110 110 112 121

Esipuhe

Tämä työ tuotettiin osana diplomi-insinööritutkintoani Aalto Yliopiston Teknillisen Korkeakoulun Rakenne- ja Rakennustuotantotekniikan laitoksella. Työn toimeksiantaja oli Lemminkäinen Talo Oy.

Haluan lämpimästi kiittää työn ohjaajaani kehityspäällikkö Annikki Karppista jatku­

vasta kannustuksesta ja opastuksesta. Samoin minun on annettava suuri tunnustus Lem­

minkäisen BIM-asiantuntijoille Artur Vintille, Matti Partaselle ja Janne Salmille, jotka antamiensa haastattelujen lisäksi osasivat ohjeistaa minua oikealle polulle työtä tehdes­

säni. Samoin haluan kiittää muitakin, jotka työkiireistään huolimatta ehtivät haastatetta­

vakseni Helsingissä ja Kuopiossa. Kiitos SimLabille ja etenkin Teemu Lehtiselle ja Matilda Smedsille ajatuksistaan aiheisiin liittyen.

Lisäksi haluan kiittää perhettäni ja ystäväpiiriäni tuestaan. Kiitos isälleni Olli Niemelle, joka teki työni oikoluvun. Lisäksi kiitos valvojalleni Arto Saarelle.

Tietomallit ovat osoittautuneet hyvin mielenkiintoiseksi aiheeksi tehdessä diplomityötä ja seuratessani alani kehitystä. Mallien käyttömahdollisuudet laajenevat koko ajan.

Suunnittelijoilla, minulla ja muilla rakennusalan toimihenkilöillä on edessään jatkuva kiriminen, jotta meidän tietotaitomme kasvaa tietomallien kehityksen tahdissa.

Helsingissä 29.9.2011 Harri Niemi

1. Johdanto

Tämä diplomityö tuotetaan Lemminkäinen Talo Oy:lle. Työ käsittelee tietomallien käyttöä elinkaarihankkeen eri vaiheissa lukuun ottamatta tarveselvitys- sekä käyttö- ja ylläpitovaihetta. Työn piiriin kuuluvat tietomalleihin liittyvät käytännöt ja toiminta­

ohjeet palveluntuottajaorganisaation näkökulmasta. Tietomallintamisen tekninen toteu­

tus jää tutkimuksen ulkopuolelle. Diplomityön pääpaino on suunnittelunohjauksen käy­

tännöissä ja menettelyissä, joilla voidaan toteuttaa kohteen mallinnus onnistuneesti ja luoda valmiudet tietomallien käytölle kohteen tuotantovaiheessa. Lisäksi keskitytään käytäntöihin, jotka ovat tietomallien avulla mahdollisia tuotannonohjauksessa. Työn tuloksista luodaan käyttökelpoiset toimintaohjeet Lemminkäinen-konsemin toiminta­

järjestelmää varten.

Lemminkäinen Talo Oy.n diplomityöntekijä Mikko Mäläskä tekee tämän työn rinnalla diplomityön ylläpitomallin hyödyntämisestä case-hankkeen käyttö- ja ylläpitovaiheessa.

Lisäksi samanaikaisesti yhteistyössä projektiorganisaation kanssa järjestetään Aalto Yli­

opiston SimLab-tutkimuslaitoksen tavaramerkitty AS-IS-simulointi tietomallien käy­

töstä Martti Ahtisaaren koulun suunnittelussa ja toteutuksessa. Case-hankkeeseen liittyy lisäksi Helsingin Yliopiston CRADLE-tutkimuslaitoksen tutkimus, joka käsittelee tieto- mallintamista ja sen käyttöönottoa käyttäytymistieteen kannalta.

Työ pohjautuu Lemminkäinen-konsemin toimintajärjestelmän aiempiin toiminta­

ohjeisiin sekä Salla Paloksen (os. Kuuselan) konsernille vuonna 2007 tekemään diplomityöhön: Tietomalliprosessi - Tietomallitiedon käyttö suunnittelussa, rakentami­

sessa ja ylläpidossa. Aiemmassa diplomityössä on muodostettu kaaviot tietomalli- prosessista, joihin on linkitetty järjestelmälliset kuvaukset toiminnoista ja alustavat tietosisällöt tietomalleille rakennushankkeen eri vaiheissa. Näiden lisäksi työ tukeutuu ProIT-tietomalliohjeisiin sekä Senaatti Kiinteistöjen luomiin tietomallivaatimuksiin, joista muotoillaan parasta aikaa kehittyneempää ja laajempaa tietomallivaatimusten kokonaisuutta. Siitä pyritään myöhemmin kehittää kansallinen standardi (COBIM- projekti).

Tutkimus on osa RYM Oy:n PRE (Built Environment Process Re-Engineering) - hank­

keen Model Nova - työpaketin kokonaisuutta, jossa Lemminkäinen Talo Oy ja Kuopion elinkaarihanke — case ovat mukana. Model Nova -työpaketin ryhmän koordinointi­

vastuu on Senaatti Kiinteistöillä. Hanketta rahoitti vuonna 2010 osapuolten (ml. Lem­

minkäinen) lisäksi teknologian ja innovaatioiden kehittämiskeskus Tekes.

Elinkaarivastuumallin käyttö on vasta nyt yleistymässä Suomen kiinteistöalalla1. Julki­

sella sektorilla on mittava, vanheneva kiinteistökanta, jonka kunnostamisessa elinkaari- toteutusmuodot ovat varteenotettava vaihtoehto. Useat kunnat selvittävät elinkaari- toteutusta palvelukiinteistöjen kuten koulujen kuntotason varmistamiseksi. Tähän men­

nessä elinkaarihankkeita on Suomessa ollut muutamia poikkeuksia lukuun ottamatta pääosin yhdyskuntarakentamisen alalla. Iso-Britanniassa ja Keski-Euroopassa elinkaari- malli on jo yleinen.

Elinkaarihankkeessa palveluntuottajalle siirtyy suunnitteluratkaisusta kustannuksia, ris­

kejä ja vastuuta koko hankkeen elinkaaren ajalle. Tällöin palveluntuottajalla on suu­

rempi kiinnostus kehittää kokonaistaloudellinen suunnitteluratkaisu verrattuna perintei­

siin hankkeisiin.

Diplomityössä tutkitaan Lemminkäinen PPP Oy:n toteuttamaa Kuopion elinkaarihanke -case:a. Kuopion elinkaarihankkeessa Lemminkäinen Konserni ottaa palveluntuottajana koordinointivastuun mittavasta talonrakennusalan elinkaarihankkeiden kokonaisuu­

desta. Lemminkäinen solmii hankkeessa suunnittelusopimukset, joihin sisältyy kohtei­

den tietomallinnus.

Useamman kohteen elinkaarihankkeet ovat otollisia käytännönläheiselle case-tutkimuk- selle monesta syystä. Ensinnäkin suurin osa hankkeen eri vaiheiden tehtävistä on yhden palveluntuottajaorganisaation vastuulla, jolloin käytännön kehitystyö ei hidastu eri orga­

nisaatioiden välisten rajapintojen takia. Toiseksi elinkaarihanke on laajin mahdollinen toteutusmuoto palveluntuottajan kannalta, jolloin sen käytäntöjä voidaan useimmiten soveltaa myös hankkeissa, joissa palveluntuottajan osuus hankkeessa on pienempi.

Lisäksi palveluntuottajaorganisaation elinkaarimalliajattelu tuo lisäarvoa asiakkaalle käyttö- ja ylläpitovaiheeseen hankemuodosta riippumatta. Kolmanneksi hankkeen useat kohteet on ketjutettu peräkkäin, jolloin yhden kohteen kehitystyön tuloksia voidaan soveltaa seuraavan kohteen käytännöissä. Case-hanke on erityisen hyvä tutkimuksen kohteeksi, sillä se sisältää sekä uudisrakennus- että peruskoijauskohteita.

Lahdenperä & Rintala (2003): Ajatuksia Elinkaarivastuuhankkeista

Tietomallit (Building Information Model, BIM) avaavat palveluntuottajalle useita mah­

dollisuuksia niin suunnittelunohj auksen, tuotannonohjauksen kuin käyttö- ja ylläpito- vaiheen hallintaankin2. Lemminkäinen käyttää tietomalleja hankkeessa useassa eri roo­

lissa. Ensinnäkin rakennuttajan roolissa on osattava vaatia suunnittelijoilta riittävää tietosisällön tasoa ja virheettömyyttä tietomallinnuksessa. Palveluntuottajaehdokkaan on tarjouskilpailuvaiheessa osattava käyttää tietomallia edukseen esimerkiksi kustannus­

laskennassa ja suunnitteluratkaisun esittelemisessä Kuopion kaupungille. Kohteiden toteuttajana sen on osattava hyödyntää tietomallin lukuisia mahdollisuuksia tuotannon­

ohjauksessa ja rakennusvaiheen aikaisessa suunnittelunohjauksessa. Kohteen valmistut­

tua palveluntuottajaorganisaatiolla on vielä ylläpitovelvollisuudet, jolloin tietomallit voidaan mahdollisesti hyödyntää huoltokirjan tavoin tai sen rinnalla apuvälineenä.

Tietomallien käytön yleistyessä on olennaista koota yhteen selkeät, yhtenäiset toiminta­

ohjeet niiden käytöstä. Lisäksi on tutkittava, millaisia puuttuvia ohjeita tulisi kehittää olemassa olevien rinnalle. Tämän ohella on tunnistettava puutteet olemassa olevissa menetelmissä.

Tutkimusongelma

Elinkaaritoteutusmuotoisissa hankkeissa ei ole aiemmin dokumentoitu ja jäsennetty sel­

keitä, keskenään yhteensopivia toimintaohjeita tietomallien käytöstä. Mallien hyödyntä­

misestä puuttuu järjestelmällisyys, jolloin mallien käyttö ei ole vielä luonteva osa elin­

kaarihankkeen eri vaiheiden etenemistä. Järjestelmällisten menetelmien kehittymisen myötä saataneen tietomallien käytöstä täysi hyöty.

1

1

Palveluntuottajaorganisaatioilla on aiheen piiristä tietotaitoa sekä suunnittelijoiden että työmaaorganisaatioiden puolella, mutta yhtenäisten käytäntöjen puuttuessa osapuolten näkemykset mallien käyttötarkoituksista ja - mahdollisuuksista poikkeavat toisistaan.

Tällöin myös projektikohtainen tietomallien käytön tietotaito jakautuu organisaatiossa epätasaisesti aiheuttaen merkittäviä ongelmia osapuolten toiminnan yhteensovituksessa.

Lisäksi tietomallien kehittyessä yhä pidemmälle törmätään useisiin käytännön ongel­

miin. Näiden vaikutusta voidaan minimoida kokoamalla organisaation käytettäväksi yhteiset toimintamenetelmät sekä jalostamalla tietomallien teknistä käyttöä jatkuvasti.

2 Palos, Salla (2010):Tictomalliprosessi - Tietomallitiedon Käyttö Suunnittelussa, Rakentamisessa Ja Ylläpidossa

1

2

Tutkimuksen tavoitteet ja rajaus

Tavoitteena on koota yrityksen toimintaj äijestelmää varten jäijestelmälliset menettelyt ja toimintaohjeet tietomallien käytöstä työkaluina elinkaaritoteutuksessa. Nykyisten käytössä olevien prosessien joukosta kerätään ne, jotka ovat aiemmin jääneet dokumen­

toimatta. Näiden lisäksi arvioidaan, millaisia puuttuvia toimintoja ja menetelmiä on kehitettävä.

Nämä työkalut tulevat käyttöön hankkeissa, joissa Lemminkäisen kuuluu palvelun­

tuottajan roolissa tarkastella kohteen elinkaariedullisuutta, tuottaa energia- ja olosuhde- simulointeja sekä tutkia käyttö- ja ylläpitovaiheen tarpeita. Uudet suunnitteluvaiheen sekä tuotantovaiheen toimintaohjeet täydennetään yrityksen toimintajärjestelmään van­

hojen tietomallin käyttöön liittyvien ohjeiden rinnalle.

Tavoitteena on lisäksi tutkia, mitkä tietomallien käyttömahdollisuudet korostuvat palveluntuottajaosapuolelle elinkaarihankkeissa perinteisiin rakennushankkeisiin verrat­

tuna. Työssä selvitetään myös, mihin käytännön ongelmiin nykyisissä tietomalli- käytännöissä on törmätty suunnittelutoimistoissa ja työmaalla case-hankkeen aikana.

Menetelmiä tutkiessa pyritään selvittämään selkeät projektin käynnistysohjeet, kokous- käytännöt, osapuolten tehtävänkuvaukset, mallien yhteensovitus- ja päivityskäytännöt, mallien tietosisältöjen minimitasot eri vaiheissa, tuotannonohjauksen menetelmät ja nii­

den edellytykset sekä muut projektinhallinnan käytännöt.

Työn tavoitteet ovat:

• Tunnistaa tietomallintamisen erikoisseikat elinkaarihankkeissa.

• Olemassa olevien dokumentoimattomien menetelmien tunnistaminen, kokoami­

nen ja jäljestäminen.

• Uusien puuttuvien menetelmien kehitystarpeen tunnistaminen ja eritteleminen.

• Case-hankkeessa tunnistettujen tietomallien käyttöön liittyvien ongelmien eritte­

leminen, ja mahdollisten jo kehitettyjen ratkaisukeinojen esittäminen.

Työ rajataan käsittelemään elinkaarihankkeiden tarjous-, suunnittelu- ja rakentamis­

vaiheita. Tarveselvitys- ja hankesuunnitteluvaiheet ovat tilaajan vastuulla, eikä niissä hyödynnetä tietomallintamista, joten ne jäävät työn ulkopuolelle. Käyttö- ja ylläpito­

vaihe rajataan myös työn ulkopuolelle ja siitä tuotetaan rinnakkainen diplomityö.

Lisäksi työ rajataan käsittelemään ainoastaan Kuopion elinkaarihanke -case:a ja sen sisältämiä kohteita. Työssä voidaan kuitenkin sivuta vastaavia hankkeita ja viitata aikai­

semmissa hankkeissa kertyneisiin kokemuksiin. Muiden elinkaarihankkeen toteutus- muotovariaatioiden tietomallintamismahdollisuuksia liittyen esimerkiksi käyttäjä- palveluihin ei tutkita.

Työ koskee pääasiassa arkkitehti-, rakenne-, talotekniikka-ja yhdistelmämallien käytän­

töjä. Työssä pitäydytään mallien tietosisällössä, tarkistamisessa, suunnittelunohj auksen, projektinhallinnan ja työmaakäytön menettelyissä sekä osapuolien yhteis- koordinoinnissa. Tietomallintamisen tekniset yksityiskohdat itsessään jäävät työn ulko­

puolelle. Ohjelmistojen käytössä ilmenevät ongelmat tuodaan työssä esiin, mutta niiden ratkaiseminen rajataan työn ulkopuolelle.

1.3. Tutkimusmenetelmät

Diplomityö koostuu teoreettisesta, kirjallisen aineiston osuudesta ja empiirisestä osuu­

desta. Empiirisessä osuudessa käytetään tutkimusmenetelmänä puolistrukturoituja tee­

mahaastatteluja. Diplomityössä haastatellaan case-hankkeen suunnittelijoita sekä suunnittelunohj auksen ja toteutusorganisaation toimihenkilöitä.

2. Kirjallinen selvitys ja työn teoreettinen tausta

2

1

Elinkaarihankkeet

Elinkaarihankkeet viittaavat tämän työn piirissä elinkaarivastuuhankkeisiin, joista käy­

tetään myös käsitteitä elinkaarimalli, elinkaaritoteutus, elinkaaripalvelu ja elinkaari- hankinta. Englannin kielessä käytetään yleensä termiä public private partnership PPP.

Elinkaaritoteutusmuodolla tarkoitetaan hankkeita, joissa palveluntuottajan ja tilaajan väliseen sopimukseen sisältyy palvelun edellyttämä kiinteistö tai infrastruktuuri3.

Rakennusteollisuuden alalla elinkaarihankkeet tarkoittavat pitkäaikaista ylläpito- sopimusta, johon sisältyy kohteiden suunnittelu sekä toteutus4. Talonrakennusalalla on useita elinkaarimallin variaatioita, jotka on esitelty kuvassa 1. Toteutusmuodon variaa­

tiosta riippuen palveluntuottajaosapuolelle kuuluu kohteen rahoitus, omistus, suunnit­

telu, rakentaminen, kiinteistöpalvelut, käyttäjäpalvelut, pääkäyttäjätoiminnot sekä mah­

dollinen täydentävä käyttö. Elinkaarisopimukset perustuvat kiinteisiin palvelu­

maksuihin, joihin vaikuttavat mahdolliset kannustimet ja sakot, jotka määräytyvät palvelutason mukaan.

Elinkaarihankkeet ovat osa yleistä palveluyhteiskunnan trendiä, jossa tuotteet ja palvelut yhdistetään kokonaisuuksiksi avaimet käteen - periaatteen mukaisesti. Tällöin asiak­

kaan ei tarvitse huolehtia ydintoimintojensa ulkopuolisten prosessien yhteen­

sovittamisesta. Palveluntuottajan rahoitusta sisältävissä elinkaarihankkeissa vapautuvat julkisen sektorin resurssit muuhun käyttöön. Elinkaaritoteutusmuoto onkin osoittautu­

massa käyttökelpoiseksi keinoksi vähentää julkisen sektorin korjausvelkaa, joka etenkin Suomessa on kasvamassa yhä mittavammaksi kiinteistökannan vanhentuessa5.

Suomessa elinkaarihankkeita on ollut esimerkiksi E18-valtatien Muurla-Lohja osuuden elinkaarihanke sekä Kuninkaantien Lukion ja Kaivomestarin uimahallin elinkaarihanke.

Lisäksi useat kunnat ovat kilpailuttamassa tällä hetkellä useita hankekokonaisuuksia esi­

merkiksi julkisten palvelukiinteistöjen peruskorjaamiseksi. Ulkomailla elinkaarivastuu- mallia on käytetty jo 90-luvulta asti.

3 Lahdenperä & Rintala (2003): Ajatuksia Elinkaarivastuuhankkeista

4 Lahdenperä, Nykänen, Rintala (2006): Tilapalveluhankkeiden Vaihtoehtoiset Toimintatavat 5 Lahdenperä & Rintala (2003): Ajatuksia Elinkaarivastuuhankkeista

X Z “_л r

и f- ^**•4

J X

:::

h-- ---% -

ZI

•ц ö

!

j

л

1 1

:

-L-

å

9߻m

si E

1

1

..

5 X5 T

J

X L ^Tj

z

X

—1

<

X

---i -

> —

z

:2.

Я

V

А"мш 7. Elinkaarimallien päätyypit

6 Lahdenperä, Nykänen, Rintala (2006): Tilapalveluhankkeiden Vaihtoehtoiset Toimintatavat -4

Täyden«v6Kâryitû

Pååkå>'ltåjåtaimnnat

.Rah«ивìOfniBtuB

trt|SA|edo|Sie»uiiM

RakentaminenRakenlammen

l1f81fclULini>S S^anmiteiu Täydentäväkáytlóf Roo»

Täydentäväkáyttó

StuennitteiuT

J 4

: Tediava

Kiin'fiiS/npalvftlul

1 TäydentäväkäyttöTäydentäväkäyttö

:

Kuntets»palvelut

:

Rafcenlaminen Käyttäjapalveiut

Rakenlantinел

Suunnittelu Paäkäyiläjälormnnot

Rahc-tdBiOnietue

PatveliäienkintaPalvelisiankirta

Käyttäjäpalvelut

Rahoitus/Omistus

PääkäyttäjätoilhInnot

© © © ~ x r

r

Käyttäjäpalvelut

Pääkäyttäjätolirirmot !

Rakentaminen Kiinteistöpalvelut

:Suunnittelu

TUOTTAJA

TILAAJA

Paiveliätankinia

(¿ )

Rakettiaminan Käyttäjäpalvelut

|IW|KlCtS«tti|.>|

:

Pakeluhanklnta

Rahoitus/Omistus

Pââkàyttàjâtûirnnnol Pelveliätenkinta

Pääkäyttäjätoiimnitot nLAAJM TUOTTAJA MUUTKÄYTTÄJÄT Otapiniti

TILAAJA TUOTTAJA MUUTKÄYTTÄJÄT

rLM IA MUUTKÄYTTÄJÄT

TUOTTAJA

VrVVTIl MUUTKÄYTTÄJÄT

TUOTTAJA MUUTKÄYTTÄJÄT

AJA

TILAAJA MUUTKÄYTTÄJÄT

2

1

1

EMnkaarihankkeiden erityspiirteet

Kiinteistöt ovat pitkäaikaisia investointeja ja siten elinkaaripalvelusopimusten kesto on yleensä vähintään 15 vuotta, jotta sopimusten palvelumaksut eivät nouse liian korkeiksi, ja jotta elinkaarisopimus olisi tarjouskilpailussa mahdollisimman houkutteleva7. Lisäksi elinkaarihankkeisiin saatetaan liittää yhteen useampi kohde, jotta ylläpidon järjestämi­

nen olisi palveluntarjoajille mielekkäämpää. Pitkällä sopimuskaudella varmistetaan, että kiinteistön käyttökelpoisuus julkisten palveluiden jäljestämistä varten säilyy hyvänä koko arvioidun elinkaaren ajan. Tämä edellyttää tietenkin, että tarjouskilpailussa on onnistuttu valitsemaan vakavarainen ja kyvykäs palveluntuottaja. Lisäksi pitkällä sopimuskaudella voidaan optimoida rakennus-, käyttö- ja ylläpitokustannukset8.

Vastaavasti palveluntuottajaorganisaatio saa tasaisen ja varman tulonlähteen sen sitomia resursseja vastaan, sillä julkisen sektorin maksukyky pitkällä aikavälillä on vakaa. Kai­

ken lisäksi elinkaarimallin mukaisella pitkäaikaisella kumppanuudella voi palvelun­

tuottaja kehittää liiketoimintaa sekä kohteen osalta että yleisellä tasolla.

Palveluntuottajan on elinkaarihankkeessa otettava tilaajan ja käyttäjän tarpeet paremmin huomioon kuin perinteisessä kokonaisurakassa. Vastapainoksi palveluntuottaja saa useimmiten suunnittelua sisältävissä elinkaarihankkeissa kehittää suunnitteluratkaisua haluamaansa suuntaan tavoitteena kokonaistaloudellinen ratkaisu. Palveluntuottaja voi myös jakaa ja yhdistää hankkeen tehtävät osapuolten välillä haluamallaan tavalla.

Laadukkaalla suunnitteluratkaisulla saavutetaan tarjous vaiheessa kilpailuetu.

Suunnitteluratkaisujen huollettavuus sekä etenkin energia- ja kustannustehokkuus vai­

kuttavat merkittävästi pitkäaikaisen sopimuksen kustannuksiin. Elinkaarisopimuksessa määritetty palvelutaso on ylläpidettävä. Sopimuksessa määritetystä palvelutasosta poik­

keaminen johtaa maksuerästä tehtäviin vähennyksiin, jotka perustuvat maksu- mekanismin laskentakaavoihin9. Vähennykset vaikuttavat vain palvelumaksun muuttu­

vaan osaan. Hankkeiden sopimuksiin voi sisällyttää myös kannustimia, mutta se ei ole yleistä.

7 Hänninen (2009): Elinkaarimallit Kuntien Palvelutuotannossa

8 Lahdenperä, Nykänen, Rintala (2006): Tilapalveluhankkeiden Vaihtoehtoiset Toimintatavat 9 Hänninen (2009): Elinkaarimallit Kuntien Palvelutuotannossa

Elinkaarihankkeissa on hyvä soveltaa integroidun elinkaarisuunnittelun periaatetta.

Integroidussa elinkaarisuunnittelulla tarkoitetaan rakennuksen ja sen osien kokonais­

valtaista suunnittelua, jossa otetaan huomioon kaikki oleelliset vaatimusryhmät ja ote­

taan huomioon kaikilta osin koko suunnitteluelinkaaren ajanjakso10.

Integroidun elinkaarisuunnittelun konseptia ei tule sekoittaa Integrated Project Delivery (IPD) -toteutusmuotoon. IPD-konsepti on Yhdysvalloissa 2000-luvulla kehitetty toimintamalli, jossa projektin keskeiset osapuolet muodostavat yhteisen kumppanuus­

sopimuksen11. Sopimuksessa painottuvat keskinäinen luottamus, avoimuus ja tasa­

puolinen palkitseminen, jos projektin yhteiset tavoitteet saavutetaan. Samoin projektin riskit jaetaan. Sen sijaan, että eri osapuolet osallistuisivat hankkeeseen ajaen vain omaa etuaan ja noudattaen tarkasti sopimusteknisesti määritettyjä tehtäviään, he pyrkivät maksimoimaan koko organisaation tehokkuuden saumattomalla yhteistyöllä. Tieto- mallien hyödyntäminen on olennainen osa IPD-konseptia.

Elinkaarihankkeen erityispiirteenä on riskien jakautuminen osapuolten kesken. Elin- kaarisopimusten tavoitteena on, että riskistä on vastuussa se osapuoli, joka pystyy par­

haiten sen hallitsemaan. Case-hankkeessa Kuopion kaupunki kantaa riskin energian yksikköhintojen muutoksesta kun palveluntuottaja vastaa kulutuksen määräriskistä12.

Hankkeen palveluntaso ja riskinhallinnan määrittäminen edellyttää, että elinkaari- hankkeen tarjouspyynnön ja -sopimuksen muotoileminen on tehtävä todella tarkasti ja selkeästi, jotta hankkeen sisällöstä ei jää epäselvyyttä. Talonrakennusalan elinkaari- hankkeet koostuvat tarveselvitys- ja hankesuunnitteluvaiheesta, taijousvaiheesta, yleis- ja toteutussuunnitteluvaiheesta, toteutusvaiheesta sekä käyttö- ja ylläpitovaiheesta13.

2

1

2

EMnkaarihankkeiden vaiheet

Tarveselvitys- ja hankesuunnitteluvaiheessa tilaaja päättää valitaanko hankemuodoksi elinkaarimalli. Tilaajan velvollisuus viimeistellä hankkeen tarjouskilpailun lähtökohdat korostuu elinkaarihankkeissa. Hankkeen palvelutaso täsmentyy urakkaneuvotteluissa.

10 Saija et ai (2003): Inducon - Rakennuskonsepti

" Wang, Jilei (2008): Integrated Project Delivery - Achieving Relational Contracting Through Traditional Management Methods 12 Kuopion elinkaarihankkeen elinkaaritoteutuksen taijouspyyntö:

httD://lehdct.lehtivhtvma.fi/kuonio/tariouspwnto elinkaarinalvelut.ndf (luettu 21.10.2010) 13 Kankainen & Junnonen (2001): Rakennuttaminen

Taijousvaiheessa potentiaaliset palveluntuottajaosapuolet tuottavat omat suunnitel­

mansa hankkeen kohteista tarjouspyyntöasiakirjoihin ja hankesuunnitelmaan sekä tila­

ohjelmaan perustuen14. Tilaaja on saattanut tuottaa myös luonnossuunnitelmat. Etenkin jos hankkeeseen kuuluu useampi kohde, on tarjouslaskenta paljon työläämpää perin­

teisiin urakkakilpailuihin verrattuna. Tämän vuoksi kirjallisuudessa suositellaan, että tarjouskilpailusta tehdään suljettu kutsukilpailu, jossa suoritetaan esivalinta15. Kilpai­

luun kutsutaan vain ne tarjoajat, joilla on valmiudet hankkeen suorittamiseen ja mielen­

kiintoa tehdä tarkkaan laskettu tarjous. Jos tarjoajia on liikaa, ne tuskin ovat valmiita uhraamaan tarjousvaiheessa suurta määrää resurssejaan tarkan tarjouksen laskemiseksi.

Mallintamista voidaan tarjousvaiheessa hyödyntää osana suunnittelua ja laskentaa.

Elinkaarihankkeiden suunnittelu- ja toteutusvaiheet etenevät perinteisten urakka- muotojen mukaan. Kuitenkin elinkaarihankkeessa korostuvat suunnittelun ja toteutuk­

sen kaukokatseisuus, sillä palveluntuottajanorganisaation on huolehdittava hankkeen pitkän aikavälin tavoitteista. Palveluntuottaj aorganisaatio voi jakaa toteutuksen pienem­

piin urakoihin ja palvelusopimuksiin parhaiten katsomallaan tavalla. Tietomallintamisen suurimmat hyödyt saavutetaan suunnitteluvaiheessa.

Kohteiden toteutuksen jälkeen alkaa käyttö- ja ylläpitovaihe, jolloin palveluntuottaja- organisaatio luovuttaa kohteen käyttäjille. Tässä vaiheessa palveluntuottaj aorganisaatio järjestää ylläpidon ja kiinteistöpalvelut, joihin sisältyy yleensä mm. energia­

kustannukset, siivous ja laitteiden huolto16. Sopimuksesta riippuen järjestetään esi­

merkiksi vartiointi-, catering- ja aulapalveluita sekä muita käyttäjäpalveluita. Jos palveluntuottajalle kuuluu pääkäyttäjätoiminnot tai täydentävä käyttäjätoiminta, se orga­

nisoi omalta osaltaan tilojen käyttöä.

2

2

Case: Kuopion elinkaarihanke

Elankekokonaisuuteen kuuluu kaksi peruskorjattavaa koulua, kaksi uutta koulua ja yksi uusi päiväkoti sekä kohteiden ylläpito vuoteen 2036 asti17. Laajuudeltaan tilat ovat lähes 37 000 brm2 ja opetus- ja hoitotilaa on mitoitettu n. 2150 oppilaalle ja 75 päiväkoti­

lapselle. Hankkeen kokonaisarvo palveluntuottajalle on n. 93,5 milj. €, josta käyttö- ja

14 Kuopion elinkaarihankkeen elinkaaritoteutuksen taijouspyyntö:

httn://lehdet.lehtivhtvma.fi/kuopio/tariouspwnto elinkaaripalvclut.pdf (luettu 21.10.2010) 15 Lahdenperä, Nykänen, Rintala (2006): Tilapalveluhankkeiden vaihtoehtoiset toimintatavat 16 Hänninen (2009): Elinkaarimallit kuntien palvelutuotannossa

17 Kuopion elinkaarihankkeen elinkaaritoteutuksen tarjouspyyntö:

http://lehdet.lehtivhtvma.fi/kuonio/tariou.snwnto elinkaarinalvelut.pdf tlnettn 21.10.20101

ylläpitovaiheen maksueriä on noin puolet.Hankkeen uudisrakennuskohteet ovat Martti Ahtisaaren koulu, Puijonsarven koulu ja Puijonlaakson päiväkoti. Rajalan koulu ja Pohjantien koulu peruskoijataan.

Toteutusmuotona on käyttäj äpalveluita sisältävä elinkaaritoteutus, jossa vain rakennus­

aikainen rahoitus on palveluntuottajan hoidettavana. Suunnittelusta, rakentamisesta ja teknisestä ylläpidosta vastaa palveluntuottaja. Rahoituksesta rakennusvaiheiden aikana vastaa rakennuttajana toimiva palveluntuottaja ja käyttövaiheessa Kuopion kaupunki vastaa rahoituksesta kohteiden omistuksen siirtyessä Tilakeskuksen omistamille kiinteistöosakeyhtiöille. Hanke sisältää myös osan käyttäjäpalveluista, mutta ne on ero­

tettuna varsinaisesta elinkaaritoteutuksen palvelusopimuksesta. Käyttäjäpalveluista useat on ulkoistettu muille toimitilapalveluyrityksille. Pääkäyttäjätoiminnot eli opetus­

toimi ja päivähoitotoiminta ovat Kuopion kaupungilta.

2

2

1

Case-hankkeen organisaatio

Lemminkäinen PPP Oy toimii palveluntuottajana Kuopion kaupungin toimiessa tilaajana. Projektiorganisaation sisäisesti Lemminkäinen PPP Oy toimii suunnittelu- rakennus- ja ylläpitosopimusten tilaajana18. Kuopion elinkaarihanke on jaettu viiden eri kohteen projektiin. Samat suunnittelijat vastaavat jokaisen kohteen suunnittelusta. Lem­

minkäinen Talo Oy toimii projektin)ohtorakennuttajakonsulttina. Rakennus- ja sanee­

raustyöt ovat jaettu osaurakoihin. Lemminkäinen Talo Oy:n Kuopion yksikkö suorittaa rakennustekniset työt ja tuottaa työmaapalvelut.

Lemminkäinen Talotekniikka Oy Kuopio tekee talotekniset työt. Käyttö- ja ylläpito- vaiheen huoltotyöt kuuluvat Lemminkäinen Kiinteistötekniikka Oy Kaakkois-Suomen yksikölle. Sekä rakennus- että käyttö- ja ylläpitovaiheen aliurakka- ja palvelu­

sopimuksia on luonnollisesti ulkoistutettu myös konsernin ulkopuolelle. Käyttäjien ja rakennuttajan välisestä viestinnästä, yhteistyöstä ja neuvottelusta vastaa Kuopion kau­

pungin ja rakennuttajaorganisaation edustajien muodostama yhteistyöryhmä.

Suunnittelunohjauksesta vastaa projektin)ohto-organisaatio, sen suunnittelutyöryhmä ja pääsuunnittelija. Arkkitehtisuunnittelusta vastaa Arkkitehtitoimisto Perko Oy, rakenne­

suunnittelusta Rakennussuunnittelutoimisto Nylund Oy, taloteknisestä suunnittelusta

18 Kuopion elinkaarihankkeen Laadunvarmistussuunnitelma 24.2.2010

Insinööritoimisto Olof Granlund Oy, geosuunnittelusta Pöyry Environment Oy ja elin- kaariasiantuntijana toimii Pöyry Building Services Oy.

Kuopio SOPIMUSSUHTEET

puite-ja palvelusopimus

Suunnittelusopimukset

Lemminkäinen PPP Oy

Ark-slu Perko Lemminkäinen

Talo Oy

(ent. Lemcon) pj-palvelu­

sopimus Rak-slu

Nylund Oy Tate-slu Granlund

tavoite-ja kattohmtaiset la skutyö sopimukset

Lemminkäinen Talotekniikka Oy

Kaakkois-Suomi (ent. Tekmanni) Lemminkäinen

Taio Oy

Itä- ja Pohjois-Suomi (ent. Savocon)

Kuva 2. Kuopion elinkaarihankkeen organisaatiokaavio

Case-hankkeen eteneminen 2

2

2

Kuopion kaupunginvaltuusto hyväksyi kesäkuussa 2008 hankesuunnitelman kokonai­

suudesta, johon kuuluu neljän koulun ja yhden päiväkodin suunnittelu, peruskoijaus tai rakentaminen sekä ylläpito 25 vuodeksi19. Kuopion kaupunki päätyi elinkaaripalvelu- toteutusmuotoon tehtyään selvityksiä vuosina 2007-2008 rakennuttajakonsulttiyritys Inspira Oy:n kanssa yhteistyössä. Hankintailmoitus lisättiin HlLMA:an toukokuussa 2008, joka käynnisti kilpailutusprosessin. Tarjouskilpailu suoritettiin kahdessa vai­

heessa. Ensimmäisen vaiheen tarjouspyyntö on päivätty 31.3.2009. Lemminkäisen tar­

jouksessa Puijonsarven koulun kohdetta tarjottiin uudisrakennettuna peruskorjauksen sijaan. Lemminkäisen johtama tarjousryhmä valittiin palveluntuottajaksi 27.7.200920.

Sopimus allekirjoitettiin 14.12.2009, jonka jälkeen rakennustyöt käynnistyivät21.

19 Kuopion elinkaarihankkeen elinkaaritoteutuksen taijouspyyntö:

http://lehdet.lehtivhtvma.fi/kuopio/tariouspwnto elinkaaripalvclut.pdf (luettu 21.10.2010) 20 Pörssitiedote 29.7.2009: Lemminkäiselle iso elinkaarihanke Kuopiosta

httns://ncwsclicnt.omxgroup.com/cdsPublic/viewDisdosure.action'.)di.sclosureld=3.r50l4&mcssagcld=403197 (luettu 21.10.2010’

21 Pörssitiedote 15.12.2009: Lemminkäinen aloittaa Kuopion ehnkaarihankkeen rakennustyöt

https://newsclicnt.omxgroup.com/cdsPublic/viewDisclosurc.actiori?disclosureld=377845&messageId=452308 (luettu 21.10.2010)

Ensimmäisen kohteen rakennustyöt alkoivat tammikuussa 2010 ja kaikkien kohteiden rakennustyöt saadaan valmiiksi 2013 loppuun mennessä. Diplomityötä kirjoittaessa keväällä 2011 Rajalan koulun ja Puijonlaakson päiväkodin suunnitteleminen on käyn­

nissä. Diplomityön tekohetkellä rakennustyöt olivat käynnissä Martti Ahtisaaren koulun ja Puijonsarven koulun uudiskohteissa, joista molemmat sisäpuolisten töiden osalta luo­

vutettiin onnistuneesti toukokuussa 2011. Seuraavaksi aloitetaan Rajalan koulun perus­

korjaus. Ylläpitovaiheen palvelusopimus jatkuu vuoteen 2036 asti.

Martti Ahtisaaren ja Puijonsarven koulujen kohteissa päädyttiin projektinj ohto malliin käyttäjämuutosten vuoksi, jolloin suunnittelu-ja toteutusvaiheet limittyvät päällekkäin.

2.3. Tietomallit ja tietomallipohjainen suunnittelu

Tietomallit (Building information model, BIM) tarkoittavat digitaalisessa muodossa ole­

vaa rakennuksen tietojen kokonaisuutta, johon useimmiten kuuluu visuaalinen 3D-malli suunnitteluratkaisusta. Malli sisältää ja siitä saadaan otettua suunnitteluasiakirjoja, määrä- ja mittatietoa, visuaalisia näkymiä ja kiinteistönhallinnan lähtötietoa22. Näitä tie­

toja hyödynnetään rakennuksen suunnittelu- rakentamis- sekä käyttö- ja ylläpito- prosesseissa. Tietomalleja käytettäessä suunnitteluratkaisut ovat paremmin hahmotetta­

vissa kuin perinteisillä 2-ulotteisilla piirustuksilla. Tietokoneohjelmat pystyvät tulkitse­

maan ja käyttämään mallien tietosisältöä monin eri tavoin. Sunnittelun ja toteutuksen ohella mallit ovat keino säilyttää kohteen tietoja myös käyttöönottovaiheessa.

Tietomalleja voidaan tuottaa ohjelmisto- ja suunnitteluyritysten tuottamilla ohjelmis­

toilla. Jokaisella suunnittelualalla on omat tietomallinsa, kuten arkkitehti-, rakenne- tekninen ja talotekninen malli. Nämä voidaan koota yhteen yhdistelmämalliin.

Tietomallit koostuvat objekteista eli olioista. Oliot ovat esimerkiksi rakennusosia tai tiloja. Oliolle annetaan oma yksilökohtainen tunnuskoodi eli GUID ja niihin saadaan tallennettua attribuutteja kuten rakennetyyppi tai pintamateriaali.

Tietomallipohjaisen suunnittelun tavoitteena on23:

• tehostaa suunnitteluprosessin kokonaisuutta.

• tuottaa täsmällisempää tietoa, vähentää suunnitteluvirheitä, parantaa suunnitel­

mien yhteensopivuutta ja edistää suunnittelualojen välistä yhteistyötä.

“Penttilä et ai. (2006): Tuotemallintaminen rakennushankkeissa 23 Penttilä et ai. (2006): Tuotemallintaminen rakennushankkeissa

• tuottaa käyttökelpoisempaa tietoa tuotannonsuunnittelua ja kustannus- ja aika- taulunhallintaa sekä rakennustuotteiden valmistusta ja hankintaa varten.

• tuottaa tietoa käytettäväksi elinkaarikustannusten ja ympäristövaikutusten arviointiin suunnittelussa, toteutuksessa, käytössä ja ylläpidossa.

• tuottaa hyödyllistä tietoa päätöksen teon tueksi vaihtoehtotarkasteluiden avulla.

Tietomallipohjaisella suunnittelulla tarkoitetaan sitä, että kohteesta tuotetaan ja pidetään ajan tasalla tietomallia, jonka tietosisällön laajuus on riittävä siihen, että kohteen toteu­

tuksessa käytettävät suurmitteludokumentit voidaan pääosin tulostaa ja tulostetaan tieto- mallista24 25. Tietomallipohjaisessa suunnittelussa tieto osapuolten kesken siirtyy pääosin mallien välityksellä. Arkkitehtimallia käytetään muun mallintamisen lähtökohtana.

Tietomallipohjainen suunnittelu vaatii, että hankkeen osapuolilla on resurssit, osaami­

nen ja muut edellytykset tietomallien tuottamiseen. Suunnittelijoilta edellytetään aiem­

paa monipuolisempaa työsisältöä verrattuna esimerkiksi suunnittelijoiden tehtävä­

luetteloihin. Tietomallien tuottaminen ja niiden laajuus on määritettävä suunnittelu- sopimuksissa. Tämän ohella suunnitteluaikatauluun on määritettävä mallien julkaisu- ajankohdat ja laajuus eri vaiheissa. Tietomalleja käytettäessä korostuu järjestelmällisen projektinhallinnan tärkeys sekä suunnittelu- että toteutusvaiheissa. Lisäksi mallien muutostenhallinta on monimutkaisempaa kuin perinteisissä suunnitelmapiirustuksissa.

Tietomallit voidaan jaotella hankkeen eri vaiheiden mukaan2'. Tarveselvitys vaiheessa voidaan tuottaa vaatimusmalli, mutta se on harvinaista. Hankesuunnitteluvaiheessa laa­

ditaan karkea arkkitehdin tilamalli tilaohjelmasta. Korjausrakennushankkeessa mallin lähtötiedot saadaan joko skannaamalla tila mittalaitteilla tai olemassa olevista piirustuk­

sista mallintamalla. Tällöin puhutaan inventointimallista, joka vastaa uudiskohteen tila- mallia. Yleissuunnitteluvaiheessa tuotetaan alustavat rakennusosa- ja järjestelmämallit, jotka tarkentuvat toteutussuunnitteluvaiheessa rakennusosa- ja järjestelmämalleiksi.

Rakentamisvaiheen mallit ovat tuoteosamalleja, jotka täydennetään toteutuksen edetessä toteumamalleiksi. Käyttö-ja ylläpitovaiheen mallia kutsutaan ylläpitomalliksi.

24 Penttilä et ai. (2006): Tuotemallintaminen rakennushankkeissa 25 Penttilä, Hannu (2006): Tuotemallintaminen arkkitehtisuunnittelussa

Taulukko 1: Tietomallit hankkeen eri vaiheissa

Tarveselvitys Hanke­

suunnittelu

Yleis­

suunnittelu

Toteutus- suunnittelu

Rakentaminen Käyttö- ja läpitovaihe Arkkitehti-

suunnittelu

Tilaryhmä-Ztila-/

inventoi ntimalli

Alustava rakennusosa-

malli

Rakennusosa- malli

Tuoteosa-/

toteumamalli

Vaatimusmalli Ylläpitomalli

Rakenne­

suunnittelu

Tilavaraus-/

inventointimalli

Alustava rakennusosa-

malli

Rakennusosa- malli

Tuoteosa-/

toteumamalli Ylläpitomalli Talotekninen

suunnittelu

Vaatimus-/

tilava rausmalli

Alustava rakennusosa-

malli

Rakennusosa- malli

Tuoteosa-/

toteumamalli Ylläpitomalli

Yleensä ensimmäinen tietomalli on arkkitehdin tilamalli. Sitä ennen tilaaja etenee tarve­

selvitys- ja hankevalmisteluvaiheen kuten perinteisessäkin suunnittelussa. Mahdolliseen vaatimusmalliin kerätään kohteen lähtökohdat ja tavoitteet. Hankemuodosta riippuen joko tilaaja tai kohteen toteuttaja tilaa tietomallit suunnittelijoiltaan. Tietomallit tarken­

tuvat toteutussuunnitteluvaiheen loppua kohden, jonka jälkeen niitä käytetään kohteen toteutuksessa. Toteutusvaiheessa tehdyt suunnitelmamuutokset lisätään toteumamalliin.

Vaikka tietomallipohjainen suunnittelu etenee pääpiirteissään aluksi kuten perinteinen- kin suunnittelu, erona perinteiseen suunnitteluun on etenkin se, että suunnittelun paino­

piste on aikaistunut yleissuunnitteluvaiheeseen, koska malleja käyttäen on enemmän tie­

toa käytössä jo tavallista aiemmin. Tämän seurauksena yleissuunnitteluvaiheen päätök­

sen teko on valistuneempaa, mikä vaikuttaa kriittisesti suunnitteluratkaisun laadukkuu­

teen sekä koko elinkaaren kustannuksiin.

Tietomallien hyödyntämisen edellytyksenä ovat hyvin jäljestetyt mallinnus- ja tiedon­

siirtokäytännöt, jotka on sovittava hankkeen alussa. Näitä käytännön asioita ovat esi­

merkiksi mallinnusperiaatteet sekä käytettävät mallinnusohjelmat. Seuraavat mallinnuk­

sen kannalta tärkeät asiat on täsmennettävä projektitoimintaohjcessa:

osapuolten yhteystiedot

käytettävät osamallit, ohjelmistot ja ohjelmien versiot tiedonsiirtomenetelmät osapuolten välillä

mallintamistavat ja mallintamistarkkuudet mallien tarkastustoimenpiteet

muutostenhallinta aikataulut

mallien ja muiden suunnitelmien yhteensovitus projektin päätöstoimenpiteet

Rakennusosia mallintaessa on käytettävä oikeaa mallinnustyökalua. On myös tärkeää, että rakennusosiin merkitään oikeat attribuutti tiedot oikeisiin kohtiin. Nämä asiat ovat kriittisiä mallin tulkitsemisen ja ohjelmien välisen tiedonsiirron kannalta, joten mallinta­

misen tueksi ja ohjeistukseksi on olemassa yleisiä ja yrityskohtaisia mallinnusohjeita.

Tietomallien siirto eri tietojärjestelmien välillä edellyttää kansainvälisen Industry Foun­

dation Classes (IFC) - tiedonsiirtostandardin käyttöä. IFC-tiedonsiirrossa tietomalli muunnetaan kääntäjäohjelmaa käyttäen alkuperäisessä mallinnusohjelmassa IFC- muotoon. IFC-muodossa tietomallista karsitaan osa tietosisällöstä pois. Toinen ohjelma voi avata IFC-muotoisen mallin, käyttää sitä viitepohjana omassa mallinnuksessa tai jopa kääntää sen ohjelman omaan natiivimuotoon. Natiivimuodoilla tarkoitetaan mallinnusohjelmien alkuperäisiä tiedostomuotoja. BuildingSMART (International Alliance for Interoperability eli IAI) kehittää IFC-standardia jatkuvasti. Tällä hetkellä on käytössä IFC 2X3-versio ja 2X4 on testausvaiheessa26. Tietomallien siirto osapuolten välillä voidaan toteuttaa projektipankin tai tietomallipalvelimien kautta.

Yhä useampi rakennuttaja edellyttää tietomallien käyttöä hankkeissaan27. Isoimmat suunnittelutoimistot käyttävät tietomallipohjaista suunnittelua kaikissa keskeisissä pro­

jekteissaan. Tietomallintamisen leviämisen esteenä eivät ole tekniset asiat, vaan suunnittelu- ja rakennusalojen yritysten taloudellisten ja henkilöstöresurssien rajallisuus sekä projektien tiukat aikataulut28.

26 BuildingSMART www-sivut: http://buildingsniart-tcch.org/spccifications/ifc-relcases (viitattu 30.5.2011) 27 Palos, Salla (2010):Tietomalliprosessi - Tietomalli tiedon käyttö suunnittelussa, rakentamisessa ja ylläpidossa 28 Penttilä et ai. (2006): Tuotemallintaminen rakennushankkeissa

г

r

fîl

2.3.1. Arkkitehtimalli

Arkkitehti tuottaa ark-mallin, joka sisältää kohteen arkkitehtisuunnitelmat. Malli sisältää kohteen tilat ja rakennusosat. Arkkitehtimallin tilojen pinta-aloja voidaan käyttää tarkas­

taessa, vastaako arkkitehtimalli tilaohjelmaa. Lisäksi niiden avulla voidaan suorittaa tilapohjaista kustannuslaskentaa ja monipuolista määrälaskentaa. Arkkitehtimalli toimii usein lähtökohtana muiden suunnittelualojen tietomallintamiselle.

Arkkitehtimalliin mallinnetaan ainakin Alapohjat, runko, julkisivut, ulkotasot (parvek­

keet, katokset), vesikatot (Talo2000-nimikkeistön mukaisesti)29.

Malliin voidaan myös lisätä esimerkiksi rakennuksen sisäpuoliset seinärakenteet, pinta­

rakenteet, valaisimet ja kalusteet30. Malliin voidaan myös mallintaa talotekniikalle tila­

varaukset. Rakennusosiin on määritettävä attribuuttitiedoksi rakennetyypit ja pinta­

materiaalit. Tarkkuudessa voidaan sallia poikkeuksia pienellä toleranssilla31.

ä

Kuva 3. Ark-mallia käyttäen voidaan helposti hahmottaa Martti Ahtisaaren koulun ulkomuoto.

(SolibriModel Checker -malli, suunnittelutilanne 14.4.2011

29 Senaatti Kiinteistöt (2007): Tietomallivaatimukset osa 3 Arkkitehtisuunnittelu ,0 Penttilä, Hannu (2006): Tuotemallintaminen arkkitehtisuunnittelussa 31 Senaatti Kiinteistöt (2007): Tietomallivaatimukset osa 3 Arkkitehtisuunnittelu

2.3.2. Rakennemalli

Rakennesuunnittelija mallintaa rakennemalliin vähintään kohteen kantavat betoni-, teräs- ja puurakenteet sekä ei-kantavat betonirakenteet32. Rakennemalliin voidaan mää­

rittää myös muita sekundäärisiä rakenteita ja paikallavalettaviin betoniosiin voidaan mallintaa raudoitteet ja kiinnitykset. Rakenneosille on määritettävä oikea ja tarkka sijainti, nimi ja tyyppi sekä geometria. Rakennemallin rakennusosat on mallinnettava tarkalleen oikeisiin kohtiin liittymisien ja asennusten edellyttämän tarkkuustason vuoksi.

Mallinnusohjelmia voidaan käyttää myös elementtien mallintamiseen. Elementti- suunnittelu on ala, jolla tietomallien mahdollisuudet korostuvat. Tietomalleihin saadaan määritettyä elementtien sijainnit, tyypit ja määrät, asennusjäijestys ja ajankohdat val­

mistukselle, toimitukselle ja asennukselle, liitostyypit ja -detaljit, reiät sekä päällekkäi­

syydet muiden rakennusosien kanssa.

Tsxsrai

£2 T«u, Sti-xtum M ■ CM

■ W • л ; r 3 A L? ■ ¿

4

'

J

M

=

n Q (ЯГ »-

сшЕЕзетживетяЕ^и. saati а

Kuva 4. Puijonsarven koulun Tekla Structures -rakennemalli (suunnittelutilanne 14.4.2011)

12 Senaatti Kiinteistöt (2007): Tietomallivaatimukset osa 5 Rakennesuunnittelu

>1

*v-

! lJJ'>

FF-*

! t

// ^II

/

//,

Z

//;

^/

I u

Г 'i

Kuva 5. Tate-mallista näkyy Martti Ahtisaaren koulun 1. kerroksen talotekniikka. (Solibri Model Checker -malli, suunnittelutilanne 14.4.2011)

55 Senaatti Kiinteistöt (2007): Tietomalli vaatimukset osa 4 T ATE-suunnittelu

2

3

3

Talotekninen malli

Talotekninen malli sisältää kohteen talotekniset järjestelmien tekniikkaosat ja järjestel­

mien edellyttämät varaukset33. Lisäksi malliin voidaan sisällyttää kanavistojen edellyt­

tämät eristeet ja huoltoluukut sekä muuta taloteknisen toteutuksen kannalta oleellista tietosisältöä.

LVISA-suunnittelijat mallintavat omat mallinsa, jotka yhdistetään talotekniseksi mal­

liksi. Mallia yhdistettäessä voidaan suorittaa taloteknisten suunnittelualojen välinen törmäys tarkastelu. Tate-mallia käytetään myös järjestelmien mitoittamiseen sekä koh­

teen tate-analyyseihin. Taloteknistä mallista voidaan ottaa myös lähtötiedot rakenne­

suunnittelijan reikien mallinnukselle.

■■

YhdistelmämalM 2.3.4.

Yhdistelmämalliin tuodaan eri suunnittelualojen osamallit, jolloin niiden tietosisältö muodostaa yhden kokonaisuuden34. Osamalleja yhdistettäessä voidaan niiden tarpee­

tonta sisältöä karsia pois yhdistelmämallista. Yhdistämiseen käytetään mallinnus- ohjelmistoa, ja mallit voidaan tuoda joko IFC-muodossa tai muussa mallinnusohjelman sallimassa muodossa. Mallien koordinaatistojen, orientaation, sijainnin ja mallinnus- menetelmien on oltava yhtenevät. Siksi yhdistäminen edellyttää, että suunnittelijat nou­

dattavat annettuja mallinnuskäytäntöjä ja tiedonsiirto-ohjeita.

Osamalleja ei voida yhdistelmämallissa muokata, mutta niiden tietosisältöä voidaan ottaa siitä ulos. Yhdistelmämallia käytetään pääasiassa laadunvarmistuksessa, havain­

nollistamisessa, määrä- ja sijaintitiedon hallinnassa sekä suunnitteluratkaisua koske­

vassa kommentoinnissa ja viestinnässä. Yhdistelmämallin hyöty korostuu laadun­

varmistuksessa, sillä siitä voidaan tarkastaa, ovatko suunnittelualojen ratkaisut yhteen­

sopivia keskenään.

1

Kuva 6. Leikkaus Martti Ahtisaaren koulun yhdistelmämallista, jossa on näkyvissä rakenne- ja tate- osamallit. Yhdistelmämallia voidaan käyttää risteilyjen visuaaliseen hahmottamiseen. (Solibri Model Checker-malli, suunnittelutilanne 14.4.2011)

34 Vakkilainen Jussi (2009): Rakennuksen tietomalli rakennushankkeen suunnitteluvälineenä

2.4. Tietomallien käyttö hankkeiden aikana ja Lemminkäi­

sen tietomalliprosessi

Lemminkäisen hankkeissa, joissa käytetään tietomalleja, noudatetaan toiminta­

järjestelmän mukaista tietomalliprosessia. Salla Palos on diplomityössään kuvannut tietomalliprosessin prosessikarttana, jonka osia on liitetty tämän työn liitteeksi. Tarve­

selvitystä sekä käyttö- ja ylläpitovaihetta koskevat prosessikartan osat jätettiin tästä työstä pois.

Prosessikartoista selviää projektinjohtototeutusmuotoisen hankkeen eteneminen. Vas­

taavasti tässä luvussa esitetään Lemconin (nykyään osa Lemminkäinen Talo Oy:tä) tietomalliprosessi elinkaarimallin mukaisessa hankkeessa, jossa palveluntuottaja toimii rakennuttajana. Tietomalliprosessia ja tietomallien käyttömahdollisuuksia avataan alla etenkin proj ektinj oh tokonsulttiosapuolen ja toteutusorganisaation näkökulmasta.

2.4.1. Tietomallit hankevalmistelu- ja tarjousvaiheessa

Hankkeen alkuperäinen tilaaja saattaa tuotattaa hankevalmisteluvaiheessa hanke- ohjelman ja muiden lähtötietojen pohjalta tilaryhmä- tai tilamallin35. Esimerkiksi ole­

massa olevista kohteista saatetaan talouskilpailuun osallistuville antaa käyttöön inventointimallit. Yleensä elinkaarimallihankkeessa palveluntuottajaehdokkaan tehtä­

viin sisältyy varsinaisen suunnitteluratkaisun muodostaminen tarjousaineiston perus­

teella, jolloin taijousryhmän arkkitehdit tuottavat omat tilamallinsa.

Palveluntuottajaorganisaatio käyttää tarjousvaiheessa mahdollista tilamallia visualisoi­

maan suunnitteluratkaisua itselleen tai tilaajalle. Havainnollinen tilamalli toimii päätöksenteon tukena kehitettäessä suunnitteluratkaisuja sekä arvioitaessa, täyttävätkö suunnitelmat annetut tarjouskilpailun kriteerit.

Tilamallia voi käyttää myös kohteen elinkaarikustannuksia arviointiin, vaikka mallin tietosisältö on hyvin kevyt. Tilamallista voidaan laskea kohteen tunnuslukuja kuten hyötyneliöiden suhde bruttoneliöihin tai kohteen tilavuus vaipan pinta-alaa kohden36.

Kohteen investointi- ja käyttökustannuksia voidaan laskea tilapohjaisesti, jolloin kustan­

nukset arvioidaan empiirisesti hankittujen keskimääräisten tilakustannusten, korjaus- kertoimien ja kustannusindeksien avulla. Tunnuslukujen ja tilapohjaisen määrä-

35 Palos, Salla (2010):Tietomalliprosessi - Tietomalliticdon käyttö suunnittelussa, rakentamisessa ja ylläpidossa 36 Senaatti Kiinteistöt (2007): Tietomalli vaatimukset osa 7: Määrälaskenta

laskennan edellytys on, että tilaryhmä- tai tilamallin geometria on mallinnettu oikein sekä tilat on mallinnettu oikein. Kun tilat on määritetty, on myös varmistettava, että ne vastaavat tilaohjelmaa. Myös rakennusosapohjaista määrälaskentaa voisi suorittaa, mutta se ei ole tarkoituksenmukaista, koska vain murto-osa rakennusosista on mallin­

nettu ja niihin todennäköisesti tulee huomattavasti muutoksia. Näiden ohella tilamallia voi myös käyttää pohjana taloteknisissä analyyseissä, joilla voidaan arvioida mm. koh­

teen energiankulutusta37.

Taqousvaiheessa suunnitteluratkaisun taloudellisuuteen ja tilaratkaisuihin voidaan vai­

kuttaa todella paljon. Tarjousvaiheessa käytettävissä oleva tiedon määrä on pieni. Hank­

keen edetessä informaation määrä kasvaa, mutta vastaavasti vaikutusmahdollisuudet pienenevät. Mitä pidemmälle hankkeessa edetään, sitä kalliimmaksi tulevat muutos- kustannukset. Tietoa saadaan varhaisemmassa vaiheessa enemmän käyttöön tuottamalla toimiva tilamalli. Tällöin hanketta voidaan ohjata tehokkaampaan ja taloudellisempaan suuntaan.

2.4.2. Tietomallit suunnitteluvaiheissa

Tietomalliprosessin mukaan hankkeen suunnittelu toteutetaan tietomallipohjaisesti38.

Suunnitteluvaiheessa arkkitehti tuottaa ensin alustavan rakennusosamallin, jota käyte­

tään suunnitteluratkaisun muotoilemisessa. Alustava rakennusosamalli tarkentuu toteutussuunnitteluvaiheessa rakennusosamalliksi, kun arkkitehdin suunnitteluratkaisut ovat pääpiirteiltään selvät. Hankkeesta riippuen myös rakenne- ja talotekninen suunnit­

telija tuottavat arkkitehtisuunnitelmien pohjalta omat tietomallinsa, jotka tarkentuvat ja hioutuvat valmiiksi toteutusvaiheen alkuun. Suunnitteluvaiheita varten on laadittu suunnitteluaikataulu, jonka mukaan mallien julkaiseminen, laadunvarmistus ja yhteen­

sovitus on toteutettava. Mallit saatetaan yhdistää yhdistelmämalliksi.

Tietomalleja käytetään myös tässä vaiheessa visualisoimaan suunnitelmia sekä projekti­

organisaation sisäisesti että alkuperäiselle tilaajalle. Viranomaisyhteyksissä ja varsin­

kaan rakennuslupamenettelyssä ei voida nykyhetkellä hyödyntää tietomalleja.

Mallin laadunvarmistus on olennainen osa tietomalliprosessia. Keskeisessä roolissa ovat ristiriitatarkastukset eri suunnittelualojen välillä esimerkiksi yhdistelmämallia käyttäen.

31 Palos, Salla (2010):Tietomalliprosessi - Tietomallit!edon käyttö suunnittelussa, rakentamisessa ja ylläpidossa 38 Palos, Salla (2010):Tietomalliprosessi - Tietomallitiedon käyttö suunnittelussa, rakentamisessa ja ylläpidossa