Aluetiedon ja rakennustiedon standardit

Transkriptio

1 Built Environronment Process Re-engineering BIMCity Aluetiedon ja rakennustiedon standardit Muistio

2 Muistio: Aluetiedon ja rakennustiedon standardit Juho Malmi (TTY), Anssi Joutsiniemi (TTY), Janne Porkka (VTT) Alkusanat Sekä alueiden, että rakenteiden mittakaavan suunnittelu on murrosvaiheessa. Molempien alojen suunnittelussa tullaan yhä kattavammin hyödyntämään standardoituja avoimia tietorakenteita, jotka parantavat tiedonsiirtoa suunnitteluosapuolten välillä ja auttavat takaamaan tuotetun tiedon luotettavan säilytettävyyden. Rakennusalalla suunnittelutyö tehdään pääasiassa kolmiulotteisilla suunnitteluohjelmilla. Suunnitteluohjelmistojen tausta on perinteisissä CAD-järjestelmissä, jotka käyttävät suorakulmaista koordinaatistoa. Parhaillaan on käynnissä nk. tietomallintamisen läpimurto. Rakennuksen tietomallilla tarkoitetaan tavallisesti sellaisia rakennuksen kolmiulotteisia esityksiä, joissa rakennusosia ja rakennuksen tiloja kuvaavaan geometriaan on liitetty selittävää attribuuttitietoa. Lähitulevaisuuden haasteena on integroituvuuden parantaminen paikkatietojärjestelmien kanssa ja sen edellyttämä tuki maantieteellisille koordinaatistoille. Kuva 1. Suorakulmainen koordinaatisto, pallokoordinaatisto. Rakentamisen mallinnusohjelmistojen (CAD ja BIM) työskentelytila on suorakulmainen kolmiulotteinen koordinaatisto. Karttaprojektiot perustuvat vertausellipsoideihin, jotka ovat yksinkertaistettuja esityksiä maapallon muodosta. Alueiden mittakaavassa perinteinen suunnitteluväline on kaksiulotteinen (tai 2½-ulotteinen) paikkatieto-ohjelmisto. Näiden ohjelmistojen työtilana on karttaprojektio. Mittapisteisiin tai korkeuskäyriin liitetyt korkotiedot ovat attribuuttitietoa. Etenkin eri aineistoja yhdistettäessä aineistojen projektiot on ehdottomasti tunnettava. Korkeusaineistojen kohdalla on lisäksi tunnettava käytetty korkeusjärjestelmä.

3 paikallisia luotilinjoja ellipsoidi geoidi maanpinta Kuva 2. Suomalaisten korkeusjärjestelmien (NN, N43, N60 ja N2000) korkeudet perustuvat geoidiin kun taas EUREF-FIN korot ovat GRS80-ellipsoidin mukaisia. Esimerkiksi Haminassa ellipsoidisen korkeuden mukainen meren pinta on noin 3 metriä alempana kuin Helsingissä vaikka ortometrisen (geoidiin perustuvan) korkeuden mukaiset korkeudet ovat samat. 1 Uusimpia tulokkaita alueidenkäytön suunnitteluun ovat aidosti kolmiulotteiset suunnittelujärjestelmät. Tässä dokumentissa esitellään myös näiden ohjelmien tarpeisiin vastaavia tiedostomuotoja. Kolmiulotteisen suunnittelun ja aluemallien tuleminen on positiivista, koska mallien kautta aluiedenkäytön suunnitteluun kuuluvien monien suunnittelualojen tietoja voidaan vertailla keskenään havainnollisemmin. Tiedonsiirrossa paikkatietojärjestelmien ja rakentamisen tietomallien välillä voidaan tunnistaa kaksi ongelmakohtaa joihin BIMCity-työpaketissa tulisi hakea vastauksia. 1. Tiedonsiirron ja varastoinnin menetelmät. Paikkatietojärjestelmät ja rakentamisen tietomallisovellukset eroavat toisistaan perusteellisesti. Minkälainen tiedonsiirto on mahdollista tällä hetkellä ja mitkä ovat tulevaisuuden näkymät? Minkä kaltaisissa järjestelmissä eri tietosisältöjä tulee säilyttää ja miten päällekkäisyydet ratkaistaan? 2. Tiedon vääristymättömyyden takaaminen paikkatietojärjestelmien ja rakentamisen tietomallisovellusten välisissä tiedonsiirron prosesseissa. Miten varmistetaan, ettei tiedon laatu huonone järjestelmien välisissä takaisinkytkennöissä? Miten estetään tiedon tarpeeton köyhtyminen alueidenkäytön suunnittelun prosesseisa. Hyvän käsityksen useimmista tässä muistiossa käsitellyistä tiedostomuodoista saa VTT:n tutkimusraportista: Infra-tuotetietomallistandardit. Tiedostomuotojen sijoittuminen rakentamisen ja maankäytön toimintoihin ja mittakaavoihin käy ilmi EuroStep Oy:n raportista: Infran tietomallinnukseen liittyvät standardointitahot (Kuva 3.). Molemmat raportit sisältävä, PRE -ohjelman Infra FINBIM -työpakettia taustoittava, RTT:n Infra- BIM-sivusto on kokonaisuudessaan hyödyllistä taustamateriaalia myös BIMCityyn osallistuville. 1 Suomen geodeettiset koordinaatistot ja niiden väliset muunnokset, Geodeettinen laitos (2009).

4 Lähtötiedot Kohteet, rakenteet OGC, ISO19100-sarja perusmenetelmät ja formaatit infra-rakenteet väylät LandXML verkostot luettelotiedot metatiedot KuntaGML, JHS Inframodel väyläsuunnittelu otsikkotiedot, perusaineisto karttapohjat asemakaavat tie- ja katusuunnittelu ratasuunnittelu vesiväyläsuunnittelu aluemaiset rakenteet vesihuolto pohjatutkimustieto IFC / siltalaajennus silta-rakenteet talonrakennus Infra-formaatti tilat määrät rakenteet aikataulut LVIS kustannukset buildingsmart / IFC Liittyvät rakenteet Kuva 3. Infran tietomallinnukseen liittyvät standardointitahot raportin näkemys tiedostomuotojen suhteesta toimintoihin. 2 Paikkatiedon tiedostomuodot, standardit ja käyttö LandXML LandXML on infrasuunnittelun tiedonsiirron tarpeisiin kehitetty avoin xml-pohjainen standardi, joka mahdollistaa rakenne-, kartoitus- ja mittatietojen esittämisen kaksi- tai kolmiulotteisina. LandXML:lää kehittää yritysvetoinen konsortio, mutta kehitys näyttää toistaiseksi pysähtyneen. Suomessa infrarakentamisessa on käytössä Inframodel niminen, VTT:n kehittämä LandXML:n sovellusskeema, josta PRE:n InfraFINBIM-työpaketissa valmistellaan kolmatta versiota. GML (Geography Markup Language) GML on paikkatiedon esittämiseen tarkoitettu avoin xml-pohjainen standardi, joka sisältää kattavan joukon paikkasidonnaisen tiedon esittämiseen tarvittavia yleisluontoisia määreitä (luokkia). GML on kehitetty tukemaan tapauskohtaisia tietorakenteita. Toimiakseen GML vaatii sovellusskeeman (application schema), jossa siirrettävä tietosisältö on määritelty suhteessa GML:n peruselementteihin (pisteet, viivat, alueet). Sovellusskeema kertoo peruselementtien tai niiden yhdistelmien merkityksen. Eri sovellusskeemoja käyttäviä GML-formaatteja voidaan pitää erillisinä tiedostomuotoina, eikä niiden keskinäisestä käännettävyyteen voida antaa yleistä vaustausta. GML-standardin määrittelystä vastaa Open Geospatial Consortium, Inc. (OGC). 2 Infran tietomallinnukseen liittyvät standardointitahot, InfraTM-hanke (2010)

5 Esimerkkejä GML sovellusskeemoista: LandGML on LandXML tietosisältöjen kuvaus GML-formaatissa. Hanke on keskeneräinen, eikä sen tulevaisuudesta ole saatavilla luotettavaa tietoa. Toistaiseksi LandGML mahdollistaa käännökset LandXML skeemaversion ja GML 3.0 skeemaversion välillä. Ajantasainen LandXML versio on 1.2. LandXML.org sivustolla todetaan vuonna 2004 suoritettujen testien perusteella tiedonsiirron olevan sinänsä mahdollista. Testausta on ehdotettu jatkettavaksi kun riittävästi GML 3.0 sovellusskeemoja on saatavilla. Tälä hetkellä tilanne on mainitun kaltainen, mutta uutisia hankkeesta ei toistaiseksi ole kuulunut. Jotkut GML-yhteensopivat ohjelmistot tukevat myös LandXML:ää. CityGML on kolmiulotteisen kaupunkimallin kuvaus GML-formaatissa, jonka määrittely sisältää viisi diskreettiä tarkkuustasoa (LOD). Edustaa kaupunkien mittakaavan yhtenäisten tietomallien kehityksen kärkeä. Mielenkiintoisen CityGML:stä tekee erityisesti sen mahdollinen integroituvuus IFC :n ja kaksiulotteisten GML muotojen (esim. Kunta- GML) kanssa. KuntaGML kattaa kantakartan ja asemakaavan tietosisältöjen kuvaukset GML-formaatissa. KuntaGML:ään on tulossa myös muita julkishallinnon tuottamien paikkatietosisältöjen kuvauksia. KuntaGML- ja KRYSP-hankkeissa määritetyt kunnan rakennetun ympäristön tietojen rajapinnat mahdollistavat tietopalvelujen toteuttamisen kuntiin. Kunnissa ja Kuntaliitossa on todettu, että tietojen hyödyntämistä helpottaisi kokoava tietopalvelu, jolloin asiakkaalla olisi mahdollista saada yhdestä tietopalvelusta kuntien rakennetun ympäristön tiedot. Toisena asiana on todettu, että rakennetun ympäristön tietopalvelun tukipalveluja ei tarvitse toteuttaa jokaiseen kuntaan erikseen, vaan kunnat voivat hyödyntää kokoavan tietopalvelun tukipalveluja. Kunnat voivat tällöin keskittyä aineiston ylläpitoon. Kokoava tietopalvelu ei itse tuota tietoa, vaan se välittää kuntien tietoa. KuntaGML on todennäköisin kandidaatti ajantasaisten lakisääteisten viranomaistietojen varastoinnille tulevaisuudessa. Tästä syystä on tärkeää tarkastella KuntaGML:n yhteensopivuutta muiden BIMCity:ssä esille tulevien tiedostomuotojen kanssa ja tutkia millaista hyötyä järjestelmä toteutuessaan tuottaa liittyville maankäytön-, alue- ja rakennussuunnittelun toiminnoille. KML (Keyhole Markup Language) KML on paikkatiedon esittämiseen tarkoitettu avoin xml-pohjainen standardi, jonka fokus on tiedon havainnollistamisessa. KML on kehitetty virtuaalimaapallon tietorakenteeksi Keyhole Earth Viewer ohjelmaa (nyk. Google Earth) varten. KML:n suurin hyödyntäjä on Google, jonka paikkatieto- ja mallinnusohjelmistot käyttävät sitä. KML-standardin määrittelystä vastaavat yhteistyössä OGC ja Google. OGC katsoo KML:n muodostavan pohjan paikkatiedon esittämiselle internetissä (karttapalveluissa ja virtuaalimaapalloissa).

6 Rakennussuunnittelu (IFC) Kuntasuunnittelu (KuntaGML) Geosuunnittelu (LandXML) rakennusvaippa rakennusala maaperä rakennuksen liittymät liikennealue Väyläsuunnittelu rakennuksen tilat asuintalojen korttelialue väylät perustusten tilavaraus liikerakennusten k.alue Verkostojen suunnittelu talotekniikka viheralue verkostot, liittymät Kuva 4. Alueen tietomallin osamalleja. Rakentamisen tietomallien tiedostomuodot, standardit ja käyttö IFC (Industry Foundation Classes) IFC on rakennusalan tiedonsiirtoon kehitetty avoin standardi. IFC sisältää suuren joukon rakennusalan tiedonsiirrossa tarvittavia määreitä (luokkia) ja sen tavoitteena on ratkaista tiedonsiirto- ja säilytyskysymykset rakennusprojektin elinkaarella. Standardin tarkoituksena on tukea kaikkia eri suunnittelualoja, jotka käyttävät rakennustietoa (arkkitehtuuri, talotekniikka, rakennusautomaatio, rakennesuunnittelu- ja analyysi, määrä- ja kustannuslaskenta, rakennuttamisen suunnittelu ja aikataulutus, projektitiedon luovutus sekä kiinteistön ylläpito). IFC standardia kehittää buildingsmart International Ltd. IFC on tällä haavaa ainoa varteenotettava tiedostomuoto rakennusten tietomallien säilyttämiseen.

7 Tutkimus ja kehitystyö BIM-GIS rajapinalla Tässä kappaleessa esitellään BIMCity työpaketin kannalta oleelliset tiedonsiirtoon liittyvät tutkimushankkeet. Lista on keskeneräinen, eikä kaikkia hankkeita ole ehditty kuvata riittävällä tarkkuudella. KRYSP KRYSP, eli Kunnan rakennetun ympäristön sähköiset palvelut on Suomen Kuntaliiton hanke, joka mm. ylläpitää ja kehittää KuntaGML tietomallia. Towntology Urban Ontologies for an Improved Communication in Urban Civil Engineering Projects (COST c21) COST on eurooppalaisen tiede- teknologiayhteistyön hallitustenvälinen verkosto, joka mahdollistaa kansallisesti rahoiten tutkimuksen koordinoinnin yleiseurooppalaisella tasolla. COST pyrkii osaltaan vähentämään eurooppalaisen tutkimusrahoituksen pirstaloitumista sekä avaamaan Euroopan tutkimusaluetta (ERA) maailmanlaajuiselle yhteistyölle. Tampereen teknillinen yliopisto osallistui COST c21 tutkimukseen vuosina Tutkimuksen loppuraportti tarjoaa yleiskuvan urbaanin mittakaavan rakennus- ja paikkatiedon akateemiseen tutkimukseen Euroopassa. TTY:n tutkimusosuudessa käsitellään tiedon tuottamisen, säilyttämisen ja hyödyntämisen keinoja eri mittakaavoissa ja tiedonkulkua mittakaavojen välillä. ProDigiBIM, Rakentamisen Prosessin Digitaalinen Hallinta (Digitaalinen Tuoteprosessi, TEKES) ProDigiBIM on osa TEKESin Digitaalinen tuoteprosessi ohjelmaa. Hankkeessa tutkittiin rakennustiedon kuljettumista rakennusprosessin aikana ja etsittiin keinoja rakennusten tietomallien tehokkaaseen hyödyntämiseen prosessissa. Hankkeen pääpaino oli rakentamisen tietomallien hyödyntämisessä suunnittelu- rakentamisvaiheissa. Tutkimuksessa selvitettiin pintapuoleisesti rakennustiedon hyödyntämistä aluesuunnittelun mittakaavassa ja rakentamisen tietomallien käyttöä paikkatiedon osana. Aluemallien käytöstä kommunikaation tehostamiseen laadittiin VVO:lle ja NCC:lle lyhyt katsaus nimikkeellä: Malminiitty, Ketterä Aluemalli -pilotti. Rakentamisen tietomallien tietosisällön rajaamiseen aluemittakaavaan sopivaksi otettiin kantaa tutkimuksen tilavuusmalleja käsitelevässä osassa. BIMServer.org, avoimen lähdekoodin rakennustietomallipalvelin (TNO) BIMserver on avoimen lähdekoodin tietomallipalvelin rakennusten tietomalleille. Ohjelmiston pääasialliset kehityskumppanit ovat Eindhovenin teknillinen yliopisto (TUE) ja TNO. BIMserver on aluetiedon näkökulmasta mielenkiintoinen projekti, sillä eräs sen perusajatuksista rakennustiedon siirtäminen kaupunkimalleihin. BIMServer tukee IFC, CityGML, KML ja Collada formaatteja ja mahdollistaa myös käännökset formaatista toiseen. BIMserver.org:lta on lähtöisin myös GeoBIM-aloite, jonka tarkoituksena on luoda CityGML:ään laajennus IFC-pohjaista rakennustietoa varten.