Siltasuunnitelmien muuttaminen 3D-muotoon, konseptikuvaus

Transkriptio

1 Mikko Perälä, Kari Kuusela, Keijo Pulkkinen, Rauno Heikkilä Siltasuunnitelmien muuttaminen 3D-muotoon, konseptikuvaus Tiehallinnon sisäisiä julkaisuja 44/2007 gg

2

3 Mikko Perälä, Kari Kuusela, Keijo Pulkkinen, Rauno Heikkilä Siltasuunnitelmien muuttaminen 3D-muotoon, konseptikuvaus Tiehallinnon sisäisiä julkaisuja 44/2007 Tiehallinto Helsinki 2007

4 Kansikuva: Haukiputaan silta - teoreettinen malli ja pistepilvi yhdistettynä. Verkkojulkaisu pdf ( ISSN TIEH v TIEHALLINTO Oulun tiepiiri Veteraanikatu 5 PL OULU Puhelin

5 Tekijä: Otsikko. Helsinki Tiehallinto, Keskushallinto. Tiehallinnon sisäisiä julkaisuja, s. + liitt. s. ISSN X, ISSN Asiasanat:sillansuunnittelu; piirustukset; hankinta; sähköinen asiointi; tietotekniikka; ohjelmistot Aiheluokka:35 TIIVISTELMÄ Tiehallinto on hankintastrategiassaan ja hankinnan sähköistämisen tavoitteissa määritellyt, että siltasuunnitelmat siirretään 3D -muotoon vuoteen 2015 mennessä. Vuosina luotiin malli ja käynnistettiin siltasuunnitelmien skannaus sähköiseen muotoon. Tavoitteena on työstää skannatut kuvat 3D -muotoon, jotta niitä voidaan käyttää siltojen hallinnan ja ylläpidon lähtötietoina. Lopullisen 3D -muodon tulee olla sellainen, että ratkaisu tukee myös Infra ohjelman mukaisia tavoitteita yhteisestä tuotetietomallista ja tietokantojen yhteiskäyttöisyydestä. Tässä konseptikuvauksessa on selvitetty malli ja menettelytavat siihen kuinka siltasuunnitelmat voidaan saattaa 3D -muotoon skannatusta materiaalista. Lähtökohtana on ollut ohjelmistoriippumattomuus ja ratkaisujen avoimuus. Konseptikuvauksen yhteydessä on tehty pieni pilottiprojekti, jossa on käytännössä muutettu viisi siltapiirustusta 3D-muotoon. Muunnoksessa käytettiin AutoCAD -ohjelmistoa. Myös muita ohjelmistoja harkittiin, jolloin olisi saatu kattavampi otos eri muunnostyökaluista, mutta käytännössä niiden osaamista ei löytynyt riittävästi. Muunnostyössä syntyi sillan lähtötietomalli. Pilottiprojektin yhteydessä vastaavat viisi siltaa laserkeilattiin kesällä Laserkeilauksen lopputuotosta eli toteumamallia verrattiin 3D-muunnostyössä saatuun malliin, jolloin tuloksena syntyi lopputietomalli. Konseptikuvauksen liitteenä syntyneitä mallinnusperiaatteita ja muunnostyötietoutta voidaan käyttää hyväksi tulevaisuudessa, kun siltapiirrosten muunnostöitä ryhdytään tekemään laajemmin. Muunnostyön käytännön toteutuksessa on huomioitava erityisesti laaduntarkkailu sekä tuotantoprosessi ja siihen liittyvät työkalut. Pilottiprojektin perusteella ei ole olemassa yhtä yksittäistä toisia parempaa suunnitteluohjelmaa eikä formaattia. Avoimista formaateista ei vielä ole apua siltasuunnittelussa tai tiedonsiirrossa eri ohjelmien välillä. Ne ovat vielä aikaisessa kehitysvaiheessa, mutta niiden etenemistä pitää seurata tarkoin. Tämän projektin rinnalla on käynnistetty opinnäytetyönä selvitys muunnostyössä käytettävän aineiston siirtotyössä ja siirretyn tiedon hyödyntämisessä tarvittavan projektinhallintajärjestelmän testauksesta ja mahdollisesta käyttöönotosta. Selvityksen tuloksia on hyödynnetty konseptikuvauksen laadinnassa. Muunnostyön seuraavana vaiheena on vaatimusmäärittely, joka syntynee pääosin joulukuussa 2007 käynnistyvän ylläpidon urakoiden tiestötietopalvelujen vaatimusmäärittelyn yhteydessä. Vaatimusmäärittelyn pohjalta valmistellaan ensimmäisen muunnostyöpilotin kilpailutus keväällä Muunnostyössä edetään vaiheittain, niin että etenemistä tarkennetaan koko ajan eri vaiheista saatavien kokemusten myötä.

6

7 Tekijä: Otsikko () Helsinki Finnish Road Administration, Central Administration. Finnra internal reports, p. + app. p. ISSN X, ISSN Keywords: bridge design; drawings; procurement strategy; IT; software; digital SUMMARY Finnish Road Administration has stated in their procurement strategy and in their goal of digitalizing acquirements that bridge drawings will be transformed into 3D-form by the year During 2005 and 2006 a process model was created how to do this and the scanning of bridge drawings was started. Aim is to process scanned images into 3D-form so that they can be used as basis of bridge management and maintenance. The final 3D-format has to be aligned with Infra-2010 program's goals of commonly acknowledged product model guide line and database compatibility. In this concept description the model and the methods of converting scanned bridge drawings into 3D-form has been clarified. Software independency and open source solutions have been taken as guiding methods when tried to find a solution. During the process of creating this concept description a pilot project has been initialized. In this project five scanned bridge drawings were converted into 3D-form. AutoCAD was used as a software tool in the process. Also other software were considered, but not enough know-how was found to use them. After the conversion work a start-up data model is created. Five chosen bridges were laser-scanned during the summer of As outcome of it a reality data model was created. That data model was then compared to the model received from the conversion and a final data model was created. Modeling guide lines and principles that were born during the making will be used in the future as more bridge conversions will be done. Quality assurance is once of the key points to take into consideration during the conversion work as well as production process and tools used in it. According to the experiences from the pilot project there are not single better tool nor data format. Open standards are not developed enough to be used in bridge design or data transferring between different software. They are in an interesting phase and their development must be carefully followed. One thesis work was started as a side project of this concept description. It concentrates on the project management system that is needed for production management, for quality testing and for using the data models acquired from the conversion. Results of the thesis have been used in the making of this concept description. Next phase is bridge conversion's requirement specification that will most likely be done in December 2007 when road information service for maintenance contract requirement specification is made. On basis of that requirement specification first tender for bridge conversion pilot project will be announced in Bridge conversion will proceed in multiple phases so that experience gathered during the process will be taken into use as the conversion work goes forward.

8 ESIPUHE Siltasuunnitelmien muuttaminen 3D -muotoon, konseptikuvaus sisältyy Tiehallinnon ylläpidon kehittämisohjelmaan Konseptikuvauksen ensisijaisena tavoitteena oli selvittää malli ja menettelytavat siihen kuinka siltasuunnitelmat voidaan saattaa 3D -muotoon skannatusta materiaalista. Lähtökohtana on ollut ohjelmistoriippumattomuus ja ratkaisujen avoimuus. Tavoitteena oli myös, että ratkaisu tukee INFRA ohjelman mukaisia tavoitteita yhteisestä tuotetietomallista ja tietokantojen yhteiskäyttöisyydestä. Työtä on ohjanneeseen projektiryhmään ovat Tiehallinnosta kuuluneet Keijo Pulkkinen (pj), Terhi Mikkonen, Risto Väänänen ja Mikko Inkala. Konsultteina työssä ovat toimineet Mikko Perälä Cubicasa Oy:stä ja Kari Kuusela Ponvia Oy:stä. Lisäksi projektiryhmän työskentelyyn on osallistunut Rauno Heikkilä Oulun yliopiston rakentamisteknologian tutkimusryhmästä. Laserkeilauksista vastasivat Heikkilän lisäksi yliopistolta Juha-Matti Halme ja Janne Paitsola. Konseptikuvauksen rinnalla käynnistynyttä opinnäytetyötä teki Lasse Joensuu Oulun Ammattikorkeakoulusta. Työtä esiteltiin siltainsinöörien tapaamisessa Lohjalla Lohjalla. Lisäksi konseptikuvauksen tuloksia ja jatkotoimenpide-ehdotusta on käsitelty Tiehallinnon prosessien tiedonhallinnan kehittämisen ohjausryhmässä kahdesti, 4.9. ja Oulu, marraskuu 2007 Tiehallinto

9 Siltasuunnitelmien muuttaminen 3D-muotoon, konseptikuvaus 7 Sisältö TIIVISTELMÄ 4 SAMMANFATTNING 5 SUMMARY 6 ESIPUHE 7 1 TIETOMALLIEN KÄSITTEISTÖ 10 2 PROJEKTIN TAVOITE Projektin aikataulu Projektin aikana toimitettavat dokumentit ja raportit 11 3 SILTOJEN 3D-KONVERSION KUVAUS Konversion tavoitteet Ohjelmisto- ja järjestelmäriippumattomuuden turvaaminen Siltakonversion vaatimukset Rakennetiedot lähtötietomalliin Mallinnusohjeistus ja ohjeistuksen yhdenmukaisuus Objektikirjaston hyödyntäminen Siltojen luokitusmääritykset Maastossa tehtävät mittaukset Oulun yliopiston suorittamat viisi laserkeilausmittausta Laserkeilaukseen liittyviä näkökohtia ja huomioitavia asioita D-mallin ja keilausmallin käyttö ja hyödyntäminen suunnittelussa Muunnostyön aikaisen projektinhallintajärjestelmän vaatimukset Toiminnallisuudet Etusivu / Uusimmat päivitykset Käyttäjien hallinta Projektinhallinta / Yleisnäkymä / Statistiikkanäkymä / Loppuhyväksyntä Tuotannonhallinta Laadunhallinta Uusien projektien lisäys Valmiit projektit Tekninen kuvaus Siltarekisterin hyödyntäminen D-projektinhallintaohjelmiston hyödyntäminen lopputietomallien käsittelyssä Erilaiset toimintamallit konversiotyössä tavoitteiden saavuttamiseksi Salassapito Työmäärä- ja kustannusarvio 30

10 3.9.1 Muunnostyön aikainen projektinhallintajärjestelmä D -> 3D muuntotyö lähtötietomalliksi Mittaukset Jatkotoimenpiteet 32

11 Siltasuunnitelmien muuttaminen 3D-muotoon 9 1 TIETOMALLIEN KÄSITTEISTÖ Aluksi on hyvä selventää muutamia käsitteitä, joita konseptikuvauksessa tullaan käyttämään. Yleisesti käytetty lause on; Tuotemalli on todellisen ympäristön käsitteiden kuvaus ohjelmistoille tiedon siirtoon ja tallentamiseen soveltuvassa muodossa Tuotetietomalli tai tuoterakennemalli on rakenteen määritys, jonka avulla voidaan koostaa ja toteuttaa tuotemallia tukevia ohjelmistoja sekä eri ohjelmistojen välisiä rajapintoja. Tuotemalli on yllä olevan määrityksen mukainen, jonkun tietyn kohteen yksityiskohtainen kuvaus. Tuotemallipohjainen järjestelmä toteuttaa ohjelmistojen ja rajapintojen välille luotuja yhteyksiä määritettyjen kuvauksien mukaisesti. Infra-alalla keskeinen suuntaus on rekisteritietojen kääntäminen määritysten mukaisesti, jolloin dataa voidaan siirtää tai jakaa eri toteutustavoilla. Lähtötietomalli tarkoittaa tässä raportissa skannatuista siltapiirustuksista 3D-muotoon konseptikuvauksen vaatimusten mukaan muunnettua siltamallin tuotemallia. Toteumamalli tarkoittaa tässä raportissa laserkeilattua siltamallia. Toteumamallia ja lähtötietomallia vertaamalla saadaan selville sillan todelliset muutokset. Lopputietomalli tarkoittaa sitä mallia, joka saadaan kun lähtötietomalli ja toteumamalli yhdistetään ja saadaan näin esiin sillan todellinen tila. Lähtötietomallin ja toteumamallin vertaaminen ja yhdistäminen onnistuu olemassa olevilla ohjelmistoilla. Lopputietomallia voidaan kutsua myös päivitetyksi lähtötietomalliksi. Ylläpitomalli on lopputietomalli, joka päivitetään sitä mukaan kun siihen tehdään muutoksia esim. Korjausrakentamisen yhteydessä. Tuotetietomallin käsitteet voivat kuvata joko fyysisiä esineitä tai tuotteita, mittoja, alueita, päivämääriä jne. (silta, liikennemerkki, paikkatieto, aikatieto) tai abstrakteja käsitteitä kuten laatu, prosessi, analyysitieto, ympäristövaikutukset. Oliopohjaisessa mallintamistavassa (kts. IFC) käsitteet kuvataan tuotetietomallissa luokkina, jotka määrittelevät tuotemallin olioiden merkityksen sekä niiden ominaisuudet, suhteet toisiin olioihin ja käyttäytymisen. Tuotemallissa sama asia voidaan esittää monella eri tavalla; geometriana (2d/3d), topologioina, rakenteiden materiaaleina, erilaisina toleransseina, jne. Kuitenkaan kaikki mallit eivät ole 3D-tuotemalleja, eikä tuotemallista ole pakko saada 3D-geometrista esitystä. Yleensä kuitenkin 3D-geometria mallista löytyy. Mahdollinen on myös niin sanottu hybridi-malli, jossa tuotetietomallipohjaisesta järjestelmästä on viittauksia toisiin tietovarantoihin, kuten esimerkiksi erilaisiin dokumenttipankkeihin. Tiehallinnon kannalta tämä voi tulla kysymykseen, kun mietitään nykyisen siltarekisterin hyödyntämistä tulevaisuudessa. Erilaisista ratkaisumalleista lisää myöhemmin.

12 10 Siltasuunnitelmien muuttaminen 3D-muotoon 2 PROJEKTIN TAVOITE Lähtökohtana konseptikuvaukselle ja laatuvaatimukselle on ratkaisun ja lopullisen muodon avoimuus eli se, että syntyvän materiaalin pitää olla käytettävissä eri suunnittelujärjestelmissä nyt ja tulevaisuudessa. Lopullisen 3D-tiedon muodon tulee olla sellainen, että ohjelmisto- tai järjestelmäriippuvuutta ei tule ja että ratkaisu tukee INFRA2010 -ohjelman mukaisia tavoitteita yhteisestä tuotetietomallista ja tietokantojen yhteiskäyttöisyydestä. Projektin visiona on luoda järjestelmä, josta saadaan tarvittavaa siltainformaatiota mm. siltojen suunnittelun, kunnossapidon, ylläpidon ja korjausrakentamisen eri vaiheisiin. Järjestelmän tulee olla helppokäyttöinen, jotta tarvittavan informaation löytää helposti järjestelmään ennen tutustumatonkin toimittaja, esimerkiksi tarjouspyyntövaiheessa. 2.1 Projektin aikataulu Projektin aloitus 2006 lopussa Konseptikuvauksen ensimmäinen versio 2007 alussa Pilottiprojekti kesän 2007 aikana Jatkotoimenpide-ehdotukset 2007 syksyllä Jatkotoimenpiteiden toteutus vuoden 2008 aikana 2.2 Projektin aikana toimitettavat dokumentit ja raportit Konseptikuvaus siltasuunnitelmien muuttamisesta 3D-tuotemallimuotoon Viisi (5) valittua siltaa muutettuna 3D-muotoon konseptikuvauksessa esitetyn mallin mukaisesti Raportti valitun siltajoukon tarkemittauksista (syksy 2007) 3 SILTOJEN 3D-KONVERSION KUVAUS 3.1 Konversion tavoitteet Olemassa olevat 2D-skannaukset siltapiirustuksista tuottavat lähes saman määrän informaatiota kuin niistä jollakin 3D-mallinnusohjelmalla luodut 3Dkuvatkin. Pelkkien piirustusten muuntaminen 2D:stä geometriatiedon uudelleen piirtämisen kautta 3D:hen ei täten tuo juurikaan lisäarvoa, jos käytössä ei ole olemassa nk. toteumamallia. Toteumamalli saadaan esimerkiksi keilaamalla halutun sillan pinnat laserilla. Laserkeilauksesta saatava pistepilvijoukko voidaan rekonstruoida 3D-pinnoiksi ohjelmiston avulla, joka tulee laserkeilauksessa käytettävien välineiden mukana.

13 Siltasuunnitelmien muuttaminen 3D-muotoon 11 Kuva 1: Siltojen konversiotyön prosessi arkistojen kätköistä tuotemalliksi Tätä 3D-mallia l. toteumamalli voidaan verrata lähtötietoihin, jolloin saadaan esiin tapahtuneet poikkeamat ja sillan elämisestä aiheutuneet muutokset. Lopputietomalli eli päivitetty lähtötietomalli saadaan yhdistämällä lähtötiedot ja laserkeilauksesta saatu toteutunut tilanne ohjelmistoteknologian keinoin. Tätä varten on olemassa ohjelmistoja, joten yhdistäminen ei ole ongelma. Vanhojen siltamallien muutostyössä 2D:stä 3D:hen pyritään mahdollisuuksien mukaan ottamaan irti myös muuta tietoa kuin pelkkä geometriatieto. Kuitenkaan ei voida puhua täydellisestä 3D-tuotemallista, koska kaiken tiedon saaminen 2D-piirustuksista ei ole mahdollista, sillä ne ovat monilta osin puutteellisia. Osa rakenne- ja materiaalitiedoista kuitenkin voidaan poimia talteen ja käyttää hyödyksi tulevaisuudessa osana tulevia siltojen tietojärjestelmiä. Suunnitellun (lähtötietomalli) ja toteutetun (toteumamalli) siltainformaation vertaaminen sekä kaikkien mallien kokoaminen yhteiseen siltatietojärjestelmään puolestaan tuo suoraa hyötyä kaikille osapuolille esimerkiksi tutkimuskäytössä, korjausrakentamisessa, kunnossapidossa, ylläpidossa, tarjouskilpailuissa, havainnollistamisessa ja 3D -visualisoinnissa. Tulevaisuudessa tuotemallin luominen uusista silloista ja myös näiden lisääminen ylläkuvattuun tietojärjestelmään tulisi olla mahdollista ja on otettava huomioon jo tässä vaiheessa. Nykyinen siltarekisteri Tiehallinnon nykyisen siltarekisterin jatkokehityksen suunnittelussa ei ole otettu huomioon tulevaisuudessa tehtävien siltojen 3D- tuotemallien hyödyntämistä. Siltarekisterin suhteen myöskään jo olemassa olevien siltojen mahdollisien 3D-mallien (lähtötietomalli & toteumamalli) hyväksikäyttöä ei ole pohdittu. Mikäli siltojen 3D-konversion yhteydessä siltamallien ympärille kehitetään vastaavanlainen tietovarasto, tulisi varoa kahden päällekkäisen järjestelmän syntymistä ja pohtia pikemminkin yhteistoimintamahdollisuuksia.

14 12 Siltasuunnitelmien muuttaminen 3D-muotoon Tulevaisuuden visiona onkin hyvä pitää eri rekisterien yhdistymistä suuremmiksi kokonaisuuksiksi ja pitää mielessä eri käyttäjäryhmien (Tiehallinnon sisäiset ja ulkopuoliset) tarpeet siltatiedon saatavuuden osalta. 3.2 Ohjelmisto- ja järjestelmäriippumattomuuden turvaaminen Täysin ohjelmistoista ja järjestelmistä riippumattoman lopputuloksen aikaansaaminen 3D siltojen osalta on tällä hetkellä jo olemassa olevien teknologioiden avulla varsin haasteellista. Infra-alalla on olemassa tiettyjä konsortioita, jotka ovat tutkineet ja määritelleet yhteisen standardin kehittämistä avoimeen toimintamalliin perustuen. Ohjelmistoteknologiassa tekstipohjainen XML-kuvauskieli on todettu erittäin toimivaksi tiedonsiirtoformaatiksi eri rajapintojen välillä. Mutta se on juuri sitä; eli tiedonsiirto- ei tiedonvarastointiformaatti. Jos halutaan turvata, että jokin tiedostomuoto on käyttökelpoinen vielä 20 vuoden kuluttuakin, niin pitää varautua tarkistamaan ja mahdollisesti päivittämään kaikki tiedostot tasaisin väliajoin. Tietotekniikan alalla kehitys menee niin nopeasti eteenpäin, että mitään yleispätevää tai varmaa ohjenuoraa ei voi antaa tiedostoformaateista puhuttaessa. LandXML Vaikka XML-pohjaiset tiedonsiirtomenetelmät ja kuvauskielet kokoajan kehittyvät ja ovat hyvin suosittuja eri aloilla, niin ei voida olla varmoja, että XML on myös tulevaisuudessa alan standardi. Teknologia kehittyy myös tällä alalla kovaa vauhtia ja viisi vuottakin on pitkä aika. Infra-alalle suunnattua LandXML-kuvauskieltä tukee tällä hetkellä noin 40 eri ohjelmistoa, joka on jo melko kattava määrä maa-, vesi- ja väyläsuunnittelussa tarvittavista kaikista ohjelmistoista. TEKES:n tukemassa InfraModel2 -projektissa on määritelty olemassa olevaa LandXML-kuvausta suomalaiseen infra-alan suunnitteluun sopivammaksi. Tutkimukseen ja määritykseen ovat osallistuneet muun muassa kolme suomalaista infra-alan johtavaa ohjelmistotoimittajaa, mikä herättää toivoa siitä, että jo lähitulevaisuudessa ohjelmistoriippumattomuus ei ole tältä osin poissuljettua. InfraModel2-projektissa tehdyt alustavat tiedonsiirtoformaatin määrittelyt (linjaus- ja tasaus, vesi- ja viemäriverkostot, väylän rakenne) eivät pidä sisällään määrittelyä silloista. Mikäli LandXML:ää halutaan käyttää tulevaisuudessa siltojen yhteydessä, on määrittelytyö sitä ennen tehtävä yhdessä kaikkien alan toimijoiden kanssa Tämä voidaan ehkä tehdä InfraModel3 -projektissa, jonka valmisteluja jo tehdään. IFC International Alliance for Interoperability (lyh. IAI) on kansainvälinen, avoin yhteenliittymä, jonka tavoitteena on tarjota yhteinen perusta rakentamisen ja kiinteistönpidon prosessien kehittämiseen ja erityisesti tiedon siirtoon ja tiedon yhteiskäyttöön prosessin läpi. IAI:n keskeisenä tehtävänä on Industry Foundation Classes (lyh. IFC) tiedonsiirron spesifikaation, so. standardin, kehittäminen ja julkaisu sekä edistää IFC:n toteutusten kehittämistä kaupallisissa tietokonesovelluksissa.

15 Siltasuunnitelmien muuttaminen 3D-muotoon 13 IFC on tällä hetkellä kattavuudeltaan laajin infra-alan tiedonsiirron standardi. Kuva 2. IFC on oliopohjainen tiedonsiirtoformaatti tietojärjestelmien välillä. IFC:n määritystyötä on tehty, toisin kuin LandXML:n kohdalla, myös siltojen osalta. Ranskalais-japanilainen työryhmä sai vuonna 2003 valmiiksi ensimmäisen IFC-Bridge ver.1.0 tietomallin. Hankkeen kotisivut ja tulokset löytyvät osoitteesta: Tehdyn työn perusteella voidaan olettaa, että siltojen IFC-tietomallin muokkaaminen suomalaisen silta-alan suositusten mukaiseksi helpottuu. Kuitenkin IFC:nkin osalta joudutaan tekemään paljon määritystyötä yhdessä kaikkien alan toimijoiden kanssa. Ohjelmisto- ja järjestelmäriippumattomuuden saavuttaminen siltakonversiossa ei ole mahdotonta, mutta vaatii paljon yhteistyötä eri tahojen välillä. Tämä työ ei kuitenkaan jätä tekijäänsä palkitsematta, vaan on erittäin arvokasta tulevaisuudessa, kun ryhdytään luomaan tämän hetken pirstoutuneista tietorakenteista suurempia kokonaisuuksia. Ohjelmistot, jotka ovat sitoutuneet IFC- standardin tukemiseen ja jatkokehittämiseen, voivat tulla kysymykseen kun lopullista konversiotyötä ryhdytään tekemään. 3.3 Siltakonversion vaatimukset Rakennetiedot lähtötietomalliin Seuraavat rakennetiedot olisi hyvä sisällyttää siltojen 3D lähtötietomalliin, mikäli mahdollista, kun konversiota tehdään: Perustukset / paalutyyppi Jännemitat Alusrakenteet (pilarit/palkit/mastot) Kansirakenne (Ajorata, jalkakäytävät) Liikuntasaumalaitteet

16 14 Siltasuunnitelmien muuttaminen 3D-muotoon Kaiteet Korjausrakenteet / tehdyt korjaukset Materiaalit rakenteissa Suunnittelukuorma Pintarakenteet ja sen eri kerrokset Laakerit Sijaintitieto, koordinaatit Siltakeilat Viiden esimerkkisillan mallinnuksen jälkeen voidaan kuitenkin todeta, että kaikista skannatuista siltapiirroksista ei yllämainittuja tietoja pysty saamaan irti. Mitä enemmän ja yksityiskohtaisempaa informaatiota halutaan malliin sisältää, sitä enemmän aikaa vievää mallinnustyö on. Tämä on otettava huomioon myös kustannuksia laskettaessa; mikä tarkkuus on riittävä, joka käytettävissä olevilla taloudellisilla resursseilla saadaan? Mallinnusohjeistus ja ohjeistuksen yhdenmukaisuus Muita huomioon otettavia seikkoja ovat yhdenmukaisten symbolikirjastojen, nimien ja määritelmien käyttö. Piirustusympäristö ja siihen tarvittava ohjeistus tulee Tiehallinnolta. 3D-mallin luomiseen liittyviä näkökohtia Malli laadittava sovittuun koordinaatti- korkeusjärjestelmään, jotta laserkeilausmalli saadaan tarkasti asetettua paikalleen. Mallin laatimisessa on huomioitava tien pysty- ja vaakageometria. Mallin laatimisessa on käytettävä myös mittapiirustuksia ja mahdollisia erikoispiirustuksia, jotta mallinnettavat rakenteet saadaan selville sekä rakenteiden mitat luotettavasti määritettyä. Mallinnuksen tarkkuuteen liittyviä näkökohtia Mallinnettavat rakenteet tulee ohjeistaa siltatyyppikohtaisesti riittävän yksityiskohtaisesti, jotta mallin käytettävyys saadaan optimoitua ja tarpeettoman tarkka mallintaminen estetyksi. Muuta huomioitavaa mallinnuksen yhteydessä Mallinnuksen lopullisena tavoitteena lienee se, että koko malliin sisältyy aikanaan mahdollisimman paljon mm. nykyisin siltarekisterissä olevaa tietoa. Siltarekisterin kehittäminen suoritetaan erikseen, mutta tuotemallipohjainen ratkaisu voisi olla yksi vaihtoehto. Laadittava malli on oltava mahdollisimman pitkälle samantyyppinen kuin uudisrakennuksessa kehitetty 5D-siltamallit, koska molemmat viime kädessä menevät siltarekisterikäyttöön. 3D-mallin laatijan tulisi olla sillan suunnittelun/rakentamisen asiantuntija. Minimivaatimuksena mallin tarkastajan siltasuunnittelupätevyys.

17 Siltasuunnitelmien muuttaminen 3D-muotoon Objektikirjaston hyödyntäminen Osa sillan rakenteista esiintyy samanlaisina useissa eri silloissa. Tällaisten rakenneosien kerääminen 3D-konversion tuotantovaiheen aikana erityiseen objektikirjastoon, olisi hyödyllistä. Sillan objektikirjaston rakentaminen nopeuttaa tuotantoa. Sitä tulisi jatkuvasti työn edetessä päivittää, jotta siitä saatu hyöty olisi suurin mahdollinen. Objektikirjasto olisi hyödyksi myös uusien siltojen suunnittelussa, kunhan tarkempi määritys objektikirjaston osalta tehdään. Tämä olisi kuitenkin syytä pitää mielessä tulevaisuudessa Siltojen luokitusmääritykset Oulun tiepiirin alueella on yhteensä noin 2000 siltaa. Näistä silloista 754 on sellaista, joissa tämän hetkisen näkemyksen mukaan 3D muunnoksen tekeminen on katsottu mielekkääksi ja hyödylliseksi toimenpiteeksi. Sillat valittiin koon (pinta-ala), pituuden ja rakennustavan perusteella. Pääperiaatteena on, että alle 10 metrin jännemittaiset ns. tyyppisillat, putket ja holvit jäisivät 2D -muotoon. Osasta silloista ei ole olemassa minkäänlaisia piirustuksia. Näiden siltojen osuus koko siltamäärästä on n. 5%. Koska lähtötietomallia ei voida luoda, on laserkeilaus ainoa vaihtoehto, mikäli näistä silloista halutaan sisällyttää tietoa sähköisiin tietovarastoihin. Siltaluokituksessa on otettava huomioon myös siltojen 3D-konversioon käytössä olevat taloudelliset resurssit, jotka eivät tule mahdollistamaan tuhansien siltojen keilausta ja 3D-mallinnusta. Enemmän konversion taloudellisista yksityiskohdista kohdassa 3.8. Seuraava kuva on leikattu liitteenä olevasta taulukosta, joka määrittelee Oulun Tiepiirin sillat yllämainitun mukaisesti. Silloille on myös määritelty aikataulu, milloin ne tulevat jonkin toimenpiteen alaisiksi. Tämä helpottaa myös 3Dmallinnusta, jolloin tiedetään mitkä sillat kannattaa mallintaa ja missä järjestyksessä.

18 16 Siltasuunnitelmien muuttaminen 3D-muotoon Kuva 3: Mallinnettavien siltojen tyypit ja lukumäärä Oulun alueella. Kuva 4: Siltojen tyypit ja lukumäärä, joiden piirustukset pelkästään skannataan. 3.4 Maastossa tehtävät mittaukset Maastossa tehtävät tarkemittaukset voidaan suorittaa esimerkiksi laserkeilauksen tai takymetrin avulla. Työprosessi määräytyy käytettävissä olevan lähtötiedon perusteella, mutta kuitenkin siten että se sisältää ainakin seuraavat vaiheet; 1. Lähtötietomalliin perehtyminen 2. Mittaussuunnitelman tekeminen 3. Mittalaitteiston asennus 4. Toteumamallin luominen mittalaitteiston avulla 5. Saatujen tietojen analysointi ja raportointi 6. Lopputietomallin luominen vertaamalla toteumamallia ja lähtötietomalli ja yhdistämällä ne Laaduntarkastuksen kriteerit ja toteumamallin vaatimukset: I Siltojen luokitus

19 Siltasuunnitelmien muuttaminen 3D-muotoon 17 II III IV V Siltojen keilauksesta saatavan tiedon käyttö Suunnitelmien mitat / todelliset mitat Sijainti-, mitta- ja muotopoikkeamat Toleranssit Osassa silloista löytyy olemassa olevaa keilausdataa. Riippuen käyttötarkoituksesta, keilaus voidaan suorittaa ennen 3D-lähtötietomallin luomista. Tällöin on olemassa vain 2D-piirustukset skannatussa muodossa. Olisi erinomaisen tärkeää kartoittaa kunkin sillan kohdalla, mitä tietoa siitä on eri laitosten ja yritysten eri tietovarastoissa tarjolla. Lähtötietojen runsaus ja paikkansapitävyys suunnittelun alussa säästää selvää rahaa virheiden vähentymisen muodossa. Tämä pätee niin uudis- sekä korjausrakentamisen kuin ylläpidon ja kunnossapidonkin suunnittelussa ja tarjouslaskennoissa. Mittausohje sillan rakenteiden sijainnin ja muodon mittaukseen perinteistä mittaustapaa esim. takymetriä käyttäen Yleistä Mitattavat rakenneosat määritetään tapauskohtaisesti. Jokaisesta mitattavasta pisteestä määritetään x-y-z-koordinaatit ko. kohteessa käytössä olevassa koordinaatti- ja korkeusjärjestelmässä. Mittauspisteiden määrää ja tiheyttä voidaan arvioida tapauskohtaisesti, mikäli rakenteiden muoto tai sijainti antaa siihen mahdollisuuden. Mitatut pisteet koodataan siten, että mitattu rakenneosa on helposti määritettävissä pistejoukosta. Lämpötila otettava mittauksissa huomioon mittauksen alku- ja lopetusvaiheessa. Esimerkki sillasta ja sen alueelta tehtävistä mittauksista Kansirakenne 1. reunapalkin ulko- ja sisäreunan sijainti 2m välein 2. kannen päädyn rakenteiden kulmapisteet 3. kaiteen sisäreuna 2m välein 4. asfaltin korko reunapalkin vieressä 2m välein 5. reunakiven kulman sijainti ja asfaltin pinnan korko vastaavalla kohdalla 2m välein 6. kannen alapinnan muoto 7. kannen alapuolisten kannatusrakenteiden sijainti ja muoto (palkit, ristikot yms.) 8. kannen yläpuolisten kannatusrakenteiden sijainti ja muoto 9. kanteen liittyvien varusteiden ja laitteiden sijainti (valaisinpylväät, portaalit, lipputangot yms.) 10. päällysteiden rajat Alusrakenteet 11. rakenteiden näkyvissä olevat kulma- ja reunapisteet 12. laakerien sijainnit

20 18 Siltasuunnitelmien muuttaminen 3D-muotoon 13. alusrakenteisiin liittyvien varusteiden ja laitteiden sijainti Siltaan liittyvät rakenteet 14. siltakeilan yläreuna 15. siltakeilan alareuna 2m välein 16. jätkänpolku Kuva 5: Esimerkkipiirros mitattavista pisteistä 3.5 Oulun yliopiston suorittamat viisi laserkeilausmittausta Ohessa yhteenveto Oulun yliopiston tutkijoiden tekemästä laserkeilausraportista viiden valitun sillan osalta. Projektin tavoitteena oli saada todellista 3D-mittaustietoa viidestä eri puolella Pohjois-Suomea sijaitsevasta sillasta. Puhdistettuja pistepilviä vertailtiin suunnitelmapiirustusten perusteella mallinnettuihin 3D-tuotemalleihin. Projekti oli erittäin mielenkiintoinen ja opettavainen. Mittaajat saivat hyvää käytännön kokemusta Leica HDS maalaserkeilaimesta, sen käyttöliittymästä ja suorituskyvystä eri tilanteissa. Järjestelmän Cyclone-ohjelmisto osoittautui helppokäyttöiseksi ja monipuoliseksi. Samalla ohjelmalla voidaan suorittaa itse keilaus sekä jälkitoimenpiteet kuten pistepilvien yhdisteleminen ja niiden muokkaaminen. Saatujen tulosten perusteella voi järjestelmän arvioida soveltuvan hyvin siltakeilauksiin. Mittausten kanssa ei ollut erityisiä ongelmia, vaikka pisimmät mittausmatkat olivat selvästi yli 100 m. Suurin kehittämistarve laitteessa on ehkä mittausnopeus: suurella tarkkuudella ja mitta-alueella keilaus ainakin tuntuu kestävän turhan kauan. Saatuja pistepilviä verrattiin yliopistolle toimitettuihin, 2D-suunnitelmapiirustusten perusteella mallinnettuihin, 3D-tuotemalleihin. Vertailun tuloksena teoreettiset mallit vaikuttavat olevan melko raakileita ja osin poikkeavan kohtuullisen paljonkin todellisesta rakenteesta. Mallin hyödynnettävyys siltojen ylläpidon ja korjauksen prosesseissa on aika kyseenalaista tai vaatii ainakin paljon jatkokäsittelyä. Selkeästi tarkemmat ja käyttökelpoisemmat 3D-mallit voidaan saada laserkeilaamalla aluksi nykyinen siltarakenne ja

21 Siltasuunnitelmien muuttaminen 3D-muotoon 19 vasta tämän jälkeen mallintamalla rakenteet sekä 3D-pistepilviä että 2D-piirustustietoja hyväksi käyttäen. Kaikki rakenneyksityiskohdat eivät joka tapauksessa näy laserkeilaustuloksista, joten siltapiirustuksiakin tarvitaan. Vertailussa yhtenä ongelmana oli yhteisen koordinaatistojärjestelmän puute sekä suunnitelmamalleissa että laserkeilauksissa. Jos sekä suunnitelmamallit että mittaukset olisi tehty yhteiseen ja tarkasti samaan koordinaatistojärjestelmään, mikä periaatteessa olisi ollut mahdollista, olisi vältytty ylimääräiseltä työltä mallien yhteensovittamisessa. Laserkeilausten tekeminen suoraan haluttuun koordinaatistojärjestelmään olisi edellyttänyt vähintään kahta kiintopistettä/siltapaikka, ja näille pisteille mahdollisimman tarkkoja koordinaatteja halutussa koordinaatistojärjestelmässä. Kaikissa silloissa näitä pisteitä ei löytynyt ja ne olisi jouduttu rakentamaan erikseen. Toisaalta myös suunnitelmamallit olisi jouduttu tilaamaan tarkasti samaan koordinaatistojärjestelmään mallinnettuna. Tällöin myös siltarakenteiden mahdolliset painumat ja siirtymät olisivat tulleet vertailussa esiin. Vertailusta saatuja yksityiskohtaisempia havaintoja ja kokemuksia (siltasuunnitteluja): 3D-mallin luomiseen liittyviä näkökohtia malli laadittava sovittuun koordinaatti- korkeusjärjestelmään, jotta laserkeilausmalli saadaan tarkasti asetettua paikalleen mallin laatimisessa on huomioitava tien pysty- ja vaakageometria mallin laatimisessa on käytettävä myös mittapiirustuksia ja mahdollisia erikoispiirustuksia, jotta mallinnettavat rakenteet saadaan selville sekä rakenteiden mitat luotettavasti määritettyä Mallinnuksen tarkkuuteen liittyviä näkökohtia mallinnettavat rakenteet tulee ohjeistaa siltatyyppikohtaisesti riittävän yksityiskohtaisesti, jotta mallin käytettävyys saadaan optimoitua ja tarpeettoman tarkka mallintaminen estetyksi Laserkeilaukseen liittyviä näkökohtia ja huomioitavia asioita lämpötilan muutos ja lineaarinen lämpötilaero vaikuttaa kansirakenteen muotoon ja mittoihin tukien painumat ja vaakasiirtymät näkyvät tuloksissa rakenteiden sijainti- ja muotopoikkeamat tulevat esille työvirheet tulevat esille kirjaamattomat suunnitelman muutokset näkyvät piirustuksiin päivittämättömät sillan korjaustoimenpiteet ja mahdolliset lisätyt rakenteet tulevat esille 3D-mallin ja keilausmallin käyttö ja hyödyntäminen suunnittelussa 3D-mallin laatiminen suunnitelmapiirustuksista on tärkeä asiakirja sillan ylläpitoja korjaustoimissa. Tämä malli tulee säilyttää erillisenä koko sillan käyttöiän ajan keilaamalla mitattu pistepilvi on myös tärkeä asiakirja sillan ylläpito- ja korjaustoimissa ja on myös säilytettävä erillisenä tiedostona sillan käyttöiän ajan. Tämä asiakirja tuo esille osaltaan sillan ylläpitotoimenpiteiden historiaa mallien yhdistämisen ajankohtaa lopputieto-/ylläpitomalliksi tulee vielä selvittää, jotta mallin hyödyntäminen ja työmäärä saadaan