Heikki Paukkeri Väyläruoppauksen tietomallipohjaisen prosessin kehittäminen

Transkriptio

1 Aalto-yliopisto Insinööritieteiden korkeakoulu Heikki Paukkeri Väyläruoppauksen tietomallipohjaisen prosessin kehittäminen Diplomityö, joka on jätetty opinnäytteenä tarkastettavaksi diplomi-insinöörin tutkintoa varten. Espoossa, Valvoja: Dosentti, TkT Juha Järvelä Ohjaaja: DI Vesa Mustonen

2 AALTO-YLIOPISTO TEKNIIKAN KORKEAKOULUT PL 12100, Aalto DIPLOMITYÖN TIIVISTELMÄ Tekijä: Heikki Paukkeri Työn nimi: Väyläruoppauksen tietomallipohjaisen prosessin kehittäminen Korkeakoulu: Insinööritieteiden korkeakoulu Laitos: Yhdyskunta- ja ympäristötekniikka Professuuri: Vesitalous ja vesirakennus Koodi: Yhd-12 Työn valvoja: Dosentti, TkT Juha Järvelä Työn ohjaaja(t): DI Vesa Mustonen Liikenneviraston tilaamien vesiväylähankkeiden ja ruoppauksen toimintaprosessia, kehittymätöntä tiedonsiirtoa ja -hyödyntämistä pyritään parantamaan tietomallintamisen avulla Dredging BIM - kehityshankkeessa, jonka osa tämä työ on. BIM (Building Infromation Model) eli tietomalli, infraalalla vastaavasti infrabim eli inframalli, tarkoittaa tuotteen koko elinkaaren aikaista, digitaalisen tiedon jäsennettyä kokonaisuutta. Vesiväylähankkeen tietomallipohjaisessa prosessissa alueen nykytilaa kuvaa lähtötietomalli, josta saadaan suunnittelutiedot lisäämällä suunnittelumalli. Suunnittelumallista jalostetaan ruoppaustyön koneohjauksessa hyödynnettävä toteutusmalli, jota voidaan edelleen verrata toteumatiedoista koottuun toteumamalliin. Väylän mitatut kuntotiedot tallennetaan ylläpitomalliin, lopullisen väylän tiedot jäännösarvomalliin. Työn päätavoitteena oli kehittää väyläruoppauksen toteutusmallin muodostamismenetelmä, toteutusmallimäärittely. Menetelmän toimivuutta selvitettiin Rauman väylän aineistoa käsittelemällä ja mallintamalla. Lisäksi tutkittiin muun muassa InfraBIM-tietomallivaatimusten, väyläruoppauksen lähtötietojen sekä avoimeen inframodel2 (IM2) -formaattiin perustuvan tiedonsiirron soveltamis- ja kehittämismahdollisuuksia. Työn pääpaino oli vesiväylän rakennussuunnittelu- ja toteutusvaiheissa. Rauman väylän lähtötietojen mallinnukseen sovellettiin InfraBIM-tietomallivaatimusluonnoksen lähtötieto-osuutta, jota kehitettiin vesiväylän kannalta. Väyläruoppauksen toteutusmallimäärittelyn kehityksen lähtökohtana oli InfraBIM-tietomallivaatimusluonnos tierakennuksen toteutusmallin muodostamiseen. Myös ruoppausurakoitsijoilta kerättiin kehittämistä avustavaa tietoa. Kehitetty määrittely sisälsi muun muassa kuvauksen väylämallista, syvyys- ja maaperätiedoista, poijupainokuopista, lohkareista sekä muusta ruoppaustyön pohjaksi digitaalisena toimitettavasta aineistosta. Ruoppaustyön ja suunnittelun lähtöaineistossa havaittiin merkittävää kehitettävää mittaustulosten hyödyntämisessä sekä tutkimusten kattavuudessa ja ohjelmoimisessa. Lähtöaineiston parantamiseksi työssä ehdotettiin muun muassa matalataajuisten luotausten, maaperä- ja pohjanpintatulkintojen sekä eri tutkimusmenetelmien yhteistulkintojen lisäämistä. Mittauksia ja tulkintoja olisi myös hyvin tärkeää saada jo aikaisessa hankevaiheessa, mikä tosin ei aina ole taloudellisista syistä mahdollista. Tiedonsiirron parantamiseksi IM2-määrittelyyn ehdotettiin muutoksia vesiväylän poikkileikkausparametreihin. Lisäksi IM2-määrittelyyn ehdotettiin lisättäväksi kuvaukset pistemäisille, ominaisuuskoodatuille objekteille, kuten vesiväylän lohkaretiedot ja turvalaitteet. Mallipohjaisen prosessin ja IM2-tiedonsiirron käyttöönotto vaatisi ainakin ruoppauksenvalvontajärjestelmien kehittämistä. Lisäksi IM2-formaatin sisällön määrittely ei ole vielä tarpeeksi yksikäsitteistä, mikä johti ohjelmistojen erilaisiin tapoihin käsitellä IM2-tiedostoja sekä tiedonsiirto-ongelmiin. Työn tulokset soveltuvat vesiväylien ruoppauksen mallinnukseen, mutta työhön liittyvien epävarmuuksien takia kehitettyjen menetelmien sisältöjä voidaan myöhemmin joutua muuttamaan. Tietomallipohjaisen toimintatavan arvioidaan huomattavasti parantavan ruoppaustyön lähtökohtana olevaa aineistoa, sen hyödynnettävyyttä, selkeyttä, hallintaa ja laatua, vaikka tietomallipohjaiseen prosessiin siirtymisen kustannuksia ei voitu vielä arvioida. Päivämäärä: Kieli: suomi Sivumäärä: Avainsanat: vesiväylä, ruoppaus, tietomallintaminen, toteutusmalli, lähtötietomalli, infrabim, BIM

3 AALTO UNIVERSITY SCHOOLS OF TECHNOLOGY PO Box 12100, FI AALTO ABSTRACT OF THE MASTER S THESIS Author: Heikki Paukkeri Title: Development of model-based process for navigation dredging School: School of Engineering Department: Civil and Environmental Engineering Professorship: Water Resources Engineering Code: Yhd-12 Supervisor: Docent Juha Järvelä Instructor(s): M.Sc.(Tech.) Vesa Mustonen In the fairway and dredging projects ordered by Finnish Transport Agency, the undeveloped data transfer and data utilization are aimed to be improved in the BIM-utilizing (Building Information Model) Dredging BIM project, of which this work is a part. BIM, or infrabim on the area of civil engineering, means the whole of the parsed digital data of the product, in its whole life-cycle. In the model-based process, the current situation of the planning area is described in the initial model which becomes to the design model by adding the design data in it. The design model is edited to the as-planned model which is utilized in dredging monitoring systems. Furthermore, the asdesigned model is compared to the as-built model, the measured data of the fairway is saved in the maintenance model, and the final situation of the fairway is described in the residual model. The main purpose of this work was to develop the specification of the as-designed model for navigation dredging. The usability of the specification was found out by processing and modeling the data of Rauma fairway. Moreover, the possibilities to utilize and develop infrabim guidelines, the source data of navigation dredging process and the data transfer based on the open format inframodel2 (IM2), were researched. The work focused on the phases of the construction design and the construction of the fairway. Finnish InfraBIM guidelines were applied on the modeling of the source data of Rauma fairway. In this work, details from the view of fairways were developed for these guidelines. The development work of the specification of the as-designed model was mainly based on the InfraBIM guidelines on the as-designed modeling of roads and highways. Also, the dredging contractors were heard to gather the information for the development works. The as-designed model contained definitions for the digital data needed for navigation dredging works, including fairway model, bathymetric and subsurface data, boulders and pits for buoy weights. Concerning of the source data for dredging and planning works, remarkable needs were found for the development of the utilization of the measurements and also for the coverage and the programming of the investigations. The source data will be improved by increasing the amount of low-frequent soundings, the soil interpretations and the co-interpretations among the different investigation methods. Also, getting the investigations and the interpretations already in the early phases of the projects would be important. However, that is not always possible because of the economic reasons. The IM2 specification will also be improved by changing the cross section parameters of the fairways and by defining the point objects, such as boulders and safety devices. For commissioning the model-based process and the IM2-based data transfer, at least the development of the dredging monitoring systems is demanded. Also, the specification of the IM2- format insufficiently was unambiguous, which lead to the problems in the data transfer. This work only applies on the area of the dredging of fairways. Also, the costs of the development and commissioning works could not be estimated. Therefore, the specification of as-designed model may have to be changed in the future due to the uncertainties in this work. However, the modelbased way of processing is estimated to notably improve the ensemble of the source data of navigation dredging and its usability, clarity, quality and manageability. Date: Language: Finnish Number of pages: Keywords: fairway, dredging, building information modeling, as-designed model, initial model, InfraBIM, BIM

4 Alkusanat Tämä diplomityö on tehty Meritaito Oy:lle, jolta tutkimuksen tilasi Liikennevirasto. Haluan kiittää molempia tahoja mielenkiintoisen ja merkityksellisen aiheen tarjoamisesta sekä työn rahoittamisesta. Kiitokset myös Meritaito Oy:n suunnittelupäällikkö Vesa Mustoselle, jonka ansiosta sain paneutua diplomityön tekemiseen rauhassa, millä oli suuri merkitys työn valmistumiseen aikataulussa. Diplomityö liittyi Dredging BIM - hankkeeseen, jossa työn ohjaamisessa oleellisesti mukana olivat myös hankkeesta vastaava Terramare Oy sekä Oulun yliopisto. Työtä on ohjannut DI Vesa Mustonen Meritaito Oy:stä, ja työn valvojana on toiminut dosentti Juha Järvelä Aalto-yliopistosta. Kiitän heitä rakentavista kommenteista ja neuvoista työn aikana. Kiitokset myös diplomityön ohjausryhmän jäsenille yhteistyöstä ja avusta työn aikana sekä kiitokset kaikille työtä rakentavasti kommentoineille ja asiantuntemuksellaan auttaneille. Erityisesti haluan kiittää perhettäni tärkeästä tuesta ja kannustuksesta työn aikana. Espoossa 26. marraskuuta 2012 Heikki Paukkeri

5 Sisällysluettelo Tiivistelmä Abstract Alkusanat Sisällysluettelo... 1 Termit ja lyhenteet Johdanto Työn tausta, tavoitteet ja rajaukset Ongelman kuvaus ja työn tausta Tavoitteet ja rajaukset Vesiväylähankeprosessi Prosessi yleisesti, ohjeistus ja suunnitelmien laadunhallinta Esiselvityksistä yleissuunnitteluun Rakennussuunnittelu, rakentaminen ja käyttöönotto Merenpohjan ruoppaus Ruoppaus Suomessa ja ulkomailla Yleisimmät ruoppausmenetelmät, materiaalin käyttö ja työn seuranta Tutkimukset ja lähtötiedot ruoppauksen suunnitteluun Tieto- ja tuotemallinnus infra-alalla Yleistä Sovelluskohteet, hyödyt ja haasteet Katsaus infra-alan tietomallinnukseen Tiedonsiirron menetelmät ja ohjelmasovellukset Menetelmät Ruoppausurakoitsijoiden haastattelut Tavoitteet ja toteutus Väylähankkeen lähtötietomalli ja sen muodostaminen Lähtötietomallin muodostaminen InfraBIM-tietomallivaatimusten mukaisesti Lisäyksiä InfraBIM-tietomallivaatimuksiin vesiväylän näkökulmasta Rauman väylän lähtötietomallin muodostaminen Yleistä Lähtöaineistot ja niiden mallintaminen Menetelmän kehittäminen väyläruoppauksen toteutusmallin muodostukseen toteutusmallimäärittely Yleistä Toteutusmallin sisältö Toteutusmallin tarkkuusvaatimukset Tilaajalle luovutettava aineisto Rauman väylän toteutusmallin muodostaminen Lähtöaineiston tuominen suunnittelun pohjaksi Suunnitteluaineiston mallintaminen Väylän toteutusmallin tuottaminen suunnitteluaineistosta Tulokset ja havainnot Ruoppausurakoitsijoiden haastattelut Väyläruoppauksen nykyinen toimintaprosessi urakoitsijoiden kannalta Lähtötietojen mallintaminen Lähtötiedot

6 3.2.2 InfraBIM-tietomallivaatimukset Tiedonsiirto Toteutusmallimäärittelyn pilotointi Rauman väylän aineistolla Väylän mallintaminen Toteutusmalli Laadunvarmistus Tiedonsiirto Tulosten luotettavuuden arviointi Johtopäätökset Tietomallipohjainen prosessi Lähtöaineisto ja suunnittelu Tiedonsiirto, IM2-formaatti ja ohjelmistot Yhteenveto Ongelma, tausta ja tavoitteet Menetelmät Tulokset ja johtopäätökset...71 Lähdeluettelo Liitteet

7 Termit ja lyhenteet akustinen mittaus/luotaus luotausmenetelmä, joka perustuu äänisignaalin ja sen kulkuajan, lähteestä kohteeseen ja takaisin, mittaamiseen, esimerkiksi kaikuluotaus elementti (LandXML) LandXML-standardin mukaisen, hierarkiamuotoisen tiedoston sisällön kuvaukseen käytetty osa, esimerkiksi Alignment eli Linja haraus, tankoharaus infrabim Inframodeln inframalli mekaaninen syvyysmittausmenetelmä, jossa alukseen kiinnitettyä haratankoa kuljetetaan halutussa vesisyvyydessä ja jota käytetään esimerkiksi matalan reunan määrittämiseen infrarakenteen tuote- tai tietomallin, infratietomallin lyhenne esimerkiksi inframodel2, kansallinen inframallin tietomäärittely, joka perustuu kansainväliseen LandXMLstandardiin infratietomalli, infrarakenteen tuote- tai tietomalli LandXML LandXML.org-konsortion ylläpitämä XML-pohjainen formaatti, joka sisältää määrittelyt infra- ja maanmittaustiedolle ja jota käytetään yleisesti maanrakennuksessa sekä väylien rakentamisessa ja ylläpidossa lähtötietomalli monikeilaus, monikeilaluotaus navigointilinja ruoppauksenvalvontajärjestelmä, esim. kaivuvalvontajärjestelmä suunnittelumalli tietomalli tietomallintaminen, infran tietomallintaminen tietomallipohjainen, mallipohjainen infratietomallin osa, infrahankkeen suunnittelualueen nykytilaa kuvaava, tietyssä muodossa oleva aineistokokonaisuus akustinen vedenpohjan syvyysmittausmenetelmä, jossa yhden lähettimen signaali kattaa pohjan viuhkamaisesti vesiväylän väylälinja, joka osoittaa väylän kulkureitin vesialueella ruoppauksessa käytetty työnohjausjärjestelmä, jonka avulla voidaan seurata ja kontrolloida ruoppaustyön etenemistä reaaliaikaisten asematietojen ja esimerkiksi 3D-näkymän avulla infratietomallin osa, joka kattaa suunnittelijoiden suunnitteluratkaisut alun perin talonrakennusalalla käytetty termi: tuotteen ja tuoteprosessin elinkaaren aikaisten tuotetietojen kokonaisuus ala, joka käsittelee esimerkiksi infrarakenteiden mallintamista tietokonesovelluksilla sekä infratietojen kuvaamista ja tiedonsiirtoa tietokonesovelluksilla tulkittavassa muodossa tiedon käsittelyn soveltamistapa, jossa esim. tuotetta kuvataan tietokonesovelluksilla mallina ja sen muodostavina osina ja jossa sovellukset pystyvät automaattisesti tulkitsemaan mallin sisältämiä tuotetietoja 3

8 toteutusmalli tuotemalli vesiväylän haraustaso, haraussyvyys vesiväylän turvalaite väylägeometria (vesiväylä) väylämalli (vesiväylä) BIM CAD DWG DXF IMn VDC tietomallin osa, joka kattaa toteutuksen näkökulman; tässä työssä tarkoittaa suunnittelumallista muokattua, ruoppauksenvalvontajärjestelmissä hyödynnettävää aineistokokonaisuutta tai sen osaa, kuten kolmiulotteista, rakennettavan väylän pintamallia tietomalli, tiettyä tuotetta kuvaavat tiedot tallennettuna tuotetietomallin (tietomallin) mukaisesti jäsennettynä ja tallennettuna esim. IM2-siirtotiedostoon varmistettu vesisyvyys tai taso, johon asti väylällä on varmistettu olevan vapaata vettä ja joka määräytyy väylän kulkusyvyyden ja varaveden summana vesiväylän merkitsemistä tai muuten vesiliikenteen ohjaamista ja turvaamista varten vesialueelle tai rannalle sijoitettu rakenne tai laite, esimerkiksi poiju tai reunamerkki väylän vaakageometria, eli väylän keskilinja ja kaarteet sekä reunalinjat, ja väylän pystygeometria eli haraustaso ja sen muutokset väylägeometrian ja esimerkiksi leikkausparametrien avulla mallinnettu, väylärakennetta kuvaava 3D-malli Building Infromation Model(ing), englanninkielinen lyhenne sanoille tietomalli tai tietomallintaminen Computer Aided Design, tietokoneavusteinen suunnittelu AutoCAD-suunnitteluohjelmiston käyttämä tiedostotyyppi muun muassa AutoCAD-suunnitteluohjelmiston käyttämä tiedonsiirtoformaatti lyhenne sanasta inframodel[n = versionro], esimerkiksi inframodel2, jolla voidaan tarkoittaa InfraModel2- hanketta tai inframodel2-tiedonsiirtoformaattia (ks. Inframodeln) Virtual Design and Construction, virtuaalinen rakentaminen, vastaa sisällöltään infran tietomallintamista 4

9 1 Johdanto 1.1 Työn tausta, tavoitteet ja rajaukset Ongelman kuvaus ja työn tausta Nykytilanteessa Liikenneviraston tilaamissa vesiväylien ruoppaushankkeissa hankkeen eri vaiheet eivät juuri kommunikoi keskenään. Tiedonsiirto suunnittelusta rakentamiseen tapahtuu pääosin manuaalisesti piirustuksin ja dokumentein, ja suunnittelijalle jää paljon arvokasta tietoa, joka ei ole nykyisin toimintatavoin helposti siirrettävissä hankkeen seuraavaan vaiheeseen eli ruoppaustyöhön. Myös usein monipuolisesta tutkimusja suunnitteluaineistosta osa saattaa jäädä täysipainoisesti hyödyntämättä väylän rakentamisvaiheessa, koska hankeprosessin tiedonsiirtoketju ei toimi riittävän hyvin. Lisäksi toimitetun digitaalisen aineiston sisältöä ja aineistoon liittyviä vastuukysymyksiä ei ole tähän mennessä määritetty ja ohjeistettu tarkasti. Tuotemallilla tarkoitetaan rakennuksen tai infrarakenteen koko elinkaaren aikaista, digitaalisessa muodossa olevaa tietojen kokonaisuutta (Kuva 1), joka on jäsennetty ja tallennettu tuotetietomallin (product information model) mukaisesti (Serén 2010a, Rakennustieto 2012). Tuotemallista käytetään talonrakennusalalla myös synonyyminä termiä tietomalli, BIM (Building Information Model), infra-alalla vastaavasti termiä infratietomalli, infrabim (Infra Built environment Information Model) (Serén 2010a). Lyhenteellä BIM voidaan tarkoittaa tuotteen lisäksi myös toimintaa (Building Information Modeling) (Eastman et al. 2011, xi). Tässä työssä käytetään lyhyempää termiä tietomalli kuvaamaan infratietomallia. Tietomallipohjaisen tuotehallintaprosessin aluksi muodostetaan nykytilaa kuvaava lähtötietomalli (Virtanen 2012). Tähän rekisteri- tai hankituista lähtötiedoista koottuun kokonaisuuteen lisätään väylän tiedot. Näin muodostunutta suunnittelumallia voidaan edelleen muokata väylän rakentamisessa ja koneohjauksessa hyödynnettäväksi toteutusmalliksi. Toteutusmallia voidaan verrata toteumatiedosta kerättyyn toteumamalliin. Mitatut kuntotiedot siirretään ylläpitomalliin, ja lopullinen väylärakenne kuvataan jäännösarvomalliin. (Tirkkonen et al. 2010). Kuva 1. Tietomallipohjainen infrakohteen elinkaarenaikainen hallinta Apilon (2006) mukaan kuvattuna. Kuvassa on esitetty inframallin erityyppiset osat hankkeen eri vaiheissa sekä osien suhteet toisiinsa. 5

10 Tietomallintaminen on nykyään jo hyvin yleistä rakennus- ja arkkitehtuurin alalla (Eastman et al. 2011, vii), ja rakennusten tietomallintamista koskevia, virallisia ohjeistuksia on julkaistu jo useissa maissa Suomen lisäksi. Infra-alan tietomallintamisen kehitys on kuitenkin vielä rakennus- ja arkkitehtuurin alaa jäljessä; infra-alaan ja tietomallintamiseen liittyvää, kansainvälistä tutkimuskirjallisuutta on saatavissa hyvin niukasti. Etenkin ruoppausalaa ja tietomallintamista käsittelevää kirjallisuutta ei työtä varten ollut saatavissa, minkä vuoksi myös nähtiin tarve tämän alueen tutkimukselle ja kehitykselle. Alussa kuvatun, tämänkin työn lähtökohtana olevan ongelman ratkaisemiseksi on käynnistetty vuoden 2012 alussa hanke Merenpohjan ruoppauksen mallipohjaisen toimintaprosessin kehittäminen ja pilotointi (Dredging BIM), jonka tavoitteena on kehittää ruoppauksen uusi tietomallintamista ja automaatiota hyödyntävä toimintamalli sekä julkaista se koko alan hyödynnettäväksi. Dredging BIM on osa Infra FINBIM -hanketta, jossa tavoitteena on infra-alan systemaattinen muutos, jossa siirrytään perinteisestä vaiheajattelusta infratuotteen koko elinkaaren kattavaan hallintaan (vrt. Kuva 1). Infra FINBIM:in visiona on, että vuonna 2014 suuret infranhaltijat, vesiväylähankkeiden osalta Liikennevirasto, tilaavat vain tietomallipohjaista palvelua Liikenneviraston tavoitteena on tästä poiketen tilata pääasiassa tietomallipohjaista palvelua. Dredging BIM:issä on tarkoituksena pilotoida uutta ruoppauksen toimintaprosessia Rauman väylän ruoppaushankkeessa. Hankkeessa Rauman eteläinen, 10 m väylä on suunniteltu syvennettäväksi 11 tai 12 m:n kulkusyvyyteen, jotta suuremmat alukset pääsisivät käymään Rauman satamassa. Rauman satama oli vuonna 2011 Suomen viidenneksi suurin ulkomaanliikenteen vientisatama (Liikennevirasto 2012d), ja hankkeella tavoitellun eräkoon kasvamisen myötä erityisesti kaukoviennin kuljetukset tulisivat taloudellisemmiksi. Väylälle on vastikään valmistunut ruoppauksen rakennussuunnitelma, jonka on laatinut tämän diplomityön tekijä perinteisen suunnitteluprosessin mukaisin toimintamenetelmin. Dredging BIM -hankkeeseen kuuluu diplomityön osuudessa tietomallipohjaisen toimintatavan soveltaminen vesiväylän lähtötietojen käsittelyssä ja rakennussuunnittelussa, väyläruoppauksen toteutusmallimäärittelyn kehittäminen sekä sen toiminnan pilotointi Rauman väylän aineistolla. Diplomityössä sovelletaan vesiväylähankkeeseen Infra FINBIM:in yhteydessä kehitteillä olevia, luonnosasteisia menetelmiä ja ohjeistuksia, joita ovat InfraBIM tietomallivaatimukset ja -ohjeet, osa 2: Lähtötietomalli 1 Väylärakentamisen toteutusmallin laatimisohje ohje pilotointia varten 2 InfraBIM-nimikkeistö (suunnittelu-, mittaus- ja tietomallinimikkeistö) 3. 1 Virtanen, J [luonnos ]. InfraBIM tietomallivaatimukset ja -ohjeet, osa 2: Lähtötietomalli. 34 s. 2 Snellman, S. & Stenius, S [ ]. Väylärakentamisen toteutusmallin laatimisohje. [PRE, AP3, InfraFINBIM-hankkeen virallisesti julkaisematon ohje pilotointia varten.] 18 s. 3 Liukas, J. & Harjula, L. & Kovalainen, V. & Louhi, P. & Toivanen, T. & Ryynänen, M. & Ilvespalo, J [luonnos ]. InfraBIM-nimikkeistö (suunnittelu-, mittaus- ja tietomallinimikkeistö). [PRE, AP2 Standardit ja rajapinnat, InfraFINBIM-hankkeen lausuntokierroksella oleva julkaisematon ohje 20 s. + liitt. 18 s. RTS 12:8. 6

11 1.1.2 Tavoitteet ja rajaukset Diplomityön tavoitteina on kehittää ruoppauksen koneohjaukseen soveltuva toteutusmallimäärittely, pääosin Väylärakenteen toteutusmallin laatimisohjeen pohjalta, sekä pilotoida kehitettyn menetelmän toimivuutta Rauman väylän aineistolla kehittää ja havainnoida InfraBIM tietomallivaatimukset ja -ohjeet, osa 2: Lähtötietomalli -ohjeistuksen soveltuvuutta vesiväylähankkeeseen, Rauman väylän lähtötietoaineiston avulla selvittää, mitä lähtötietoja ja mittauksia väyläruoppaushankkeen pohjana käytetään ja miten lähtöaineistoja sekä niiden käytettävyyttä voidaan kehittää selvittää, miten LandXML-standardin mukainen avoimen tiedonsiirron formaatti IM2 (inframodel2) soveltuu vesiväylähankkeen tiedonsiirtoon ja mitä kehitettävää IM2-formaatissa on vesiväylän kannalta tai yleisesti selvittää, millainen on vesiväylähankkeen ja siihen kuuluvan ruoppauksen nykyinen toimintaprosessi, erityisesti suunnitteluvaiheen ja toteutusvaiheen välillä. Työn päätavoitteena on vesiväylän toteutusmallimäärittelyn kehittäminen ja kehitetyn menetelmän toimivuuden selvittäminen Rauman väylän aineiston avulla. Diplomityö käsittelee väyliä pääosin vesirakennuksen ja vesiväylien näkökulmasta, mutta myös yhteyttä muihin infra-alan väyliin tuodaan esiin erityisesti tietomallinnuksen kannalta luvussa Vesiväylähankeprosessi Prosessi yleisesti, ohjeistus ja suunnitelmien laadunhallinta Tässä luvussa käydään pääpiirteittäin läpi nykyisen ohjeistuksen mukainen vesiväylähankeprosessi (Kuva 2) aina esiselvityksistä rakennetun väylän käyttöönottoon saakka. Hankeprosessia tarkastellaan valtion ylläpitämien väylien näkökulmasta, koska pääosa Suomen ruoppaushankkeista liittyy juuri niihin ja koska tietomallipohjainen toimintaprosessi aiotaan ottaa käyttöön ainakin ensin Liikenneviraston tilaamissa hankkeissa. Väylän ruoppaushankkeeseen liittyy lähes aina lisäksi satamaruoppausta, jossa myös käsitellään Suomen mittasuhteissa suuria massamääriä. Satamien ja muiden väylänpitäjien hankeprosessit voivat osittain poiketa esitetystä, mutta sisältävät pääosin samat elementit. Vesiväylähankeprosessiin liittyvää väyläruoppauksen nykyistä toimintaprosessia urakoitsijoiden näkökulmasta on kuvattu luvussa 3.1.1, ruoppausurakoitsijoiden haastatteluiden tulosten yhteydessä. Vesiväylien suunnittelussa ja muussa vesiväylähankeprosessissa noudatetaan seuraavia Liikenneviraston ohjeita ja julkaisuja: Laivaväylien suunnitteluohje (Merenkulkulaitos 2001) Veneväylien suunnitteluohje (Sirkiä 2006) Vesiväyläsuunnitelmien piirustusohje (Liikennevirasto 2010) Vesiväyläsuunnitelmat: kokonaisuudet ja sisällönhallinta (Sirkiä 2009) Vuorovaikutus vesiväylähankkeissa (Liikennevirasto 2012b) ja 7

12 Väylähankkeiden suunnitteluperusteiden menettelykuvaus (Liikennevirasto 2011). Kuva 2. Vesiväylähankkeen prosessikuvaus. (Liikennevirasto 2012b). Vesiväylähankkeissa suunnitelmien laatua hallitaan nykyisin siten, että suunnitelmat ja niiden ohjeidenmukaisuus tarkastetaan ensin sisäisenä tarkastuksena, minkä jälkeen piirustukset ja muut dokumentit toimitetaan tilaajalle tarkastettaviksi. Jos tilaaja havaitsee suunnitelma-aineistossa puutteita, suunnittelija tekee vastaavat muutokset, korjatut dokumentit tarkastetaan uudestaan sisäisesti ja toimitetaan tilaajan uudelleen tarkastettaviksi. Tätä menettelyä toistetaan siihen asti, että puutteita ei havaita. Suunnitelmien korjatuista ja uudelleen tarkastettavista versioista eli revisioversioista pidetään kirjaa muun muassa piirustusten nimiöissä Esiselvityksistä yleissuunnitteluun Esiselvitysvaihe ja esisuunnittelu Vesiväylähankeprosessi saa alkunsa asiakkaan tarpeesta, joka voi olla esimerkiksi uuden väylän rakentaminen, olemassa olevan väylän syvennys, linjauksen muutos tai merkinnän tarkistus (Sirkiä 2009). Asiakas ottaa yhteyttä Liikennevirastoon (Sirkiä 2009) tai tarpeet tulevat esille Liikenneviraston kyselyissä, jotka suunnataan satamille, varustamoille, kunnille sekä muille Liikenneviraston sidosryhmille noin 4 5 vuoden välein (Liikennevirasto 2012b). Hankkeiden tarpeellisuutta voidaan edelleen alkaa arvioida esiselvityksen avulla. (Sirkiä 2009). Esiselvitykseen liittyy yleensä esisuunnitelma ja alustava vaikutusselvitys, jossa tutkitaan hankkeen kannattavuutta. Esisuunnitteluvaiheessa vertaillaan alustavasti eri vaihtoehtoja muun muassa väylälinjaukselle, sen mukaiselle väyläalueelle ja merkinnälle sekä selvitetään näiden vaihtoehtojen hintaa ja toteutuskelpoisuutta. Tavoitteena on myös löytää ja tarkistaa hanketta rajoittavia reunaehtoja, joita voivat asettaa esimerkiksi mahdolliset ympäristövaikutukset tai tiedossa oleva lupaprosessi. Esisuunnittelulla voidaan myös alustavasti ohjata merenmittauksia palvelemaan jatkosuunnittelua. (Liikennevirasto 2012b, Sirkiä 2009). 8

13 Yleissuunnittelu Vesiväyläsuunnitelmat: kokonaisuudet ja sisällönhallinta -julkaisun (Sirkiä 2009) mukaan yleissuunnitelman tavoitteina ovat muun muassa määritellä väylätila yksikäsitteisesti sekä esittää väylän mitoitus ja mitoitusperusteet. Myös hankkeen toteuttamiseksi tarvittavien väylätöiden, kuten ruoppaus ja merkintä, sekä niiden kustannusten määrittely sisältyvät yleissuunnittelun tavoitteisiin. Lisäksi yleissuunnittelussa tulee arvioida hankkeen toteutusedellytykset ja määritellä jatkotoimenpiteet, mihin kuuluu hankkeen kannattavuuden arviointi ja vesilupaa koskeva tarkastelu. Yleissuunnitelmat hyväksytään Liikenneviraston hallinnollisessa käsittelyssä, mikä ei ole lakisääteinen prosessi. (Liikennevirasto 2012b). Yleissuunnittelua voidaan tehdä eri tarkkuustasoilla, tarkoituksesta ja tilanteesta riippuen (Sirkiä 2009). Alustava yleissuunnitelma voi sisältää useita, vielä avoimia toteutusvaihtoehtoja kustannuksineen, ja se toimii yleensä varsinaisen yleissuunnittelun ja jatkotutkimusten pohjana. Tavoitteena on arvioida massalaskennan ja merkintäsuunnittelun avulla ensimmäistä kertaa todellisia kustannuksia hankkeen eri vaihtoehdoille (Sirkiä 2009). Varsinainen yleissuunnitelma, tai pelkkä yleissuunnitelma, on väyläsuunnittelun perustason vaihe, jossa tehdään hankkeen sitovat ratkaisut. Varsinainen yleissuunnitelma toimii vesi- ja ympäristölupaprosessin pohjana, ja sen perusteella tehdään mahdollinen tarkennettu yleissuunnittelu ja rakennussuunnittelu. Erotuksena alustavasta yleissuunnittelusta, varsinaisessa yleissuunnitelmassa suunnitellaan hanketta jo rakennuskohdetasolle (Sirkiä 2009). Tarkennettu yleissuunnitelma tehdään aiemmin valmistellusta yleissuunnitelmasta päivittämällä suunnitelma vastaamaan muuttunutta tilannetta, tarpeita tai kustannustietoja. Tarkennettua yleissuunnittelua tarvitaan esimerkiksi tilanteessa, jossa jokin hanke otetaan uudelleen tarkasteltavaksi pitkän tauon jälkeen tai jossa jotain yleissuunnitelman vaihtoehdoista on tarpeen suunnitella tarkemmin. Lopulta tarkennetussa yleissuunnittelussa keskitytään vain yhteen, toteutettavaan vaihtoehtoon. (Sirkiä 2009). YVA-menettely ja vesilupaprosessi Hankkeen ympäristövaikutusten arviointi (YVA) on YVA-lain (YVA-laki 468/1994) mukainen menettely, jossa selvitetään ja arvioidaan hankkeen ympäristövaikutukset sekä kuullaan viranomaisia ja niitä, joiden etuihin tai oloihin hanke saattaa vaikuttaa tai joiden toimialaan vaikutukset saattavat koskea (Liikennevirasto 2012b). YVAmenettelyn terve määritetään uusissa hankkeissa YVA-asetuksen (YVA-asetus 2006/713) mukaisesti. YVA-menettelyä sovelletaan myös olemassa olevia väyliä koskeviin hankkeisiin, jos tehtävät muutokset ovat merkittäviä. Menettelyn tarpeesta päättää tapauskohtaisesti paikallinen Elinkeino-, liikenne, ja ympäristökeskus (ELY) (Merenkulkulaitos 2009a). YVA-laki velvoittaa selvittämään hankkeen ympäristövaikutukset ennen kuin hankkeen toteuttamiseksi ryhdytään ympäristövaikutusten kannalta olennaisiin toimiin (YVA-laki 468/1994, 7 ), ja YVA on tehtävä viimeistään ennen vesilain mukaisen luvan myöntämistä (Merenkulkulaitos 2009b). YVA-menettely yhdistetään yleensä yleissuunnitteluvaiheeseen, joka on usein riittävä ympäristövaikutusten luotettavaan arviointiin, mutta jossa muutokset suunnitelmaan ja mahdollisten eri vaihtoehtojen toteuttaminen ovat vielä mahdollisia (Merenkulkulaitos 2009b). 9

14 Vesilupaa haetaan väylän määräämistä tai väylätöitä varten vesilain (Vesilaki 2011/587) mukaisesti (Liikennevirasto 2012b). Yleissuunnitelma toimii vesilupasuunnittelun teknisenä sisältönä (Sirkiä 2009), mutta vesilupakäsittely edellyttää lisäksi erilaisten vaikutusselvitysten tekemistä (Liikennevirasto 2012b). Lupasuunnitelman ja tarvittavien vaikutusselvityksien sisältö riippuu siitä, painottuvatko vaikutustarkastelut pitkäaikaisiin vaikutuksiin, kuten väylän perustamisessa tai muuttamisessa, vai työnaikaisiin vaikutuksiin kuten väylätöissä (Sirkiä 2009) Rakennussuunnittelu, rakentaminen ja käyttöönotto Ruoppaushankkeen rakennussuunnittelu Rakennussuunnittelu on rakennuttamista varten tehtävä suunnittelutyö, joka sisältää kaikki väylän valmistumisen edellyttämät toimenpiteet ja työt ja jonka pohjalta voidaan tehdä urakkakyselyt sekä rakentaa väylä. Rakennussuunnittelun lähtökohtana on viimeisin yleissuunnitelma, jonka sisältöön, kuten mitoitukseen, mitoitusperusteisiin ja merkintään, ei enää yleensä vaikuteta. Suunnittelussa keskitytään hankkeen teknisen toteutuksen kuvaamiseen ja muun muassa työmäärien tarkentamiseen; usein rakennussuunnittelun aikana ohjelmoidaan ja tehdään lisätutkimuksia. (Liikennevirasto 2012b, Sirkiä 2009). Rakennussuunnitelman tärkeimpiä osuuksia on työselostus, jonka on tarkoitus antaa urakoitsijalle mahdollisimman hyvä kuva työn määrästä ja luonteesta sekä asettaa valmiille työlle kriteerit. Työselostuksessa ei kuitenkaan rajata työtapaa tai sitä, kuinka kriteerit saavutetaan. Rakennussuunnitelman työselostusosassa työn sisältö, kuten käytetty vertailutaso, ruoppaus ja materiaalin sijoitus sekä poijujen painokuopat, eritellään ja rajataan yleisesti. Myös suunnittelussa käytetty tutkimus- ja muu aineisto sekä sille tehdyt toimenpiteet esitellään. Ruoppaukseen, materiaalin sijoittamiseen sekä vastaanottomittauksiin liittyvät yleiset tiedot, ohjeet ja rajoitukset esimerkiksi ruoppaus- ja läjitysalueista, vastaanottoharauksista, pilaantuneista sedimenteistä sekä niiden käsittelystä tulee myös sisällyttää työselostukseen. Lisäksi ruoppauskohteittain tulee käsitellä kohteiden sijainnit; työmäärät ja niiden laskentaperusteet sekä erityispiirteet kuten yksityiskohtainen tieto lohkareisuudesta ja maalajeista. (Sirkiä 2009). Rakennussuunnitelmaan valmistettavia yleisiä piirustuksia ovat yleiskartta ja väyläsuunnitelmapiirustus, joilla on sama tietosisältö kuin yleissuunnitteluvaiheen piirustuksilla. Myös useita erilaisia, työkohteittain esitettäviä piirustuksia sisällytetään rakennussuunnitelmaan. (Liikennevirasto 2010). Lisäksi rakennussuunnitelman yhteyteen liitetään dokumentteja, jotka informoivat urakoitsijaa hankealueen olosuhteista tai muista rakentamiseen liittyvistä asioista. Tärkeää taustatietoa ruoppausta varten ovat muun muassa pohjatutkimusten tulokset, mittaus- ja tutkimusselostukset sekä erilaiset tilastot jää-, tuuli- vedenkorkeus- ja liikenneolosuhteista. Myös käytettävät laatuasiakirjat kuten harausnormit liitetään urakoitsijalle toimitettavaan aineistoon. (Sirkiä 2009). Rakentaminen ja käyttöönotto Suunnitteluvaiheen jälkeen hanke toteutetaan suunnitelmien ja saatujen lupien mukaisesti. Esimerkiksi väylä ruopataan, mahdollisesti louhitaan ja tarkistusmitataan (Liikennevirasto 2012b), jonka jälkeen väylä on valmis virallisen käyttöönoton vaatimiin menettelyihin. Vesiväylän rakentamiseen liittyvää ruoppausta kuvataan tarkemmin merenpohjan ruoppausta käsittelevässä luvussa

15 Väylä ja siihen liittyvät turvalaitteet vahvistetaan hallinnollisella väyläpäätöksellä virallisesti käyttöönotettaviksi ja esitettäviksi merikartalla (Merenkulkulaitos 2009a). Väyläpäätös voi myös koskea vain tiettyä väyläosuutta tai turvalaitetta (Sirkiä 2009), ja päätös voidaan tehdä joko toistaiseksi voimassa olevan tai tilapäisen muutoksen virallistamiseksi (Merenkulkulaitos 2009a). Vesiväylähankeprosessi päättyy väyläpäätöksen jälkeiseen ylläpitovaiheeseen, josta on kerrottu tarkemmin esimerkiksi julkaisussa Merenkulkulaitoksen viranomaistoiminta vesiväyläasioissa (Merenkulkulaitos 2009a). 1.3 Merenpohjan ruoppaus Ruoppaus Suomessa ja ulkomailla Ruoppauksella tarkoitetaan seuraavassa kuvattua kolmivaiheista vedenalaisen pohjamateriaalin käsittelyprosessia. Aluksi ruopattava materiaali irrotetaan ja nostetaan vesistön pohjasta erityisellä laitteella, ruoppaajalla. Seuraavaksi pohjasta nostetut massat siirretään ruoppausalueelta sijoituspaikkaan esimerkiksi ruoppaajan omassa säiliössä, hinattavilla proomuilla, omin vetolaittein varustetuilla lastialuksilla tai putkien kautta pumppaamalla. Lopuksi ruopattu materiaali läjitetään tai käytetään hyväksi monenlaisiin tarkoituksiin. Erilaisia ruoppaushankkeita voivat olla esimerkiksi väylän tai sataman uudisruoppaukset (capital dredging), niiden kunnossa- ja ylläpitoruoppaukset (maintenance dredging), vesirakennushankkeisiin liittyvät työt kuten putkilinjojen tai tulvasuojelurakenteiden rakentaminen sekä pohjan ainesten ottaminen muun muassa rakentamisen tarpeisiin tai maatäyttöalueisiin (reclamation). (Cohen 2005). Ruoppausta voidaan tehdä myös vain ympäristösyistä esimerkiksi jonkin alueen laadun parantamiseksi pilaantuneet pohjasedimentit poistamalla (Bray & Cohen 2010) Suomessa olosuhteet ovat ruoppauksen kannalta haastavat lohkareisuuden sekä usein kovan maa-aineksen vuoksi. Myöskään Suomen kallioperä ei yleensä sovellu ruopattavaksi, toisin kuin alueilla, jossa kivilajit ovat pehmeämpiä. Kallion lisäksi Suomessa ruopattaessa kohdataan tyypillisesti myös lohkareita, joita joudutaan niiden suuren koon vuoksi räjäyttämään ennen kuin kiviaines voidaan poistaa. (Dambrink 2011). Tätä vastoin muualla maailmassa taas joudutaan ottamaan huomioon esimerkiksi vuoroveden, kovemman aallokon ja merkittävien sedimentinkulkeutumisprosessien vaikutuksia ruoppaushankkeisiin. Ulkomaisiin ruoppaushankkeisiin verrattuina suomalaiset ruoppausprojektit voivat olla mittasuhteiltaan hyvin pieniä. Esimerkiksi Alankomaissa käynnissä olevan Maasvlakte 2 -projektin aikana yhtä aikaa 23 hopperiruoppaajalla on nostettu, kuljetettu ja sijoitettu 210 miljoonaa m 3 merihiekkaa, jota käytettiin täyttöalueen muodostamiseen (Boskalis 2012). Suomalaisittain tähän mennessä suurimmassa ruoppausprojektissa Vuosaaren väylältä poistettiin massoja yhteensä noin m 3 ktr (Heikkonen 2008), ja merihiekkaa sataman täyttöihin otettiin noin 7 miljoonaa m 3 (Mäkinen 2009). Maasvlakte-projektin kokonaiskustannuksien on arvioitu olevan noin 3 miljardia euroa (Port of Rotterdam 2008), kun taas Vuosaaren satamahankkeen kustannukset olivat vuoden 2006 kustannustasossa kokonaisuudessaan noin 590 miljoonaa euroa, josta meriväylän osuus oli 11, sataman ja sen kunnallistekniikan 315 miljoonaa euroa (Heikkonen 2008). Kansainvälisen ruoppausyritysten järjestön IADC:n (International Association of Dredging Companies) (2011) vuosittain julkaiseman tilastoraportin, Dredging in Figures, mukaan globaalin ruoppausalan liikevaihto on kaksinkertaistunut vuodesta 2000, vaikka 11

16 ruoppausmarkkinoihin vaikuttavat tekijät ovat lisääntyneet vain keskinkertaisesti. Ala jatkaa 70-, 80- ja 90-lukujen kehitystä (Bray 1998): Entistä suurempien, ulottuvampien ja teknisesti varustellumpien ruoppaajien myötä työskentely tulee yhä kustannustehokkaammaksi, ja entistä laaja-alaisempi ja kokeneempi henkilöstö mahdollistaa yhä suurempien ja monimutkaisten projektien urakoinnin (IADC 2011). Euroopan ruoppausalan järjestön EuDA:in (European Dredging Association) vuosikertomuksen mukaan myös Euroopan ruoppausala pysyy edelleen mukana alan kansainvälisessä kärjessä tutkimus- ja kehitystyöinvestointiensa myötä (EuDA 2011). Kaluston ja tekniikan lisäksi erityisesti ympäristöystävällisiä ruoppaus- ja läjitystapoja pyritään jatkuvasti kehittämään (EuDA 2011), mikä on jatkoa tämän vuosituhannen vaihteessa arvioidulle kehityssuunnalle (Bray 1998, Riddell 2000). Vuonna 2012 rakenteilla olevia, yleisiin vesiväyliin liittyviä hankkeita Suomessa ovat Liikenneviraston mukaan (2012a) Pietarsaaren 9,0 metrin sekä Uudenkaupungin 10,0 metrin väyliin liittyvät ruoppaus- läjitys ja väylämerkinnän turvalaitetyöt; jälkimmäiseltä hankkeelta puuttuu toistaiseksi aloituslupa läjitykseen pääasialliselle läjitysalueelle. Lisäksi suunnitteilla on Rauman väylän lisäksi muun muassa Kokkolan 13 m väylän syventäminen Yleisimmät ruoppausmenetelmät, materiaalin käyttö ja työn seuranta Menetelmät yleensä ja Suomessa Tilanteeseen sopiva ruoppausmenetelmä valitaan muun muassa pohjamateriaalin ominaisuuksien (Costaras et al. 2011), määrän, työskentelysyvyyden, ruoppaus- ja läjitysalueiden sijainnin ja olosuhteiden, saatavissa olevan kaluston sekä materiaalin saastuneisuuden perusteella (USACE 2006). Ruoppausmenetelmät voidaan jakaa mekaanisiin ja hydraulisiin sen mukaan, irrotetaanko materiaali pohjasta mekaanisesti, kuten terien tai hammasten avulla, vai hydraulisesti, esimerkiksi pumpun aikaansaaman vesivirran avulla imien tai vesisuihkulla. Myös ruopatun materiaalin siirtotavat voidaan jakaa hydraulisiin ja mekaanisiin sekä edelleen jatkuviin ja epäjatkuviin menetelmiin. Lisäksi ruoppaaja voi olla paikallaan pysyvä ja hinausta vaativa (stationary dredger) tai omin konein ja vetolaittein varustettu. (Vlasblom 2003). Suomalaisia, väyläruoppausta tekeviä ruoppausurakoitsijoita ovat Terramare Oy (emoyhtiö Royal Boskalis Westminster N. V.), Wasa Dredging Oy, Itä-Uudenmaan Ruoppaus Oy, R-Towing Oy, Suomen Vesityö Oy ja YIT Rakennus Oy. Urakoitsijoilla (Wasa Dredging, Terramare, R-Towing, Itä-Uudenmaan Ruoppaus, Suomen Vesityö: 2012) on web-sivustojensa mukaan käytössään pääasiassa kauharuoppauskalustoa, mutta myös kahmarikauha- ja imuruoppaajia. Myös esimerkiksi muualta tilattua hopperiruoppauskalustoa on käytetty joissain hankkeissa, kuten merihiekan nostoon Vuosaaren väylän ja sataman rakentamisprojektissa. Mekaaninen ruoppaus Mekaanisessa ruoppauksessa pohjamateriaali poistetaan kauhomalla ja nostamalla esimerkiksi proomuun, lastialukseen, läjitysalueelle tai säiliöön (USACE 2002). Kaksi yleisintä mekaanista ruoppaajatyyppiä (Kuva 3) ovat kuokkakauharuoppaaja (backhoe) ja kahmarikauharuoppaaja (clamshell dredger, grab), joista kuokkakauharuoppaaja toimii lähes samoin kuin maalla kaivussa käytettävät kaivinkoneet. Myös ketjukauharuop- 12

17 paajia (bucket ladder dredger) käytetään vielä joissain erikoistapauksissa (Bray & Cohen 2010). Kuva 3. Periaatekuvat kuokkakauharuoppaajasta (A) ja kahmarikauharuoppaajasta (B). (Muokattu lähteestä Vlasblom 2003). Mekaaniset ruoppaajat ovat kestäviä (USACE 2002) ja niillä pystytään työskentelemään tarkoin rajatuilla alueilla (Cohen 2005). Niitä käytetään usein satamissa ja muissa suojaisissa paikoissa, jossa aallokosta ei ole haittaa (Bray & Cohen 2010). Mekaanisilla ruoppaajilla poistetaan yleensä tiiviitä ja pakkautuneita materiaaleja kuten kitkamaita ja kiviä (Cohen 2005), mutta on kehitetty myös esimerkiksi veden ja hienoaineksen poistumista kontrolloivia kauhoja, joilla voidaan ruopata pilaantuneita sedimenttejä (Palermo et al. 2008). Hydraulinen ruoppaus Hydrauliset ruoppaajat imevät pohjasta veden ja ruopattavan materiaalin seosta (Palermo et al. 2008), jonka koostumusta säädellään parhaan sekoitussuhteen aikaansaamiseksi (USACE 2002). Liian vetinen seos vaikeuttaa tehokasta sedimentin liikkumista, ja liian suuri kiintoainepitoisuus voi jumittaa ruoppaajan (USACE 2002). Yleisimmät hydrauliset ruoppaajatyypit (Kuva 4) ovat imu- (pipeline dredger, plain/profile suction dredger) ja leikuri-imuruoppaajat (CSD: cutter suction dredger) ja kuilu- eli hopperiruoppaaja (hopper dredger, TSHD: trailing suction hopper dredger) (Vlasblom 2003). Kuva 4. Periaatekuvat imuruoppaajasta (A), leikkuri-imuruoppaajasta (B), ja hopperiruoppaajasta (C). (Muokattu lähteestä Vlasblom 2003). Imuruoppaajat (plain suction dredger) irrottavat esimerkiksi vesisuihkun avulla pohjamateriaalin veteen (Bray & Cohen 2010), imevät seoksen sisäänottoputken kautta ja työntävät sen edelleen siirtoputkea pitkin esimerkiksi proomuun tai suoraan läjitysalueelle (Palermo et al. 2008). Näin ollen imuruoppaajat ovat jatkuvatoimisia, minkä vuoksi ne voivat olla hyvin kustannustehokkaita (USACE 2002). Veden päällä kelluvan, pitkän siirtoputken takia imuruoppaajat eivät sovellu hyvin vilkkaasti liikennöidyille alueille eivätkä kovaan aallokkoon kuin erikoisvarusteluin (USACE 2002). Menetelmä ei sovellu tarkkaan työhön (Bray & Cohen 2010), ja sitä käytetäänkin usein esimerkiksi 13

18 materiaalin imemiseen täyttöalueita alueita varten tai hiekanottoon betoniteollisuuden tarpeisiin (Vlasblom 2003). Usein imuruoppaajan imupäässä on pyörivä leikkuri, jonka avulla voidaan ruopata monipuolisemmin kaikenlaisia materiaaleja. Tehokkaimmat leikkuri-imuruoppaajat voivat ruopata jopa rikkonaista tai pehmeää kalliota jatkuvatoimisesti. (Bray & Cohen 2010). Toimiessaan leikkuri-imuruoppaaja liikkuu pohjaan laskettavan jalan varassa puolelta toiselle vaijereiden avulla, jolloin ruoppaustyö on kattavaa, tarkkaa (Palermo et al. 2008) ja tehokasta (Bray & Cohen 2010). Leikkuri-imuruoppaaja soveltuu hyvin laajoille alueille, ja sitä käytetään muun muassa satama- ja väyläruoppauksessa. (Vlasblom 2003). Itsenäisesti kulkevat laahaimuhopperiruoppaajat eli hopperit (TSHD: Trailing Suction Hopper Dredger, hopper, trailer) ovat laivoja, joissa on suuri säiliö ruoppausmateriaalin varastointia ja kuljetusta varten. Hopperiruoppaaja-aluksen liikkuessa imupää kulkee pitkin pohjaa, josta ruoppausmateriaalin ja veden seos imetään sisäänottoputkien kautta säiliöön. Säiliöstä vesi johdetaan aluksen ulkopuolelle kiintoaineen suurimman osan laskeuduttua. Säiliön täytyttyä materiaali voidaan purkaa esimerkiksi putkea pitkin, ruiskuttamalla (rainbowing) tai aluksen pohjan kautta sijoituspaikalle pudottamalla. Hopperiruoppaajat soveltuvat hyvin muun muassa hiekan ruoppaukseen sekä työskentelemään melko kovassa merenkäynnissä, vilkkaasti liikennöidyillä sekä syvillä alueilla. (Bray & Cohen 2010). Hopperiruoppaajat eivät sovellu ahtaille ja matalille alueille, ja vaikka ne pystyvätkin liikkumaan suhteellisen nopeasti, säiliön purkamisesta aiheutuvat keskeytykset ruoppaustyössä heikentävät hoppereiden kustannustehokkuutta (USACE 2002). Muita ruoppausmenetelmiä Seuraavassa on esitelty lyhyesti joitain muita ruoppaajatyyppejä, jotka eivät täysin sovi kahden ruoppaajapäätyypin mukaiseen jaotteluun. Pneumaattiset ruoppaajat (pneumatic dredger) toimivat muutoin kuin imuruoppaajat, mutta ne nostavat materiaalia pohjasta hydrostaattisen paineen avulla. Pneumaattisessa ruoppauksessa ruoppausseoksen mukana tulee vain vähän vettä, mutta ruoppaajatyyppi ei sovellu kovin matalille alueille. (Palermo et al. 2008). Vesi-injektioruoppaus (water injection dredging) on menetelmänä tunnettu jo jonkin aikaa, mutta vasta viime aikoina sitä on alettu menestyksekkäästi hyödyntää, pääasiassa kunnostus- ja ylläpitoruoppauksessa. Vesi-injektioruoppaaja pumppaa vettä pohjasedimenttiin, joka sekoittuu veteen ja levittäytyy paikallisten tiheyserojen, virtausten, vuoroveden tai painovoiman vaikutuksesta syvemmille alueille. (Bray & Cohen 2010). Menetelmällä voidaan esimerkiksi nopeasti madaltaa vedenalaisia hiekkadyynejä (EuDA 2012), mutta sen käyttö rajoittuu löyhiin sedimentteihin (Bray & Cohen 2010). Ruopatun materiaalin käyttö ja sijoittaminen Ruopattua materiaalia halutaan käyttää läjittämisen sijaan yhä enemmän hyväksi, muun muassa tilanpuutteen tai ympäristösyiden vuoksi, mutta materiaalilla voi olla myös arvokasta käyttöä esimerkiksi maalle tai veteen rakennettaessa. Ruoppausmateriaalia voidaan käyttää tyypistä riippuen esimerkiksi satama- tai muissa rakenteissa täyttöinä, maatäyttöalueiden rakentamisessa veteen, maanviljelyksessä ja metsätaloudessa sekä uusien elinympäristöjen luomisessa eliöille. (Murray 2008). Ruopattua materiaalia voidaan lisäksi hyödyntää myös muun muassa rantojen kunnostuksissa, korvaamaan ero- 14

19 doitunutta materiaalia sekä estämään läjitettyä pilaantunutta materiaalia leviämästä (Paipai 2003). Pilaantuneitakin sedimenttejä voidaan mahdollisuuksien mukaan hyödyntää muun muassa stabiloituna täyttömaa-alueisiin tai puhdistettuna esimerkiksi täyttöihin rakentamisessa. (Paipai 2003). Murrayn (2008) ehdotuksen mukaan säädöksiä tulisikin kehittää niin, ettei ruopattua materiaalia pidettäisi lähtökohtaisesti jätteenä. Sheehanin & Harringtonin (2009) mukaan ruopatun materiaalin hyötykäyttöasteet maailmalla ovat vaihdelleet suuresti, esimerkiksi Irlannin, Yhdysvaltain, Alankomaiden, Espanjan ja Japanin kesken välillä %. Ruopatut, hyödyntämättä jääneet materiaalit läjitetään joko maalle tai vedenpohjaan vesiläjitysalueelle. Materiaalin sijoituspaikkaan siirtämiseen voidaan käyttää ruoppauskalustosta riippuen esimerkiksi putkia, proomuja tai ruumaa, kauhoja ja ruiskutusta. Hyödyntämättä jääneet materiaalit on Suomessa läjitetty usein merenpohjan syvänteisiin, mutta ympäristösyistä läjitetään yhä enemmän rakennettuihin altaisiin matalaan veteen sekä osittain tai kokonaan kuivalle maalle. Hyödyntämätön pilaantunut materiaali voidaan läjittää ympäristöstä eristetysti veden pohjaan sedimentaatioalueille tai maalle kattamalla tai peittämällä se puhtaalla materiaalilla kuten hiekalla. (Riipi 1997). Ruoppaustyön seuranta Jotta ruoppaus olisi tehokasta, ruoppaajan tulisi poistaa vain ruopattavaksi suunniteltu materiaali, josta urakoitsijalle maksetaan (Tang et al. 2009). Ruoppausalan kova kilpailu on johtanut jatkuvaan haluun parantaa työn tarkkuutta ja tehokkuutta (Tang et al. 2009), mikä on kehittänyt paikannusta, tutkimusmenetelmiä, laitteistoa (Riddell 2000), sekä työn seuraamisen ja kontrolloimisen menetelmiä (Tang et al. 2009). Etenkin hopperi- (Vlasblom 1999, Braaksma 2009), leikkuri-imu- (Vlasblom 1999, Tang et al. 2008, 2009) ja imuruoppaajien (Wilson 2011) työn etenemisen seurantaa ja toimintaa esimerkiksi massavirtoja, ylivuotoa, materiaalin ominaisuuksia ruoppauksen aikana ja ruoppausseoksen tiheyttä säiliössä tai imettäessä seuraavia ja sääteleviä menetelmiä on tutkittu ja kehitetty sekä aiemmin että viime aikoina. Esimerkiksi DTPS-järjestelmän (Dredge Track Presentation System) avulla ruoppausvälineen käyttäjä voi seurata kuokkakauhan liikkeitä tarkasti kolmessa ulottuvuudessa ja reaaliajassa myös esimerkiksi tietoliikenneyhteyksien avulla rannalla sijaitsevasta toimistosta (IHC Merwede 2012). Lisäksi kauhan liikkeiden avulla saatava ruoppaustyön toteuma päivittyy työn edetessä ohjelman syvyyskarttaan ja maastomalliin, absoluuttiseen sijaintiinsa (IHC Merwede 2012). Kuvassa 5 on esitetty esimerkki tyypillisestä kaivuvalvontajärjestelmän näkymästä, johon on pohjan pinnan ja tavoitekaivusyvyyden lisäksi mallinnettu muun muassa vedenalainen pilari ja putkilinja suojaetäisyyksineen (Stikkel & Klazinga 2004). Kuvassa 6 on esitetty 3D-näkymä Terramaren Oy:n käyttämästä kaivuvalvontajärjestelmästä. 15

20 Kuva 5. Tyypillinen 2D-näkymä ruoppauksen kaivuvalvontajärjestelmästä. (Stikkel & Klazinga 2004). Kuva 6. 3D-näkymä kaivuvalvontajärjestelmästä. Kuvassa näkyy esimerkiksi ruoppaajan sijainti, ja nykyisen merenpohjan korkeustiedot sekä kaivun tavoitetasot on esitetty väriasteikoin. (Kuva: Terramare Oy). 16

21 1.3.3 Tutkimukset ja lähtötiedot ruoppauksen suunnitteluun Yleistä Merenpohjan ruoppauksen suunnittelun lähtökohdaksi saadaan tietoja monin eri hankintamenetelmin ja tutkimuksin. Suomen vesiväylähankkeiden yhteydessä tehtävistä tutkimuksista ei ole nykyisin voimassa olevaa, virallista ohjetta, mutta valmisteilla on Vesiväylätutkimusten yleisohje, joka kuuluu Liikenneviraston ohjeita -sarjaan. Merenkulkulaitoksen aikaisia ohjeistuksia ovat julkaisemattomat, luonnosasteelle jäänyt Väylätutkimusten yleisohje 4 sekä NAVI-ohjeet Navi-projekti oli MKL:n (Merenkulkulaitos) aikainen väylästöä koskevien tietojen, tietojärjestelmien ja tiedonhallinnan parantamista tavoitellut projekti. Muita lähtötietoaineistojen mittausta, mittaustarkkuuksia ja hankintaa koskevia ohjeistuksia ovat muun muassa Maastotietojen hankinta Toimintaohjeet, joka on varsinaisesti tarkoitettu tie- ja ratahankkeisiin (Liikennevirasto 2011a) Tie- ja ratahankkeiden maastotiedot Mittausohje (Liikennevirasto 2011b) ja kansainvälisen merenmittausjärjestön IHO:n (International Hydrographic organization) julkaisut, muun muassa merenmittauksen miniminormisto S-44, josta käytössä on 5. versio (IHO 2008), ja siihen liittyvä kansallinen laajennus FSIS-44. Syvyysmittaukset Akustisten mittausmenetelmien (Kuva 7) tarkkuus ja mittausresoluutio riippuvat muun muassa käytettävästä laitteistosta, mittaussyvyydestä, mittaustaajuudesta, mittauskeilan koosta ja mittauspeitosta (IHO 2005). Yleisesti mitä korkeampaa mittaustaajuutta käytetään, sitä suurempi on mittauksen erottelukyky ja sitä pienempi signaalin tunkeutuma pohjaan. Vastaavasti mittaustaajuuden pienetessä signaalin syvyysulottuvuus kasvaa sekä erottelukyky ja tarkkuus huononevat. Kaikuluotausta käytetään muun muassa linjaluotauksena pohjan topografian yleispiirteiseen kuvaamiseen. Monen yksikanavaisen kaikuluotaimen riviyhdistelmä kaikuhara ja varsinkin monikeilain, viuhkamaisesti merenpohjaa mittaava monikanavainen kaikuluotain, soveltuvat pohjan topografian tarkkaan kartoittamiseen (IHO 2005, luku 3). Monikeilaluotauksesta saadaan tarkkaa, kattavaa syvyystietoa. Lisäksi monikeilauksen mittausvasteen avulla on mahdollista luokitella pohjan sedimenttejä esimerkiksi karkeuden mukaisesti (Eleftherakis et al. 2012) tai ennustaa sedimenttien ominaisuuksia kuten keskimääräistä raekokoa, lajittuneisuutta sekä hiekan tai mudan prosentuaalista osuutta pohjasedimentistä (Huang et al. 2012). Myös yksittäisten kohteiden, esimerkiksi lohkareiden, sijainnit saadaan selville vertaamalla mittausvasteita syvyystietoihin (IHO 2005, luku 4). Viistokaikuluotauksesta saatavien valokuvamaisten 2D-kuvien avulla voidaan tunnistaa pohjan yksittäisiä kohteita kuten lohkareita ja hylkyjä (IHO 2005, luku 4). Viistokaikuluotaus soveltuu, yhdessä näytteiden kanssa (IHO 2005, luku 4), myös pohjan pintasedimentin ominaisuuksien selvittämiseen ja sedimenttien kulkeutumisreittien tutkimiseen (Papatheodorou et al. 2012). 4 Merenkulkulaitos Väylätutkimusten yleisohjeet. 115 s. 17

22 Matalataajuiset luotaukset, kuten seisminen reflektioluotaus, soveltuvat pohjan pinnan alapuolisten kerrosten ominaisuuksien kuten tiheyden selvittämiseen (Holland et al. 2012). Usein matalissa vesissä käytettävät luotaimet mittaavat yhtä aikaa kahdella kanavalla, korkea- ja matalataajuisella, jolloin voidaan saada sijaintitietoa niin pohjan pinnasta ja pehmeistä sedimenttikerroksista kuin niiden alapuolisesta kovasta pohjasta tai kalliopinnasta (IHO 2005, luku 3). Esimerkiksi hyvin matalataajuisten seismisten luotausten tuloksia voidaan käyttää hyväksi pohjatutkimusohjelman laatimisessa ja pohjatutkimusten väliin jäävien alueiden pohjanpinnanalaisten tietojen täydentämisessä (Kinlan & Roukema 2010). Kuva 7. Akustisia mittausmenetelmiä: kaikuluotaus (1), monikeilaus (2), viistokaikuluotaus (3), sekä eräs matalataajuinen luotaustapa, seisminen reflektioluotaus (3) (YM & SYKE 2010, kuva: Harri Kutvonen, GTK). Ilmasta tehtävän laserskannauksen avulla voidaan mitata vesisyvyyttä kattavasti ja nopeasti laajoilla alueilla. Menetelmän toimivuuden edellytyksenä on kuitenkin kirkas, pyörteetön vesi. Erittäin hyvissä olosuhteissa voidaan menetelmällä saavuttaa noin m:n syvyysulottuvuus. (IHO 2005, luku 3). Ilmasta tehtävä laserskannaus ei kuitenkaan soveltune vesisyvyyden mittaukseen etenkään Suomen merialueiden olosuhteissa, jotka eivät useinkaan täytä menetelmän toimivuuden edellytyksiä. Syvyysmittaukseen käytettävä tankoharaus on mekaaninen syvyysmittausmenetelmä, jossa alukseen kiinnitettyä mittaustankoa kuljetetaan halutulla syvyydellä mittausalueella. Haratangon pohjakosketusten paikat tallennetaan sensoreiden ja paikannuksen avulla. (IHO 2005, luku 3). Menetelmää käytetään Suomessa muun muassa ruoppauskohteiden rajauksiin ja matalan reunan määrittämiseen sekä ruoppaustyön seuranta- ja vastaanottoharauksiin. 18

23 Pohjatutkimukset Vesiväylähankkeissa pohjatutkimuksia tehdään pohjan maalajin ja ruopattavuuden, joskus myös kiinteiden turvalaitteiden sijoituspaikkojen olosuhteiden selvittämiseksi. Ruopattavuuteen ja ruoppauskustannuksiin vaikuttavat muun muassa kallion laatu ja kalliopinnan sijainti sekä maamassojen ominaisuudet ja lohkareisuus (Kinlan & Roukema 2010). Pohjatutkimuksia tehdään jalalliselta lautalta tai talvisin jäältä. Vesialueiden pohjatutkimusten välimatkat ovat huomattavan pitkät ja kustannukset suuret suhteessa esimerkiksi maalla, vapaissa maasto-olosuhteissa tehtyihin pohjatutkimuksiin (Tiehallinto 2008). Tutkimusten painopiste onkin yleensä ohjattu alueille, joilla pohjan pinta on haraustason yläpuolella. Maaperän rakenne ja erityisesti kalliopinnan sijainti pyritään selvittämään myös alueilta, jossa pohjan pinta on noin 0,5 m 1 m haraustason alapuolella. Tehtäviä pohjatutkimuksia voivat olla muun muassa paino-, porakone-, putki-, täry-, heijari-, siipi-, puristin-heijari- ja puristinkairaukset sekä häiriintynyt- ja pilaantuneiden maiden näytteenotto. Suunnitteluaineisto Liikenneviraston vesiväylähankkeissa Ruoppauksen rakennussuunnittelussa tarvitaan ruoppausmassamäärien ja läjitysalueiden kapasiteettien laskentaan tarkkaa ja täysin kattavaa syvyyspisteaineistoa. Liikenneviraston töitä varten monikeilaus- ja muu syvyyspisteaineisto tilataan Liikenneviraston merikartoitusosasolta tarvittavan tarkkuuden mukaisesti harvennettuna eri tiedostomuodoissa (Taavitsainen & Timonen 2012). Väyläsuunnittelijoille pisteaineisto toimitetaan yleensä täystiheänä S2-muotoisena aineistona, joka on sidottu KKJ-koordinaatistoon ja merialueilla mittausvuoden mukaan keskivesijärjestelmään (MW) (Taavitsainen & Timonen 2012). Ruoppauksen suunnittelua varten Liikennevirasto toimittaa lähtöaineiston yhteydessä 2D-DWG-muodossa tehtyjen tankoharausten kiinniotot objekteina sekä tankoharatut alueet piirrosobjekteina tai viivoina. Myös muilla menetelmillä mitatut alueet toimitetaan vastaavassa muodossa. Tiedostoihin sisältyy metadataa kuten käytetty vertailutaso, ajankohta, mittaaja sekä mahdollinen harattu syvyystaso. Tiedot toimitetaan KKJkoordinaatistossa. Pohjatutkimukset saadaan suunnitteluaineistoksi sähköisessä infra-formaatissa GTK:n ja Liikenneviraston kehittämästä yleisestä pohjatutkimusrekisteripalvelusta. Palvelusta saatavat tiedostot ovat joko mittaajan alkuperäisessä koordinaatistossa, esimerkiksi KKJ:ssä, tai valtakunnallisessa ETRS-TM35FIN-koordinaatistossa. (GTK 2012). Liikennevirasto toimittaa suunnittelutyön pohjaksi KKJ-koordinaatistossa, DWGmuodossa ja kaksiulotteisina lisäksi tausta-aineistona rantaviivan, kaapelit ja putkijohdot viivoina sekä kivet objekteina suunnittelualueen väylätietoina navigointilinjat viivoina ja kaarina sekä väyläalueet viivoina tai viivaobjekteina suunnittelualueen turvalaitetietoina turvalaitteet numeroineen objekteina ja tekstinä, valosektorit viivoina ja kaarina sekä taululinjat viivoina turvalaitteiden viimeksi mitatut sijainnit objekteina 19

24 maaston- ja paikannimet tekstinä. (Sirkiä 2009). Liikenneviraston merikartoitusosastolta voi tilata suunnittelualueen merikarttarastereita yleistiedoksi ja esimerkiksi yleiskarttapohjaksi. Yleistietona Liikenneviraston arkistoista voi saada myös mahdollisten aiempien suunnitteluvaiheiden dokumentaatioita. (Sirkiä 2009). Lisäksi suunnittelun lähtöaineistoksi saadaan pdf-muotoisena suunnittelukohteen väyläkortti ja turvalaitteiden perusselosteet (Liikennevirasto 2010). 1.4 Tieto- ja tuotemallinnus infra-alalla Yleistä Tässä tarkastellaan infra-alan tietomallintamista tie- ja vesiväylien näkökulmasta. Infraalaan ja tietomallintamiseen keskittyvää, kansainvälistä tutkimuskirjallisuutta on saatavissa hyvin niukasti, mikä on todettu myös vuonna 2010 pidetyn, kansainvälisen rakentamisen CIB (International Council for Research and Innovation in Buildning and Construction) W78 -konferenssin seminaariaineiston pohjalta tehdyssä kirjallisuusselvityksessä (Manninen & Kärnä 2011). Etenkin ruoppausalaa ja tietomallintamista koskevaa kirjallisuutta ei ollut työtä varten saatavissa. Tuotemallilla (product model) tarkoitetaan rakennuksen tai infrarakenteen koko elinkaaren aikaista, digitaalisessa muodossa olevaa tietojen kokonaisuutta, joka on jäsennetty ja tallennettu tuotetietomallin (product information model) mukaisesti (Serén 2010a, Rakennustieto 2012). Tuotemalli sisältää tuotteen tiedot, esimerkiksi väylän geometrian, sijainnin sekä täyttöjen, leikkausten ja objektien ominaisuudet ja määrät (Tirkkonen et al. 2010), tallennettuna useaan tai yhteen tietokantaan tai tiedostoon tiettyyn muotoon (Hyvärinen et al. 2006), kuten LandXML 1.2/Inframodel 1.2 (IM2) -spesifikaation mukaiseen siirtotiedostoon (Serén 2010a). Tuotemallista käytetään talonrakennusalalla myös synonyyminä termiä tietomalli, BIM (Building Information Model), infra-alalla vastaavasti termiä infratietomalli, infrabim (Infra Built environment Information Model) (Serén 2010a). Infra-alan tietomallintamisen yhteydessä on käytetty myös lyhennettä IIM (Infrastructure Information Model) (El- Diraby 2011). Lyhenteellä BIM voidaan tarkoittaa tuotteen lisäksi myös toimintaa (Building Information Modeling) (Eastman et al. 2011, xi). Tietomallintamista vastaavassa yhteydessä on käytetty myös termejä CIM (Civil Information Model) ja VDC (Virtual Design and Construction). Tässä työssä käytetään lyhyempää termiä tietomalli kuvaamaan infratietomallia. Tietomallintaminen on nykyään jo hyvin yleistä rakennus- ja arkkitehtuurin alalla (Eastman et al. 2011, vii), ja rakennusten tietomallintamista koskevia, virallisia ohjeistuksia on julkaistu muun muassa Australiassa, Pohjoismaissa, Hollannissa sekä USA:ssa (Succar 2009). Suomen infra-alalla pyritään siirtymään yhä enemmän mallipohjaiseen toimintaan, ja käynnissä on muun muassa Infra FINBIM -työpakettiin liittyviä lukuisia tutkimushankkeita ja pilottiprojekteja, joiden tarkoituksena on tietomallintamisen kehittäminen ja sen hyödyntämisen lisääminen infra-alalla (Rakennustieto 2012) Sovelluskohteet, hyödyt ja haasteet Tietomallintamista voidaan käyttää muun muassa rakenteiden visualisointiin, 3dsuunnitteluun ja mallintamiseen koneohjauksessa hyödynnettäviksi (Vianova 2012b). 20

25 Myös laadunvalvontaan (Schönberg 2012) ja projektinhallintaan (Manninen 2009) on kehitetty tietomallintamista hyödyntäviä menetelmiä. Tietomallipohjaisesta tiedonhallinnasta ja yhteisestä, avoimesta tietomallistandardista koituu hyötyinä tilaajille ja omistajille esimerkiksi työn laadun ja kustannustehokkuuden paranemista muun muassa työmaa-automaation kehityksen myötä (Tirkkonen et al. 2010). Tirkkonen et al. (2010) mukaan myös hankeprosessit, tiedonhallinta ja sähköinen kilpailutus tehostuvat, kun tietohävikki saadaan minimoiduksi. Tietomallinnus tarjoaa tilaajille Mihindun & Arayicin (2008) mukaan myös paremmat mahdollisuudet arvioida hankkeita rakenteellisesta, taloudellisesta ja suunnittelun näkökulmasta. Tietomallinnuksen tuomia hyötyjä suunnittelijoille ja toteuttajille ovat Eastman et al. mukaan (2011, 19 26) muun muassa kansainvälisesti yhteensopivan toimintamallin tuomat edut sekä suunnittelutyön tarkkuuden ja kustannustehokkuuden paraneminen. Lisäksi visualisoinnin ja kolmiulotteisuuden ansiosta toteuttaja ja suunnittelija saavat aiempaa selkeämpiä aineistoja työskentelyyn (Eastman et al. 2011, 19 26). Strafacin (2008) mukaan suunnitteluvirheet voidaan tietomallinnusta hyödyntävässä toimintaprosessissa havaita helpommin ja aikaisemmassa vaiheessa, ja suunnitteluvaihtoehtoja ja niiden vaikutuksia voidaan vertailla aiempaa nopeammin ja helpommin. Lisäksi virheettömämmät ja toimivammat suunnitelmat johtavat rakennettavuuden paranemiseen (Strafaci 2008). Koko infra-alan liiketoimintaprosessi tehostuu, kun tiedonsiirto on tehokkaampaa ja tietohävikki pienenee. Myös ylläpito tehostuu, kun ylläpitäjän käytettävissä on mallinnettu kustannus-, suunnittelu- ja toteumatieto. (Rakennustieto 2012, Tirkkonen et al. 2010). Lisäksi tietomallipohjaisen toimintatavan käyttöönotto suunnittelussa mahdollistaa vaikuttamisen hankkeen kokonaiskustannuksiin paremmin kuin perinteisessä, piirustuskeskeisessä toimintatavassa (Kuva 8) (Strafaci 2008). Kuva 8. Tietomallipohjaisessa suunnittelutavassa työ painottuu hankkeen alkuun, jolloin kokonaiskustannuksiin ja toteutustapaan voidaan vaikuttaa tehokkaammin kuin piirustuskeskeisen tavan mukaan toimimalla. (Muokattu lähteestä: Strafaci 2008). 21

26 Toisin kuin perinteisessä, piirustuskeskeisessä toimintatavassa (3), tietomallipohjaisen toimintatavassa (4) suunnittelutyö painottuu enemmän varhaisempiin suunnitteluvaiheisiin, jolloin projektin kustannuksiin (1) voidaan vielä tehokkaasti vaikuttaa ja jolloin suunnitelmaan tehtävien muutosten aiheuttamat kustannukset (2) ovat vielä vähäiset. Tällöin suunnittelijalla on paremmat mahdollisuudet käyttää enemmän aikaa eri vaihtoehtojen ja niiden vaikutusten vertailuun, kun suunnitelmien dokumentoimiseen kuluu vähemmän aikaa. (Strafaci 2008). Tietomallipohjaisen toimintaprosessin käyttöönotto voi olla haastavaa sekä aiheuttaa ongelmia ja lisäkustannuksia (Hyvärinen et al. 2006). Haasteita voivat asettaa Eastman et al. (2011, 27 28) mukaan esimerkiksi lisääntyvä vaatimus yhteistyöstä hankkeen eri osapuolten välillä sekä tietomallin vastuu-, omistajuus- ja oikeuskysymykset. Myös muutokset toimintatavoissa, tiedonkäytössä ja -hallinnassa voivat hankaloittaa tietomallinnuksen käyttöönottoa. Lisäksi tietomallintamisen vaatimiin ohjelmistoihin ja niiden käytön opetteluun joudutaan käyttämään resursseja ja aikaa. (Eastman et al. 2011, 27 28). Hyvärinen et al. (2006) mukaan tuotemalleihin mahdollisesti liittyviä yleisiä riskejä ovat järjestelmän päivittämisen vaikeus, riittämätön avoimuus ja vähäinen dokumentointi, jolloin järjestelmä suosii kohtuuttomasti yhtä tai useampaa toimijaa Katsaus infra-alan tietomallinnukseen Norjassa lähes kaikki tiehallinnon (Statens vegvesen) projektit toimitetaan työmaille digitaalisessa muodossa (von Schantz et al. 2011) 5. Tiehallinnon tavoitteena oli kesään 2011 mennessä julkaista lopullinen versio kaikkia tieprojekteja koskevasta tietomalliohjeesta, Håndbok 138 Modellgrunnlag (Thorsen 2010), josta on julkaistu päivätty, lausuntokierrokselle annettu versio. Norjan tiehallinto on asettanut myös tavoitteekseen, että vuoteen 2015 mennessä kaikki heidän tieprojektinsa perustuvat mallintamiseen avoimella formaatilla, jota ei kuitenkaan vielä ole valittu (BuildingSMART 2011). Tietomallintamista hyödyntäviä infrahankkeita Norjassa ovat olleet muun muassa E18-tiehen liittyvä Bjørvikan tie- ja tunneliprojekti; E6 Dovrebanen -moottoritie- ja junarataprojekti, jossa mukana oli myös ratahallinto (Jernbaneverket) (Vianova 2012a, Skanska 2011). Tanskassa tietomallinnuksen käyttöönotto on suunnittelu- ja kehitysvaiheessa. 3Dmallinnusta on käytetty valmiin Marselis boulevard -tunneli- ja tieprojektin visualisoimisessa. (Vianova 2012a). Ruotsissa tietomallinnuksen käyttöä infraprojekteissa ei vaadita, mutta esimerkiksi 3D-malleja toimitetaan yleisesti piirustusten lisäksi muun muassa koneohjauksessa hyödynnettäviksi. Tietomallinnusta hyödyntäviä infrahankkeita Ruotsissa ovat esimerkiksi Kvarteret Backen -tie- ja vesihuoltoverkostoprojekti, Förbifart Stockoholm -tie- ja tunneliprojekti sekä tieprojektit E22 Hurva Rolsberga ja Mölardsbanan. (Rydman 2012, Vianova 2012a). Saksassa, vuonna 2011 päättyneessä ForBAU-projektissa (Bayerischer Forschungsverbund Virtuelle Baustelle ) luotiin parametrien avulla muodostettuja 3D-tie- ja siltamalleja koko rakennusprojektin aikana ja sen eri vaiheissa hyödynnettäväksi (BuildingS- MART 2011, Bayerische Forschungsstiftung 2012). Pohjoismaiden ulkopuolella tietomallintamista hyödyntäneitä projekteja ovat viime aikoina olleet muun muassa A1- moottoritieprojekti Gdańsk Toruń Puolassa; M25-tien leventämisprojekti Englannissa; 5 von Schantz, N. & Siipo, J. & Sireeni, J Norjan Tiehallinnon ohjekirja HB 138: Tietomallit [julkaisematon, RYM Infra FINBIM -projektin sisäiseen käyttöön]. Käännöstyö norja suomi, versio 1.0 [käännetty lähteestä: Thorsen 2010]. 22

27 CALTRANS (Californian department of Transportation) koneohjauksen pilottiprojekti Highway 78, Brawley Bypass USAssa ja N3 Johannesburg Durban -tieprojekti Etelä- Afrikassa (Skanska 2011, WSP 2012). Yhdysvalloissa McGraw-Hill Construction (MHC) (2012) on vastikään julkaissut raportin tietomallintamisen hyödyntämisen etenemisestä Yhdysvaltain infra-alalla. Raportin mukaan lähes puolet (46 %) tutkimuksessa mukana olleista infra-alan organisaatioista mukaan lukeutui muun muassa USACE (U.S. Army Corps of Engineers) jo hyödynsi tietomallipohjaista teknologiaa ja prosesseja ainakin jossain toimintansa vaiheessa. Tutkimuksen vastaajista 89 % oli sitä mieltä, että tietomallinnuksen käytöstä oli heille hyötyä, vaikka suurin osa tietomallinnuksen hyödyntäjistä koki olevansa tiedoiltaan ja taidoiltaan vasta aloittelijoita tai keskitasoisia. Lisäksi vuonna 2011 patoihin, kanaaleihin ja muihin vesirakenteisin liittyvistä infrahankkeista jo noin 44 % toteutettiin tietomallinnusta hyödyntäen. Vesirakennushankkeissa mallintavaa suunnittelua on hyödynnetty myös esimerkiksi Sakhalin-1-projektissa Venäjällä vedenalaisen putkilinjan ja sen eroosiosuojan rakentamisessa (Athmesin & Gijzelin 2006). Kivistä tehdyn eroosiosuojan rakentamisessa hyödynnettiin Athmesin & Gijzelin (2006) mukaan viimeisintä tekniikkaan edustavaa luotausvälineistöä, työnvalvontajärjestelmää ja 3D-kivenasennusmallia, johon jokainen eroosiosuojan suunnitelmaan tehty muutos tai suunnitelmaan tehty lisäys tallennettiin. Myös Panaman kanavan laajennusprojektissa tietomallintamista on hyödynnetty, pääasiassa suunnitteluun (McGraw-Hill Construction 2012). Vesiväyliin liittyvissä hankkeissa Suomessa on meneillään Laitaatsalmen tie- ja ratasuunnitteluvaihe, johon sisältyy vesiväylän yleispiirteistä mallintamista. Lisäksi Oulun kaupunki on käyttänyt ruoppaussuunnittelussa tietomallintamista hyödyntävää Teklan Civil Basic -ohjelmaa (Lehtimäki 2012) Tiedonsiirron menetelmät ja ohjelmasovellukset Yleistä infra-alan tietomallintamisesta ja tiedonsiirrosta Infra-alan tietomallintamiseen siirtymisen edellytyksenä on pidetty avointa, laajasti käytettyä standardia (Hyvärinen et al. 2006). Sopivan standardin löytämiseksi VTT:n Hyvärinen (2007) on selvittänyt Infra ohjelmaa varten kansainvälistä tiedonsiirto- ja tietomallistandardointia, joka liittyy infra-alan tietomallintamiseen. Lisäksi InfraTMhankkeen yhteydessä ylläpidetään ajantasaista yhteenvetoa infa-alan tietomallinnukseen ja tiedonsiirtoon liittyvistä standardeista, standardointitahoista sekä standardointiin liittyvistä tapahtumista (Serén 2010b). Muun muassa näiden pohjalta Infra FINBIMhankkeessa on otettu kehityskohteeksi avoimen tiedonsiirron standardi LandXML ja sen suomalainen sovellus inframodel2, joihin myös tässä työssä paneudutaan sen vuoksi laajemmin. Tässä luvussa käsitellään infrakohteisiin ja -rakenteisiin liittyvien standardien lisäksi kansallisessa käytössä olevaa Infra-pohjatutkimusformaattia. Lisäksi esitellään kahden ohjelmistotalon joiden ohjelmia myös tämän työn tekemisessä käytettiin ratkaisuja tietomallinnusta hyödyntävään infrasuunnitteluun. LandXML ja Inframodel2 LandXML on Autodeskin vuonna 2000 käynnistämä hanke infran suunnittelu- ja mittaustiedon XML-pohjaiseen (extensible Markup Language) tiedonsiirtoon. Hankkeen ylläpidossa ja kehityksestä vastaa konsortio, johon kuuluu lukuisia 23

28 organisaatioita eri puolilta maailmaa. Hyvärisen (2007) mukaan LandXML:n määrittelyssä ei käytetä kehittyneempää käsitemallinnuskieltä, toisin kuin esimerkiksi talonrakennusalalla käytetyssä IFC-standardissa (Industry Foundation Classes). Kansallisen Infra hankkeen yhteydessä tutkittiin ja kehitettiin infra-alan avoimen tiedonsiirron formaatteja InfraModel ja InfraModel2 (IM2) -projekteissa, minkä seurauksena infra-alalle tuotiin suomalaista suunnittelukäytäntöä vastaava, LandXML standardin sovellusspesifikaatio, inframodel2 (VTT 2003, Kajanen et al. 2006). Inframodel2:ssa on käytetty noin neljäsosaa mahdollisista LandXML-standardin mukaisista tiedonkuvauselementeistä. Lisäksi inframodel2:een on lisätty joitain kansallisia rakennelaajennuksia, minkä LandXML-standardin rakenne mahdollistaa. (Liukas 2009). IM2-formaattia on kehitetty LandXML-standardista julkaistuja versioita seuraten ja osin myös niiden kanssa yhteistyössä. Infra FINBIM -hankkeessa on tämän työn tekohetkellä kehitteillä nykyisen IM2 (inframodel 1.2) jälkeen julkaistava versio IM3, jossa muun muassa formaatin sisältöä on tarkoitus kehittää paremmin nykyisin käytössä olevaa infratermistöä ja LandXML 1.2 -versiota vastaavaksi. IMn LandXML - kehitystä sekä Suomen infra-alan tulevaisuuden visiota kansallisen ja kansainvälisen infrarakentamisen tietomallistandardin kehityksestä on esitetty kuvassa 9. Kuva 9. LandXML-standardin ja siihen pohjautuvan kansallisen inframodel-spesifikaation tähänastinen kehityshistoria sekä tulevaisuuden näkymät Suomen infra-alan näkökulmasta katsottuna. Inframodel-tutkimushankkeen lopputuloksena vasta suositettiin LandXML-formaatin käyttöä infran tiedonsiirtoon; Inframodel2- eli IM2-hankkeessa kehitettiin LandXML-standardin sovellusspesifikaatio, IM2-formaatti, jota päivitettiin myöhemmin. Tulevaisuudessa inframodeln:stä odotetaan tulevan kansainvälisen yhteistyön myötä myös kansainvälinen infra-alan tiedonsiirtoformaatti. Inframodel2-siirtotiedostossa infrarakenteen tuotemallin tiedot ovat hierarkiakuvauksena tekstimuodossa. Tiedostoa voi tarkastella muun muassa tekstinkäsittelyohjelmalla, jolla myös tietojen muokkaus on mahdollista. LandXML-standardin mukaisen IM2- tiedoston sisältö ja rakennelaajennukset on esitetty tarkemmin InfraModel tiedonsiirron sovellusohje v1.2:ssa päivityksineen (Hyvärinen & Porkka 2010a ja 2010b). Tierakennusalalla koneohjausaineiston LandXML-standardin mukainen tiedonsiirto on Eklöfin 24

29 (2011) selvityksen mukaan jo yleistä, joskin formaattimuunnoksia joudutaan työmailla vielä tekemään erilaisten laitteiden ja niiden tukemien eri formaattien paljouden vuoksi. Inframodel2-tiedonsiirrossa vesiväyläsuunnitelma kuvataan soveltuvin osin yleisen väyläsuunnittelun mukaisesti. Kuvaustiedostoon määritetään muun muassa otsikkotiedot, kuten mittayksiköt sekä korkeus- ja koordinaattijärjestelmä, geometriatiedot, maastomallit ja muut pinnat. Vesiväylän geometriaa ei kuvata tangenttipisteiden avulla, vaan geometria koostuu linjauksen yksittäisistä viivoista, viivamallista, väylän pintamallista ja väylän rakennemallista. Lisäksi pintoihin voidaan valinnaisesti liittää taiteviiva- ja hajapistetietoa. Vesiväylän rakenneparametreja ovat väylän poikkileikkaustyyppi, haraussyvyys, väyläleveys ja mitoittava vedenpinnan korkeustaso. LandXML v1.2 mahdollistaisi myös poikkileikkausten geometrian siirtämiseen poikkileikkauksiin liittyvien parametrien lisäksi, mutta tätä laajennusta ei toteutettu InfraModel2-hankkeessa. (Hyvärinen & Porkka 2010a ja 2010b). Infra-pohjatutkimusformaatti Infra-pohjatutkimusformaatti eli infra-formaatti kehitettiin InfraModel-hankkeen yhteydessä avoimeen, infra-alan yhtenäiseen pohjatutkimusten tiedonsiirtoon. Vuoden 2010 alusta lähtien merkittävät infra-alan osapuolet alkoivat edellyttää infra-formaattimuotoista pohjatutkimusten tiedonsiirtotapaa. Infra-formaatin uusin versio 2.2 julkaistiin (SGY 2012). Infra-formaatissa oleva tiedosto on tekstipohjainen, mutta ei LandXML-standardin mukainen. IFC IFC (Industry Foundation Classes) on kansainvälisen BuildingSMART-konsortion standardoima, laajasti talonrakennusalalla käytetty tiedonsiirron sisällön ja formaattien standardi. IFC soveltuu erityisesti arkkitehti-, rakenne- ja talotekniikkasunnittelun sekä tuotannonohjauksen tarpeisiin. IFC-formaatista viimeisin, vuonna 2011 julkaistu versio on IFC2x4 Release Candidate 3. IFC tarjoaa jo mahdollisuudet siltojen mallintamiseen (Serén 2010b), ja meneillään olevassa OpenINFRA-hankkeessa mahdollisesti laajennetaan IFC-määrittelyt myös muihin infrarakenteisiin. (Serén 2010b, BuildingSMART 2012). Ohjelmistot CAD-ohjelmistotalo Autodesk tarjoaa infra-alan tietomallinnusratkaisuksi Infrastructure Design Suite ohjelmistopakettia, jolla voi mallipohjaisesti suunnitella, analysoida, visualisoida ja simuloida infrarakenteita kuten väyliä. Paketista on saatavissa useita erilaajuisia versioita. Tärkein ohjelmistoista, AutoCAD Civil3D, mahdollistaa mallipohjaisen väyläsuunnittelun, jossa esimerkiksi uomamallin luvataan päivittyvän automaattisesti, kun poikkileikkausparametreja muutetaan, ja jossa suuria suunnittelukokonaisuuksia hallitaan viiteaineistojen avulla. Ohjelmistossa on työkaluja myös esimerkiksi massalaskentaan ja suunnitelmien visualisointiin. AutoCAD-ohjelmistot tukevat LandXMLformaattia, mutta eivät sen inframodel2-sovellusta. (Autodesk 2008 ja 2012). AutoCAD Map 3D on CAD- ja paikkatietoja hyödyntävä sovellus, jota voi esimerkiksi käyttää infrasuunnitteluun Civil 3D:n rinnalla. 3ds Max Design -ohjelmisto on tarkoitettu visualisointien ja animaatioiden tekemiseen, ja Navisworks Simulate ja laajempi Navisworks Manage -ohjelmistot sisältävät projektien tarkistusmahdollisuuksia kuten törmäystarkastelun ja rakentamisen vaiheiden simuloinnin. (Autodesk 2012). 25

30 Yhdyskuntatekniikan alan ohjelmistotalo Vianovan ratkaisu väylien suunnitteluun suomalaisesta näkökulmasta on AutoCAD-pohjalla toimiva Novapoint-ohjelmistoperhe. Sen perustana on muun muassa maastotietokannan sekä maastotietojen muokkaustoimintoja sisältävä Novapoint Base, jota voidaan täydentää useilla eri käyttötarkoituksiin suunnitelluilla moduuleilla. Näistä Novapoint Road on tarkoitettu väyläsuunnitelmien laadintaan ja se sisältää esimerkiksi massalaskentatyökaluja sekä väylän geometrian ja rakenteen suunnittelun. Novapoint Virtual Mapin avulla voidaan suunnitelmat visualisoida virtuaalisesti mallintamalla. Pohjatutkimuksia voidaan tulkita, hallita, käyttää suunnittelussa ja esittää 2D:ssä Novapoint Soundingsilla, joka tukee kansallista infraformaattia. AutoCAD Map 3D:hen pohjautuva Novapoint Map -ohjelmisto sisältää muun muassa tiedonsiirron apuvälineitä kansallisiin standardeihin sekä kuntagmltiedonsiirron. Novapointin suunnitteluympäristö tukee LandXML-standardia sekä sen inframodel2-sovellusta. (Vianova 2012b). Kajasen & Hörkön mukaan (2009) muita Suomessa käytössä olevia tunnetuimpia infrasuunnitteluohjelmistoja ovat Tekla Xstreet (nykyisin Tekla Solution infrasuunnittelijoille {Tekla 2012}) sekä Citycad. Maailmalla käytetyimpiä ohjelmistoja ovat Autodeskin ja Bentleyn tuotteet sekä Venäjällä paikallinen Gredo-ohjelmisto (Kajanen & Härkönen 2009). 26

31 2 Menetelmät 2.1 Ruoppausurakoitsijoiden haastattelut Tavoitteet ja toteutus Työn yhteydessä haastateltiin suomalaisia väyläruoppausta tekeviä ruoppausurakoitsijoita puhelinkeskusteluin, sähköpostitse sekä henkilökohtaisin tapaamisin. Haastatteluiden tavoitteena oli selvittää toteutusmallimäärittelyn muodostamista varten, miten työn pohjaksi saatava tieto siirtyy ruoppausurakoitsijoille sekä miten tietoa ja sen kulkua voisi kehittää. Tarkoituksena oli myös selvittää ruoppaajien työnvalvontajärjestelmien ominaisuuksia sekä urakoitsijoiden kokemuksia, käytäntöjä ja toiveita siitä, millaista sähköistä aineistoa ja tietoa tulisi ruoppaustyötä varten saada ja muodostaa. Haastatteluiden, tapaamisten ja keskusteluiden muistiot on esitetty liitteessä H, ja haastatteluissa kysytyt kysymykset on esitetty tarkemmin haastattelumuistioiden yhteydessä. Keskustelujen aiheita ja kysyttyjä kysymyksiä olivat muun muassa seuraavat: Minkälaista aineistoa ja missä muodoissa ruoppauksen tilaaja tai suunnittelija toimittaa teille? Onko tietoa tarpeeksi riittävästi, yksityiskohtaisesti ja onko tieto riittävän valmista tarpeisiinne? Minkälainen koneohjausjärjestelmä teillä on käytössä ja mitkä ovat valmiutenne hyödyntää malleja koneohjauksessa? Mitä tiedostoformaatteja järjestelmässänne on mahdollista lukea? Millainen on prosessinne lähtöaineistojen saamisesta ruoppaustyön aloittamiseen (lähtöaineistoston muokkaus, koneohjausaineiston mallintaminen, tietojen siirtäminen koneohjausjärjestelmään)? Jos teille toimitettaisiin suoraan koneohjaukseen soveltuva malli, mikä olisi sen työn kannalta tarpeellinen tarkkuus ja yksityiskohtaisuus? Mitä mallin olisi tarpeellista sisältää, ja mitkä asiat voisivat tehdä mallista turhan tarkan? Mikä on nykytilanteessa likimääräisesti suurin tiedostokoko, joka on vielä koneohjauksessanne käsiteltävissä? Onko mielessänne muita ongelmakohtia, kehitysideoita tai toiveita liittyen koneohjausmallien muodostamiseen tai suunnittelijan/tilaajan ja urakoitsijan väliseen vuoropuheluun? Kuultuja ruoppausurakoitsijoiden edustajia oli yhteensä kahdeksan henkilöä, jotka on esitetty taulukossa 1. Erityisesti Terramare Oy:n projekti-insinöörin Dredging BIM - hanketta vetävän Terramaren edustajana tietoja, taitoja ja kokemuksia hyödynnettiin toteutusmallimäärittelyn sisällön kehittämisessä. Toteutusmallimäärittelyn kehitystä varten ei kirjattu lukuun 4 erillisiä johtopäätöksiä, vaan tuloksista tehtyihin johtopäätöksiin viitattiin kehitettyjen toimintatapojen yhteydessä. 27

32 Taulukko 1. Taulukossa on esitetty haastateltujen ruoppausurakoitsijoiden edustajien tiedot. Urakoitsijan edustaja, asema Reijo Kultalahti, työpäällikkö Markku Pöyhönen, projekti-insinööri Ari Väinämö, projektipäällikkö Ari Laavainen Ilkka Saarikoski Juha Seppälä, vesirakentamisen työpäällikkö Pekka Rahja, toimitusjohtaja Henri Paavola, työmaapäällikkö Yritys Terramare Oy (emoyhtiö Royal Boskalis Westminster nv.) Wasa Dredging Oy Suomen Vesityö Oy Itä-Uudenmaan Ruoppaus Oy YIT Rakennus Oy R-Towing Oy R-Towing Oy. 2.2 Väylähankkeen lähtötietomalli ja sen muodostaminen Lähtötietomallin muodostaminen InfraBIM-tietomallivaatimusten mukaisesti Yleistä Lähtötietomalli kuvaa Virtasen (2012) mukaan suunnittelualueen nykytilaa hallittuna ja harmonisoituna, valmiina aineistokokonaisuutena, joka on mahdollisimman hyvin hyödynnettävissä tietomallipohjaisessa suunnittelussa. Olennaista on, että lähtötiedot ovat luonteeltaan eri suunnitteluvaiheissa täsmentyviä läpi koko hankkeen elinkaaren, jolloin myös lähtötietomalli uudistuu jatkuvasti (Manninen 2009). Kuvassa 10 on esitetty lähtötietomallin suhde suunnitteluvaiheeseen ja mallin päivityksen periaate Virtasen (2012) mukaan. Kuva 10. Lähtötietomallin tiedot ovat eri suunnitteluvaiheissa täsmentyviä läpi koko hankkeen elinkaaren, jolloin lähtötietomallia uudistetaan jatkuvasti. (Kuva: Virtanen 2012). Väyläruoppaushankkeen lähtötietojen mallintamisessa oli tarkoituksena hyödyntää aiempaa tutkimusta Infra FINBIM -hankkeessa, johon tämä diplomityö kuuluu. Lähtötietojen mallintamismenetelmän pohjana käytettiin pääasiassa opinnäytetyötä Väylähankkeen lähtötietomalli ja sen muodostaminen, jonka on tehnyt Juuso Virtanen (2012) Sito Oy:lle. Virtanen on jalostanut opinnäytetyön lähtötietomallia koskevaksi osuudeksi 6 InfraBIM tietomallivaatimukset ja -ohjeet -tietomallinnusohjekokonaisuuteen, joka on tämän työn tekohetkellä kehitteillä Infra FINBIM -hankkeessa. Tässä luvussa pyritään esittämään tiivistetysti pääsisältö kyseisestä InfraBIM-tietomallivaatimusten lähtötietojen mallinnusta koskevasta osuudesta, joka pääosin vastaa julkaistussa Virtasen (2012) 6 Virtanen, J [luonnos ]. InfraBIM tietomallivaatimukset ja -ohjeet, osa 2: Lähtötietomalli. 34 s. 28

33 opinnäytetyössä esitettyä. Luvun lopuksi esitetään myös joitain työn tekijän antamia ehdotuksia vesiväylän näkökulmasta lisäyksiksi tietomallivaatimuksiin. Lähtöaineisto ja sen kokoaminen InfraBIM-tietomallivaatimusten mukaan lähtötietomallin muodostusprosessi koostuu kuvassa 11 esitetyn kaavion mukaisista vaiheista tai tehtävistä. Lähtötietomallin aineiston koordinaatti- ja korkeusjärjestelminä tulee ensisijaisesti käyttää EUREF-FINkoordinaattijärjestelmää ja N2000-korkeusjärjestelmää. Suunnitelma-aineistojen järjestelmien muuntamisesta sovitaan hankekohtaisesti, ja järjestelmät muunnetaan tilaajan ohjeistuksen mukaisesti. Siirtymäaikana käytettävät korkeus- ja koordinaattijärjestelmät sovitaan hankekohtaisesti. Kuva 11. InfraBIM-ohjeistuksen lähtötietomallia koskevan osuuden sisältö, joka on jaettu lähtötietomallin muodostusprosessin eri vaiheisiin. Lähtötietomallin muodostamisen pohjana oleva aineisto ja lähtötietomallin käsitelty lähtöaineisto jaetaan viiteen, tiedon luonteen mukaiseen kokonaisuuteen (Kuva 12). Aineistoa varten tulee muodostaa tietynlainen kansiorakenne (Taulukko 2), johon jokaisen pääkansion alle muodostetaan InfraBIM-tietomallivaatimusten mukaiset alakansiot (Taulukko 3). 29

34 Kuva 12. Lähtöaineiston ja lähtötietomallin aineiston InfraBIM-tietomallivaatimusten mukainen jaottelu. Taulukko 2. Projektikansion alaiset pääkansiot ja niiden sisältöä kuvaavat selitteet. Pääkansio [nimi] AIEMMAT_VAIHEET RAAKA-AINE LAHTOAINEISTO Selite Sisältää aiempien suunnitteluvaiheiden aineistoa. Kansioon tallennetaan aineistontoimittajalta tilatut tai muulla tavoin saadut lähtöaineistot sellaisenaan Sisältää lähtötietomallin lähtöaineiston. Kansiosta AIEM- MAT_VAIHEET ja RAAKADATA kopioidaan tarvittavat aineistot, jotka sijoitetaan alkuperäisine nimineen tähän kansioon, vastaaviin alakansioihin. LAHTOTIETOMALLI Sisältää ainoastaan ennalta määrätyt, muokatut lopputuotteet oikein nimettyinä, oikeissa ja sovituissa tiedostoformaateissa sekä sovituin aluerajauksien mukaisesti leikattuina. Taulukko 3. Pääkansioihin muodostettavat alakansiot ja niiden sisältöä kuvaavat selitteet. Alakansio Malli Selite [mallitunnus] A Maastomalli Sisältää maastomalliin liittyvät aineistot. B Maaperamalli Sisältää maa- ja kallioperään liittyvät aineistot. C Rakenteet_ja_jarjestelmat Sisältää kaikki nykyisten rakenteiden tiedot. D Kartta-_ja_paikkatieto Sisältää kaava-, kartta- ja paikkatietoaineistot. E Muu_aineisto Sisältää aineiston, joka ei lukeudu muihin kansioihin. InfraBIM-tietomallivaatimusten mukaan eri aineistojen laajuus tulee rajata aineistokohtaisesti, ja aineiston tulee olla mahdollisimman ajantasaista. Kaikki lähtöaineiston tiedot, epävarmuudet ja riskit tulee kirjattuina ilmetä lähtöaineistoluettelosta ja toimenpideselostuksista. Taulukkomuotoisten toimenpideselostusten (Liite B) sisältö on määritetty InfraBIM-tietomallivaatimuksissa taulukon 4 mukaisesti. 30

35 Taulukko 4. Toimenpideselostustaulukon sisältö InfraBIM-tietomallivaatimusten mukaisesti. Tieto Aineisto Tehdyt muokkaustoimenpiteet Havainnot, ongelmat ja riskit Toimenpiteen suorittaja Päiväys Aineiston tilanne Laadunvarmistus Selite Kyseessä olevan aineiston kuvaus Annetaan kuvaus, mitä ja miten tehtiin, millä ohjelmalla tai työkalulla Aineistoon liittyvät erityishavainnot, ongelmat ja riskit Käsittelijän merkintä Ajankohta, jolloin aineistoa on muokattu Värikoodattu kenttä, josta ilmenee aineiston tila Vihreä Aineisto on muokkausten, tarkistusten ja laadunvarmistuksen osalta hyväksytty ja valmis Keltainen Aineistolle ei ole vielä suoritettu kaikkia vaadittavia toimenpiteitä Punainen Aineistolle ei ole/ ei ole kyetty suorittamaan tiettyjä toimenpiteitä, ja aineistoon liittyy riskejä, ongelmia tai puutteita Kenttään merkitään laadunvarmistustoimenpiteiden päiväys, suorittaja ja selostus toimenpiteistä Kansiot ja tiedostot tulee InfraBIM-tietomallivaatimusten mukaan nimetä siten, että nimissä käytetään numeroita, ala- ja väliviivoja sekä isoja ja pieniä kirjaimia ilman skandinaavisia- tai erikoismerkkejä. RAAKA-AINE- ja LAHTOAINEISTO-kansioihin tallennetaan tiedostot niiden alkuperäisillä nimillään. Alakansioihin luodut aineistokansiot nimetään muotoon [mallitunnus][aineiston numero]-[aineiston nimi]. Muokatut aineistot tallennetaan LAHTOAINEISTO-kansioon muotoon [mallitunnus][aineiston numero]_[hankkeen nimi]_[aineiston nimi]. Lähtötietomallin sisältämien mallien tasot ja objektit tulee nimetä ja koodata Infra2006 rakennusosa- ja hankenimikkeistön sekä se laajennuksen, InfraBIM-suunnittelu-, mittaus- ja hankenimikkeistön mukaisesti. Lähtötietomallia varten lähtöaineisto yhtenäistetään InfraBIM-tietomallivaatimusten mukaisiin formaatteihin. Eri aineistojen tavoitellut formaatit on esitetty InfraBIMtietomallivaatimusten mukaisessa lähtöaineistoluettelotaulukossa, liitteessä A. Lähtöaineistoluetteloon kirjataan formaattien lisäksi myös aineistot ja niiden tärkeimmät alkuperätiedot sekä tarkkuudet. Lähtöaineisto tulee olla mahdollisimman tarkkaa, ja tarkkuudet tulee ilmoittaa sekä xy-tasossa että z-suunnassa. Aineistojen tarkkuudet kirjataan lähtöaineistoluettelon lisäksi toimenpideselostuksiin ja tietomalliselostukseen. Ilmoittaa pitää myös, onko tarkkuus arvioitua vai mitattua tietoa. Aineiston laadunvarmistus ja luovuttaminen Lähtötietomallin laatu varmistetaan huolellisen dokumentoinnin lähtötietomallin malliselostuksen, lähtöaineistoluettelon ja toimenpideselostusten lisäksi tarkastuksin. InfraBIM-tietomallivaatimuksissa velvoitetaan, että lähtöaineistoa vastaanotettaessa tarkistetaan aineiston ajantasaisuus, kattavuus, tarkoituksenmukainen tarkkuus ja virheettömyys ja havainnot kirjataan lähtöaineistoluetteloon. Lähtötietomallista tulee tarkastaa muun muassa visuaalisesti aineistojen sisältö ja ulkoasu sekä vertailuaineistojen avulla koordinaattimuunnosten onnistuminen. Lähtötietomallia varten mallinnettujen pintojen sekä rakenteiden laadun varmistamiseksi tehtäviä toimenpiteitä ovat visuaaliset tarkastelut mallien törmäys- ja leikkaustarkastelut kolmioinnin tarkastus 31

36 korkeus- ja syvyyskäyrien muodostus ja tarkistus koodauksen ja nimikkeistön tarkistus geometrioiden tarkistus. Lähtötietomalliaineistosta luovutetaan eteenpäin kansiot LAHTOAINEISTO ja LAH- TOTIETOMALLI sekä lähtöaineistoluettelo, toimenpideselostukset ja lähtötietomallin malliselostus, jotka toimivat myös laadunvarmistusdokumentteina. Vastuu lähtötietomallista ja sen luotettavuudesta on InfraBIM-tietomallivaatimusten mukaan lähtötietomallin laatijalla. Tilaaja tarkastaa lähtötietomallin laadunvarmistusdokumentit, joiden perusteella tilaaja joko hyväksyy luovutetun aineiston tai palauttaa sen lähtötietomallin laatijan täydennettäväksi Lisäyksiä InfraBIM-tietomallivaatimuksiin vesiväylän näkökulmasta InfraBIM-tietomallivaatimuksissa ei otettu riittävästi huomioon vesiväylän syvyyspisteaineiston harventamista, joka voidaan tehdä monin eri tavoin käyttötarkoituksesta riippuen. Lisäksi syvyyspisteaineisto voidaan saada eri mittausmenetelmin, jotka tulisi eritellä lähtöaineistoluettelossa aineiston alkuperän selventämiseksi. Pisteharvennuksen tapa on lisäksi usein ilmoitettu informatiivisuuden vuoksi tiedostonimessä. Sirkiän (2009) mukaan syvyyspisteaineisto on käsiteltävä siten, että lopputuloksena olevat tiedostot ovat kooltaan niin pieniä, että niiden käyttäminen ei vaikeudu. Yleensä suunnittelun ja ruoppauksen kannalta kiinnostavin aineisto on jonkin verran haraustason alapuolelta ylöspäin, joten erilaiset syvyysvyöhykkeet voidaan harventaa erilaisilla ruutuko oilla tiedostojen pienentämiseksi. Syvyyspisteaineisto, joka on yleensä tiheää monikeilausdataa ainakin ruoppauskohteilla, harvennetaan 2 m ruutuun keskiarvomenetelmällä alueilta, joilla vesisyvyys on metrin haraustason alapuolella tai tätä pienempi. Alueilla, jossa vesisyvyys on yli metrin haraustason alapuolella, voidaan pisteaineisto harventaa korkeintaan 5 m ruutuun keskiarvomenetelmällä. (Sirkiä 2009). Harvennusmenetelminä voi olla syvyyspisteiden käyttötarkoituksesta riippuen joko keskiarvo (ka), minimi (min) tai maksimi (max), jolloin pisteistä tallennetaan vastaavasti harvennusruutukoon mukaisten ruutujen syvyyksistä keski- minimi- tai maksimiarvot. Muokatut aineistot niin syvyyspiste- kuin muukin aineisto tallennettiin tässä työssä muotoon [mallitunnus][aineiston numero]-[hanke/hankkeen osa]_[aineiston nimi/kuvaus], esimerkiksi A01-vayla_ulkokohteet_syvpisteet_2m_ka, jossa syvyyspisteaineistosta kerrottiin lisäksi harvennustapa muodossa [ruutukoko_harvennusmenetelmä]. Ruoppausurakoitsijoiden mukaan ruoppauksen kaivuvalvontajärjestelmät pystyvät hyödyntämään myös tiheämpää, 1 m ruutuun harvennettua pisteaineistoa ilman aineistonkäsittelyongelmia, koska järjestelmät käyttävät vain osaa kaikesta datasta kerrallaan. Samoilta alueilta kuin 2 m ruutuun harvennettu syvyysaineisto, muodostetaan lisäksi syvyyspisteaineisto 1 m ruutuun harvennettuna, jotta myöhemmin käytettävissä olisi myös tarkempi aineisto valmiiksi käsiteltynä. 32

37 2.3 Rauman väylän lähtötietomallin muodostaminen Yleistä Tässä työssä muodostettua lähtötietomallia ei luovutettu ennen suunnitteluvaihetta tilaajan hyväksyttäväksi kuten Virtasen (2012) mukaan mallipohjaisessa suunnitteluprosessissa on tarkoituksena. Lähtötietojen mallinnus tehtiin suunnittelua edeltävänä, erillisenä vaiheena InfraBIM-tietomallivaatimusten mukaisesti, jotta saataisiin uusia kokemuksia lähtötietomallivaatimusten soveltumisesta vesiväylähankkeeseen. Tässä työssä väyläruoppaushankkeen lähtötiedot käsiteltiin ja mallinnettiin soveltaen luvussa 2.2 esitettyä InfraBIM-tietomallivaatimusten lähtötietojen mallintamista koskevaa osuutta, johon tehdyt sovellukset on selostettu Rauman väylän lähtötietomallin muodostuskuvauksen yhteydessä. Lähtötietoja mallinnettaessa meneteltiin myös tietomallivaatimuksiin vesiväylän näkökulmasta tehtyjen lisäysten mukaisesti Lähtöaineistot ja niiden mallintaminen Yleistä Lähtöaineistona käytettiin Rauman eteläisen 12 m väylän aiemman suunnitteluvaiheen, piirustuskeskeisen rakennussuunnittelutavan lähtö- sekä valmista aineistoa. Käytettävissä oli myös Rauman 12 m väylän yleissuunnittelun aineistot. Tämän diplomityön tekijän aiemmin laatimassa rakennussuunnitelmassa joitain lähtötietoja muokattiin jo muotoon, jota saatettiin hyödyntää myös tässä työssä. Lähtötietojen muokkauksessa ja mallinnuksessa käytettiin ohjelmia 3D-Win , AutoCAD Civil3D 2011 ja Novapoint FP2c. Tietokoneen käyttöjärjestelmä oli 32-bittinen, joten ohjelmista ei voitu käyttää uusimpia, 64-bittisiä versioita. Kaikesta lähtöaineistosta tarkistettiin korkeus- ja koordinaattijärjestelmä, jotka muunnettiin tarvittaessa vastaamaan hankkeen alkuperäistä, tilauksen mukaista N2000- korkeusjärjestelmää ja KKJ-koordinaattijärjestelmää, jossa Rauman aineisto sijoittuu KKJ1-kaistalle. Tausta-aineistot, kuten vesiväylärekisteriaineisto, rajattiin käsittämään suunnittelualueet sekä tarvittavan laajan alueen yleis- ja suunnittelukartan piirtämistä varten. Myös eri tiedostojen aineistoja yhdisteltiin tiedostomäärän pienentämiseksi. Rauman 12 m väylän tietomallipohjaisen rakennussuunnittelun hankkeelle muodostettiin projektikansio Rauman_12m_vayla_pilotti, jonka alle muodostettiin InfraBIMtietomallivaatimusten mukainen kansiorakenne. Aiempien vaiheiden tiedostokansioon siirrettiin edellisen rakennussuunnitelman DWG-muotoiset piirustukset. Muut aineistot jaoteltiin kansioihin RAAKADATA ja LAHTOAINEISTO; InfraBIMtietomallivaatimusten mukaisen RAAKA-AINE kansion sijaan käytettiin kansion sisältöä paremmin kuvaavaa nimeä RAAKADATA. LAHTOAINEISTO-kansion sisältö eriteltiin lähtöaineistoluetteloon (Liite C) InfraBIM-tietomallivaatimusten mukaisesti. Lisäksi kullekin aineistolle tehdyt käsittelyt on esitetty taulukkomuotoisissa toimenpideselostuksissa (LiiteD). Lähtötietoaineistojen käsittely ja mallintaminen Tekstipohjainen, yxz-muotoinen syvyypistesaineisto, monikeilausdata, luettiin sisään 3D-Win-ohjelmaan, jossa se harvennettiin aikoinaan MKL:lle tehdyllä lisäsovelluksella 2 m ruutuun keskiarvomenetelmällä, jaettiin kahdeksi tiedostoksi ja tallennettiin LandXML-standardin mukaiseen IM2-formaattiin. Syvyyspisteaineistot kolmioitiin 33

38 pintamalleiksi 3D-Winillä siten, että kolmioiden maksimisivun arvoksi asetettiin kolmikertainen harvennuksen ruutukoko, reunakolmioiden minimikulmaksi 5 gon (3D-Win ohjelman käyttämä kulman yksikkö) ja kolmioiden kääntöherkkyydeksi kerroin 1. Samoin kuin 2 m ruutuun harvennettu syvyysaineisto, muodostettiin lisäksi syvyyspisteaineisto 1 m ruutuun harvennettuna. Maaperämalli koostui yhdestä kova pohja -pinnasta, joka muodostettiin pääasiassa MKL:n ja GTK:n matalataajuusluotausten tulkinnoista tuotettuja pisteaineistoja yhdistelemällä. Luotaukset eivät kattaneet väylän reuna-alueita tarpeeksi laajalti, mutta maaperämalli muodostettiin silti kokeeksi pelkästään luotausaineiston perusteella. Lisäksi yli 1400 kairauksen tulkinta käsityönä ja ottaminen mukaan maaperämallin muodostukseen olisi vaatinut käytettävissä oleviin resursseihin nähden liikaa aikaa. Matalataajuusluotausaineistojen lisäksi maaperämallin muodostuksessa hyödynnettiin GTK:n viistokaiku- ja matalataajuisen luotauksen perusteella tekemiä tulkintoja pohjan pintamaatyypistä, joita olivat moreeni/louhikko, kallio, savi/siltti sekä lieju. MKL:n tekemä, tulkittu matalataajuusluotausdata oli valmiiksi 3D-pistejonoina gtformaatissa. GTK:n tab-muotoinen matalataajuusluotausdata muunnettiin MS Excelin avulla tekstipohjaiseen xyz-muotoon 3D-pistejonoiksi, joista poistettiin pisteet, joilla ei ollut korkeusasematietoa. GTK:n mittaamassa aineistossa mittauslinjat olivat osittain päällekkäin, ja toisiaan vastaavien mittauskohtien tulokset olivat osin ristiriitaisia. Lisäksi pohjatutkimustuloksiin verrattuina GTK:n luotausten kalliopinnan korkeusasema ei vastannut kairauksin havaittua kalliopintaa eikä mitään systemaattista virhettä luotausaineistossa havaittu, minkä vuoksi GTK:n luotausten pisteaineistoa ei käytetty kalliopintamallin muodostamisessa. GTK:n tulkitsemia moreeni/louhikko-pinnan pisteaineistoja käytettiin maaperämallin kova pohja -pintamallin muodostamisessa. MKL:n matalataajuusdatan päällekkäin menevien osien pisteaineisto harvennettiin keskiarvoharvennuksella 10 m ruutuun maaperämallin kolmioverkon säännöllistämiseksi ja kolmioinnin onnistumiseksi. Pisteitä alkuperäisessä datassa oli noin 2 m välein. Kalliopintamallin muodostuksessa käytettiin matalataajuusluotausdatan pisteitä täydentämään kairaustietojen avulla muodostettua kolmioverkkoa alueilla, joilla pohjatutkimuksia ei ollut tai niitä oli hyvin harvassa. MKL:n luotauksistaan tekemiä tulkintoja pohjan kerrosten tiiveydestä (KT = keskitiivis, T = tiivis) käytettiin pisteaineistona maaperämallin muodostamisessa yhdistettynä GTK:n aineistoon. Päällekkäisiä MKL:n ja GTK:n pisteaineistoja vertailtiin keskenään, korkeammalla olevat pisteet hyväksyttiin ja matalammalla olevat poistettiin, jolloin esimerkiksi massalaskentaa varten pisteistä muodostettava pinta on varmuuden vuoksi korkeammalla ja antaa pessimistisemmän kuvan pohjaolosuhteista. Pohjatutkimustiedot olivat infra-formaatissa, ja käytettävissä oli myös edellisen rakennusvaiheen aikaisia, 1990-luvulla tehtyjä tutkimuksia. Eri menetelmillä ja eri aikoina tehdyistä pohjatutkimuksista valittiin iteratiivisesti kairausten päättymissyvyyspisteitä kalliopinnan muodostukseen 3D-Win ohjelman kairaustiedostojen käsittelytoimintojen avulla. Tutkimuspisteet valittiin siten, että luotettavimmin kalliopinnan sijainnin kertoviksi arvioiduista pohjatutkimustuloksista muodostettiin kolmioverkkomalli, jota verrattiin edelleen seuraavaksi luotettavimpiin pohjatutkimuksiin ja jota muokattiin, jos pintamallin ja pohjatutkimusten välillä oli ristiriitoja esimerkiksi korkeusasemissa. Pohjatutkimusten luotettavuuden kriteereinä olivat tutkimusten tuoreus ja tutkimustavan soveltuvuus kalliopinnan sijainnin määritykseen, jota arvioitiin SGY:n (Suomen Geoteknillinen Yhdistys) kairausoppaiden perusteella. Ensisijaisesti kalliopinnan muodostami- 34

39 sessa käytettiin uusimpia, 2000-luvun porakonekairauksia, jotka olivat päättyneet varmistettuun kallioon. Myös kairauksia muunlaisin päättymistavoin, kuten päättymisiä määräsyvyyteen tai tiiviiseen maakerrokseen, jouduttiin käyttämään kalliopintamallin muodostamisessa paremman tiedon puuttumisen vuoksi. Koska maa- ja kallioperäaineistojen pistetiheydet vaihtelivat suuresti, aineistoista yksillä kolmioinnin asetuksilla muodostettu kolmioverkko ei ollut luotettava; esimerkiksi kolmioverkon reunoille muodostui pitkäsivuisia, ohuita kolmioita. Mahdollisimman säännöllisien kolmioverkkojen aikaansaamiseksi pintamallien kolmioita käännettiin, lisättiin ja poistettiin manuaalisesti. Merenpohjan, maaperän ja kalliopinnan pintamalleja vertailtiin keskenään 3D-Winin mallien yhdistämistoimintojen avulla törmäysten havaitsemiseksi. Tarvittaessa pintoja yhdisteltiin leikkaavien alueiden osalta ristiriidattomien pintamallien aikaansaamiseksi. Valmiit pintamallit tallennettiin LandXMLstandardin mukaiseen IM2-formaattiin. Lähtöaineistossa oli myös suunnittelualueen vedenalaiset kaapelit 2D-viivoina, joiden sijainnit olivat teoreettisia, eivät mitattuja. Johdot laskettiin merenpohjan tasoon 3D- Winin Viiva malliin -toiminnon avulla, ja tuloksena olleet 3D-viivat tallennettiin IM2- muotoon. Lähtötietomallin osien nimeäminen ja laadunvarmistus Lähtötietomallin kansiot ja tiedostot nimettiin InfraBIM-tietomallivaatimusten ja niihin tehtyjen lisäysten mukaisesti. Lähtötietomallin pinnoista maaperämalli, kalliopintamalli sekä merenpohjan maastomalli koodattiin vastaamaan Liikenneviraston (2011b) julkaisussa Tie- ja ratahankkeiden maastotiedot Mittausohje esitettyä pintakoodausta. Mallien pohjina olleet aineistot koodattiin siten, että aineistojen alkuperät olivat havaittavissa. Koska vesiväylien aineistoille ei ollut saatavissa yhtenäistä koodauskäytäntöä, aineisto koodattiin kuvailevasti, esimerkiksi maaperämallissa MKL:n matalataajuusluotauksen keskitiiviin kerroksen pisteelle annettiin koodi MKL_KT, tai Liikenneviraston (2010) Vesiväyläsuunnitelmien piirustusohjeen nelinumeroisia AutoCADtasokoodeja vastaavasti. Esimerkiksi monikeilaluotauspisteelle annettiin koodi 7063 ja vedenalaisille putkijohdoille koodi Näitä AutoCAD-tasokoodeja vastaava koodausmenetelmä on käytettävissä muun muassa Novapoint-ohjelmassa Finland Standard -koodausjärjestelmänä. Lähtötietomallin laadunvarmistuksessa käytetyt menetelmät kirjattiin InfraBIMtietomallivaatimusten mukaisesti toimenpideselostustaulukoihin (Liite D). Lähtöaineiston kattavuus, ajantasaisuus ja tarkkuus tarkastettiin yleisesti, ja havaitut epäkohdat kirjattiin lähtöaineistoluetteloon (Liite C). Tehtyjen formaattimuunnosten onnistuminen tarkistettiin avaamalla tiedosto ja tarkastelemalla sitä visuaalisesti AutoCAD Civil3Dsekä 3D-Win -ohjelmilla. Myös tiedostojen nimeäminen ja kansiojaottelu tarkistettiin. Mallinnuksen onnistuminen tarkastettiin aluksi visuaalisesti. Pintamallien ja kolmioverkkojen oikein muodostuminen, jatkuvuus ja ristiriidattomuus varmistettiin 3Dnäkymätarkastelun, mallin reunojen ja aukkojen etsinnän, neliöverkkosovitusten, syvyyskäyrien sekä pintojen törmäys- ja leikkaustarkasteluiden avulla. Tulosaineistoja myös verrattiin keskenään tulkinta- ja muiden ristiriitojen havaitsemiseksi. Tulosaineistojen oikeat nimikkeet varmistettiin ja koodaukset tarkistettiin 3D-Win-ohjelmassa. Lähtötietojen mallinnuksen tuloksiin käytetyt laadunvarmistusmenetelmä ja niiden dokumentaatio tulisi hyväksyttää sisäisen tarkastuksen jälkeen lähtötietomallin tilaajalla. 35

40 Tätä tarkastusvaihetta ei kuitenkaan tämän työn yhteydessä tehty, koska kyseessä oli testiluonteinen mallintaminen suunnitteluvaihetta varten. Myöskään lähtötietomallin malliselostusta ei erikseen valmistettu, koska lähtötietomallin muodostaminen ja puutteet on jo selostettu tässä luvussa, lähtöaineistoluettelossa sekä toimenpideselostuksissa. 2.4 Menetelmän kehittäminen väyläruoppauksen toteutusmallin muodostukseen toteutusmallimäärittely Yleistä Toteutusmallilla tarkoitetaan tämän työn yhteydessä suunnittelumallista jalostettavaa rakennettavan kohteen, väylän ja sen osien, mallia ja siihen liittyvää aineistoa, jotka voidaan ruoppaustyömaalla tuoda digitaalisessa muodossa ruoppauksenvalvontajärjestelmään ruoppaustyön pohjaksi. Snellmanin & Steniuksen mukaan (2011) 7 jokainen yksittäinen rakennepinta on oma toteutusmallinsa, ja kaikki rakennepinnat yhdessä muodostavat rakennettavan kohteen toteutusmallin. Tässä työssä vesiväyläruoppauksen toteutusmallin määrittelyyn sisällytettiin rakennettavien kohteiden lisäksi myös muu aineisto, jonka ruoppausurakoitsija voi hyödyntää työssään digitaalisena aineistona esimerkiksi työn taustalla. Tässä luvussa on kehitetty vesiväyläruoppaukseen soveltuva toteutusmallimäärittely. Määrittelyssä käytettiin pohjana Destian Snellmanin ja Steniuksen (2012) 7 InfraFIN- BIM-hankkeessa tekemää Väylärakentamisen toteutusmallin laatimisohjetta, joka on tehty käytettäväksi maanrakentamisessa. Kyseistä toteutusmallin laatimisohjetta ei ole vielä virallisesti julkaistu, minkä vuoksi pyritään kuvaamaan ohjeen sisältö riittävän laajasti sekä erottamaan ohjeesta tätä työtä varten tehdyt sovellukset. Eri tekijöiden erottelemiseksi käytetään preesensiä ilman lähdeviittausta, kun kyseessä on Snellmanin ja Steniuksen laatimaa ohjeistusta, ja imperfektiä, kun viitataan työn tekijän kehittämään ja tässä työssä käyttämään sovellukseen Väylärakentamisen toteutusmallin laatimisohjeesta. InfraFINBIM-hankkeessa on myös kehitetty infra-alan tietomallintamisessa käytettävää InfraBIM-nimikkeistöä 8, johon oli tämän toteutusmallimäärittelyn myötä tarkoituksena kehittää vesiväylähankkeissa tarvittavaa nimikkeistöä. Toteutusmallin muodostaminen ja sen osuus mallipohjaisessa prosessissa on esitetty pääperiaatteittain kuvassa Snellman, S. & Stenius, S [ ]. Väylärakentamisen toteutusmallin laatimisohje. [PRE, AP3, InfraFINBIM-hankkeen virallisesti julkaisematon ohje pilotointia varten.] 18 s. 8 Liukas, J. & Harjula, L. & Kovalainen, V. & Louhi, P. & Toivanen, T. & Ryynänen, M. & Ilvespalo, J [ ]. InfraBIM-nimikkeistö (suunnittelu-, mittaus- ja tietomallinimikkeistö). [PRE, AP2 Standardit ja rajapinnat, InfraFINBIM-hankkeen lausuntokierroksella oleva julkaisematon ohje+ liitt. 18 s. RTS 12:8. 36

41 Kuva 13. Toteutusmalli osana mallipohjaista prosessia: toteutusmallin muodostaminen suunnitteluja lähtötietojen pohjalta Toteutusmallin sisältö Yleistä mallinnettavista kohteista Koordinaatistona ja korkeusjärjestelmänä käytettiin suunnittelumallin koordinaatistoa ja korkeusjärjestelmää. Vertailutason eli vedenpinnan alapuoliset korkeudet olivat negatiivisia, yläpuoliset positiivisia. Periaatteena oli, että mallinnetaan rakennusosat, joiden toteutuksessa hyödynnetään työkoneohjausta. Vesiväylärakenteen toteutusmalli koostui pääsääntöisesti InfraRYL 2010:n (RTS 2010) mukaisesta rakennusosasta Väylärakenteen alapinta. Vesiväylän leikkaustyyppisissä rakenneosissa mallinnettiin leikkausten alapinta ja väylän teoreettinen, haraustason mukaan määräytyvä alapinta yhtenä, yhtenäisenä rakennepintana. Poistettavista pilaantuneista maista olisi mallinnettu maakerroksen alapinta, jos pilaantuneita sedimenttejä olisi ollut kuorittavaksi pohjan pinnasta. Maa- ja kallioleikkauksia ei selkeyden vuoksi mallinnettu erillisiksi pinnoiksi, koska kulloinkin kyseessä oleva leikkaustyyppi voidaan ruoppauksen valvontajärjestelmässä nähdä suunnitellun väylärakenteen alapinnan sekä kallio-, maaperä- tai maastomallin leikkauksena. Kohteet, joita ei mallinneta tarkasti Kallioleikkauksen tai pohjan maalajin tarkkaa vaihtumiskohtaa ei usein rakennussuunnitteluvaiheessa tiedetä, vaan suunnittelu perustuu tutkimusten tulkintaan. Suunnitelmaaineiston perusteella nämä kohdat pyrittiin mallintamaan siten, että malli säilyi jatkuvana. Jatkuvuuden säilymiseksi malleissa ei voi olla pystysuoria muutoksia. 37

42 Leikkaukset voidaan tarvittaessa mallintaa tarkemmin esimerkiksi siinä vaiheessa, kun moreeni- tai kalliopinta on kaivettu esiin. Vesiväylän pystygeometrian eli haraustason vaihtumiskohta voidaan mallintaa esimerkiksi tässä työssä tehdyllä tavalla siten, että haraustason teoreettiseen muutoskohtaan sijoitettiin alareuna luiskasta, joka muutti haraussyvyystason 1 metrin matkalla. Haraustason muutos sijoitetaan suunnittelussa yleensä kohtaan, jossa ruoppausta ei tarvita, minkä vuoksi ei ole merkitystä, mikä luiskankaltevuus on eri haraustasojen välisessä teoreettisessa luiskassa. Mallinnettavat taiteviivat Väyläuoma kuvattiin rakennepintana, joka muodostui nimetyistä taiteviivoista. Rakennepintaa varten mallinnetaan viivat, joiden kohdalla rakenteen pinnassa on taite eli rakennepinnan kaltevuus muuttuu tai viiva on muutoin merkityksellinen. Väylän keskilinja sisällytettiin informatiivisuuden vuoksi malliin, vaikka vesiväylän sivukaltevuus ei muutu keskilinjan kohdalla. Taiteviivoin mallinnettiin vesiväylän pysty- ja vaakageometria sekä tarvittavat leikkaukset. Poijupainokuopat mallinnettiin muusta leikkauksesta erillisiksi malleiksi, koska poijupainokuopat kaivetaan urakoitsijoiden mukaan yleensä vasta muun väylän jälkeen, jotta kuopat eivät ehtisi liettyä umpeen ennen poijujen asentamista. Mallinnuksessa käytetyt taiteviivat ja niitä vastaavat koodit on esitetty taulukossa 5, jossa IM2- sovellusohjeen (Hyvärinen & Porkka 2010b) mukaisia viivatyyppejä, taiteviivoja ja viivaketjuja, ei ole eritelty. Jos leikattavia maalajeja olisi ollut useita, maaleikkauskoodin perään olisi lisätty maaperämallin vastaavan maakerroksen pintakoodi alaviivalla erotettuna. Esimerkiksi leikattaessa kerrosta, jonka pintamallin koodi olisi 5, leikkauksen yläreunan koodiksi merkittäisiin 151_5. Taulukko 5. Toteutusmallissa käytettäväksi tarkoitetut taiteviivat ja niitä vastaavat koodit. Koodit ovat esimerkiksi tierakennuksessa käytettyjä, osin julkaisun Tie- ja ratahankkeiden maastotiedot Mittaussohje (Liikennevirasto 2011b) mukaisia. Taiteviivan nimi Koodi Väylän keskilinja 121 Luiskan alareuna 150 Luiskan yläreuna 151 Väylän reunalinjat 160 Kallioleikkauksen alareuna 192 Kallioleikkauksen yläreuna 193 Kaapeli, vedenalainen* 7092** *ehdotus InfraBIM-nimikkeistöön **Liikenneviraston Vesiväyläsuunnitelmien piirustusohjeen AutoCAD-taso, myös Finland Standard -koodausjärjestelmän mukainen koodi Mallinnettavat pinnat Mallinnetuista taiteviivoista muodostettiin rakennepinta kolmioimalla valitut taiteviivat halutuksi pinnaksi. Vesiväylän teoreettisen uoman pinta mallinnettiin havainnollisuuden vuoksi vain yhtenä pintana Väylärakenteen alapinta. Poijupainokupat mallinnettiin kukin omiksi rakennepinnoikseen Vedenalaiset kaivannot, erittelemätön. Pilaantuneiden sedimenttien kuorintaruoppaustason alapinta olisi mallinnettu pilaantuneen alueen sisältämän, korkeustasoltaan alennetun syvyyspisteaineiston avulla pinnaksi Poistettavat pilaantuneet maat, vedenalaiset. 38

43 Koska muodostettavia rakennepintoja oli väylärakenteessa vain yksi, päällekkäisiä taiteviivoja ei voitu käyttää. Esimerkiksi maa- ja kallioleikkausta sisältävä luiska muodostettiin taiteviivoista 151, 193 ja 160 eli tietyntyyppisistä leikkauksista merkittiin vain leikkaustyyppien yläreunat. Esimerkiksi maaleikkauksen alareunan muodosti kallioleikkauksen yläreuna tai väylän reunalinja. Poijujen painokuoppia mallinnettaessa käytettiin myös leikkausten alareunojen koodeja 150 ja 192. Väylän keskellä tehtävien leikkausten ja rakennettavan uoman leikkausrajoja ei sisällytetty toteutusmalliin, koska rakennepintaan ei tullut niille kohdin taitetta. Lisäksi, koska ruoppausurakoitsijoiden mukaan ruoppauksenvalvontajärjestelmissä voidaan käyttää rakennepinnan lisäksi vain yhtä maa- tai kallioperän pintatietoa kerrallaan (pisteaineistona), on työskenneltäessä yksiselitteistä, minkä pintamallin suunniteltu pinta kulloinkin leikkaa. Toteutusmallin muut tiedot Toteutusmalliin siirrettiin lähtötietomallista tai -aineistosta tietoja, joita ei enää muokattu toteutusmallin muodostamisvaiheessa. Siirrettäviä tietoja olivat suunnittelussa käytetty syvyyspisteaineisto keskiarvomenetelmällä harvennettuna kahteen eri ruutukokoon, 1 ja 2 m. maaperä- ja kalliopintamallit kolmioverkkopintoina ja niihin sovitetut neliöverkkomallit 1 ja 2 m ruutuko oilla pohjatutkimukset lohkareisuustiedot urakka-aluerajat turvalaitteet haraustiedot kalliopinnan syvyyskäyrä 0,5 m haraustason alapuolelta putki- ja johtolinjat läjitysaluerajat muut vedenalaiset objektit kuten hylyt Toteutusmallin tarkkuusvaatimukset Yleistä tarkkuusvaatimuksista Rakennettavien väylien ja alueiden rakenteiden lopulliset tarkkuusvaatimukset määräytyvät julkaisun InfraRYL 2010 Infrarakentamisen yleiset laatuvaatimukset. Osa 1: Väylät ja alueet (RTS 2010) mukaisesti, vesiväylää koskevia osia ovat muun muassa sekä Julkaisussa tarkkuusvaatimukset on esitetty valmiin rakennusosan poikkeamina suunniteltuun. Näissä vaatimuksissa määritellään suunnitellun toteutusmallin tarkkuusvaatimukset, jotka voidaan jakaa taiteviivojen ja pintojen jatkuvuussekä geometrisiin vaatimuksiin. Taiteviivojen ja pintojen jatkuvuus Toteutusmallissa oli kolmioituvuuden kannalta tärkeää, että kaikki taiteviivat olivat mahdollisimman jatkuvia. Jatkuvalla taiteviivalla tarkoitetaan useista suorista viivoista koostuvaa ketjua, jossa jokainen viivaketjun viiva alkaa täsmälleen samasta, kolmiulot- 39

44 teisen tilan pisteestä, johon edellinen ketjun viiva on päättynyt. Lisäksi taiteviivoista muodostettaviin pintoihin ei saa muodostua epäjatkuvuuskohtia kuten aukkoja. Vesiväylän tapauksessa leikkausluiskien reunojen taiteviivoja ei ollut mahdollista mallintaa täysin jatkuvina, sillä leikkausluiskia ei ollut koko väylän pituudelta. Sen sijaan väylän keski- ja reunalinjataiteviivat olivat täysin jatkuvia. Taiteviiva-aineistojen geometrinen tarkkuus Taiteviivojen enimmäispituudet on määritelty siten, että toteutusmallit ovat riittävän tarkkoja suhteessa suunnittelumalliin, mutta eivät liian raskaita koneohjausjärjestelmille. Kaarteissa taiteviiva-aineiston geometrinen tarkkuus määräytyy taiteviivan pituuden suhteesta väylän vaakageometrian kaarresäteeseen (Taulukko 6). Suorilla osuuksilla noudatetaan taiteviivassa 10 m tavoitepituutta. Maastopintoihin rajautuvissa taiteviivoissa, kuten leikkausluiskan reuna, voidaan käyttää taiteviivan pituutena noin yhtä metriä, jolloin taiteviivaketju noudattelee riittävän tarkasti maaston muotoja. Taulukko 6. Toteutusmallin taiteviivojen enimmäispituudet eri kaarresäteiden arvoilla. Kaarresäde (r) Taiteviivan tavoitepituus (m) 1-39 R / 40 (0,5m minimi) m m m m Noudattamalla taulukon 6 arvoja saadaan toteutusmallin tarkkuudeksi noin 3 mm suhteessa suunnittelumalliin. Taiteviivan minimipituutena voidaan pitää arvoa 0,5 m, ellei jonkin erityisen kohteen mallintamisen onnistuminen edellytä lyhyempien taiteviivojen käyttämistä. Laivaväylien suunnitteluohjeen mukaan laivaväylien kaarresäde on välillä 5 10 x aluspituus (Merenkulkulaitos 2001). Esimerkiksi taulukoitu tyypillinen aluspituus on pienimmillään 85 m (Merenkulkulaitos 2001), jolloin laivaväylien toteutusmalleissa käytettävä kaarteen taiteviivan tavoitepituus on pienimmillään 2 m. Veneväylien suunnittelussa kaarresäteillä ei ole suurta merkitystä, joten tätä pienempiäkin kaarresäteitä voidaan veneväylillä käyttää (Sirkiä 2006). Vesiväylän haraustason pinta muodostettiin väylän keski- ja reunalinjoista, joilla oli sama korkeusasema. Vesiväylän reunalinjoihin ei sisältynyt kaaria, joten toteutusmallin väyläalueen pinta olisi muodostunut oikeanlaiseksi, vaikka olisi käytetty pitkiäkin viivaosia. Sen sijaan väylän reunaluiskien kohdilla taiteviivat oli jaettava osiin kolmioinnin onnistumiseksi ja mallin tarkkuuden säilymiseksi. Pintamallien säännönmukaisuus Ruoppausurakoitsijoiden haastatteluiden perusteella ruoppaajien kaivuvalvontajärjestelmissä voidaan hyödyntää taiteviivojen lisäksi myös kolmioverkkomalleja, jotka muodostetaan kolmioimalla taiteviiva-aineisto pinnoiksi. Tavoitteena on muodostaa mahdollisimman säännönmukainen kolmioverkkomalli (Kuva 14) eli kolmioiden tulee kiinnittyä mahdollisimman tasaisin välimatkoin samaan taiteviivaan. 40

45 Kolmioverkon säännönmukaisuus auttaa hahmottamaan pintaa paremmin. Säännönmukaisuutta heikentää, jos taiteviiva-aineistossa on ylimääräisiä taitepisteitä. Tärkeimpiä ovat kuitenkin pintamallien jatkuvuus ja tarkkuusvaatimukset; kolmioverkon säännönmukaisuus on toissijainen tavoite. Kuva 14. Esimerkkikuva riittävän säännönmukaisesta kolmiomallista Tilaajalle luovutettava aineisto Aineiston tarkastaminen Ennen aineiston luovuttamista suunnittelijan tulee tarkastaa toteutusmallista ainakin seuraavat asiat: Taiteviivat ovat jatkuvia. Kaikki pyydetyt rakennusosat on mallinnettu. Samassa pinnassa ei ole päällekkäisiä taiteviivoja. Malleissa ei ole ylimääräisiä viivoja tai pisteitä. Pinnoissa ei ole epäjatkuvuuskohtia. Pintojen kaltevuudet ovat suunnitelmamallin mukaiset. Kolmioverkkomalli on riittävän säännönmukainen. Koordinaatisto on oikea. Tiedostonimet ovat oikeat. Lisäksi toteutusmalliaineistosta tarkastettiin korkeusjärjestelmän oikeellisuus, taiteviiva-aineistojen pistetiheyksien tarkoituksenmukaisuus, pintamallien muodostuminen oikein sekä tiedostojen siirtoformaattien vaatimustenmukaisuus. Tarkastuksessa mahdollisesti havaitut poikkeamat tulee korjata, mutta jos toteutusmalliin kuitenkin jää poikkeamia, ne kirjataan toteutusmalliselostukseen perusteluineen. Suunnittelijan tekemän aineiston laadunvarmistuksen lisäksi tuli käydä läpi suunnitteluorganisaatiokohtai- 41

46 set laadunvarmistusmenettelyt, joiden avulla varmistettiin aineiston lisäksi myös suunnitelmien laatu. Toteutusmalliselostus Toteutusmallin tekemisen yhteydessä laaditaan toteutusmalliselostus, jossa esitetään toteutusmallia koskevat perus- ja tunnistetiedot kuten suunnitteluhankkeen nimi ja sijainti rakennussuunnitelman ja toteutusmallin laatija toteutusmallin tekemisessä käytetyt ohjelmistot toteutusmallin sisällön kuvaus käytetty koordinaatti- ja korkeusjärjestelmä toteutusmallin formaatit toteutusmallin mahdolliset poikkeamat perusteluineen Toteutusmallin sisältö kuvattiin yleispiirteisesti aineistoittain toteutusmallin aineistoluettelossa. Aineistoluettelossa myös esitettiin menetelmät, joilla tiedostot luotiin ja tarkastettiin, esimerkiksi käytetyt ohjelmistot. Lisäksi toteutusmalliselostukseen lisättiin toteutusmallin päivämäärä sekä kuvaus hankkeen jaottelusta, koska suunnittelualue ja toteutusmalli jaettiin pienempiin osiin ruoppauskohteittain. Toteutusmallin yhteyteen liitettävä, muu kuin toteutusmallin muodostamisvaiheessa mallinnettu kuvattiin aineistoittain. Toteutusmallin aineistoa koskevat tiedot koottiin taulukkomuotoiseen aineistoluetteloon, josta on esitetty malli liitteessä E. Toteutusmalliselostuksen tarkempi sisältö määritetään Infra FINBIM -hankkeessa myöhemmin. 42

47 Luovutettavien aineistojen tiedonsiirtoformaatit Aineisto valmistettiin luovutettavaksi taulukossa 7 esitetyissä muodoissa. Taulukko 7. Luovutettavaksi tarkoitetut aineistot ja niiden luovutusmuodot Väylärakenteen alapinta Toteutusmallin taiteviiva-aineisto tyypeittäin jaoteltuna Vedenalaiset kaivannot, erittelemätön (poijujen painokuopat) Poistettavat pilaantuneet maat, vedenalaiset Muu aineisto inframodel2 inframodel2 inframodel2, (xyz) Mallinnettava aineisto Kolmioverkkomalli Taiteviivaaineisto inframodel2 inframodel2 inframodel Muoto Pisteaineisto Muu aineisto Kalliopintamallit neliöverkko 1 ja inframodel2, 2 m ruutukoolla, xyz (xyz) Maaperämallit neliöverkko 1 ja inframodel2, 2 m ruutukoolla, xyz (xyz) 1 ja 2 m ruutukoolla, keskiarvomenetelmällä Syvyysaineisto harvennettuna, xyz Urakka-aluerajat (inframodel2) dwg/dxf [pohjakartta] Kalliopinnan syvyyskäyrä hs-0,5 m (inframodel2) dwg/dxf [pohjakartta] Tankoharaukset dwg/dxf [pohjakartta] Läjitysaluerajat (inframodel2) dwg/dxf [pohjakartta] Lohkareet inframodel2, (xyz) dwg/dxf [pohjakartta] Turvalaitteet (inframodel2) dwg/dxf [pohjakartta] Putki- ja johtolinjat inframodel2 3Ddwg/dxf [pohjakartta] Vedenalaiset objektit kuten hylyt Pohjatutkimukset Toteutusmallitiedostojen hallinta ja nimeäminen dwg/dxf [pohjakartta infra-formaatti, dwg/dxf [pohjakartta] Toteutusmallitiedostot koottiin tilaajalle lähetettäviin tiedostokansioihin hankeosittain, esimerkiksi ruoppauskohteittain, jaoteltuna. Kansioiden ja tiedostojen nimet koostuivat ainoastaan isoista ja pienistä kirjaimista, numeroista ja alaviivoista. Skandinaavisia kirjaimia (å, ä ja ö) ei käytetä. 43

48 Aluksi luotiin pääkansio hankekansioon, jonka nimi kuvasi suunnitteluhanketta tai suunnittelun kohteena olevan väylän osaa. Pääkansio nimettiin lähtötietokansioiden tapaan eli nimeksi annettiin TOTEUTUSMALLI isoin kirjaimin kirjoitettuna. TO- TEUTUSMALLI-kansion alle luotiin alakansiot (Taulukko 8), jotka nimettiin lähes samalla periaatteella kuin lähtötietomallin alakansiot. Alakansioihin luotiin edelleen osahankekansioittain aineistokohtaiset tiedostokansiot, joihin tiedostot sijoitettiin. Osahankekansio nimettiin isoin kirjaimin ja numeroin, esimerkiksi RK7 (ruoppauskohde 7). Jos osahanke olisi jaettu edelleen pienempiin osiin, olisi osien sijainnit kuvattu paalulukujen avulla, esimerkiksi RK7_13300_ Osahankekansioon luotiin aineistokohtaiset tiedostokansiot, jotka nimettiin myös lähes lähtötietomallin tapaan muotoon [alakansion kirjaintunnus][aineiston numero]_[osahanke]_[aineiston nimi], esimerkiksi C01- RK7_vaylarakenteen_alapinta. Taulukko 8. Pääkansioon luotavat alakansiot ja niiden sisältöä kuvaavat selitteet. Alakansiot [nimi] A_Maastoaineisto B_Maapera-aineisto C_Toteutusaineisto D_Tausta-aineisto E_Muu_aineisto Selite Sisältää syvyyspisteaineiston ja tarvittaessa vedenpinnan yläpuolisen maastotiedon. Sisältää maa- ja kallioperämallit ja niiden lähtöaineistot. Sisältää toteutettavien rakenteiden aineistot. Sisältää muun digitaalisen, työskentelyn taustalla hyödynnettävän aineiston. Sisältää aineiston, joka ei lukeudu muihin kansioihin, esimerkiksi toteutusmalliselostuksen. Toteutusmallin tiedostojen nimeämisessä ei käytetty isoja kirjaimia. Rakennepinnat ja taiteviivat nimettiin tiedostokansioiden tapaan muotoon [alakansion kirjaintunnus][aineiston numero]-[osahanke]_[aineiston osan nimi lyhennettynä]. Esimerkiksi ruoppauskohde 7:n väylärakenteen alapinta nimettiin muotoon c01-rk7_vrap (vrap = väylärakenteen alapinnasta käytetty lyhenne). Jos tallennettiin taiteviivojen yhdistelmiä viivamalliksi, nimilyhenteen sijaan kirjoitettiin viivamalli, ja jos tallennettiin yksittäisen kohteen kuten tietyn poijun painokuopan aineistoa, tiedostonimen perään lisättiin kyseisen turvalaitteen numero. Käytettävissä olleita rakennepintoja, taiteviivoja ja pisteitä vastaavia koodeja ja lyhenteitä on esitetty taulukossa 9. Jatkossa käytettävät lyhenteet määräytyvät kehitettävän InfraBIM-nimikkeistön mukaan. 44

49 Taulukko 9. Toteutusmallien osien nimeämiseen tarkoitetut rakennepintojen ja taiteviivojen lyhenteet ja koodit. Rakennepinnan nimi Lyhenne* Koodi Väylärakenteen alapinta vrap Vedenalaiset kaivannot, erittelemätön* vker Poistettavat pilaantuneet maat, vedenalaiset* pimv Taiteviivan nimi Väylän keskilinja vkel 121 Luiskan alareuna raml 150 Luiskan yläreuna ryml 151 Väylän reunalinja vrel 160 Kallioleikkauksen alareuna rakl 192 Kallioleikkauksen yläreuna rykl 193 Pisteen nimi Lohkare, vedenalainen** lohk 7133** *ehdotus InfraBIM-nimikkeistöön **Liikenneviraston Vesiväyläsuunnitelmien piirustusohjeen AutoCAD-taso, myös Finland Standard -koodausjärjestelmän mukainen koodi 2.5 Rauman väylän toteutusmallin muodostaminen Lähtöaineiston tuominen suunnittelun pohjaksi Rauman väylän mallinnukseen käytettiin AutoCAD Civil3D pohjaista Novapoint FP2c -ohjelmaa, jotta sen soveltuvuutta vesiväylän mallintamiseen voitiin arvioida. Koska kyseessä oli testiluonteinen mallinnus tutkimusta varten, ajan säästämiseksi koko väylän aineistoa ei mallinnettu. Sen sijaan tietoja käsiteltiin aiemman suunnitteluvaiheen mukaiselta ruoppauskohteelta 7 (Kuva 15), joka sijoittui väylän paaluvälille Mallinnettavaksi valittiin ruoppauskohde 7, koska se sisälsi lähes kaikentyyppisiä väylällä esiintyviä, toteutusmalliin sisällytettäviä kohteita kuten maa- ja kallioleikkauksia, poijupainokuoppia sekä vedenalaisia johtoja. Ruoppauskohde 7:llä ei ollut pilaantuneita sedimenttejä eikä lohkaretietoa, jota ei ollut muullakaan väylän alueella. 45

50 Kuva 15. Kuvassa on esitetty ote aiemman suunnitteluvaiheen mukaisesta väyläsuunnitelmapiirustuksesta Rauman eteläiseltä väylältä, ruoppauskohde 7:n kohdalta. Mallinnuksen kannalta ruoppauskohde 7 sisälsi muun muassa erityyppisiä leikkauksia sekä poijujen painokuoppia. Aluksi luotiin Novapoint-projekti, -väylätietokanta ja -maastotietokanta. Maastotietokantaan tuotiin tiedot Novapoint Base -moduulin Maastotietokanta Lue siirtotiedosto - toiminnon avulla. Maastotietokantaan tuotiin aiemmassa suunnitteluvaiheessa luotu väylän keskilinja sekä reunalinjat lähtötietona olleesta LandXML 1.0 -siirtotiedostosta, jossa linjat oli kuvattu alignment-tyyppisinä. Merenpohjan ja pintamallit tuotiin Novapoint-maastotietokantaan kolmioverkkopintoina (TIN surface). Lähtötietojen 3D-Winillä luotujen, IM2-muotoisten pintamallien luku Novapointiin ei onnistunut suoraan, vaan ohjelma antoi virheilmoituksen. Merenpohjan pintamalli tuotiin maastotietokantaan käyttäen LandXML 1.0-muotoista siirtotiedostoa, joka oli viety ulos AutoCAD Civil3D -ohjelmasta, johon IM2-muotoinen siirtotiedosto oli luettu. Kalliopintamalli vietiin aluksi samoin AutoCAD Civil3D:n kautta, mutta Novapoint ei säilyttänyt tiedoston alkuperäistä kolmiointia, joten tieto siirrettiin uudestaan käyttäen 3D-Winillä luotua DXF-tiedostoa. DXF-kolmioverkkomalli avattiin piirustuksena Novapointissa ja tallennettiin maastotietokantaan Talleta piirustus maastotietokantaan -toiminnolla. Aineistoille annettiin niiden käyttötarkoituksen mukaiset ominaisuudet ja asetukset (Liite G, Kuva G1) Suunnitteluaineiston mallintaminen Väylän pysty- ja vaakageometria sekä väylämalli Väylän vaakageometria luotiin Novapoint Road Professional -moduulin Geometrian suunnittelu -toiminnolla. Vaakageometria eli väylän keski- ja reunalinjat haettiin maastotietokannasta ja piirrettiin tyhjään AutoCAD-kuvaan. Tasausta eli väylän pystygeometriaa muutettiin siten, että suunnitelman mukainen väylän haraustaso muuttui -14 m -13,5 m vaakageometrian suuntaisella metrin matkalla (Liite G, Kuva G2). Aiemman suunnitelman mukaan haraustason muutoskohdassa oli väyläuoman pinnassa pystysuora muutoskohta, joka olisi voinut aiheuttaa ongelmia toteutusmallin rakentamisessa esimerkiksi aineistoa kolmioitaessa. 46

51 Väylämalli luotiin Novapoint Road Professional -moduulin Väylämalli-valinnan alaisten toimintojen avulla. Aluksi väylämallin ominaisuuksiin (Liite G, Kuva G3) määritettiin muodostettavan väyläsuunnitelman alku- ja loppupaalu, ja päälaskentalinjaksi valittiin väylän keskilinja. Projektin tietoihin lisättiin osahankkeen nimi eli RK7 (ruoppauskohde 7), ja Maanpinta-välilehteen määritettiin tieto siitä, että maanpintatiedot haetaan poikkileikkauksiin maastotietokannasta. Seuraavaksi määritettiin väylän pinnan ja leikkausten muodostuminen Väylän pinnat - toiminnolla. Tiesuunnitteluun tarkoitettuun ohjelmaan tuli syöttää tiedot ja asetukset vähintään pinnoista 1, 2, 4, 5, 6 ja 7 eli kaistoista, pientareista, ojista, kallio- ja maaleikkauksista sekä täytöistä. Tiedot syötettiin mittalinjan eli väylän keskilinjan mukaan sekä vasemmalle että oikealle puolelle erikseen. Kaikkiin pintojen kuvauksiin määritettiin suunnitelman paaluväli, jolla asetukset olivat voimassa. Kaistojen reunat määritettiin seuraamaan vastaavia väylän reunalinjoja Uusi linja -painikkeen avulla siten, että menetelmäksi valittiin 0 Etäisyys linjasta, kaltevuus pinnan kuvauksesta, jolloin kaistan leveys muodostui keskilinjan ja reunalinjan välisen etäisyyden perusteella ja kaltevuus kaistan kaltevuuden mukaisesti. Pientareet ja ojat olivat ylimääräisiä, joten niiden leveydeksi määritettiin 0. Samoin täyttö oli ylimääräinen, joten sen kaltevuudeksi asetettiin -999 ja leveys maaston pintaan saakka, jolloin väylän pinta kääntyi lähes pystysuoraan merenpohjaa kohti paikoissa, joissa ei ollut luiskaleikkausta. Kallioleikkauksen kaltevuudeksi määritettiin kerroin 0.5 (1:2), eli pystysuuntaisen muutoksen suhde vaakasuuntaiseen muutokseen. Maaleikkauksen kaltevuuksiksi määritettiin joko (1:3) tai (1:6) pohjatutkimus- ja luotaustulosten perusteella sen mukaan, kuinka tiivistä maata luiskassa milläkin kohdin arvioitiin olevan (Liite G, Kuvat G4 ja G5). Ohjelmassa ei ollut mahdollisuutta lisätä leikkauspintoja esimerkiksi eri maalajien leikkaustapojen erittelyä varten, vaikka eri maalajikerrosten lisääminen maastotietokantaan ja poikkileikkausnäkymiin oli mahdollista. Tämän vuoksi maaleikkausten eri luiskakaltevuuksia ei voitu mallintaa automatisoidusti. Päällysrakenteen kuvaus -toiminnon avulla määritettiin paksuudet eri rakennekerroksille päällysrakennetaulukoihin (Liite G, Kuva G6). Kaikkien rakennekerrosten paksuuksiksi määritettiin 0, jolloin väylän yläpinta säilyi haraustasossa lukuun ottamatta täyttöjen määrittelyistä aiheutuneista poikkeamista tavoiteltuun pintaan nähden. Maakerrokset-valikosta määritettiin väylämallin laskennassa käytetyt eri maakerrosten järjestykset ja syvyydet suhteessa toisiinsa siten, että maanpinnan alapuolella maalajina oli Maa tasoon -1 eli kalliopinnan malliin saakka. Kalliopinnan alapuolelle määritettiin maalajiksi Kallio äärettömän syvälle asti. Koska kalliopintamalli ei ollut riittävän laaja joka kohdassa väylän reuna-alueilla, maastotietokannan ominaisuuksien Profiili-välilehdeltä määritettiin käytettäväksi laskennassa asetusta, jonka mukaan pintamallia jatkettiin mallin viimeisellä kaltevuudella kohdissa, joissa malli ei ollut tarpeeksi laaja. Lopuksi väylämalli rakennettiin Rakenna-toiminnolla, joka ajettiin läpi virheettömin tuloksin. Väylän rakenteiden laskenta määritettiin tehtäväksi metrin pituisin poikkileikkausvälimatkoin, minkä lisäksi muutoskohtiin, kuten reunalinjan taitoksiin, sijoitettiin poikkileikkaus. 47

52 Poijupainokuoppien mallintaminen Poijupainoja varten väylän reunalinjojen kohdille kaivettavat kuopat mallinnettiin aiemman suunnitteluvaiheen mukaisiksi sijainneiltaan ja mittasuhteiltaan. Viiden, neliönmuotoisen kuopan pohjan mitat olivat 6 x 6 m, ja kuoppa oli 1,5 m syvä. Suunnitteluun käytetyssä ohjelmassa ei ollut keinoa, jolla poijupainokuopat olisi voitu mallintaa parametrien avulla kuten väylä, eli syöttämällä halutunlaisen kaivannon leikkaustapa suunnitteluohjelmaan. Sen sijaan kuopat mallinnettiin pintojen leikkausviivojen sekä AutoCADin ja itse piirrettyjen viivojen avulla. Poijupainokuopat mallinnettiin leikkauksin, koska poijupainokuoppien kohdilla jo väylän haraustason saavuttaminen edellytti leikkauksia. Tässä ei otettu huomioon esimerkiksi tilanteita, jossa poiju kiinnitetään ankkuroimalla louhimattomaan kallioon. Vaiheessa 1. kuoppien pohjat piirrettiin tyhjään AutoCAD-kuvaan 2D-viivaobjekteina joille annettiin korkeuksiksi -15,5 m eli suunnitellun kuopan syvyyden verran väylän haraustason alapuolella. Vaiheessa 2. pohjien reunaviivat kopioitiin AutoCADin offsetkomennolla 31 m ulospäin, ja tulokseksi saadun neliön korkeudeksi asetettiin 0. Piirustus siirrettiin DXF-tiedostona 3D-Win ohjelmaan, jossa piirustuksen taiteviiva-aineisto kolmioitiin pinnoiksi, jolloin kuopat muodostuivat tasaisesta pohjasta sekä väylän kallioleikkausten mallintamisessa käytetyn luiskakaltevuuden mukaisista luiskista. Vaiheessa 3. Yhdistä mallit -toiminnon avulla laskettiin kalliopintamallin sekä kuoppien mallin leikkausviivat, jotka tallennettiin DXF-tiedostoon. Vaiheessa 4. leikkausviivatiedosto avattiin Novapoint-ohjelmaan, ja 3D-viivat kopioitiin Novapointin 3D-offset-toiminnolla xy-tasossa 30 m ulospäin ja z-suunnassa 10 m ylöspäin. Kopioidut taiteviivat vietiin kuopan pohjan sekä kopioinnin lähtökohtina olleiden taiteviivojen kanssa yhdessä DXF-tiedostossa jälleen 3D-Winiin, jossa taiteviivaaineisto kolmioitiin pinnoiksi eli kuopiksi, jotka nyt muodostuivat pohjasta, kallioleikkausluiskasta sekä maaleikkausluiskasta, jonka kaltevuus oli sama kuin väylän mallintamisessa vastaavassa sijainnissa käytetty. Samoin kuin edellä vaiheessa 3., laskettiin kuoppien mallien ja merenpohjan pintamallin leikkausviivat. Saadut merenpohjan pinnassa sijainneet taiteviivat yhdistettiin kuoppien viivamalliin, joka kolmioitiin lopulliseen muotoonsa kuvaamaan kuoppien leikkauspintaa. Kahden kuopan osalta taiteviivojen 3D-offset -toiminnon käyttäminen eli vaihe 4. ei onnistunut, joten vaiheet 2. ja 3. toistettiin käyttäen maaleikkauksen mukaisia taiteviivoja sekä merenpohjan pintamallia. Kuoppien malli muodostettiin kolmioimalla kolmioverkkopinnoiksi kuopan pohjia kuvannut taiteviiva-aineisto sekä mallien leikkausviiva-aineistot, jotka oli saatu kahdesti toistetuista vaiheista 2. ja Väylän toteutusmallin tuottaminen suunnitteluaineistosta Suunnitteluaineiston jalostus toteutusmallimuotoon Väylämalli kirjoitettiin Novapoint-ohjelmasta LandXML-standardin mukaisina IM2- siirtotiedostoina, jotka kirjoitettiin Novapointin Road Professional -moduulin Väylämalli/Luo siirtotiedosto/mittaustiedon kirjoitus -toiminnon avulla (Liite G, Kuva G7). Väylän vasemman- ja oikeanpuoleisten luiskien leikkaukset kirjoitettiin taiteviivoina, jokainen leikkaus omana tiedostonaan. Lisäksi kirjoitettiin väylän pinnan kuvaavat taiteviivat yhtenä tiedostona. LandXML-kirjoitusasetuksina käytettiin ohjelman oletusasetuksia, jolloin taiteviivat kirjoitettiin alignment-elementteinä. 48

53 Luodut IM2-siirtotiedostot avattiin 3D-Win-ohjelmassa vektoritiedostoina tarkastelua ja muokkausta varten. Väylän pohjaa kuvaavasta tiedostosta poimittiin väylän keskilinjan taiteviiva ja kutakin leikkausta kuvaavasta tiedostosta leikkausten yläpään sisältävät taiteviivat. Yhdestä leikkausta kuvaavasta tiedostosta poimittiin lisäksi leikkausten alapäätä kuvaavat taiteviivat eli väylän reunalinjat. Poimitut tiedot yhdistettiin 3D-Winissä yhdeksi tiedostoksi, aineisto kolmioitiin väylärakennetta kuvaavaksi pinnaksi ja tallennettiin LandXML-standardin mukaiseksi IM2-siirtotiedostoksi. Toteutusmallin aineisto ositettiin sekä jaoteltiin kansioihin, tallennettuna toteutusmallimäärittelyn mukaisiin siirtotiedostoihin valmiiksi seuraavaa vaihetta eli tilaajalle toimittamista varten. Toteutusmallin kaikki mallinnetut väylärakenteen ja poijupainokuoppien osat nimettiin ja koodattiin 3D-Win-ohjelmalla toteutusmallimäärittelyn mukaisiksi. Tämän työn yhteydessä ei laadittu erillistä toteutusmalliselostusta, lukuun ottamatta aineistoluetteloa, sillä toteutusmallin muodostaminen ja sisältö on jo kuvattu tässä työssä. Toteutusmallimäärittelyn mukainen Rauman 12 m väylän aineistoluettelo on esitetty työn liitteessä F. Aineistoluettelotaulukkoon kirjattiin myös toteutusmallimäärittelyn mukaiset menetelmät, joiden mukaan toteutusmalliaineiston laatu varmistettiin. Myös laadunvarmistuksessa havaitut poikkeamat kirjattiin aineistoluettelotaulukkoon. 49

54 3 Tulokset ja havainnot 3.1 Ruoppausurakoitsijoiden haastattelut Väyläruoppauksen nykyinen toimintaprosessi urakoitsijoiden kannalta Tiedonsiirto ja aineisto Yleensä tieto siirtyi suunnittelijalta ruoppaustyön pohjaksi paperisten ja sähköisten aineistojen avulla. Sähköisiä aineistoja olivat tyypillisesti CAD-muotoiset suunnitelmakuvat sekä syvyyspisteaineisto. Liikenneviraston kanssa asioidessa tiedonsiirron katsottiin yleisesti sujuneen ongelmitta. Sen sijaan esimerkiksi kaupungeille ja satamille tehdyissä projekteissa oli koettu ongelmia muun muassa osaamattoman valvontaorganisaation sekä paikallisesti käytettyjen koordinaatti- ja vesikorkeusjärjestelmien vuoksi. Keskusteluista kävi ilmi, että urakoitsijat tekivät usein omia tarkentavia tutkimuksia ennen työn alkua ja sen aikana. Tehtäviä tutkimuksia olivat haraukset tai luotaukset, joiden tarkoituksena oli saada tarpeeksi ajankohtaista tietoa työkohteesta; monet urakoitsijat olivat kokeneet erityisesti tankoharaustulosten olleen usein paikkansapitämättömiä. Viranomaisten kanssa toimittaessa ruoppauksen pohjaksi saatavaa aineistoa oli yleensä pidetty tarpeeksi yksityiskohtaisena, mutta satamien ja kaupunkien hankkeissa aineiston laatu ei aina ollut ollut riittävän hyvä. Paperisina toimitettua aineistoa hyödynnettiin jonkin verran esimerkiksi kairausten ja luiskien tutkimiseksi tai yleiskuvan saamiseksi työstä. Teknologialtaan kehittyneimmillä urakoitsijoilla varsinainen työskentely tapahtui kuitenkin sähköisten aineistojen avulla joko 2D- tai 3D-koneohjauksessa. Aineisto ruoppauksenvalvontajärjestelmiä varten irrotettiin sähköisestä suunnitteluaineistosta itse tai aineiston jalostus teetettiin konsultilla. Valmiiksi saatua sähköistä aineistoa hyödynnettiin vaihtelevasti. Toiset urakoitsijat käyttivät CAD-piirustusten aineistosta suoraan esimerkiksi väylän reunalinjat, turvalaitteet, syvyyskäyrät sekä tankoharauksen verhokäyrät ruoppauksenvalvontajärjestelmän tausta-aineistona. Jotkut urakoitsijat taas tekivät väylän ja pohjaolosuhteiden mallinnusta enemmän itse esimerkiksi pohjatutkimuksia tulkitsemalla ja tulkintojen tuloksia mallintamalla. Myös massat laskettiin usein uudestaan itse tai laskentatyö teetettiin konsultilla. Ruoppauksenvalvontajärjestelmissä oli käytössä monia eri tiedostoformaatteja. Useimmat järjestelmät lukivat DXF- ja DWG-muotoista 2D- ja 3D-taiteviiva-aineistoa sekä pisteaineistoa. Syvyyspisteaineisto oli usein xyz-muotoisena pisteaineistona, joka sisälsi ainoastaan pisteiden kolmiulotteisen sijaintitiedon. Koneohjausjärjestelmät eivät niiden käyttäjien tietojen perusteella osanneet lukea LandXML-muotoista tietoa. Ongelmat ja kehityskohteet Useimmissa keskusteluissa korostui, että ruoppausurakoitsijat kokivat saaneensa liian vähän pohjatutkimustietoa tai saatu tieto ei pitänyt paikkaansa. Erityisesti kalliopinnan sijainti ei usein ole vastannut suunnitelmissa esitettyä, ja todellinen kalliopinta on saatu selville vasta kaivettaessa ja porattaessa. Valmiiksi tulkittua maaperätietoa sähköisessä muodossa, esimerkiksi kairauksista tulkittuna ja koodattuna pistetietona tai malleina, ei myöskään ole ollut saatavissa. 50

55 Keskusteluissa ilmeni, että aineistojen koot ovat saattaneet joskus rajoittaa niiden käyttöä ruoppauksenvalvontajärjestelmissä. Toisaalta esimerkiksi 1 m ruutuun harvennettua, tiheää syvyyspisteaineistoa on myös hyödynnetty ilman ongelmia, vaikka pistetiheyden kasvaessa myös tiedostokoko suurenee. Urakoitsijat eivät kuitenkaan osanneet tarkemmin määritellä kriittisiä tiedostokokoja. Urakoitsijoiden on ruopattava ylisyvää, eli suunniteltua syvemmältä suunnitellun tavoitetason saavuttamisen varmistamiseksi. Ylisyvää ruopataan yleensä noin 0,5 1 m riippuen ruopattavasta materiaalista. Erityisesti kalliokohteissa tästä koituu kustannuksia, koska esimerkiksi 10 cm oton takia on ollut porattava noin 1 2 m. Liikenneviraston (2012c) mukaan tilaaja eli Liikennevirasto ei kuitenkaan edellytä yliruoppausta eikä se ole mukana massalaskennassa. Vähemmän kuin 1,0 m haraustason alapuolella olevat ruoppausalueet kuitenkin eritellään julkaisussa Vesiväylät Rakennuskustannusten arviointiohje (Liikennevirasto 2012) niin sanotuiksi neliökaivun alueiksi, joilla työskentelyn hinta arvioidaan siten, että materiaalin poistaminen 1 m 2 alueelta vastaa kustannuksiltaan tilavuudeltaan 1 m 3 suuruisen massamäärän poistamista. Nykyiset valmiudet tietomallipohjaiseen toimintaprosessiin Neljällä haastatelluista ruoppausurakoitsijoista oli käytössään ruoppauksenvalvontajärjestelmä, jotka kaikki olivat eri valmistajien ohjelmistoja. Kahdella pienimmällä urakoitsijalla ei ollut ruoppauksenvalvontajärjestelmiä. Järjestelmät vastasivat toiminnoiltaan pääosin toisiaan, mutta kaikki urakoitsijat eivät hyödyntäneet järjestelmiensä koko potentiaalia kuten toteumatiedon tallennusta. Koneohjausjärjestelmiä ei ollut käytössään pienimmillä urakoitsijoilla, joten piirustuksien tarve työnohjauksessa ei ollut kokonaan hävinnyt. Teknologialtaan ja kalustoltaan kehittyneemmillä urakoitsijoilla oli käytettävissä ruoppauksenvalvontajärjestelmät, jotka mahdollistivat sähköisten aineistojen käytön työn pohjana. Ruoppauksenvalvontajärjestelmät eivät kuitenkaan osanneet lukea LandXML-tiedostoja, joten myös IM2- muotoinen tiedonsiirto suoraan kaivuvalvontajärjestelmiin ei ole tämän työn tekohetkellä mahdollista. Pelkistä viivoista muodostuvien mallien hyödyntäminen oli mahdollista, valmiiden kolmioverkkomallien käyttäminen taas vain jossain määrin mahdollista. On huomattavaa, että muiden urakoitsijoiden ohella kansainvälisen ruoppausyhtiö Boskaliksen, joka on Terramare Oy:n emoyhtiö, nykyiset kaivuvalvontajärjestelmät eivät tue LandXML-formaattia. Myöskään esimerkiksi ruoppausteknologian edelläkävijän, IHC Merwede -yhtiön, DTPS-ohjelma ei tue LandXML-formaattia (IHC Merwede 2012). Siirtyminen IM2-muotoiseen tiedonsiirtoon vaatisi siis tulevaisuudessa ohjelmien kehittämistä vastaavasti, mistä aiheutuisi kustannuksia. Toinen vaihtoehto olisi siirtotiedostojen formaattien muuntamiset ennen järjestelmiin siirtämistä, mikä aiheuttaisi lisätyötä, ei olisi mallipohjaisen toimintaprosessin mukaista sekä heikentäisi tiedonsiirtoketjua. 3.2 Lähtötietojen mallintaminen Lähtötiedot Lähtötietojen mallintamisen tuloksena saatiin InfraBIM-lähtötietomallivaatimusten mukainen lähtötietojen kokonaisuus, jonka sisältö on esitetty liitteen C taulukossa. Lähtötietomallin tiedostoja käytettiin edelleen väyläsuunnittelun aineistona. 51

56 Lähtötietoja ei ollut käytettävissä tarpeeksi kattavasti kaikentyyppisten aineistojen käsittelyn tutkimista varten. Luotausaineiston lohkareisuustulkintoja ei ollut saatavissa, ja vedenalaisten johtojen sijainteja ei ollut selvitetty hankkeen lähtöaineistoksi. Pohjatutkimuslähtöaineisto oli osin harvaa, hyvin epätasaisesti jakautunutta tai tutkimukset eivät ulottuneet kyllin syvälle, jotta niistä olisi saatu tietoa maa- tai kallioperämallien muodostamiseen. Erityisesti luiskien alueet olivat paikoin harvaan tutkittuja, mistä aiheutui ongelmia tarpeeksi laajojen ja luotettavien kolmioverkkojen luomisessa. Kallio- ja maaperämalleja ei ollut laajennettu ekstrapoloinnin avulla, jotta niiden luotettavuus ei olisi yhä enemmän heikentynyt, joten tuloksena oli laajuuksiltaan suppeat mallit. Harvapisteisestä aineistosta muodostettu kolmioverkko ei antanut kyllin luotettavaa kuvaa kalliopinnan sijainnista, mikä korostui korkeuskäyrien avulla mallia tarkasteltaessa (Kuva 16). Muodostettu merenpohjan pintamalli oli säännöllisen ja tiheän pisteaineiston ansiosta muodoiltaan hyvälaatuinen (Kuva 17). GTK:n mittaama ja tulkitsema matalataajuusdata ei vastannut pohjatutkimuksia kalliopinnan sijainnin osalta eikä systemaattista virhettä valmiiksi tulkitun matalataajuuspistedatan korkotiedoissa löytynyt. Tämän vuoksi aineistoa ei pystytty hyödyntämään kalliopintamallin muodostuksessa. Sen sijaan MKL:n matalataajuusluotausten tulkintoja käytettiin hyväksi kalliopintapisteaineiston täydentämisessä alueilla, joilla pohjatutkimuksia oli harvassa. Matalataajuusluotausten valmiiksi tehtyjen tulkintojen ristiriitaisuudet kairausten kanssa viittasivat siihen, että tulkintoja ei olisi ainakaan joka paikassa tehty yhdessä pohjatutkimusten kanssa. Tällöin eri tutkimustuloksia ei voitu helposti verrata keskenään, vaan käytössä oli kaksi eri tutkimustavoilla saatua, toisistaan poikkeavaa tulosta. Kuva 16. 3D-Win ohjelmassa merenpohjan aineistoon yhdistämätön kalliopintamalli, josta laskettiin korkeuskäyrät metrin välein. Korkeuskäyrien jyrkät muodot ja epäjatkuvuudet antoivat paikoin viitteitä epäluotettavasta mallista. 52

57 Kuva 17. 3D-Win ohjelmassa merenpohjan pisteaineistosta muodostettu kolmioverkko oli säännöllinen, ja mallista lasketut korkeuskäyrät olivat jatkuvampia kuin kalliopintamallista muodostetut käyrät. Maaperämallia ei tämän työn yhteydessä muodostettu kairauksista, koska jokainen pohjatutkimuspiste 1411 kpl olisi jouduttu käymään erikseen läpi ja tulkitsemaan maaperän kerrokset, minkä jälkeen maaperämalli olisi voitu muodostaa. Työn tavoitteiden kannalta saatava hyöty suhteessa työmäärään ja käytettyyn aikaan olisi ollut vähäinen. Maaperämallinnuksen tuloksena oli niin sanotun kovan pohjan pintamalli, joka oli muodostettu matalataajuusluotaustulosten perusteella sekä GTK:n pohjan pintamaalajitulkinnan avulla. Kovan pohjan pintamalli leikkasi kalliopintamallia ja merenpohjan pintamallia, mutta maaperämallin paranteluun ei käytetty enempää aikaa, vaan tyydyttiin testiluonteiseen, vajaaseen malliin (Kuva 18). Myös kalliopintamalli leikkasi merenpohjan pintamallia, joten kalliopintamallista muodostettiin kaksi versiota: Toinen kalliopintamalli sisälsi alkuperäisistä pisteaineistoista muodostetun kolmioverkon, toinen taas muodostui merenpohjan ja kalliopinnan yhdistelmämallista, joka sisälsi 3D-Winillä päällekkäin asetetuista pintamalleista lasketun alimman pinnan. Muodostunut kolmioverkko oli kuitenkin hyvin tiheä ja tiedostokoko kasvoi moninkertaiseksi verrattuna alkuperäiseen kalliopintamalliin, mikä lisäsi riskiä kohdata ongelmia tiedoston jatkokäytössä. Tästä syystä molemmat pintamallit liitettiin lähtötietomalliaineistoon. Kallionpintamallit esittivät muodostukseen käytetyistä aineistoista johtuen tason, jonka yläpuolella kalliota ei tutkimusten mukaan pitäisi esiintyä, kalliopinnan todellisen sijainnin asemesta. 53

58 Kuva 18. 3D-Winissä luotausaineistosta muodostettu kovan pohjan pintamalli. Aineiston käsittelyä hankaloittivat viivapisteiden tiheys ja luotauslinjojen välimatkojen epätasaisuus. Kuvassa tummina näkyvät alueet sisältävät monikeilaluotauksen syvyyspisteaineistoa, joka on yhdistetty GTK:n pintamaalajitulkintojen perusteella maaperämalliin. Lähtötietoja mallinnettaessa suunnittelusta erillisenä prosessina aineiston tarkat rajaukset ja osittelu ei ollut mahdollista eikä tarkoituksenmukaista. Suunnittelua varten pyrittiin kokoamaan aineistot muotoon, joka olisi mahdollisimman helposti käsiteltävissä jatkossa. Esimerkiksi syvyyspisteaineistojen tarkempi jaottelu osahankkeiden mukaisesti sekä pintamallien luominen jätettiin suunnitteluvaiheessa tehtäväksi, kun suuren aineiston tarkoituksenmukainen rajaus olisi selvillä InfraBIM-tietomallivaatimukset Lähtötietomallivaatimusten mukaan rakennettu lähtötietomallin aineistokokonaisuus oli verrattain selkeä. Selkeyttä heikensi alakansioiden nimirakenne, jonka mukaisten kansioiden nimet olivat lyhyitä, mutta epähavainnollisia. Pelkin kirjaimin nimetyt alakansiot eivät olisi informoineet kansion sisällöstä ilman vertaamista nimeämistaulukkoon, joten alakansioiden kirjaintunnuksen perään lisättiin kansion sisältöä kuvaava sana, esimerkiksi A_Maastomalli. Alkuperäisissä lähtötietomallivaatimuksissa ei otettu riittävän tarkasti huomioon vesiväylien syvyyspisteaineistojen käsittelyä ja käyttöä; vaatimuksissa ei ollut mainintaa esimerkiksi pisteaineiston harvennuksen eri menetelmistä ja harvennuksen tarpeellisuudesta sekä harvennustapojen dokumentoinnista. Tässä työssä syvyyspisteaineistoon liitettiin tieto mittausajankohdasta ja -menetelmästä sekä käytetystä pisteaineiston harvennusmenetelmästä, jotta aineiston luotettavuutta voitaisiin paremmin arvioida. Saatavissa olleet mittausraportit liitettiin myös lähtötietoaineistoon, jotta tarkemmat tiedot mittausjärjestelyistä, esimerkiksi akustisen luotauksen mittaustaajuus, siirtyisivät hankkeen seuraavaan vaiheeseen. Syvyyspisteaineisto oli lähtötietomallissa kahdella eri tiheydellä harvennettuna (1 ja 2 m ruutuihin), koska tiedettiin molempia aineistoja tarvittavan jatkossa. Syvyysaineistot olivat pisteinä pintamallien sijaan, koska riittävää tietoa aineiston lopullisista rajauksista ei ollut. Lähtötietomallivaatimuksissa vaadittiin lähtötietomallin sisältämien mallien tasojen ja objektien nimeämistä voimassa olevien Infra2006 rakennusosa- ja hankenimikkeistön mukaisesti. Läheskään kaikelle vesiväylään liittyvälle aineistolle ei kuitenkaan ollut 54

59 saatavissa ohjeistusta nimeämiseen ja koodaukseen. Vaatimuksissa ei myöskään selkeästi ohjeistettu, tuliko mallien muodostavat osat, kuten pisteet ja taiteviivat, nimetä kolmioverkkopinnan lisäksi tai tuliko pintamallien lähtöaineisto tallentaa erilliseen vai samaan IM2-siirtotiedostoon kolmioverkkomallin kanssa. Tässä työssä lähtötietomallin sisältämien pintamallien osia ei ollut mahdollista nimetä tai koodata pintamalliin, vaan kolmioverkkopintamallien koodattu pohja-aineisto tallennettiin erilliseen siirtotiedostoon kunkin pintamallin yhteyteen Tiedonsiirto Lähtötietojen mallinnusprosessissa ei kyetty kaikilta osin säilyttämään alkuperäisten lähtöaineistojen tietoja. Esimerkiksi 3D-Win-ohjelman käyttämiin, mmmaastomalliformaatin mukaisiin tiedostoihin oli mahdollista tallentaa pinnan tunnuksen lisäksi myös kolmioverkon muodostuksen pohjana olleille pistelle ja taiteviivoille lukuisia eri tietoja kuten viivatunnus, pisteen lajikoodi, pisteen numero ja pisteen tarkkuusluokka. 3D-Win ohjelmassa pisteiden ominaisuustiedot kuitenkin katosivat, kun malleja jouduttiin muokkaamaan yhdistämällä. Maastomallin lähtöaineiston ominaisuustiedot hävisivät myös siitä syystä, että 3D-Winin tapa kirjoittaa IM2-muotoisia maastomalleja oli tulostiedostokoon minimoiva, jolloin mallin lähtötietoa ei kirjoitettu mukaan IM2- siirtotiedostoon. Myös projektin tietoihin tallennettu korkeusjärjestelmä N2000 ei siirtynyt kirjoitettuun IM2-siirtotiedostoon vaan tiedostossa luki virheellisesti käytetyn koordinaattijärjestelmän olleen N60. Tiedostoja tarkistettaessa havaittiin, että LandXML/IM2-muotoon 3D-Win-ohjelmalla tallennettu pisteaineisto ei avautunut lainkaan AutoCAD- eikä Novapoint-ohjelmilla. Syynä tähän saattoi olla, että 3D-Win kirjoitti pistetiedot LandXML-pintaelementtiin, jolloin muut ohjelmat eivät osanneet tulkita tiedostoa oikein, kun kuvaus kolmioverkosta puuttui. Pisteaineiston kokoa vähitellen pienentämällä havaittiin, että vasta alle 1100 kt kokoisten, LandXML/IM2-muotoisten pistetiedostojen avaus 3D-Win ohjelmalla onnistui; tätä suuremmista tiedostoista ohjelma luki vain osan tiedoston sisältämistä pisteistä. Niinpä IM2-siirtotiedostoja ei käytetty 1100 kt suurempien pisteaineistojen siirtämiseen. 3.3 Toteutusmallimäärittelyn pilotointi Rauman väylän aineistolla Väylän mallintaminen Novapoint-väylämallinnuksen tuloksena saatiin Rauman väylän ruoppauskohde 7:ltä poikkileikkausparametrien avulla muodostettu, poikkileikkauksittain laskettu väylän malli, joka sisälsi haraustason mukaisen väylän pohjan, geometrialinjat, sekä kallio- ja maaleikkaukset (Kuva 19). Esimerkkipoikkileikkauskuva väylärakenteesta ja maastosta on esitetty paalun kohdalta (Kuva 20). Väylän mittalinja eli väylän keskilinja sijaitsi haraustasossa, joka sijaitsi korkeusasemassa -14 m vedenpinnan eli nollatason alapuolella. Väylän leveys vaihteli sen mukaan, kuinka etäällä reunalinjat olivat väylän keskilinjasta, joka ei aina sijainnut geometrisesti väylän keskellä. 55

60 Kuva 19. Näkymä väylämallista rk7:n länsipään alusta päin katsottuna, Novapointin Road Professional -moduulin Virtuaaliväylä -toiminnon avulla visualisoituna. Kuvassa näkyvät väylän pohjan pinta (sininen), keski- ja reunalinjat sekä paalulukemat, kallio- (harmaa) ja maaleikkausten (vaaleanvihreä) luiskapohjat sekä nykyinen merenpohjan pinta (tummanvihreä). Kuva 20. Näkymä väylämallista Novapointin Road Professional -moduulin Poikkileikkauksen katselu -näkymästä. Väyläuoman pinta (sininen) on vaakasuora reunalinjojen (punaiset pystysuorat viivat) rajaamalla alueella. Reunalinjojen ulkopuolella luiskaleikkaukset muodostuivat määritysten mukaan sen perusteella, leikataanko kalliota (punainen) vai maata (vihreä). Novapointin Road Professional -moduuli on tarkoitettu tiesuunnitteluun, mikä aiheutti vaikeuksia väylän mallintamiseen. Ohjelmassa ei ollut mahdollisuutta lisätä suunnitteluparametreja vesiväylille, kuten väyläluokka ja mitoitusalus vastaavat tiedot olisi voinut syöttää maalla käytettäville väylille ja ajoneuvoille. Tässä työssä mallinnettiin kuitenkin edellisessä suunnitteluvaiheessa geometrialtaan valmiiksi suunniteltu väylä, joten ohjelman mitoituslaskentaominaisuuksia ei tarvittu. Suurin ongelma väylän mallintamiseen aiheutui, kun väylän pinta tuli määrittää tierakennuksen ehdoilla. Mitat tien monille eri rakenneosille, kuten kaistoille, penkereille, ojille, täytöille ja rakennekerroksille tuli määrittää väylämallin laskennan onnistumiseksi. Erityisesti kohdissa, joissa haraustaso oli pohjan pinnan yläpuolella ja leikkauksia ei 56

61 tarvittu, täyttöjen pakollinen määrittäminen aiheutti väylän pintaan ongelmakohtia ja ylimääräisiä pintoja (Kuva 21). Kuva 21. Pakolliset täyttöjen määrittelyt aiheuttivat väylän pinnan kuvaukseen ylimääräisiä pintoja (keltaisen nuolen osoittama pystysuora, sininen viiva) kohdissa, joissa haraustaso oli merenpohjan yläpuolella, ja leikkausta ei tarvittu. Novapoint-ohjelmasta otettu kuvakaappaus. Väylän kallioleikkausten mallintamisen pohjana käytettiin maastotietokantaan syötettyä kalliopintamallia, jota ei ollut yhdistetty merenpohjan pintaan eli malli leikkasi merenpohjaa useissa kohdissa. Malli ei myöskään ollut väylän leveyssuunnassa yhtä laaja kuin merenpohjan pintamalli. Ohjelma ei kyennyt muodostamaan laskentapoikkileikkausta lainkaan, jos poikkileikkausten laskentaleveydeltä puuttui tieto kalliopinnan sijainnista. Ohjelman automaattiset mallin ekstrapolointitoiminnot päälle kytkettyinä puutteellisenkin kalliopintamallin käyttäminen väylämallin muodostamisessa oli mahdollista. Maanpinnan leikkaavan mallin käyttäminen oli myös mahdollista, koska ohjelma laski kalliopinnan mitatun merenpohjan tasoon kohdissa, joissa kalliopintamalli sijaitsi merenpohjan päällä. Myös luiskien piirtäminen poikkileikkauskuviin oli älykästä; jos kallioleikkauksen yläreunan kohdalta alkava maaleikkausluiska oli loivempi kuin kalliopinta, leikkauksen pinta piirrettiin noudattelemaan kalliopintaa (Kuva 22). 57