Siltojen elinkaarikustannukset

Transkriptio

1 Pekka Korhonen, Jouko Lämsä, Marja-Kaarina Söderqvist, Kyösti Juvonen, Risto Kiviluoma Siltojen elinkaarikustannukset Esiselvitys Tiehallinnon sisäisiä julkaisuja 28/2009

2

3 Pekka Korhonen, Jouko Lämsä, Marja-Kaarina Söderqvist, Kyösti Juvonen, Risto Kiviluoma Siltojen elinkaarikustannukset Esiselvitys Tiehallinnon sisäisiä julkaisuja 28/2009 Tiehallinto Helsinki 2009

4 Verkkojulkaisu pdf ( ISSN TIEH v TIEHALLINTO Keskushallinto Opastinsilta 12 A PL HELSINKI Puhelin

5 Pekka Korhonen, Jouko Lämsä, Marja-Kaarina Söderqvist, Kyösti Juvonen, Risto Kiviluoma: Siltojen elinkaarikustannukset. Helsinki Tiehallinto, Keskushallinto. Tiehallinnon sisäisiä julkaisuja 28/2009, 30 s. ISSN , TIEH v. Asiasanat: sillat, sillansuunnittelu, elinkaari, kestävyys, hoito, ylläpito, siltarekisteri Aiheluokka: 35, 43, 70 TIIVISTELMÄ Tämä julkaisu on esiselvitys, jossa tarkastellaan suunnitteluohjeen laatimisen mahdollisuutta Tiehallinnon siltojen elinkaaritarkasteluihin. Julkaisuun on analysoitu siltojen elinkaarikustannusten ja ympäristövaikutusten elinkaariarvioiden määrittämiseen liittyviä aikaisempia ja käynnissä olevia tutkimuksia sekä Tiehallinnon siltojen hoitoon ja ylläpitoon liittyviä käytäntöjä. Esiselvityksen tuloksena on laadittu suositukset suunnitteluohjeen sisällölle ja siinä käytettäville menetelmille. Siltojen elinkaaritarkastelut ovat tällä hetkellä laajan kansainvälisen kiinnostuksen kohteena. Sillan suunnittelun kannalta asia ei ole uusi, vaan pysyvien siltojen suunnittelussa on periaatteessa aina pyritty kestäviin ratkaisuihin ja korjausmenetelmiin, jotka samalla minimoivat sillan hoidon ja ylläpidon kustannuksia. Uudempi kysymys on kustannuskäsitteen laajentaminen koskemaan sillan käyttäjän ja yhteiskunnan laskennallisia kustannuksia; esimerkiksi liikennehaittoja, liikenneturvallisuusriskejä, siltaestetiikkaa ja ympäristörasituksia. Siltojen elinkaarikustannusten laskentarutiineja on nykyisellään laadittu erityisesti Tiehallinnon sillanhallintajärjestelmien yhteyteen. Siltojen hoitoon ja ylläpitoon on Tiehallinnossa käytössä systemaattinen metodiikka sisältäen mm. yhtenäisen tietovaraston (Siltarekisterin), sillantarkastukset, rakenneosaluettelot ja vaurioluokat. Sillanhallintajärjestelmien avulla ennustetaan sillaston tai yksittäisen sillan keskimääräistä kunnon kehittymistä sillantarkastajien arvioiden pohjalta. Tuloksia käytetään mm. sillankorjausten priorisointiin ja budjetointiin. Sillanhallintajärjestelmien tulokset eivät suoraan anna palautetta sillan suunnitteluun. Uuden sillan suunnittelun tai vanhan korjaamisen yhteydessä kiinnostuksen kohteen on mitä suunnitteluratkaisuja tai työmenetelmiä tulisi käyttää elinkaaritehokkuuden kannalta, ja mm. se, voidaanko rakennuskustannuksiltaan kalliimmalla mutta kestävämmällä tai helpommin korjattavalla vaihtoehdolla saavuttaa säästöjä. Elinkaaritehokkaiden suunnitteluratkaisujen yleistyminen edellyttäisi riittävän luotettavan elinkaarikustannusarvion laatimista siten, että suunnitteluvaihtoehtoja voitaisiin verrata ja hankinnoissa viitata elinkaaritehokkuusvaatimukseen. Esiselvityksen tuloksena on todettu että suunnitteluohje on tarpeellinen, ja rajoittavia teknillisiä esteitä Tiehallinnon siltojen elinkaarikysymyksiä käsittelevän suunnitteluohjeen laatimiseksi ei ole. Tiehallinnon keskeinen rooli tiesiltojen omistajana ja noin kolmen vuosikymmenen ajan suorittama työ sillan hoidon ja ylläpidon menetelmien systematisoimiseksi antaa riittävän pohjan suunnitteluohjeen laatimiseksi. Ohjeen tärkein sisältö olisi elinkaarikustannusarvioiden laatimisen ohjeistaminen, sisältäen tarvittavat lähtötiedot uusien siltojen ja peruskorjausten elinkaarikustannusarvioiden laatimiseksi. Lähtötiedot rakenneosien keskimääräisen iän osalta on suositeltu johdettavaksi Siltarekisterin vauriotiedoista, johon liittyviä aikaisempia tutkimuksia voidaan osittain hyödyntää.

6

7 ESIPUHE Siltojen elinkaaritarkastelujen suorittamiselle ei toistaiseksi ole ohjetta, joka yhtenäistäisi elinkaarikustannusten laskemisen sillan suunnitteluvaiheessa tai peruskorjausten yhteydessä. Elinkaarikustannusarvioiden laadintaa ei myöskään ole yleensä sisällytetty suunnitteluhankintoihin. Elinkaarikustannuslaskennassa voidaan ainakin teoreettisella tasolla tarkastella rakennus-, hoito- ja ylläpitokustannusten lisäksi laskennallisia kustannuksia mm. liikennehaitoille, liikenneriskeille, maisemallisille tekijöille ja ympäristövaikutuksille. Laaja-alainen elinkaarikustannusten hallinta ohjaisi suunnittelu- ja korjausratkaisuja tien pitäjän, käyttäjän ja yhteiskunnan edun mukaisiksi, sekä tukisi kestävän kehityksen periaatetta. Tämä julkaisu on esiselvitys liittyen siltojen elinkaaritarkasteluja koskevan suunnitteluohjeen mahdolliseen laatimiseen. Julkaisun on laatinut asiantuntijaryhmä, johon ovat kuuluneet diplomi-insinöörit Pekka Korhonen, Jouko Lämsä, Marja-Kaarina Söderqvist ja Kyösti Juvonen Tiehallinnosta sekä TkT Risto Kiviluoma WSP Finland Oy:stä. Helsingissä elokuussa 2009 Tiehallinto Asiantuntijapalvelut

8

9 Siltojen elinkaarikustannukset 7 Sisältö TIIVISTELMÄ 3 ESIPUHE 5 1 JOHDANTO Sillan kunto ja kantavuus sillan elinkaaressa Sillan elinkaarikustannukset Elinkaarikysymysten huomioon ottaminen suunnittelussa 13 2 AIKAISEMMAT TUTKIMUKSET Tiehallinnon tutkimukset Sillanhallintajärjestelmään liittyvä kehitystyö Esiselvitys siltojen elinkaariarvioinneista Pienten siltojen elinkaarikustannukset Siltojen liikennehaittakustannukset ETSI Projekti EU-tutkimusprojektit BRIME LIFECON Sustainable Bridges Kansainväliset ammattijärjestöt ja tutkijaverkostot IABSE IABMAS PTL IALCE 19 3 ESISELVITYKSEN ASIANTUNTIJAKESKUSTELUT Elinkaarisuunnitteluohjeen laatimismahdollisuus Sillanhallintajärjestelmien elinkaarimallit Sillan elinkaaritehokkuus Diskonttokoron valinta Arvostuksesta riippuvat elinkaarikustannukset 23 4 ESISELVITYKSEN TULOKSET Suositukset elinkaarikustannusohjeen sisällöksi 27 5 LÄHDELUETTELO 28

10 8 Siltojen elinkaarikustannukset

11 Siltojen elinkaarikustannukset 9 JOHDANTO 1 JOHDANTO Sillan elinkaarikustannusten laskemiseksi ei tiettävästi toistaiseksi ole olemassa suunnitteluohje-tasoisia selvityksiä. Tiehallinnon sillansuunnittelukäytännössä lasketaan sillan rakennuskustannukset hyvinkin tarkasti, mutta koko elinkaaren kustannuksille ei ole ollut laskennallisia malleja tai ohjeistusta. Kustannuksista on viimeisen vuosikymmenen aikana alettu puhua laajemmassa mielessä, sisältäen mm. liikennehaitat, ympäristövaikutukset, estetiikan, riskien hinnoittelun, kulttuuriarvot jne. Kun lisäksi otetaan huomioon että malleissa olisi ennustettava tulevia liikennemääriä, laajennustarpeita, liikennekuormien muutoksia, olosuhdemuutoksia, lainarahan hintaa jne. siltojen elinkaarikysymyksiin liittyvä ongelmakentästä muodostuu laaja. Elinkaarikustannuslaskelmiin sisällytettävien tekijöiden laji on periaatteessa avoin kysymys ja riippuu siitä mihin tekijöitä laskelmassa halutaan ottaa huomioon. Esimerkiksi liikennehaitoille ja turvallisuusriskeille voidaan määrittää laskennallinen hinta, ja ottaa ne huomioon halutulla painolla suorien rahakulujen lisäksi. Elinkaarensa lopussa silta voidaan joutua uusimaan paitsi huonon kunnon tai kantavuuden takia, myös sen takia, että se ei toiminnallisuudeltaan (esim. kulkuaukon geometria tai hyödyllinen leveys) vastaa muuttuneita vaatimuksia. Silta voi myös jäädä tarpeettomaksi esim. tiejärjestelyjen johdosta. Periaatteessa sillan uusimiseen voisi vaativassa siltapaikassa johtaa myös sillan rumaksi koettu estetiikka. Laaja-alaisiin elinkaarikustannuslaskelmiin, vaikka ne olisivat teknillisesti ohjelmoitavissa esimerkiksi tietokoneohjelmaksi, jää suuri joukko avoimia parametreja, jotka kyseenalaistavat laskelmien tulosten oikeellisuuden. Tiehallinnon siltojen osalta elinkaarikustannusmallien käyttöä ja niiden parametrien kalibrointia voidaan kuitenkin pitää paremmin mahdollisena kuin monissa maissa ja organisaatiossa. Tähän vaikuttaa mm.: usean vuosikymmenen mittainen työ sillanhallintajärjestelmien kehittämisessä ja systemaattinen siltojen tarkastustoiminta, jossa sekä vaurio- että korjaustiedot on syötetty yhteen tietovarastoon; Siltarekisteriin Tiehallinnon omistuksessa olevien siltojen suuri määrä ja homogeenisuus iän, materiaalin, koon ja tavanomaisten ongelmien sekä peruskorjausmenetelmien suhteen. Tämän esiselvityksen tavoitteena on tunnistaa ja analysoida siltojen elinkaarikustannukset huomioon ottavia malleja, sekä esittää johtopäätöksinä suositukset elinkaarikustannusten laskemiseen tähtäävän suunnitteluohjeen laadintamahdollisuudesta ja siinä käytettävistä menetelmistä. 1.1 Sillan kunto ja kantavuus sillan elinkaaressa Elinkaaritarkasteluissa rakenneosan tai sillan yleiskunto otaksutaan yleensä ajan kuluessa huononevan (kuva 1). Kunnon aikariippuvuutta kuvaavista malleista käytetään nimitystä rappeutumismalli. Kuvassa 1 ylläpitotoimien laiminlyönnin vaikutusta on havainnollistettu katkoviivalla.

12 10 Siltojen elinkaarikustannukset JOHDANTO Kuva 1 Periaatekuva sillan kunnon ja kantavuuden aikariippuvuudesta. Peruskorjaus on kustannusvaikutuksiltaan tärkein ylläpitotoimi, ja sen yhteydessä sillan kuntoa parannetaan periaatteessa uuden veroiseksi. Peruskorjauksessa sillan pääasiallinen kantava rakenne jää paikoilleen, ja toimenpiteet kohdistuvat pintarakenteiden, reunapalkkien, varusteiden ja laitteiden uusimiseen. Tiehallinnon siltojen suunnittelukäyttöikä on 100 vuotta, pois lukien puusillat ja teräsputkisillat, joille suunnittelukäyttöikä on 50 vuotta [1]. Suunnittelukäyttöiän saavuttamisen edellytyksenä on kantavien päärakenneosien laatuvaatimusten mukainen rakentaminen sekä hoidolla ja ylläpidolla varmistettu säilyvyys. Tiehallinnon tämän hetkisen käytännön mukaan peruskorjauksesta luovutaan, jos korjauksen hinta ylittää merkittävän osan uuden sillan hinnasta. Tällöin silta niin sanotusti käytetään loppuun, ja se jätetään odottamaan uuden sillan rakentamista (korvausinvestointia) ja vanhan sillan mahdollista purkamista. Tiehallinnon siltojen ikäjakaumasta johtuen tällaisia siltoja on toistaiseksi suhteellisen vähän; alle 1 % siltojen kokonaismäärästä. Matemaattisia malleja varten rakenneosan kunto voidaan esittää numeroina. Tiehallinnon käytännön mukaan sillantarkastajat arvioivat rakenteiden vauriot vaurioluokkiin 1, 2, 3 ja 4 [2]. Sillan kuntoluokituksen asteikko noudattaa Tieomaisuuden yhteistä kuntoluokitusta [3]: 5 Erittäin hyvä; ei ylläpitotarpeita 4 Hyvä; vähäistä kunnostusta 3 Tyydyttävä; peruskorjaus tulossa 2 Huono; peruskorjaus nyt 1 Erittäin huono; peruskorjaus myöhässä.

13 Siltojen elinkaarikustannukset 11 JOHDANTO Sillan kuntoluokka määräytyy sillantarkastajan antaman kuntoarvion mukaan sekä laskennallisesti rakenneosakohtaisten kuntoarvioiden perusteella [1]. Rappeutumismallit voidaan johtaa sillantarkastusten tuloksista, mikäli niitä on käytettävissä riittävän pitkältä ajalta. Teoreettisesti ei ole perusteita olettaa, että ikäkäyttäytymiskäyrät olisivat kuvan 1 kaltaisia jouhevia funktiota, jotka soveltuvat samalla myös matemaattiseen optimoitiin esimerkiksi sillanhallintajärjestelmien tarpeeseen. Esimerkiksi vesivuoto, laakerin hajoaminen tai suojapinnoitteen poiskuluminen voi aiheuttaa epäsäännöllisiä ikäkäyttäytymiskäyriä. Elinkaarikustannusten arviointiin tarvitaan yleensä arvio rakenneosan käyttöiästä. Taulukossa 1 on esitetty rakenneosien tavoitteelliset käyttöiät, kun sillan hoito- ja ylläpito suoritetaan Tiehallinnon suositusten mukaisesti. Taulukko 1 Sillan päärakenneosien tavoitekäyttöiät [1] Rakennosa Suunnittelukäyttöikä [v] reunapalkit suolattavilla teillä 25 reunapalkit suolaamattomilla teillä 40 vedeneristys 35 liikuntasaumalaitteet 35 päällystämätön puukansi 25 teräsrakenteen pintakäsittely 25 betonirakenteen pinnoitteet 15 Sillan kantavuutta tai kantavuuden alenemista ei voida määrittää sillantarkastajien arvion perusteella, vaan tämä tehdään erillisillä kantavuuslaskelmilla [4] tai koekuormituksilla. Laskennalliset kantavuudet on määritetty periaatteessa kaikille Tiehallinnon silloille, kun taas koekuormitettuja siltoja on suuruusluokaltaan 100 kpl. Kantavuuslaskelmia tai koekuormituksia ei käytännössä suoriteta samalle sillalle toistuvasti, joten kuvan 1 periaatteellista mallia ei voida niiden tuloksista johtaa samalla periaatteella kuin sillantarkastuksiin perustuvia rappeutumismalleja. Jotkin vauriotyypit voivat vaikuttaa merkittävästi kantavuuteen ja toiset taas eivät, jolloin jonkintasoinen arvio kantavuuden alenemiseen vaikuttavista riskeistä voitaisiin tehdä Siltarekisterin vauriotietojen (eli sillan yleistarkastusten tulosten) perusteella. Sillan peruskorjaukset eivät koske yleensä pääasiallista kantavaa rakennetta muuten kuin sen pinnan osata. Ne eivät siten vaikuta merkittävästi sillan kantavuuteen muuten kuin kantavuutta alentavien vaurioiden synnyn hidastumisen kautta. Tarvittaessa siltaa voidaan vahventaa siihen lisättävillä rakenteilla, esim. manttelirakenteilla, jänneteräksillä, teräslevyillä tai hiilikuitukankailla. Sillan vahventaminen suoritetaan tyypillisimmin peruskorjauksen yhteydessä. Vahventaminen edellyttää huolellista suunnittelua ja toteutusta, samoin kuin laadukkaita rakennusmateriaaleja. Vahvennettuja siltoja on toistaiseksi hyvin pieni osa koko sillastosta. Sillassa voi olla merkittävästi suurempi kantavuus kuin kantavuuslaskenta antaa tulokseksi. Tätä eroa voidaan kuroa kiinni laskentamalleja, suunnitteluohjeita ja instrumentointitekniikoita kehittämällä. Siltojen romahtamiset liikennekuorman johdosta eivät toistaiseksi ole olleet merkittävä riski Tiehallinnon silloissa. Sillan kantavuus elinkaaritarkasteluissa voidaan ymmärtää

14 12 Siltojen elinkaarikustannukset JOHDANTO riittävänä laskennallisena varmuutena liikennekuorman aiheuttamaa murtoa tai laajoja korjauksia vaativia vaurioita vastaan. 1.2 Sillan elinkaarikustannukset Sillan elinkaarikustannusten voidaan jakaa koostuviksi [5,6]: tienpitäjän kustannuksista käyttäjän kustannuksista yhteiskunnan kustannuksista. Tienpitäjän kustannukset ovat laskettavissa suoraan rahassa mitattavissa olevia, ja niille voidaan määrittää yksikköhintoja toteumatietojen perusteella. Tiehallinnon siltojen osalta yksikköhintoja on esitetty esimerkiksi Sillantarkastuskäsikirjassa [2]. Myös käyttäjän kustannuksia ja yhteiskunnan kustannuksia on oletettu ottaa malleissa huomioon. Tyypillinen esimerkki on peruskorjausten aiheuttamat liikennehaitat. Sillan elinkaarikustannukset lasketaan yleensä alkaen rakentamisesta ja päätyen käytöstä poistamiseen. Joitain laskelmia on tehty kokeiluluontoisesti myös sillanrakentamisen ympäristövaikutusten määrittämiseksi elinkaariarvio-periaatteella [6]. Elinkaariarviot alkavat tyypillisesti rakennusmateriaalien raaka-aineen otosta. Elinkaarikustannustarkasteluissa usein käytetty menetelmä on nykyarvomenetelmä, jossa tuotot ja kustannukset lasketaan nykyisillä hinnoilla, mutta jossa siltainvestoinnin alkuun sijoittuvia lyhyen aikavälin tuottoja ja kuluja arvostetaan enemmän kuin elinkaaren loppupuolella syntyviä tuottoja ja kuluja. Tämä tehdään laskennallisesti diskonttokoron avulla. Diskonttokorko oletetaan yleensä vakioksi, mutta periaatteellista estettä ei olisi esim. vuosittain vaihtelevan diskonttokoron käyttöön. Yleisesti investointilaskelmissa diskonttokorko heijastaa investoinnin toteuttamiseksi otetun lainarahan hintaa ja investoinnin luonnetta. Diskonttokoron oikea valinta on keskeinen osa investointilaskelman onnistumista. Kuvassa 2 on havainnollistettu rahan nykyarvoa eri diskonttokoroilla. Tiehallinnon sillat on tarkoitettu pitkäaikaisiksi investoinneiksi. Esimerkiksi 6 % diskonttokorolla eivät 50 v. päässä syntyvät kulut juurikaan näkyisi elinkaarikustannuksissa. Korkeaa diskonttokorkoa käytettäessä olisi laskennallisesti edullista siirtää peruskorjauksia mahdollisimman kauas tulevaisuuteen. Toisaalta peruskorjauksen hinta ja kesto voi kasvaa voimakkaastikin, mikäli korjauksissa viivytellään. Suomen oloissa tämä johtuu mm. siitä, että tavanomainen betonikantisen sillan peruskorjaus koostuu kannen pintarekanteiden uusimisesta, ja mikäli betonin pilaantuminen on edennyt yläpinnan raudoitteiden alapuolelle, tulee korjauksesta oleellisesti työläämpää.

15 Siltojen elinkaarikustannukset 13 JOHDANTO Diskonttokoron vaikutus yhden euron nykyarvoon 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0 % 0,5 % 1 % 2 % 3 % 4 % 6 % 10 % 15 % 0,3 0,2 0, Aika vuosissa Kuva 2 Euron nykyarvo eri diskonttokoroilla. 1.3 Elinkaarikysymysten huomioon ottaminen suunnittelussa Siltojen elinkaaritarkastelut eivät sillan suunnittelun kannalta ole uusi asia, vaan pysyvien siltojen suunnittelussa on periaatteessa aina pyritty kestäviin ratkaisuihin ja korjausmenetelmiin, jotka samalla minimoivat sillan hoidon ja ylläpidon kustannuksia. Tiehallinnon sillansuunnitteluohjeistus tähtää kestävään ja ympäristöön sopivaa lopputulokseen, jossa tienpitäjän maksamat hoito- ja ylläpitokustannukset ovat kohtuulliset suhteessa rakennuskustannuksiin. Kestävien siltojen rakentamisessa tärkeä yksittäinen tekijä on sillanrakentamisen yleiset laatuvaatimukset (InfraRYL 2006 [8,9]) sekä sillankorjaamisohjeet (SILKO [10]). Sillan asianmukainen hoito- ja ylläpito mahdollistetaan tekemällä siltaan ja siltapaikalle tarvittavat rakenteet, tarkastustilat ja varusteet. Näiden yleiset suunnitteluohjeet on annettu esimerkiksi julkaisussa Siltojen hoito ja ylläpito, suunnitteluohje [11]. Erikoissiltojen osalta voidaan suunnitteluvaiheessa laatia erilaisia hoito-ohjeita. Siltojen rakennesuunnittelun kannalta sillan kestävyyden (tai säilyvyyden) lisääminen voi tarkoittaa myös suurampaa kantavien rakenteiden materiaalimenekkiä ja lisätä vastaavasti rakennuskustannuksia. Esimerkiksi rakennesuunnittelun laskentamallien mukaan raudoitteiden määrää lisäämällä voidaan pienentää betonin halkeamaleveyksiä ja teräspoikkileikkauksia suurentamalla voidaan pienentää väsyttäviä jännityssyklejä. Jäykkyyttä ja massaa lisäämällä saadaan pienennettyä kulumista aiheuttavia muodonmuutoksia ja tärinöitä. Varsinaisten suunnitteluvirheiden lisäksi siltojen ja siltapaikan huonosti laaditut detaljit voivat heikentää sillan pitkäaikaiskestävyyttä sekä lisätä hoidon ja ylläpidon tarvetta. Siltadetaljien hyvä suunnittelu ei ole kysymys, joka olisi normitasolla ohjeistettu, vaan se edellyttää sillansuunnittelijan ammattitaitoa,

16 14 Siltojen elinkaarikustannukset JOHDANTO hyvän suunnittelukäytännön ohjeistusta sekä detaljien toiminnan seurantatutkimuksia. Siltadetaljien suunnittelua on oheistettu mm. Sillansuunnittelun täydentävät ohjeet julkaisussa [12]. Esimerkkinä systemaattisista seurantatutkimuksista toimii Siltojen rakentamisen- ja korjaamisen seurantaprojekti [13,14,15]. Samaan kohteeseen voidaan suunnitella erilaisia vaatimukset ja ohjeet täyttäviä siltatyyppejä, joiden elinkaarikustannukset sekä ympäristövaikutukset poikkeavat oletettavasti toisistaan. Siltojen tavanomaisissa hankintamenetelmissä yleensä rakennuskustannuksiltaan halvin silta valitaan toteutettavaksi. Tämän lisäksi sillan on sovittava ympäristöönsä, jota varten on laadittu mm. siltapaikkaluokitus [16]. Siltapaikkaluokitusta voidaan pitää esimerkkinä yhteiskunnan maksettavaksi tulevien elinkaarikustannusten huomioon ottamisesta ja siitä, miten vaikeasti arvostettava kysymys sillan sopimisesta ympäristöönsä voidaan ottaa osaksi investointipäätöksiä. Sillan suunnitteluvaiheessa sillan suunnittelija laatii yksityiskohtaisen kustannusarvion [17], joka perustuu suunnitelmasta laskettavissa oleviin määriin [18] sekä yhtenäisiin yksikköhintoihin. Kustannusarviota käytetään eri siltavaihtojen vertailuun ja siltainvestointien budjetointiin. Elinkaarikustannuksille ei toistaiseksi vaadita laskelmia, eikä niiden laatimista ole ohjeistettu. Rakenneratkaisu, joka minimoisi elinkaarikustannuksia mutta olisi rakennuskustannuksiltaan kalliimpi, ei nykykäytännössä tule valituksi ellei tilaajan asiantuntija siten erikseen edellytä. Esimerkkejä elinkaaritehokkaista rakenneratkaisuista ovat erilaiset helposti uusittavat kantavaa rakennetta suojaavat rakenteet, kuten reunapalkkien ja siltapilareiden kuoret [19,20] sekä katolla varustetut puusillat. Elinkaaritarkastelut ja elinkaariarviot voisivat johtaa myös kestäviksi tiedettyjen vanhojen rakennusmateriaalien, kuten kiven, laajempaan käyttöön.

17 Siltojen elinkaarikustannukset 15 AIKAISEMMAT TUTKIMUKSET 2 AIKAISEMMAT TUTKIMUKSET Ohessa on esitelty joitain valikoituja tämän esiselvityksen aihe-alueeseen liittyviä aikaisempia tutkimuksia. Laajempia julkaisuluetteloita löytyy esim. kansainvälisten tutkimusprojektien loppuraporteista. Siltojen elinkaaritekniikkaan liittyvien julkaisujen lukumäärä on kansainvälisesti useita satoja. 2.1 Tiehallinnon tutkimukset Sillanhallintajärjestelmään liittyvä kehitystyö Tiehallinto on noin kahden vuosikymmen ajan kehittänyt sillanhallintajärjestelmiä, joilla hoito- ja ylläpitotoimia voitaisiin ohjelmoida ja optimoida. Tarkastelut tehdään ns. verkkotasolla (HIBRIS-järjestelmä ja sen edeltäjä siltojen osalta; Verkko-Siha) sekä ns. hanketasolla Hanke-Siha järjestelmällä. Järjestelmissä on ajan kuluessa käytetty erilaisia rappeutumis-, toimenpide- ja kustannusmalleja. Verkko-Sihan rappeutumismallit on tehty alun perin asiantuntijakyselyn perusteella 1992 [21], koska Siltarekisteriä ei tuolloin voitu käyttää tarkoitukseen. Rappeutumismallit suositeltiin tarkastettavaksi sen jälkeen kun siltarekisteriin on kertynyt sopivassa muodossa olevia tarkastustuloksia. Kyselyssä 15 silta-asiantuntijaa pyydettiin arvioimaan ikäkäyttäytymiskäyrät eri rakenneosaryhmille. Tulokset on tämän jälkeen käsitelty tilastomatemaattisesti. Sillan tai sen rakenneosankunto on määritelty viidellä eri vaurioluokalla (0, 1, 2, 3 ja 4). Rappeutumismalleissa on erotettu kaksi olosuhdeluokkaa: pääteiden sillat jossa käytetään suolaa tien talvikunnossapidossa muut sillat. Vauriotyyppejä on eroteltu: pintarakenteen vaurio rakenteellinen vaurio vesivuoto. Vauriotyypit voivat riippua toisistaan. Rappeutumismallit on esitetty tilastomatemaattisessa muodossa soveltaen ns. Markovin ketjulaskentaa. Menetelmä perustuu todennäköisyysteoriaan, jossa siirtyminen kuntoluokasta toiseen tapahtuu tietyllä todennäköisyydellä ja riippumatta aikaisemmasta tapahtumista (matematiikassa ns. Markovin ketjulaskenta). Mallissa käytettävät ns. siirtotodennäköisyydet ovat vakiota, ja ne valitaan siten että tulokset vastaavat sillaston tai rakenneosien jakaantumista eri vaurioluokkiin. Matemaattinen malli on soveltuva optimointitehtävän ratkaisemiseen, jolla saataisiin periaatteessa esim. optimaalinen peruskorjausväli. Verkko-Sihan optimointikäyttöä on tarkasteltu esim. tutkimuksessa [22]. Siltojen verkko- ja ohjelmointitason hallinnan kehittäminen tutkimuksen (2006) [23] tavoitteena on ollut kehittää HIBRIS ja Hanke-Siha järjestelmään siltamallit, joiden pohjalta voitaisiin kehittää edelleen siltojen elinkaarimalleja hankekohtaisesti sillan eri rakenneosille ja verkkotasolla siltatyypeittäin. Malleissa pohjana ovat Siltarekisterin mukaiset eri rakenneosien kuntoarviot ja

18 16 Siltojen elinkaarikustannukset AIKAISEMMAT TUTKIMUKSET koko sillan kuntoluokkatiedot. Tulokset on esitetty siirtotodennäköisyyksinä. Kustannusmallina on käytetty Sillantarkastuskäsikirjan yksikköhintoja eri toimenpiteille. Arvostuksesta riippuville kustannuksille, mukaan lukien ajokustannukset ja vaurioiden vaikutus kantavuuteen, ei ole voitu luoda malleja. Johtopäätöksissä todetaan että mallit tulee testata ennen niiden käyttöönottoa Esiselvitys siltojen elinkaariarvioinneista Tässä toistaiseksi julkaisemattomassa Tiehallinnon tutkimuksessa on käsitelty sillanrakentamisen ympäristövaikutuksia. Sillan elinkaari- ja ympäristövaikutukset alkavat periaatteessa raaka-aineiden otosta. Elinkaarikustannusten laskenta on rinnastettu nykyarvolaskentaa käyttäviin investointilaskelmiin siten, että myös rakentamisen jälkeisten kustannusten nykyarvo otetaan huomioon. Alhaisen diskonttokoron käyttäminen painottaa sillan käytön aikana syntyviä kustannuksia suhteessa enemmän kun korkea diskonttokorko Pienten siltojen elinkaarikustannukset Tutkimuksessa (2004) [24] on käsitelty neljän eri siltatyypin elinkaarikustannuksia. Siltoja voitaisiin periaatteessa käyttää samassa kohteessa alikulkukäytävänä tai vesistösiltana. Siltojen jännemitat on valittu siten, että niillä saavutetaan noin 6 m levyinen vapaa aukko. Elinkaarikustannukset on laskettu nykyarvomenetelmällä, johon liittyvä diskonttokorko on johtopäätöksissä todettu olevan tärkeä lähtötietoparametri. Tutkimuksessa viitataan lehtiartikkeliin, jossa on suositeltu alhaisen diskonttokoron (1 %) käyttöä elinkaarikustannusarvioinnissa, mutta esimerkkilaskelmat on tehty arvoilla 3 % ja 5 %. Johtopäätöksissä suositellaan, että siltojen elinkaarikustannuslaskennan diskonttokorko tulisi sopia. Elinkaarikustannuksessa on otettu huomioon rakentamisen, vuosittaisen hoidon, peruskorjauksen ja liikennehaittojen kustannukset. Liikennehaittojen tarkastelut on tehty kolmelle eri liikennemäärälle. Tulosten mukaan peruskorjausaika ja siihen liittyvät liikennehaitat voivat olla tärkeä tekijä. Tarkastelujen tuloksena rakentamisen jälkeiset kustannukset ovat olleet % rakennuskustannuksista tarkan arvon riippuessa voimakkaasti laskentaotaksumista Siltojen liikennehaittakustannukset Siltojen ajokustannusten määrittäminen (2009) tutkimuksessa [25] on kartoitettu liikennehaittojen huomioon ottamista. Tarkastelluista 16 ajokustannusmallista ei ole löydetty suoraan sovellettavissa olevaa. Malleja voidaan luoda käytössä olevalle sillalle ja korjaustoimenpiteiden kohteena olevalle sillalle. Ensin mainittua ei ole katsottu tarpeelliseksi. Malleja yhdistelemällä

19 Siltojen elinkaarikustannukset 17 AIKAISEMMAT TUTKIMUKSET on päädytty suosittamaan sillankorjaustoimenpiteille kustannuslaskentamenetelmää, jossa otetaan huomioon: nopeuden alentaminen nopeuden alentaminen ja liikennevalo-ohjaus kiertotie. Mallia voidaan edelleen täydentää ottamalla huomioon: onnettomuuskustannukset ympäristökustannukset mukavuuskustannukset. Raskaiden ajoneuvojen osuus liikennemäärästä (kuorma- ja linja-autot sekä yhdistelmäajoneuvot) tulisi olla tiedossa lähtötietona. Yksikkökustannusten tulisi perustua julkaisuun Tieliikenteen ajokustannusten yksikköarvot (2005) [26]. Mallin lähtötietoja ei tutkimuksesta ole saatavilla, vaan niiden määrittämiseksi on suositeltu jatkotutkimuksia ETSI Projekti Pohjoismaisen tutkimuksen ( ) päättyneissä osissa [5,6] on käsitelty siltojen elinkaaritekniikkaan liittyviä kysymyksiä ja malleja, sekä laadittu tietokoneohjelmien prototyypit elinkaarikustannusten laskemiseksi ja ympäristökysymyksiin liittyvän elinkaariarvion laatimiseksi. Elinkaarikustannuksia on käsitelty laaja-alaisesti sisältäen viittauksia tiepitäjän-, käyttäjän ja yhteiskunnan kustannuksiin. Siltaestetiikan osalta on kehitetty malli, jolla siltaestetiikan tekijöitä voidaan arvottaa ja ottaa edelleen huomioon elinkaaritarkasteluissa. Tutkimuksessa on verrattu ja testattu kolmea siltojen elinkaarilaskelmien laatimiseksi laadittua tietokoneohjelmaa (Bridge Life, VTT; WebLCC, KTH ja BridgeLCC, NIST). Elinkaarikustannusten laskentamallia (WebLCC) on testattu kolmeen siltaan siten, että osa lähtötietoparametreista on jouduttu otaksumaan puutteellisilla tiedoilla. Diskonttokorolla on todettu olevan voimakas vaikutus kansineliötä kohden laskettuun elinkaarikustannukseen. Esimerkkilaskennassa diskonttokoron muutos ei kuitenkaan ole muuttanut siltavaihtoehtojen keskinäistä taloudellisuusjärjestystä. Ympäristökysymyksiin liittyvässä elinkaariarviossa on käsitelty esimerkkinä kolmea n. 50 m pituista siltaa. Siltojen päärakennusmateriaali on teräs, puu ja betoni. Terässilta on saatu eniten ympäristöä kuormittavaksi ja puusilta vähiten. 2.2 EU-tutkimusprojektit BRIME Projektin ( ) [27] tavoitteena on ollut viitekehyksen luominen tiesiltojen sillanhallintajärjestelmille. Projekti sisältää olemassa olevien järjestel-

20 18 Siltojen elinkaarikustannukset AIKAISEMMAT TUTKIMUKSET mien ja menetelmien kartoituksen, sekä sillanhallintajärjestelmien moduulien sisällön ohjeistuksen. Moduuleita ovat: siltatarkastukset ja kunnon luokitus kantavuustarkastelut rappeutumismallit ikääntyneiden siltojen rakennelaskelmat hoidon- ja ylläpidon strategioista ja menetelmistä päättäminen hoito- ja ylläpito-operaatioiden ohjelmointi. Projektissa ei ole ollut mukana suomalaisia partnereita, mutta Tiehallinnon sillanhallintajärjestelmää on referoitu. Elinkaarilaskentaa on käsitelty nykyarvomenetelmän sillanhallintajärjestelmien tarpeiden pohjalta. Nykyarvomenetelmään liittyvää diskonttokorkoa on kuvattu tekijäksi jolla otetaan huomioon se, kuinka paljon halutaan painottaa nykytilannetta tulevaisuuden sijaan. Sillan elinkaarikustannuslaskentaan 100 v. suunnitteluiälle ehdotetaan alhaista diskonttokorkoa 1 tai 2 %. Suuremman diskonttokoron käyttäminen tarkoittaisi, että sillan elinkaaren lopulle sijoittuvilla kustannukset olisivat suhteessa vähämerkityksellisempiä ja peruskorjauksia kannattaisi siirtää mahdollisimman pitkälle. Rappeutumismalleista todetaan että ne voidaan yksinkertaisesti sitoa koko sillaston (verkkotason) sillantarkastustietoihin, koska tarkempia malleja ei tiedonpuutteen takia ole käytettävissä. Joillekin tietyille materiaalin ikääntymiskysymyksille voitaisiin kuitenkin kehittää materiaalifysiikkaan perustuvia teoreettisia malleja LIFECON Projektissa ( ) [28] on pyritty luomaan betonirakenteiden elinkaarihallintajärjestelmä, joka periaatteessa muodostuisi projektin 15 osajulkaisuista kokonaisuutena. Elinkaaritarkastelu on suoritettu laaja-alaisesti, sisältäen mm. viittauksia käytettävyyteen, turvallisuuteen, terveyteen, mukavuuteen, taloudellisuuteen, ekoloogisuuteen ja kulttuuriarvoihin. Rappeutumismalleja on käsitelty teoreettisesti käyttäen matemaattisia apuneuvoja. Tarkastelut on ehdotettu tehtäväksi rakenneosittain. Rappeutumismallit voivat olla hyvinkin yksityiskohtaisia, ja niiden lähtötiedoiksi tarvittavat parametrit työläästi määritettäviä, esimerkiksi erikoistarkastusten ja instrumentoinnin (siltamonitoroinnin) kautta. Projektin suomalaisten partnerien toimesta on kehitetty erityisesti tilastollista menetelmää rakenneosien kuntoluokan muutosten kuvaamiseen. Menetelmä on sama kuin Hanke-Sihan pohjana oleva tilastollinen malli (kohta 2.1.1). Projektissa on aloitettu tietokoneohjelman prototyypin laatiminen, jolla elinkaaritarkastelut voitaisiin tehdä Sustainable Bridges Kooltaan suuren projektin ( ) [29] tavoitteena on ollut etsiä keinoja, jolla olemassa olevat sillat, erityisesti rautatiesillat, saadaan pidettyä pidem-

21 Siltojen elinkaarikustannukset 19 AIKAISEMMAT TUTKIMUKSET pään käytössä tuleville liikennevaatimuksille, mukaan lukien suuremmat nopeudet, suuremmat akselipainot ja suuremmat liikennetiheydet. Pääpaino on keskitetty rakenneteknisten laskentamallien parantamiseen, ainetta rikkomattomien koemenetelmien tehokkaampaan käyttöön, siltamonitorointiin sekä sillan vahvistusmenetelmien tutkimukseen. Tulokset on esitetty ohjejulkaisuina: rautatiesiltojen tarkastus ja kunnontarkastusohje; kuormien ja kantavuuden laskentaohje olemassa oleville Euroopan rautatiesilloille; rautatiesiltojen monitorointiohje; ja rautatiesiltojen korjaus- ja vahventamisohje. Projektin suomalaiset partnerit ovet keskittyneet erityisesti monitorointitekniikoihin ja niiden demonstrointiin. Kehitetyt menetelmät ovat periaatteessa laajasti sovellettavissa myös tiesilloille. Yhtenä keskeisistä lähtökohdista projektissa on ollut, että useimmilla silloilla kantavuus on suurempi kuin mitä tavanomaiset laskentamenetelmät ennakoivat, ja tämä kantavuusreservi tulisi saada käyttöön. 2.3 Kansainväliset ammattijärjestöt ja tutkijaverkostot IABSE IABSE [30] (International Association for Bridge and Structural Engineering) on perinteikäs kattojärjestö silta- ja rakennetekniikan alan insinööreille ja tutkijoille. Järjestö järjestää vuosittain kongresseja ja symposiumeja. Aihealueiden runsaudesta johtuen siltojen elinkaaritekniikka on saanut vähemmän huomiota, mutta kestävyyteen liittyviä teemoja on ollut esillä mm. kongresseissa 2004 ja IABMAS IABMASin [31] (International Association for Bridge Maintenance and Safety) kongresseissa 2002, 2004, 2006 ja 2008 on käsitelty runsaasti siltojen elinkaaritekniikkaan liittyviä teoreettisia malleja PTL PTL [32] (Pohjoismainen tie- ja liikennefoorumi) on käsitellyt siltojen elinkaarikysymyksiä jossain kongresseissaan. PTL:n silta-asiantuntijoiden verkosto on osoittautunut tärkeäksi erityisesti pohjoismaisten käytäntöjen kartoittamisessa IALCE IALCE [33] (International Association for Life-Cycle Civil Engineering) on uudempi elinkaaritekniikkaan keskittynyt järjestö, joka on toistaiseksi järjestänyt yhden alaan liittyvän kongressin vuonna 2008.

22 20 Siltojen elinkaarikustannukset ESISELVITYKSEN ASIANTUNTIJAKESKUSTELUT 3 ESISELVITYKSEN ASIANTUNTIJAKESKUSTELUT 3.1 Elinkaarisuunnitteluohjeen laatimismahdollisuus Elinkaarikustannuksia käsittelevän suunnitteluohjeen tarpeellisuudesta ja tavoitteista voidaan olla laajasti samaa mieltä, mutta toisaalta on otettava huomioon että laajaa hyväksyntää saavuttaneita vastaavia ohjeita ei ole muullakaan maailmassa vielä laadittu. Jotta ohje vastaisi tavoitteita, olisi sen sisällettävä elinkaarikustannusten laskentamenetelmä jossain muodossa, jolla eri siltavaihtoehtojen elinkaarikustannuksia voitaisiin verrata. Mallien ei tule olla liian teoreettisia, esim. rakennusfysikaalisiin malleihin pohjautuvia, jotta niiden lähtötiedot voitaisiin käytännössä määrittää. Mallien tulisi olla myös luotettavia, jotta ne voitaisiin hyväksyä esim. hankintojen yhtenä laatukriteerinä. Siltarekisteriin perustuvat vauriotiedot kuvaisivat oletettavasti parhaiten Tiehallinnon ylläpitokäytännöt. Jotta elinkaaritehokkaat suunnitteluratkaisut voisivat yleistyä, niihin olisi voitava pystyä viittamaan hankinnoissa. Kohteesta voitaisiin esimerkiksi edellyttää, että sillan suunnittelijan tulisi laatia elinkaarikustannusarvio samalla periaatteella kun suunnittelija nykyisellään laatii rakennuskustannusten arvion. Elinkaarisuunnitteluohjeen keskeinen tehtävä olisi tällöin yhtenäistää elinkaarikustannusarvioiden laadintaperusteet, jotta eri silta- tai korjausvaihtoehdot olisivat vertailtavissa. Elinkaaritarkastelujen tulosten havainnollistaminen on tärkeä kysymys mm. siksi, että siltojen ylläpitoon on budjetoitava tarvittavat varat. Elinkaarisuunnitteluohjeen mukaisesti laadittuja tunnuslukuja voitaisiin esimerkiksi esittää graafisesti Tiehallinnon sillanhallintasovelluksissa (kuva 3). Kuva 3 Esimerkki elinkaaritarkastelun tulosten karttapohjaisesta esitystavasta.

23 Siltojen elinkaarikustannukset 21 ESISELVITYKSEN ASIANTUNTIJAKESKUSTELUT 3.2 Sillanhallintajärjestelmien elinkaarimallit Hanke-Siha järjestelmää käyttävät nykyisin Tiepiirien siltainsinöörit, jotka voivat käyttää järjestelmästä saatavaa korjattavien siltojen priorisoitua listaa ja toimenpide-ehdotuksia apuna päätöksenteossa. Järjestelmä laskee erilaisia tunnuslukuja kuten korjaustarveindeksi ja uusimistarveindeksi, joilla lista voidaan muodostaa. Hanke-Siha sisältää rappeutumismallit, jotka ovat kokoelma eri menetelmiä mukaan lukien asiantuntijakyselyn tuloksiin pohjautuvat mallit, siltarekisterin vauriotietoihin perustuvat mallit ja betonirakenteiden teoreettiset mallit. Hanke-Siha sisältää myös laskentamallit korjauskustannuksille, jotka perustuvat Siltarekisterin korjaustöiden yksikköhintoihin ja sillantarkastajien esittämään korjausmääräarvioihin. Hanke-Sihalla voidaan ennustaa sillan yleiskunnon ja rakenneosien vaurioiden kehittymistä tulevaisuuteen, jos sillan korjaustoimenpidettä lykätään. Tällöin mahdollisesti syntyvään kustannusten kasvua järjestelmä ei ennusta. Hanke-Sihassa on koekäytössä elinkaari-moduuli, mutta sen vaatimien lähtötietojen kokoaminen on koettu liian hankalaksi, koska se vaatisi yksityiskohtaisia tietoja mm. betonin koostumuksesta. Tällaisia lähtötietoja on kuitenkin koottu Tiehallinnon tarkkailusiltaryhmästä, joka koostuu n. 120 sillasta. Elinkaarimoduuli perustuu esim. LIFECON projektissa [28] esitettyyn tilastomatemaattiseen menetelmään, ja se optimoi korjaustoimenpiteitä erilaisilla reunaehdoilla. Optimointitulokset eivät kuitenkaan toistaiseksi ole vakuuttaneet luotettavuudellaan. HIBRIS-järjestelmän (sisältäen verkkotason sillanhallintatarkastelut) kehittämisestä on luovuttu lähinnä ohjelmistoteknisten ongelmien johdosta. Tiehallinnossa ei ole tällä hetkellä käytössä verkkotason sillanhallintajärjestelmäsovelluksia. Tämän johdosta Siltojen verkko- ja ohjelmointitason hallinnan kehittäminen [22] julkaisun, puhtaasti Siltarekisterin vauriotietoihin perustuvia rappeutumismalleja, ei ole voitu testata. 3.3 Sillan elinkaaritehokkuus Siltojen peruskorjaukset ovat kalliita ja aiheuttavat liikennehaittoja. Suorat kustannukset voivat olla jopa puolet uuden sillan rakennuskustannuksista ja peruskorjauksia tarvitaan oletettavasti 2-3 sillan käyttöiän aikana. Tiehallinnon ohjeistuksen mukaan peruskorjauksesta tulisi luopua jos sen kustannukset ylittävät n. 60 % uuden sillan rakennuskustannuksista. Sillan vuotuiset hoitotoimenpiteet ovat kustannusvaikutuksiltaan pieniä ja sopimuksellisesti erillään sillan ylläpitotoimista. Ne ovat kuitenkin tärkeitä, koska ne ovat edellytys liikenneturvallisuudelle ja rakenteiden tavoiteiän saavuttamiselle. Elinkaaritehokas silta Tiehallinnon kustannusten kannalta olisi tällöin sellainen, jossa yksi peruskorjaus voitaisiin välttää (kuva 4), tai jossa peruskorjauksessa suoritettavat korjaustoimet olisivat oleellisesti nopeampia ja halvempia. Käytännössä erilaiset rakennusosien korjaukset sekä sillan vahventamiset sisällytetään samaan peruskorjaukseen. Myös eri siltoja voidaan yhdistää samaan urakkaan niiden maantieteellisen sijainnin perusteella.

24 22 Siltojen elinkaarikustannukset ESISELVITYKSEN ASIANTUNTIJAKESKUSTELUT Kuva 4 Sillan elinkaarikustannustehokkuuden havainnollistaminen. Sillan loppuun käyttämisen aloittaminen on tärkeä kysymys kustannusten kannalta, koska huonokuntoisen sillan kunnostaminen tai vahventaminen on kallista. Toistaiseksi siltojen loppuun käyttäminen ei kuitenkaan ole kovin merkittävä valinta, koska näitä siltoja on suuruusluokaltaan vain n. 200 kpl. 3.4 Diskonttokoron valinta Valtionkonttorin vuoden 2009 ohjeen mukaan investointilaskelmissa ja muussa pääomien käytön arvioinneissa käytetään tuottovaatimuksena valtion pitkäaikaisen lainanoton reaalikorkoa A = (B C)/(1 + C/100) missä B = nimelliskorko ja C = inflaatio. Reaalikorko on ollut viime vuotena alhaalla (= 0,3 %). Kuvassa 5 on havainnollistettu valtion pitkäaikaisen lainanoton reaalikoron kehitys. Kuvan mukaisesti ko. korko vaihtelee voimakkaasti lyhyellä aikavälillä verrattuna sillan elinikään. Tiehallinnon ohjeessa [34] suositellaan käytettäväksi 2 % diskonttokorkoa yli. 40 v. tarkasteluajoille ja 5 % v. tarkasteluajoille. Nykyarvomenetelmää käytettäessä valitun diskonttokoron vaikutus tulisi näyttää esimerkiksi suorittamalla laskelma useammalla eri korkoprosentilla. Malleissa tulisi edelleen ottaa huomioon peruskorjauksen tuonnemmaksi siirtämisen vaikutus peruskorjauksen kustannuksiin.

25 Siltojen elinkaarikustannukset 23 ESISELVITYKSEN ASIANTUNTIJAKESKUSTELUT 10 Reaalikoron kehitys Nimelliskorko Inflaatio Reaalikorko 6 [%] Vuosi Kuva 5 Valtion pitkäaikaisen lainanoton reaalikorko laskettuna tilastokeskuksen aineistosta. 3.5 Arvostuksesta riippuvat elinkaarikustannukset Elinkaarikustannustarkasteluissa voidaan ottaa huomioon tienpitäjän suorien rahakulujen lisäksi käyttäjän ja yhteiskunnan kustannuksia. Nämä kustannukset riippuvat arvostuksista ja ne tulisi esittää erillään suorista rahakuluista. Yksinkertaisuuden vuoksi käyttäjän ja yhteiskunnon kuluille voitaisiin käyttää samaa diskonttokorkoa kuin tienpitäjän suorille rahakuluille. Tavanomainen huomioon otettava arvostuksesta riippuva kustannus on peruskorjauksen aiheuttama liikennehaitta. Liikennemäärän lisäksi liikennemäärän muutokset voitaisiin ottaa tarkastelussa huomioon. Kuvassa 6 on havainnollistettu liikennehaittojen kustannuskertymää sillan elinkaaressa. Liikennehaitat voidaan jakaa käytön aikaisiin kustannuksiin ja peruskorjauksen aikaisiin kustannuksiin. Antti Rämetin [35] mukaan esimerkiksi teräksisten putkisillan elinkaarilaskelmien tulokset riippuvat tällöin vahvasti peruskorjauksen oletetusta kestosta. Sillan käytönaikaiset ajokustannukset ovat suhteellisesti pieniä, koska silta muodostaa vain pienen osan reitin kokonaismatkasta. Liikenneturvallisuusriskejä voidaan hinnoitella käytettäväksi elinkaarikustannusarvioissa. Tyypillisiä laskennallisia riskejä olisivat sillan reunapalkin huonosta kunnosta aiheutuva siltakaiteen turvallisuuspuute sekä tien päällysteen ja liikuntasaumalaitteiden vauriot sillan päädyissä. Periaatteessa on olemassa myös laskennallinen riski sillan kantokyvyn menetykselle, joka voitaisiin ottaa huomioon esim. loppuun käytettävien siltojen tarkasteluissa. Ympäristökysymysten osalta voitaisiin elinkaarikustannuksissa ottaa huomioon sillan rakentamisesta ja peruskorjauksista aiheutuvat ympäristörasitukset tietyllä painoarvolla. Esim. sillan suunnitteluvaiheessa olisi laskettavissa

26 24 Siltojen elinkaarikustannukset ESISELVITYKSEN ASIANTUNTIJAKESKUSTELUT sillan määräluettelon pohjalta eri rakennusmateriaaleista aiheutuvat haittaainepäästöt. Töiden aikana syntyy ympäristörasituksia ja rakennusjätettä, josta viimeksi mainittu voi vaihdella täysin kierrätettävästä ongelmajätteeseen. Mm. teräs ja puurakenteiden suojaukset ja niiden uusimiset aiheuttavat menetelmäkohtaisia haitta-ainepäästöjä. Kuva 6 Periaatekuva liikennehaittojen kustannuskertymästä.

27 Siltojen elinkaarikustannukset 25 ESISELVITYKSEN TULOKSET 4 ESISELVITYKSEN TULOKSET Esiselvityksen tuloksena voidaan esittää seuraavat johtopäätökset: sillan elinkaaritarkasteluja koskevan suunnitteluohjeen tarpeellisuudesta voidaan olla laajasti samaa mieltä, ja vastaavan laadintaan pyritään kansainvälisesti muissa maissa ja organisaatiossa. Tiehallinnolla on käytössään oma, noin kolmen vuosikymmenen mittainen tutkimus- ja kehitystyö kestävien ja ympäristöön sopivien siltojen rakentamiseksi sekä niiden hoidon ja ylläpidon optimoinniksi Tiehallinnon olemassa oleva ohjeistus, siltarekisteri, sillanhallintajärjestelmä ja tutkimusraportit kattavat laajasti siltojen elinkaaritarkasteluihin liittyvää problematiikkaa. Näiden määrittelyt; kuten vaurioluokitukset, rakenneosaluettelot jne. ovat suoraan käyttävissä. Myös korjaustöiden yksikköhintoja on esitetty nykyisessä ohjeistuksessa. Yksikköhintojen kerääminen toteutuneista korjausurakoista on osoittautunut vaikeaksi mm. siksi, että urakat sisältävät useasti useampia siltoja. Keräämistä voitaisiinkin kehittää ja systematisoida tärkeä lisäys Tiehallinnon nykykäytäntöön olisi sillan elinkaarikustannusarvion laatiminen yhtenäistetyllä tavalla siten, että silta- tai peruskorjausvaihtoehtoja voitaisiin verrata, ja suunnittelussa ja hankinnoissa voitaisiin edistää elinkaaritehokkaiden rakenteiden ja työmenetelmien käyttöä siltojen elinkaaritarkastelut ovat kansainvälisesti tunnistamisvaiheessa. Erilaisia huomioon otettavia asioita on esitetty runsaasti, ja erilaisia menetelmiä on suositettu käytettäväksi ilman että mallien avoimia lähtötietoparametreja olisi pyritty luotettavasti määrittämään elinkaaritarkastelujen malleissa näkyy eri tutkijoiden välisiä oppieroja. Toisille kymmenien vuosien datan keruu ei anna riittävän luotettavaa lähtötietoaineistoa, kun taas toiset olettavat parametrit tarkoituksenaan että ne määritettäisiin myöhemmin tarkemmin elinkaaritarkastelujen lähtötietojen määrittämien ei teoriassakaan ole kovin luotettavasti mahdollista, koska sopivassa muodossa olevaa systemaattisesti kerättyä dataa ei ole käytössä, ja uusia tuotteita ja rakenneratkaisuja otetaan käyttöön jatkuvasti. Myös esimerkiksi tulevia muutoksia ympäristössä joudutaan ennustamaan, jos ne otetaan laskennassa huomioon laaja-alaisimmat elinkaarimallit, esim. sillanhallintajärjestelmien elinkaarimoduuleissa, näyttävät olevan niitä, joissa parametrit on jouduttu otaksumaan puutteellisilla lähtötietoaineistoilla. Näiden tuloksiin ei yleisesti voida luottaa ennen kuin niitä on testattu ja kalibroitu kohdesillaston käyttöön monivuotisilla projekteilla siltojen elinkaarilaskennan malleja on nykyisellään sisällytetty sillanhallintajärjestelmiin, jossa lähtökohta on ollut pitkälti tietotekninen ja teoreettinen. Esimerkiksi Markovin ketjulaskentaa käyttävien tilastollisten rappeutumismallien oikeellisuudesta ollaan montaa mieltä, ja niiden käyttöä onkin perusteltu pelkästään matemaattisilla ominaisuuksilla, eli soveltumisella koko sillastoa koskevan kustannusoptimointitehtävän ratkaisuun. sillan rakenneosien ikäkäyttäytymiskäyrät määritetään luontevimmin siltatarkastusten tuloksista, eli Siltarekisteristä, ja tällaisia tutkimuksia on myös Tiehallinnossa tehty. Rakennusfysikaalinen teoreettinen tarkastelu esim. materiaalien laboratoriokokein, instrumentoinnin ja simuloinnin

28 26 Siltojen elinkaarikustannukset ESISELVITYKSEN TULOKSET avulla voi tulla kysymykseen perustutkimuskäytössä yksittäisissä kohteissa elinkaarikustannusarvion laadinnassa keskeinen kysymys olisi tietää rakenteiden oletetut käyttöiät sekä korjauksen hinta ja kesto. Siltarekisteriin ei ole mielekästä siirtää tarkkoja tietoja esimerkiksi yksittäisistä materiaalitiedoista tai tuotenimistä, joten näiden keskinäisestä paremmuudesta ei saada sitä kautta tietoa elinkaarikustannusten vertailuissa olisi otettava huomioon eri kestoisten elinkaarien sekä sillan loppuun käyttämisen vaikutus. Esimerkiksi 100 v. käyttöiän jälkeen osa silloista tai sillan osa, esim. perustukset, voivat olla edelleen käyttökelpoisia. Loppuun käytettävän sillan elinikää ei tarkkaan tiedetä etukäteen, jolloin korvausinvestointi (uusi silta) olisi rakennettava joissain tapauksissa ennen 100 v. käyttöiän saavuttamista. sillan loppuun käyttäminen teknillisten kysymysten osalta tulisi selvittää aikaisempaa tarkemmin mieluummin erillisessä tutkimusprojektissa. Elinkaarikustannusarvion kannalta oleellinen lähtötieto on kuinka kauan loppuun käytettävää siltaa voidaan pitää käytössä. Tämä riippuu vaaditusta varmuustasosta, jonka tarkasteluun esim. tilastolliset laskentamenetelmät tai osavarmuuskertoimien tarkempi analyysi voisivat antaa matemaattisen pohjan vaikka edistyksellisiä rappeutumismalleja olisikin saatavilla, elinkaarikustannuslaskelmiin riittäisi periaatteessa tieto uuden ja korjatun rakennusosan oletetusta käyttöiästä. Elinkaaritarkastelujen suunnitteluohjeessa tulisi olla tunnistettuja esimerkkejä siitä, millä ja miten oletettua käyttöikää voidaan lisätä, tai mitkä tekijät alentavat käyttöikää elinkaaritarkastelujen tuloksena syntyvä elinkaarikustannusarvio tulisi ymmärtää olevan nimensä mukaisesti arvio, joka heijastaa Tiehallinnon siltojen hoidon- ja ylläpidon vakiintunatta toimintalinjaa ja siinä mukana olevien asiantuntijoiden ja sillantarkastajien näkemystä korjausten suorittamisesta ja korjausajankohdasta sillan elinkaarikustannusarvio tulisi tarkkuudeltaan olla samaa tasoa kuin nykyinen sillansuunnittelijan laatima siltojen kustannusarvio. On mahdollista että tulevaisuudessa siltojen korjaustöiden yksikköhintaluetteloita pitäisi yllä myös Tiehallinnon ulkopuolinen taho, kuten nykyisin rakennuskustannuksia lähteessä [36] koska elinkaaritarkastelujen suorittamiseksi tulee todennäköisesti kaupallisia ohjelmistoja markkinoille, ja tutkimusorganisaatiot kehittävät omia sovelluksiaan, on elinkaarikustannusarvion problematiikka periaatteessa sama kuin sillan kustannusarvion laadinnassa. Onko kyseessä erillisenä ostettava asiantuntijapalvelu, vai yksinkertainen sillansuunnittelijan yhtenäisellä ohjeella laatima arvio? Elinkaaritehokkaiden suunnittelu- ja korjausratkaisujen kehittäminen ja käyttöönotto puoltaisi sillansuunnittelijan laatimaa yksinkertaista elinkaarikustannusarviota, ja sen ohjeistusta nykyarvomenetelmä on käytetyin menetelmä elinkaarikustannusarvioissa. Nykyarvomenetelmän diskonttokoron valinnalla on keskeinen vaikutus tuloksiin. Sillan elinkaarikustannusarvio tehtäisiin mieluummin useammalla eri korkoprosentilla. Samoin tulisi esittää herkkyysanalyysi muille lähtötieto-otaksumille korjauksen siirtämisen vaikutus korjauksen kustannuksiin tulisi arvioida nykyistä tarkemmin. Korjattava alue paitsi laajenee ajan kuluessa myös itse korjauksesta voi tulla oleellisesti hankalampi. Yksikköhinnat voitaisiin siten antaa esimerkiksi eri vaurioluokille.

29 Siltojen elinkaarikustannukset 27 ESISELVITYKSEN TULOKSET 4.1 Suositukset elinkaarikustannusohjeen sisällöksi Suoritetun esiselvityksen perusteella rajoittavia teknillisiä esteitä siltojen elinkaarikysymyksiä käsittelevän suunnitteluohjeen laatimiseksi ei ole. Suunnitteluohjeen sisällöksi voidaan antaa seuraavat suositukset: ohjejulkaisun työnimenä voi olla Siltojen elinaarikustannukset. Ohjeessa esitettään tiivistetysti sillan elinkaaritehokkuuteen vaikuttavat tekijät ja laskentaohje elinkaarikustannusten määrittämiseen. Tavoitteena kompakti, sivun, suunnitteluohje. Suunnitteluohjeen kohderyhminä ovat sillansuunnittelijat ja tienpitäjän silta-asiantuntijat sekä välillisesti siltainvestoinneista päättävät henkilöt ohjeessa ei esitetä laajoja taustaselvityksi ja lähdeluetteloita, vaan niiden osalta voidaan viitata mm. tähän esiselvitykseen ohjeeseen sisällytetään korjaustöiden yksikköhintoja, peruskorjauksen kestoja, rakenteiden käyttöikiä ym. lähtötietoja niin laajasti, että niiden pohjalta voidaan laatia tavanomaisten siltavaihtoehtojen ja tavanomaisten peruskorjausvaihtoehtojen elinkaarikustannusarviota. Elinkaarikustannusarvion laadinnasta esitetään esimerkki elinkaarikustannusarviossa otetaan huomioon käyttäjän ja yhteiskunnan kustannuksia. Näiden vaikutus esitetään erillään suorista tienpitäjän rahakuluista yksikköhintaluetteloiden laadinnassa hyödynnetään Sillantarkastusohjeen yksikköhintoja, ja liikennehaittojen osalta Tiehallinnon julkaisemia ajokustannusten yksikköhintoja ohjeen mukaan laadittu elinkaarikustannusarvio antaa mahdollisuuden tarkastella eri suunnitteluvaihtoehtojen merkitystä. Tavoitteena on lisäksi että ohjeella voidaan tarkastella Sillanrakentamisen yleistä laatutasoa (InfraRYL) tai korjausohjeita (SILKO) kestävämpien ratkaisujen käytön taloudellisuutta elinkaaritehokkaiksi ja kestäviksi, tai vastaavasti tehottomiksi, tiedetyt suunnittelu- ja korjausratkaisut eritellään elinkaarikustannusarvion lähtötiedoissa (käyttöikä, yksikkökustannukset ja korjaustöiden kesto). Näiden tunnistamiseksi suoritetaan lisää asiantuntijahaastatteluita tiedot rakenneosien käyttöiästä johdetaan siltarekisterin vauriotiedoista hyödyntäen vastaavia aikaisempia tutkimuksia elinkaarikustannusarvio laaditaan nykyarvomenetelmällä käyttäen useampaa diskonttokoron arvoa, esim. 1 %, 2 % ja 5 %. Lisäksi esitetään vastaava arvio ilman diskonttokoron vaikutusta ohjeen laadinnan yhteydessä laaditaan esimerkkilaskelmia siltojen elinkaarikustannuksista, ja näiden tulokset analysoidaan asiantuntijaryhmässä ohjeen laadinnan yhteydessä tarkastellaan mahdollisuutta sillan elinkaaritehokkuusluokituksen (vrt. Siltapaikkaluokitus) käyttöönotosta. Luokitus sisällytetään tarvittaessa ohjeeseen.