Osa 11.1 INFRAMALLINNUS PÄÄLLYSTEIDEN KORJAUSRAKENTAMISESSA Ohjaus ja koordinointi Laadunvarmistus Lähtötietojen hankinta ja mallintaminen Inframallintaminen Vuorovaikutus ja yhteistyö Suunnittelu ja rakentaminen Tekniikkalajien yhteensovittaminen (yhdistelmämalli) NCC Roads Oy / Manu Marttinen, Finnmap Infra Oy / Markku Pienimäki 29.7.2015
1 (36) Versiointisivu Dokumentin versiohistoria Versio Päiväys Tekijä Kuvaus 1.0 5.4.2014 Manu Marttinen Luonnoseversio 1.1 13.4.2014 Manu Marttinen Lisätty kohta 2.2.1. Huomioitu Katri Eskolan kommentit 1.2 23.4.2014 Manu Marttinen Toteumamallin vaatimuksia lisätty 1.3 6.4.2015 Manu Marttinen 1.4 22.4.2015 Manu Marttinen Käsittelee nyt (alustavasti) koko kunnossapitoa Suoritettu kysely ylläpidosta vastaaville (ELY) Täydennettävä vielä teiden hoidon tarpeilla Muokattu yleisemmäksi kuin käsittelemään vain Liikenneviraston / ELY-keskusten tarpeita 1.5 23.4.2015 Manu Marttinen Muokattu vastaamaa uudistuvaa terminologiaa 1.6??? Antero Arola ja/tai Manu Marttinen Käsittelee nyt kokonaisuudessaan infran hallinan osia: 1) korjaus 2) hoito 1.7 18.6.2015 Markku Pienimäki Pyritty huomioimaan versiosta 1.6 saadut lausunnot 1.8 23.6.2015 Markku Pienimäki Lisätty luku Mallipohjainen päällysteen korjaus 1.9 26.6.2015 Markku Pienimäki 1.91 29.7.2015 Markku Pienimäki Luku 1 (ennen luku 2) jaettu osiin: Mittaus- ja reksiteritiedon käyttö mallipohjaisesti (uusi luku) Toteumatieto suunnittelusta korjausrakentamiseen (entinen luku) Lisätty muutamia täydennyksiä tekstiin H. Mäkelän kommenttien pohjalta
2 (36) SISÄLLYS Korjausrakentamiseen liittyviä termejä... 3 1 Mallintamisen hyödyntäminen korjausrakentamisessa... 5 1.1 Yleistä... 5 1.2 Mittaus- ja rekisteritiedon hyödyntäminen mallipohjaisesti... 5 1.2.1 Lähtötietojen keräys... 6 1.2.2 Lähtötietomallin käyttömahdollisuuksia... 8 1.2.3 Kohdesuunnittelu... 11 1.3 Vaatimukset toteumamallille... 12 1.4 Infran hallintaan liittyvien rekisteritietojen tulevaisuuden käyttöliittymä... 13 1.5 Koko elinkaaren kattava mallintaminen tulevaisuudessa... 15 2 Mallipohjainen päällysteen korjaus... 16 2.1 Mallintamisen tavoitteet päällystyshankkeissa... 16 2.2 Tietomallintaminen päällystyskohteessa... 17 2.2.1 Lähtöaineistot... 18 2.2.2 Maatutkaluotaus ja referenssinäytteiden otto... 20 2.2.3 Lähtötietomallin luominen... 21 2.2.4 Mallipohjainen suunnittelu... 24 2.2.5 Rakenteen kestävyyden tarkistaminen... 31 2.2.6 Koneohjausmallin tuottaminen ja siirto työmaalle... 32 2.2.7 Toteutus koneohjausmallin avulla... 33 2.2.8 Toteutuman mittaaminen ja dokumentointi... 34
3 (36) Korjausrakentamiseen liittyviä termejä Kunnossapito Infra-alalla kunnossapito-termi ei ole yksiselitteinen. Liikenneviraston tienpidon määrittelyjen mukaan maanteiden kunnossapitoon kuuluu päällystettyjen teiden, sorateiden, siltojen, tieympäristön sekä laitteiden ja rakenteiden hoito ja ylläpito. (Kunnossapito = hoito + ylläpito) http://portal.liikennevirasto.fi/sivu/www/f/kunnossapito/teiden_kunnossapito Kadunpidon terminologian mukaan kunnossapito on rakenteen tai laitteen kunnon palauttamista alkuperäistä vastaavaksi ja sillä pidennetään teknistä käyttöikää (Ylläpito = kunnossapito + hoito (+käyttö)) Ylläpito Tieverkolla ylläpito on kunnossapidon osa, johon sisällytetään rakenteeseen vaikuttavia toimia. Yleisimpiä näistä ovat asfaltointi, rakenteenparannustyöt (esimerkiksi rummunvaihto, kiilan rakennus, massanvaihto, teräsverkon asennus) ja tiemerkintöjen ylläpito. Kadunpidon tehtäväluettelon mukaan ylläpitoon sisältyy rakenteiden ja laitteiden kunnossapito, hoito ja käyttöön liittyvät tehtävät. Tämän lisäksi muiden infratoimijoiden kunnossa-/ylläpidon terminologia saattaa poiketa ylläesitetystä. Esimerkiksi vesihuoltoverkoston ylläpitoon lasketaan kuuluvaksi saneeraus, kunnossapito ja käyttö. Hoito Infran hallinta Sekä tien- että kadunpidossa hoidolla varmistetaan teiden tai katujen päivittäinen liikennöitävyys. Yleisimpiä hoidon toimia ovat talvihoito (esimerkiksi auraus, suolaus), kesähoito (esimerkiksi sorateiden pölynesto), kuivatuksesta huolehtiminen (esimerkiksi ojan perkuu ja kaivu), liikenneympäristön hoito ja pienet asfalttipaikkaustyöt. On esitetty, että infranimikkeistö tulee muuttumaan siten, että Liikennevirasto ja Kuntaliitto ottavat käyttöön yhteiset termit. Vanhoista termeistä kunnossapito ja ylläpito jäävät kokonaan pois. Uusi toimenpidetermi infran hallinta tulee koostumaan käsitteistä korjaus, hoito ja käyttö. Korjaus -termi tulee käsittämään periaatteessa edellä mainitun (poistuvan) Liikenneviraston käyttämän ylläpito -termin asiat. Hoito -termi taas kattaa samat asiat kuin Liikenneviraston hoito -käsite kattoi aikaisemminkin. Käyttö -termi on lähinnä laitteiden hallintaa ja käyttöä, kuten ulkovalaistuksen sytyttämistä ja sammuttamista (eli Hallinta = korjaus + hoito + käyttö). Tässä ohjeessa pyritään käyttämään tätä uutta ehdotettua infran hallintaan perustuvaa terminologiaa.
4 (36) Toteutusmalli Koneohjausmalli Opastava koneohjaus Toteumamalli Tietomalli, joka on yleensä osa kohteen suunnitelmaa ja jonka avulla voidaan ohjata työsuoritetta ja sen eri vaiheita työmaalla. Toteutusmallin muoto, jossa ohjataan automaattisesti itse työkonetta ilman, että koneenkuljettajan tarvitsee puuttua työkoneen sähköhydrauliseen ohjausjärjestelmän tekemän työstön (esimerkiksi höylässä terän, asfaltinjyrsimessä rummun, asfaltinlevittäjässä perän) ohjaamiseen. Koneohjausmallia käytettäessä koneenkuljettaja yleensä kuitenkin ohjaa työkoneen liikkumista työmaalla. Toteutusmallin muoto, jolloin suunnittelumalli tuodaan työkohteelle manuaalisesti esim. tabletin avulla tai merkitsemällä suunnitelmatiedot suoraan tien pintaan. Työnsuorittaja (esim. kuljettaja) ohjaa manuaalisesti työtä (konetta) kyseisen ohjeistuksen mukaisesti. Rakentamisen tai korjaustoimien jälkeen toteutuneesta työstä tehtyjen mittausten perusteella laadittu malli. Mittaus voidaan tehdä erillisenä toimena toteutuksen jälkeen tai itse työtä tekevällä koneella. Toteumamallin ero toteutusmalliin kuvastaa tehdyn työn toteutuksen epätarkkuutta. Toteumamallin eroa toteutusmalliin voidaan käyttää rakentamisen laadun määrittämiseen (onko rakennettu toleranssiin?) ja laadun osoittamiseen.
5 (36) 1 MALLINTAMISEN HYÖDYNTÄMINEN KORJAUSRAKENTAMISESSA 1.1 Yleistä Tietomallintaminen on viime vuosina yleistynyt infra-alalla erityisesti uudisrakentamisessa. Korjausrakentamisen puolella mallintamista on käytetty huomattavasti vähemmän. Tietomallintamista voidaan soveltaa korjaamisrakentamisen tarpeisiin monin tavoin aivan samoin kuin rakentamisvaiheessa. Rakentamisen luonteisissa toiminnoissa kuten esim. päällystämisessä mallinnus on sisällöltäänkin hyvin samanlaista suunnittelua, mutta yleisimmin ylläpidon toiminnoissa tietomallinnus olisi enemmänkin systemaattista tiedonhallintaa ja sen hyödyntämistä. Mallintamiseen yleisesti liitetty käsite kohteen elinkaaren aikaisesta tiedon hyödyntämisestä konkretisoituu ylläpitoon liittyvissä toiminnoissa. Suunnittelu- ja rakennusvaiheessa koottu tieto tulisi pystyä liittämään ylläpidon aikana kerättyyn tietoon, laatia näiden kesken synteesejä ja analysoida tietoa päätöksenteon tueksi. Yksinkertaisimmillaan nykyisinkin runsaasti saatavilla olevan tiedon (mittaus- tai rekisteritietojen) hyödyntämistä voitaisiin parantaa liittämällä laatutietoon globaali paikkatieto. Korjausrakentamisessa tietomallintamisella tavoitellaan samoja hyötyjä kuin uudisrakentamisessakin. Infraalalla on jo käytännössä osoitettu, että tuotemallintamisen avulla rakentamisen tuottavuus paranee virheet vähenevät suunnittelun ja rakentamisen laatu paranee kustannukset hallitaan paremmin saadaan luotettavampaa määrätietoa hankkeessa toimijoiden kommunikointi ja yhteistyö paranee suunnitteluratkaisuja voidaan esitellä havainnollisesti prosessin eri toimintoihin saadaan enemmän läpinäkyvyyttä. Erityisesti korjausrakentamisessa mallintamalla on mahdollista siirtää kohteeseen liittyvät tiedot keskitetysti vaiheesta toiseen hyödyntää lähtötiedot nopeasti ja havainnollisesti visualisoida suunnitteluratkaisut suhteessa lähtötilanteeseen optimoida korjaukseen käytettäviä varoja kohdentamalla toimenpiteet ongelmakohtiin lisätä korjaustöiden turvallisuutta kehittää hankintamenettelyjä. 1.2 Mittaus- ja rekisteritiedon hyödyntäminen mallipohjaisesti Infra-alalla on käytössä lukuisia tietovarastoja, jotka on kehitetty tiettyyn käyttötarkoitukseen ja otettu käyttöön jopa vuosikymmeniä sitten. Kuvassa 1-1 on esitetty keskeisimpiä Tiehallinnon tietovarastoja vuodelta 2006.
6 (36) Kuva 1-1 Tiehallinnon tietovarastoja, kuva vuodelta 2006 Erilaisia tarjolla olevia tietoja ei yleensä hyödynnetä kovinkaan kattavasti korjausrakentamisessa. InfraFIN- BIM-pilottiprojektissa Maintanance BIM testattiin olemassa olevien tietovarastojen ja mittaustietojen hyödyntämistä yhden tietyn korjausrakennuskohteen tarpeisiin. Seuraavassa luvuissa esitetään kuvaus kyseisen pilottihankkeen aineiston kokoamisesta ja hyödyntämismahdollisuuksista. 1.2.1 Lähtötietojen keräys Eri tietovarastoista kerätty aineisto, kohteelta saadut mittaustulokset ja muuten koottu tieto tallennetaan hankkeen käyttöön yhteen yhteiseen tietovarastoon, esim. hankeportaaliin. Kuvassa 1-2 esimerkkiaineistosta on laadittu YIV-ohjeistuksen (YIV 2015, Lähtötietojen vaatimukset; Lähtötilamallit) mukainen lähtöaineistoluettelo.
7 (36) Kuva 1-2. Lähtötietoaineiston kansiorakenne-esimerkki. Mittausaineisto voi koostua mm. seuraavista mittauksista: mobiililaserkeilaus maatutkaluotaus maastokäyntiaineistot (mm. vauriokartoitukset, rumpukatselmukset) rumpujen tarkemittaustulokset PPL mittaukset Traffic Speed Deflection (TSD) mittaukset tierakennekairaukset ja kantavan kerroksen näytetutkimukset. Tietovarastoista saadaan ainakin seuraavat tiedot: palvelutasomittausaineistot kiinteistötietojärjestelmän kiinteistörajat Liikenneviraston tierekisteritiedot Maanmittauslaitoksen lentokonelaserkeilausaineistot Geologian tutkimuskeskuksen maaperäkartta johtotietojärjestelmän johtotieto Maanmittauslaitoksen rasterikartta Maanmittauslaitoksen ilmakuvat. Kaikkiin tietoihin liittyvä paikkatieto tulisi yhdenmukaistaa ja muuttaa tarkasti yhtenäiseen globaaliin koordinaatistoon. Tehtävä on varsin vaativa ja kaikkien tietojen osalta siihen ei aina päästäkään. Tässä yhteydessä on syytä dokumentoida, mikä on tuotetun tiedon tarkkuus ja paikkansapitävyys. Apukeinona on syytä käyttää lähtötietojen tarkistusta ristiin ja mahdollisia lisätutkimuksia erovaisuuksien ilmetessä. Tierekisteritieto ei valitettavasti ole kokemusten perusteella luotettavaa. Urakoitsijoiden ilmoittamien toteumatietojen oikeellisuuden mahdollistamista olisi syytä tukia ja kehittää. Melko helposti voidaan yhdistää ainakin mobiilikartoituksesta laaditun pintamallin ja maatutkaluotauksesta tulkitun rakennekerrosmalli peruslähtötietomalliksi. Siihen voidaan sitten mahdollisuuksien mukaan liittää paikkatiedon perusteella muu mittausaineisto ja rekistereistä haetut tiedot. Esimerkkitapauksessa esimerkiksi Maanmittauslaitoksen lentokonelaserkeilausaineiston avulla tuotettu valuma-analyysi liitettiin lähtötietomalliin.
8 (36) 1.2.2 Lähtötietomallin käyttömahdollisuuksia Lähtötietomallia voidaan sitten tarkastella suunnitteluohjelmistoissa, infraomaisuuden hallintajärjestelmissä ja esimerkiksi Google Earth sovelluksessa (kuvat 1-3 7). Kuvassa 1-3 on avattuna useita näkymäikkunoita suunnittelujärjestelmään kerätystä ja mallinnetusta tarkastelukohteen lähtötietoaineistosta. Kuva 1-3. Lähtötietoaineiston tarkastelua Bentleyn PowerCivil-suunnitteluohjelmistossa. Kuvassa 1-4 on esimerkkikuva selainpohjaisesta hankkeen lähtötietojen katselu- ja latauspalvelusta. Siinä tarkasteltavat tiedot on mahdollista poimia lähtötietomallin mukaisen hakemistorakenteen valintalistalta. Järjestelmä hallitsee myös aineistoon liitettyä metatietoa.
9 (36) Kuva 1-4. Lähtötiedon ilmentämisesimerkki Siton Lähtötietokoneessa. Kuva 1-5. Lähtötiedon ilmentämisesimerkki Google Earth ohjelmassa. Selainpohjaiseen, yleisesti käytettävissä olevaan Google Earth karttaohjelmaan on helppo viedä paikkatietoon liitettyä aineistoa. Kuvassa 1-5 on esitetty korjauskohteen valuma-alueita ja tien rummut. Myös esimerkiksi rummuista otetut valokuvat on katseltavissa järjestelmässä.
10 (36) Kuva 1-6. Valuma-analyysin tarkastelua Rambollin tietopalvelussa. Rambollin verkkoyhteydellä toimiva tietopalvelu sisältää runsaasti tietoa Suomen tieverkolta. Käyttäjä voi poimia tarjolla olevasta aineistosta haluamansa tiedot tarkasteltavan kohteen karttaesitykseen. Kuvassa 1-6 esitetään koetien valuma-alueet ja vedenvirtaamissuunta sivuojien kunnostussuunnitelmaa varten. Kuva 1-7. Esimerkkikuva tierakenteen kerrosrajojen ja kantavuusmittaustulosten yhdistämisestä pituusleikkaukseen. Kuvassa 1-7 on havainnollistettu pudotuspainolaitteen mittaustulosten esittämistä pituusleikkaukseen maatutkan mittaustulosten pohjalta mallinnetun tierakenteen kanssa.
11 (36) 1.2.3 Kohdesuunnittelu Varsinaisten toimenpiteiden, kohdesuunnittelun, lähtökohtana oli tarkka maastokartoitus, jonka avulla selvitetään todelliset vauriokohdat. Tämän takia maastokäyntejä on joskus syytä tehdä useita ja eri vuoden aikoihin (mm. roudan vaikutuksen selvittämiseksi). Myös maastohavainnot on hyvä yhdistää mitattuihin ja rekisteristä kerättyihin tietoihin. Näin eri lähtötiedot täydensivät toisiaan tehokkaasti ja suunnittelussa pystyttiin hyödyntämään aidosti jaksotusajattelua toimenpiteiden kohdistamisessa. Pohjamaan laatu arvioidaan maastokäyntien yhteydessä ja Geologian tutkimuskeskuksen maaperäkartan avulla. Maatutkaluotausten (ja referenssikairausten) avulla selvitetyt päällysteen ja rakennekerrosten paksuudet viedään tiesuunnittelujärjestelmään. Kuvassa 1-8 rakennekerrokset on esitetty maastomallissa. Kuva 1-8. Ruutukaappaus maastomallin esittämisestä Tekla Civil tiensuunnittelujärjestelmässä. Kevättalven ja kesän mittauksia vertaamalla ja maastohavaintoja hyödyntämällä pystytään päättelemään mahdolliset routaongelmaiset kohdat. Tältä osin suunnittelussa ei vielä ole käytettävissä kovinkaan tehokkaita työkaluja, jolla nämä eri ajankohtien mittaukset voitaisiin havainnollistaa paremmin toisiinsa nähden. Nyt tätä työtä joudutaan tekemään manuaalisesti, mikä oli varsin suuritöistä. Kantavuusmittauksia analysoimalla (PPL, TSD) ja näytetutkimusten avulla havaitaan melko luotettavasti kohdat, joissa vauriot johtuvat rakenneperäisistä asioista (esim. liian suuri hienoainespitoisuus tms.) Kohdesuunnittelussa joudutaan usein panostamaan erityisesti kuivatuksen suunnitteluun. Lähtötietoina tässä voidaan hyödyntää sekä rekistereistä saatuja että hanketta varten erikseen mitattuja aineistoja, joita ovat: rumpujen tarkemittaus (onko rumpujen sijainti ja kaltevuus oikein rakenteessa) kiinteistötietojärjestelmän kiinteistörajat (tarvitseeko toimenpiteitä ulottaa tiealueen ulkopuolelle)
12 (36) valuma-analyysi (ovatko rummut oikeissa paikoissa, tarvitaanko uusia rumpuja) maastokäynnit (ovatko rummut liettyneet, kuinka pahasti) Lisäksi toimenpidesuunnittelun yhteydessä voidaan ottaa huomioon: johtotietojärjestelmän johtotieto (massanvaihto / mvk tai ojien kunnostaminen) Liikenneviraston tierekisteritiedot (jakopisteet, tieosien pituudet, KVL, pohjavesialueet). 1.3 Vaatimukset toteumamallille Rakentamiseen ja infran hallintaan liittyvien töiden lopputuloksena tuotetaan mittauksiin perustuva toteumamalli. Toteumamallia hyödynnetään laadunvarmistuksessa vertaamalla sitä inframalliin. Jos rakentamiseen tai infran hallintaan liittyvä työ on tehty vaadittuihin toleransseihin, toteumamallina voidaan käyttää inframallia. Infran hallintaan liittyviä toimia suunniteltaessa luodaan tarpeen mukaan hankekohtaisesti ja tilaajan määritysten mukaan tämän ohjeen mallivaatimusterminologian mukaiset lähtötieto-, infra-, toteutus- ja toteumamallit. Näitä malleja hyödynnetään kyseisessä hankkeessa ja mahdollisesti seuraavia infran hallintaan liittyviä toimia suunniteltaessa tulevaisuudessa. Rakentamiseen ja infran hallintaan liittyvien töiden lopputuloksena syntyneen toteumamallin sisältämät tiedot on saatava infran omistajan ja/tai infran hallinnasta vastaavan toimijan käyttöön viemällä ne eri rekistereihin ja tietovarastoihin. Tilaaja määrittää hankekohtaisesti mitä tietoja on vietävä, missä muodossa, ja mihin rekistereihin. Toteumamalli on myös luovutettava tilaajalle alkuperäisessä formaatissa, jotta tilaaja pystyy tulevaisuudessa siirtämään siitä tietoja uusiin rekistereihinsä. Viimeistään toteumamallivaiheessa lisätään objektisidonnainen (piste, viiva tai alue) tieto Inframalliin infran hallintaa varten. Esimerkiksi tierumpua tai bussipysäkkiä kuvaaviin olioihin ja taiteviivoihin liitetään pistemäinen tieto, joka sisältää XYZ paikkatiedon lisäksi metatietoina olioon kuuluvat ominaisuustiedot. Tilaaja määrittää mitä objekteja ja ominaisuustietoja pitää missäkin vaiheessa tallentaa ja liittää muut tarvittavat ominaisuustiedot tarvittaessa itse kyseiseen objektiin. Objektiin liittyviä ominaisuustietoja ja tiedon tallennusvaiheita on kuvattu esimerkkikuvassa yksi. Vastaavaa tiedonkeruumallia voidaan hyödyntää myös inventoidessa olemassa olevaa infraomaisuutta.
13 (36) Kuva 1-9. Esimerkki rumpu-olion ominaisuuksiin liittyvistä tilaajan asettamista vaatimuksesta 1.4 Infran hallintaan liittyvien rekisteritietojen tulevaisuuden käyttöliittymä Esimerkiksi yleistä tieverkkoa ylläpidetään (tuleva termi: korjaus) ja ylläpidollisia toimia suunnitellaan rekistereiden avulla. Käytössä olevien rekistereiden tueksi ylläpidon tarpeisiin tulisi luoda visuaalinen ilmentymä / käyttöliittymä koko ylläpitoprosessin (hankinta, lähtötiedot, suunnittelu, rakentaminen) tarvitsemista lähtötiedoista metatietoineen. Kyseisessä käyttöliittymässä objektit olisivat ilmennettyinä paikkaan sidotusti yksinkertaisilla graafisilla merkeillä (piste, viiva, alue). Objektit sisältäisivät rekistereistä saatavien tietojen lisäksi esimerkiksi linkin itse tietoon / tietomallin / tietovarastoon / tietorekisteriin. Käyttöliittymä voisi sisältää keskilinjageometriaan liittyvien tietojen lisäksi myös muuhun geometriaan liittyviä tietoja. Tällaisia geometrioita olisivat tulevaisuudessa esimerkiksi tien reunan geometria, jokin muu geometria tai tietyn offsetin mukainen geometria keskilinjageometriaan verrattuna. Oleellista käyttöliittymässä olisi myös ominaisuus, jonka avulla vain tiettyjä objekteja voisi katsoa kerralla, sekä tiettyjä objekteja hakea tietyltä linjalta tai alueelta. Esimerkki käyttöliittymästä on kuvattu kuvassa kaksi.
14 (36) Kuva 1-10. Esimerkki objektien kuvaamista tulevaisuuden käyttöliittymässä. Kuvassa on pistemäisiä, viivamaisia ja aluemaisia objekteja, joihin liittyy ominaisuustietoja (esimerkkejä tiedoista kuvattu). Pistemäiset objektit ovat tässä esimerkissä keskilinjageometriaan liittyviä tierumpuja, viivamaiset keskilinjageometriasta tietyn offsetin päässä olevia tiekaiteita ja aluemaiset kuvaus keskilinjageometriaan liittyvästä toteumallista ja sen sijainnista pilvipalvelussa (ylempi), sekä keskilinjageometriaan vieressä sijaitsevasta viheralueesta (alempi). Ylläpidon rekisteritietojen visuaalinen käyttöliittymä perustuisi tiedonsiirtoon avoimien rajapintojen avulla. Koska tietoa haettaisiin järjestelmään eri tietovarastoista, olisi äärimmäisen tärkeää ymmärtää tietoa tuotettaessa liittää tiedon yhteyteen sen tuottamistapa ja tarkkuus. Visuaalisessa käyttöliittymässä oleellista olisi: Tiedon todellinen sijainti maastossa o koordinaattijärjestelmä tilaajan osoitejärjestelmä rekisterin osoitejärjestelmä -relaatio o (kartalla) ilmennettävän tiedon tyyppi (piste, viiva, alue) Tiedon sijainti palvelimella o linkki pilvipalveluun o linkki rekisteriin tai tietovarastoon o linkki inframalliin Metatietona kulkevat määrittelytiedot o miten tieto on tuotettu o kuka tiedon on tuottanut o mikä on tiedon tarkkuus Esimerkkejä käyttöliittymällä ilmettävistä tiedoista: Tieto toteumamallista (jos olemassa) o mitatut pinnat
15 (36) o toteumamallin metatiedot Maanmittauslaitoksen lentokonelaserkeilausaineisto Maanmittauslaitoksen rasterikartta Maanmittauslaitoksen ilmakuvat Geologian tutkimuskeskuksen maaperäkartta Johtotietojärjestelmän johtotieto Kiinteistötietojärjestelmän kiinteistörajat Tiedot tehdyistä mittauksista ja tutkimuksista o mobiilikartoitukset ja muut keilausaineistot o rumpujen, varausteiden ja laitteiden yms. tarkemittaukset o maatutkaluotaukset o tierakennekairaukset ja muut pohjatutkimukset o kantavuusmittaukset Tiedot tehdyistä katselmuksista ja havainnoista o edellisen toimenpiteen aikana tehdyt havainnot o konsulttien yms. maastokäynnit o muiden toimijoiden (tieverkolla esimerkiksi alueurakan) havainnot o käyttäjien havainnot Omistajan rekisterien tiedot 1.5 Koko elinkaaren kattava mallintaminen tulevaisuudessa Korjausrakentamisen mallintaminen edellyttää ja tuottaa runsaasti tietoaineistoja. Tietojen jäljitettävyyden takia kaiken tuotettavan tiedon yhteyteen olisi tulevaisuudessa syytä liittää metatietona esimerkiksi kuhunkin inframallin olioon tai tietorekisterin objektiin ainakin jokaiseen tiedostoon liittyen: lähtötietojen hallintainformaation (mitä tietoa on olemassa ja missä, kuka hankkinut, miksi) suunnittelussa käytetyt lähtötiedot (kuka hankkinut, milloin, miksi, mikä on tarkkuus) toteutukseen liittyvät tiedot (kuka suunnittelut, milloin, miksi) omaisuuden hallintaan liittyvät tiedot (kuka toimittanut tuotteen tai palvelun, milloin, onko toteuma ollut suunnitelman mukainen jos ei niin miksi, onko toteutuksen mukaiset muutokset suunnitelmiin tehty) rakentamisen aikaleima (mahdollistaa esimerkiksi linkin kyseisen ajankohdan säätilatietoon, mikä olisi hyödynnettävissä laadunvalvonnan yhteydessä). Tulevaisuudessa tullaan varmasti myös infrakohteiden koko elinkaarta tarkastelemaan XD-elinkaarimalleilla, jotka hallitsevat kaiken hankkeen mallinnukseen liittyvän tiedon. Olennaista elinkaarimallissa olisi tiedon aikariippuvuus. Mallissa olisi mahdollista tarkastella rinnakkain esimerkiksi rakentamisen aikaista suunnitelmaa, rakentamisen toteumaa, ylläpidon aikaista suunnittelua ja sen toteumaa sekä korjausrakentamiseen liittyviä suunnitelmia. Kenties joskus tulevaisuudessa erilaisia rekistereitä ja tietovastoja ei enää tarvittaisi, vaan koko tieverkon kattavat mallit sisältäisivät vastaavat tiedot.
16 (36) 2 MALLIPOHJAINEN PÄÄLLYSTEEN KORJAUS 2.1 Mallintamisen tavoitteet päällystyshankkeissa Mallipohjaista suunnittelua (BIM-suunnittelua) voidaan hyödyntää myös päällysteen korjaustehtävissä. Tämä edellyttää perinteisestä päällystyksen toimintamallista hivenen poikkeavaa menettelyä ja tuo mukanaan erilaisten mittausmenetelmien, kuten mobiililaserkeilauksen ja maatutkauksen hyödyntämisen päällystystoimenpiteiden yhteydessä. Sama koskee rakennushankkeilla voimakkaasti lisääntyvää koneohjausta, jonka tarjoamia mahdollisuuksia ja toimintatapoja käytetään nykyisin päällystämisessä varsin vähän hyväksi. BIM-suunnittelun perusedellytys päällystyksen yhteydessä on, että kohteesta on käytettävissä sen nykyistä kuntoa edustavat digitaaliset kuntotiedot. Yleisimmin tiedot hankitaan laserkeilaamalla kohde ajoneuvoon asennetulla laitteistolla (mobiililaserkeilaus). Keilaus tuottaa runsaasti raakadataa eli ns. pistepilven, josta analysoidaan ja tulkitaan kohteen nykytilamalli, mikä kuvaa kohteen nykyistä tilaa sellaisena kuin se todellisuudessa on. Nykytilamallin ja mahdollisten muiden mittausten (mm. PTM, PPL, maatutka) perusteella arvioidaan kohteen nykykunto kuten tasaisuus, heitot, ura ja kaltevuudet. Päällystystarve ja päällystystoimenpiteet suunnitellaan koko kohteen osuudelle sen nykykunnon ja tavoitekunnon perusteella. Erilaiset päällystystoimenpiteet (jyrsintä, tasaus ja uusi päällyste) voidaan optimoida kohteen eri osille haluttujen vaikutusten saavuttamiseksi tai kokonaiskustannusten perusteella. Perinteisesti korjaushankkeissa päällystämisellä korjataan vain tien pintakunto (poistetaan pintavauriot ja korjataan tasaisuutta). Mallipohjaista menettelyä käyttäen voidaan lisäksi korjata tien pituus- ja poikkisuuntaisia puutteita. Päätavoitteena on tällöin poistaa tien huonot sivukaltevuudet turvallisuuden kohentamiseksi ja tien kunnon ylläpitämiseksi. Sivukaltevuus kuvaa tien poikittaista kallistumaa ja on myös indikaattori tien pinnan veden poisjohtamiskyvylle. Riittämätön tai väärinpäin oleva sivukaltevuus lisää ajoneuvojen suistumisriskiä sekä kertoo tien rakenteessa tapahtuneista haitallisista muutoksista. Sivukaltevuustarkastelujen lisäksi mallinnus sopii hyvin myös pahimpien pituussuuntaisten heittojen (painumien) korjaamiseen. Mallipohjaisella päällystystyön suunnittelulla voidaan myös: arvioida ja kohdentaa päällystysratkaisuja kohteen ominaisuuksien perusteella o kohdentamalla korjaukseen käytettävien varojen ongelmakohtiin o korjaamalla viat/vauriot halutulla tavalla (tai tasolla) o arvioimalla toimenpiteiden vaikutukset laatuun tai turvallisuuteen korjata tien geometriaa tiettyjen erityistavoitteiden saavuttamiseksi (kuten esim. raskaan liikenteen turvallisuuden parantamiseksi) saavuttaa laadukkaampi lopputulos perinteiseen menettelyyn nähden (vähemmän virheitä, toimenpiteiden parempaa kohdentamista) saavuttaa kustannussäästöjä mm. optimoimalla massoja (jyrsintä-, tasaus-, päällystysmassojen kesken) vähentää rutiiniöitä kohteella (esim. manuaalista tiedonkeruuta ja analysointia)
17 (36) tavoitella parempaa tuottavuutta tilaajalle ja rakentajalle (elinkaarikustannusten optimointi / tien korjaussyklin piteneminen) tarkentaa hankintamenettelyä (kilpailu tehostuu, kun riskit ja epäselvyydet vähenevät suunniteltujen toimenpiteiden kautta). 2.2 Tietomallintaminen päällystyskohteessa Päällysteen korjauksessa tietomallintamisella tarkoitetaan tässä kokonaisuudessaan prosessia, johon kuuluvat mallipohjaisen suunnittelun tarvitsemien lähtötietojen hankinta, (kohde)suunnittelu, toteutus ja toteuman mittaus. Oheinen kuvasarja (kuva 2-1) esittää periaate-esimerkin kattavasta tietomalliprosessista ja siihen liittyvistä toiminnoista. Käytännössä yksittäinen korjaushanke harvoin toteutetaan kuvan esittämässä laajuudessa. Kuva 2-1. Periaatekuva tietomallintamisprosessista korjausrakentamisen päällystyskohteelle (Destian esitystä mukaillen).
18 (36) 2.2.1 Lähtöaineistot Päällystyskohteen mallipohjaisessa suunnittelussa lähtöaineistona tarvitaan kohteen nykyistä tilaa kuvaava lähtötilamalli tai malleja. Olennaisin lähtötieto on tien pinnan nykytilamalli. Nykytilamalli tuotetaan yleensä mobiililaserkeilaamalla, mutta muitakin mahdollisuuksia siihen tarvittavan aineiston kokoamiseksi on kuten PTM-mittaus, UAV-mittaukset (Unmanned Aerial Vehicle). Mallipohjaisen suunnittelun yleistyessä on järkevää, että seuraavana vuonna toteutettavien kohteiden lähtötiedot kerätään ainakin mitataan jo edellisenä kesänä. Näin kohteiden suunnittelu voidaan tehdä rauhassa loppuvuoden aikana ja alkuvuodesta urakkakyselyt saadaan liikkeelle mallipohjaiset suunnitelmat niihin sisällytettyinä. Näin urakoitsijat voivat laskea tarjoukset huomattavasti helpommin ja tarkemmin sekä ilman suurta massariskiä. Mobiililaserkeilaus Kohteen mobiililaserkeilaus (mobiilikartoitus) tulee toteuttaa inframittauksiin kehitetyllä mobiilikeilauskalustolla. Mobiilikartoitus koostuu ajoneuvoon integroidusta laitteistosta, jossa on keskenään integroidut laserkeilaus, kuvaus ja paikannusjärjestelmät. Laserkeilaus on mittaustapa, jolla kohteesta saadaan lasersäteiden avulla mittatarkkaa (mm) kolmiulotteista pistepilveä kohteeseen koskematta. Laserkeilauksella aikaansaadaan ympäristöstä 3D-pistepilvi. Yleensä yksi kaistoittain molempiin suuntiin tehty kertamittaus riittää, mutta huonoissa olosuhteissa (esim. kun satelliittien näkyvyys heikko) tarkkuutta voidaan lisätä mittaamalla kohde useampaan kertaan. Kuva 2-2. Mobiilikartoitusjärjestelmä asennettuna pakettiautoon. Signalointi Kun mittausaineisto halutaan sitoa ympäröivään maailmaan (globaaliin koordinaatistoon), kohde signaloidaan. Signaalipiste (signaali) on tiehen maalattu merkki, jonka laserkeilain havaitsee (Kuva 2-3). Signaalin paikka tiedetään xyz-koordinaatistossa, mikä edellyttää pisteiden tarkemittaamista. Signaalien avulla laser-
19 (36) keilaimen mittaustulosta tarkennetaan xyz -koordinaatistossa. Kohteen signalointi on välttämätöntä, jos kohteella toteutetaan toimenpiteitä aidolla, automaattisella koneohjauksella. Signalointipisteiden sopivaksi välimatkaksi on osoittautunut 50 m. Jos kohteella päädytään signalointiin, yleensä signaloidaan koko kohde. Joissakin tapauksissa on perusteltua, että signaloidaan vain tietty osuus tai paikka/paikat kohteesta. Näin voidaan menetellä, jos jokin tietty paikka on erityisen vaikea toteuttaa opastavalla koneohjauksella esim. pituusheiton korjaus tai vaikeasti toteutettavat kallistusten muutokset. Kuva 2-3. Esimerkki signalointipisteen muodosta ja sijainnista tiellä. Lasermittaus voidaan mitata myös signaloimattomasti. Tällöin mittadata ei ole absoluuttisen tarkka xyz - koordinaatistossa, koska sitominen koordinaatistoon tehdään laitteiston oman paikannusjärjestelmän avulla (GPS tai vastaava). Signaloimaton mittaus on suhteellisessa koordinaatistossa tarkka muutaman kymmenen metrin matkalla. Ts. mittaustulos on tarkka suhteessa edelliseen kuljettuun noin 20 m matkaan sekä poikkileikkaussuunnassa. Tällöin lähtöaineisto on siis suhteellisesti erittäin tarkka, mutta signaloinnin puuttuessa eri ajokertojen välillä saattaa olla useiden kymmenien senttien korkeuseroja. Tästä huolimatta pistepilveä voidaan hyvin hyödyntää mallipohjaisen suunnittelun lähtötiedoksi, kunhan rakentamista ohjataan ±- arvoilla suhteessa olemassa olevaan pintaan. Suhteellisesti tarkka pistepilvi on koettu riittävän tarkaksi korjauskohteissa, joissa automaattista koneohjausta ei haluta käyttää. Tarkkuus riittää hyvin heittojen, painumien ja sivukaltevuuspuutteiden löytämiseksi. Hankekohtainen koordinaatisto ja eri lähtötietojen yhteensovitus Hankkeessa käytettävän koordinaatiston sekä yhtenäisen mittalinjan ja paalutuksen sopiminen on tärkeää kuten kaikissa suunnitteluprojekteissa. Kun hanketta varten mitataan ja kootaan tietoja eri menetelmin, on olennaista, että kaikkien tietojen paikkatieto on yhtenäinen ja yksiselitteinen. Lähtötietojen yhteensovittamisessa on todettu olevan ongelmia, sillä esim. tierekisterin tieosapaalutuksessa on isoja eroja mittaustavasta / lähteestä riippuen. Useat paikkatietoon liittyvät ongelmat, ristiriitaisuudet ja turha ylimääräinen vaiva voidaan poistaa ottamalla käyttöön ns. hankekohtainen origo ja koordinaatisto.
20 (36) Hankekohtaisen koordinaatiston käytön periaatteet ovat seuraavat: Heti hankkeen alussa, ennen ensimmäisiä mittauksia valitaan hankeosuudelta muutama kiintopiste, joita käytetään mittauksien yhteensovittamisen varmistamiseen. Pituusmittausta käyttäviä menetelmiä (päällystetutkaus yms.) varten merkitään selkeä lähtöpiste kaistalle, paikkaan mitä ei tulla työssä muuttamaan tai käsittelemään. Samalla periaatteella kohteelle määritellään ja merkitään myös loppupiste, jota käytetään mittaustarkkuuden varmistukseksi ja tarvittaessa mittauksen skaalaukseen. Kohteen keskivaiheelle varsinkin pidemmillä kohteilla kannattaa perustaa lisäksi tukipiste helposti saavutettavaan ja pysyvään paikkaan (sijoitettava toimenpiteiden ulkopuolelle) Kaikkien mittaajien on huolehdittava, että mittaustulokset on sidottu tähän hankekohtaiseen paalutukseen ja koordinaatistoon Alku- ja loppupisteet sijoitetaan pysyvälle asfaltin pinnalle, jotta ne ovat myös toteutuksen jälkeen käytettävissä toteumamittauksia varten. Pisteet merkitään esim. naulalla ja signaloinnissa käytetyllä maalikuviolla. Sovitut pisteet tulee signaloida aina ennen mobiililaserkeilausta, vaikka niitä ei käytettäisikään keilaustulosten tasoituslaskentaan (siis kohteissa, joissa ei varsinaista signalointia käytetä). Lähtötietojen yhteensovituksen ja keruun kustannusten tehostamiseksi olisi tietysti parasta, jos yhdellä mittauskerralla voitaisiin kerätä mahdollisimman paljon tarvittavista lähtötiedoista. Samassa mittausajoneuvossa voisi tulevaisuudessa olla mobiililaserkeilauskaluston lisäksi maatutkausanturit, jatkuvatoiminen taipumanmittauslaite TSD (Traffic Speed Deflectometer) jne. Pistepilven prosessointi Prosessoinnilla tarkoitetaan keilauksesta saadun pistepilvidatan sovittamista suunnitelman lähtötiedoksi. Tämä käsittää mm.: suunnan 1 ja 2 mittausten (mitattu kaistoittain eri suuntiin) sovittamisen yhteen saadun pistepilven sitomisen xyz-koordinaatistoon tarkemitattujen signaalipisteiden avulla tiettyjen taiteviivojen (esim. keskiviiva ja reunaviivat) tulkitsemista mittauspisteistä ylimääräisen informaation poistamista aineistosta. 2.2.2 Maatutkaluotaus ja referenssinäytteiden otto Kohteen asfalttikerrosten nykyinen paksuustieto tarvitaan, mikäli kohteessa tehdään jyrsintää ja halutaan optimoida suunnittelua sen suhteen. Päällysteen paksuuden mittaamiseksi ja varmistamiseksi markkinoilla on useita toimijoita ja menetelmiä. Maatutkaus, jossa päällysteen paksuus tulkitaan vähintään kolmelta linjalta, on suositeltavaa riittävän tarkan kerrospaksuuden määrittämiseksi. Maatutka (GPR = Ground Penetration Radar) lähettää tierakenteeseen korkeataajuuksista sähkömagneettista signaalia, joka heijastuu väliaineiden sähköisten ominaisuuksien muutospinnoilta takaisin rekisteröivään antenniin. Tierakenteessa ominaisuusmuutoksia aiheuttavat pääasiassa kerrosten materiaalivaihtelut sekä kosteus- ja tiiveyserot. Tierakenteessa materiaaliltaan eroavien kerrosrajojen lisäksi voidaan erottaa mm. rakentamisen aikana syntyneitä tiivistyksen rajapintoja, päällysteen halkeamia, rakenteiden kosteuseroja tai -muutoksia, rumpuputkia, lohkareita sekä tiehen asennettuja teräsverkkoja tai muita vieraita esineitä.
21 (36) Tulkintaa varten ja tuloksen varmistamiseksi asfaltista tulee porata vähintään muutamia referenssipisteitä kilometrin matkalta. Päällystepaksuuden mittaava yritys tulkitsee paksuuden ja toimittaa paksuustiedot esim. metrin välein mitatuilta linjoilta. Mallinnustarkoituksiin tulee tulokset saada jatkuvana profiilina. Nykypäivänä tiedot saadaan tavallisesti Excel-taulukossa, josta suunnittelijan tulee mallintaa tiedot suunnittelujärjestelmään 3D-rakennemalliksi samaan koordinaatistoon kuin tien pinnan nykytilamalli. Pilottikohteissa on havaittu, että pintamallista kannattaa kopioida apupinta tasolle, joka kuvaa kuinka paljon nykyistä asfalttia pitää vähintään jäädä, jotta tien kestävyys säilyy riittävällä tasolla, kun otetaan tuleva päällystelaatta huomioon. Syntyneitä pintamalleja käytetään suunnittelussa ohjaamaan optimointia sekä varmistamaan suunnitelman toteutuskelpoisuus. Kuva 2-4. Päällystepaksuus tulkittuna maatutkaluotauksella (kuvassa väreillä ilmaistu kolme eri tutkauslinjaa). Huomioitavaa on, että päällystepaksuus ei välttämättä ole koko tien poikkileikkauksella yhtä paksu. Tietä on voitu myöhemmin esimerkiksi leventää, jolloin pientareella ei välttämättä ole yhtä paksu rakenne kuin kaistoilla. Mikäli tien sivukaltevuutta parannetaan merkittävästi ja jyrsintä optimoidaan vain kaistalta otetun tutkatiedon avulla, voidaan piennar jyrsiä puhki. Pientareiden osalta kannattaa mahdollisesti ohuempi päällystepaksuus huomioida jo suunnittelussa. Jos epäillään, että pientareella tullaan jyrsimään enemmänkin, pientareiden nykyinen päällystepaksuus kannattaa selvittää esimerkiksi porauspistein tai poikittaisin tutkauslinjoin. 2.2.3 Lähtötietomallin luominen Lähtötietomallilla tarkoitetaan tietovarastoa hankeen lähtötiedoista mallinnettuna ja/tai visuaalista ilmentymää tästä. Lähtötiedot ovat yleensä mitattua tietoa tai rekistereistä tuotua tietoa. InfraBIM-sanaston mukaan lähtötiedot ovat eri tietolähteistä saadut tai mitatut tuotteiden, toiminnan ja palveluiden suunnittelua varten hankitut tiedot mallinnettuna digitaalisessa muodossa. Tällaisia ovat esimerkiksi maastomalli, kaavamalli, maaperämalli sekä nykyisten rakenteiden mallit.
22 (36) Mobiililaserkeilauksen tuottaman pistepilven käsittely Aluksi suunnittelija tarkistaa mittauksen perusteella laaditun kolmioverkkomallin. Digitointi tehdään hyödyntämällä pistepilven intensiteettiä ja korkeusarvoja. Tällöin voidaan joutua tarkentamaan esim. taiteviivojen digitointia ja laajentamaan niitä työhön soveltuvaksi. Koska korjaukseen liittyvissä jyrsintä- ja tasauskohteissa tien taiteviivojen digitointi on erityisen tärkeää, kannattaa se teettää tai ainakin tarkistuttaa kohteen suunnittelijalla, joka tietää kaikki lähtötietojen käyttötarpeet. Joka tapauksessa taiteviivojen laajuus ja tarkkuus tulee määritellä tarkasti, jotta suunnittelija voi luottaa kolmannen tahon tuottaman aineiston laatuun. Lähtöaineiston tarkkuuden ja virheettömyyden vastuukysymykset on syytä sopia tarkasti hankintamenettelyssä. Kuva 2-5. Esimerkki pistepilven esittämisestä intensiteettiarvojen perusteella. Erilaiset analyysit pistepilvestä Mitattu pistepilvi sisältää erittäin paljon tietoa tiestä ja sen lähiympäristöstä. Pistepilvestä voidaan tuottaa hyvin havainnollinen kolmiulotteinen malli tien pinnasta. Datasta on mahdollista tehdä myös erilaisia analyysejä, joko graafisesti tai numeerisesti. Ehkä parhaiten tien kuntoa ja turvallisuutta kuvaa mittauspisteiden avulla tehty graafinen esitys, jossa jokaiselle pisteelle annetaan väri riippuen kyseisen pisteen tietyn ominaisuuden arvosta (esim. kaltevuudesta pinnalla).
23 (36) Kuva 2-6. Esimerkki pisteiden värjäyksestä kokonaiskaltevuuksien mukaan. Kuvaan on korostusvärein esitetty myös pistepilvestä lasketut nykyiset sivu- ja pituuskaltevuudet 5 metrin välein. Kuva 2-6. Pistepilvi suunnitteluohjelmassa pisteet on värjätty kokonaiskaltevuuksien ja korkeuksien mukaan. Toinen hyväksi koettu menetelmä on analysoida dataa taulukkolaskentaohjelmalla ainakaan vielä nykyiset tiensuunnittelujärjestelmät eivät sisällä tässä tarvittavia datan analysointimenettelyjä. Käsittelemällä dataa matemaattisin menetelmin mitatusta datasta saadaan irti erittäin paljon tietä kuvaavia tunnuslukuja. Tien kunnon tarkastelun helpottamiseksi tunnuslukuja on helppo värjätä Excelissä esimerkiksi halutuin arvovälein.
24 (36) Kuva 2-7. Esimerkkikuva keilausaineiston käsittelystä ja havainnollistamisesta Excelissä. 2.2.4 Mallipohjainen suunnittelu Mallipohjaisen suunnittelun määrittely Mallipohjaisella suunnittelulla tarkoitetaan mitatun aineiston hyödyntämistä suunnittelussa tietomallien avulla. Suunnittelutyö tehdään käytännössä 3D-muotoisten tietomallin avulla. Mallipohjaisessa korjauskohteen suunnittelussa tulee kohde analysoida laajasti ja harkita, mikä on järkevin tapa toteuttaa korjaukset ja millaisilla toimintatavoilla saadaan hyötyjä suhteessa perinteisempiin tapoihin. Prosessi ei ole vielä kauttaaltaan vakiintunut, mutta kokemukset ovat lupaavia ja mallintamisen avulla voidaan helposti saavuttaa etuja perinteeseen päällystysprosessiin verrattuna. Kohteen ominaisuudet ja korjaustarpeet määrittelevät pitkälti mitä ja miten mallinnetaan. Kukin kohde oli niin yksilöllinen, että on katsottu tarpeettomaksi asettaa yhteismitallisia suunnitteluperusteita. Eli toteutettavalle kohteelle ei ole syytä asettaa suunnitteluperusteiksi esim. tiettyjä absoluuttisia kaltevuusvaatimuksia, vaan on järkevämpää määritellä ne tapauskohtaisesti suhteessa olemassa olevaan lähtötilanteeseen. Lisäksi suunnittelun määrittelyssä voidaan korostaa, että korjauksien optimoinnissa priorisoidaan kohteen heikoimpia kohtia ja jätetään tyydyttävät kohdat mahdollisesti kokonaan korjaamatta. Kussakin hankkeessa on yleensä myös oma budjettinsa, joka käytännössä määrittää käytettävissä olevat toimenpiteet. Ennen kaikkea suunnittelulla tuleekin optimoida käytettävissä olevat varat kaikkien järkevimpiin toimenpiteisiin. Muun muassa sivukaltevuusproblematiikan korjaamista on selvitetty Tiehallinnon selvityksiä-julkaisussa 34/2009 Sivukaltevuuden parantaminen päätieverkon ylläpidon hankkeissa, Lauri Suikki, Taina Rantanen.
25 (36) Erilaisten menetelmien soveltuvuutta erityyppisille kohteille kannattaa arvioida ja tutkia. Vähäliikenteisten teiden osalta ohuet päällystepaksuudet eivät tue jyrsintää. Toisaalta menetelmä soveltuu erityisen hyvin kenttämäisiin kohteisiin, joiden toteutuksessa myös koneohjauksen hyödyntäminen on tehokasta (tukiasemien tarve pieni). Suunnittelutehtävää määriteltäessä on hyvä tiedostaa, että mallintamalla toteutetusta kohteesta tuotetaan mittausten ja hallitun tiedonkäsittelyn myötä paljon käyttökelpoista aineistoa, johon voidaan tarvittaessa palata tai parhaimmillaan hyödyntää myöhemmin. Kerätyn tiedon avulla voidaan toteutuksestakin tehdä monipuolisia toteumavertailuja sekä erityisesti opastavan koneohjauksen käytön yhteydessä laadunvarmistusta. Jyrsinnän ja tasauksen suunnittelu Kohteen nykyinen vaakageometria on syytä mallintaa mobiililaserkeilatusta pistepilviaineistosta. Vaakageometria digitoidaan pistepilven intensiteettiä hyödyntäen. Suorilla osuuksilla, joissa on selkeä kaksipuolinen kallistus, voidaan vaakageometrian sijainnin määrittämisessä hyödyntää myös tien korkeinta kohtaa. Vaakageometrian tarkistuksessa mukaillaan hyvin pitkälti kohteen nykyistä geometriaa. Vaakageometriaan tehdään vain erikseen sovittaessa korjauksia. Myös pystygeometrian suunnittelussa pyritään mukailemaan tien nykyistä tasausta, mutta selkeät pituusheittävät kohdat on syytä korjata. Pituuskaltevuuden muutosnopeutta kontrolloimalla varmistetaan riittävän tasainen ja laadukas lopputulos. Jyrsinnän ja tasauksen suunnittelussa lähtötietona käytettiin pistepilveä sekä maatutkauksista muodostettua päällysteen alapintamallia. Suunnittelun havainnollistamista varten tietomalleista voidaan tulostaa perinteisiä poikkileikkauksia ja karttaesityksiä mm. erotuspinnoista. Kuvassa 2-8 on esitetty esimerkki tällaisesta poikkileikkauksesta. Suunnitelman mukaan jyrsintäsyvyys poikkileikkauksessa on noin 200 mm. Tutkamittaustulosten mukaan kohdan päällystepaksuus on noin 350 mm.
26 (36) Kuva 2-8. Pinnan poikkileikkaus mallinnussuunnitelmassa. Ennen sivukaltevuuden suunnittelua on hyvä sopia tilaajan kanssa tavoitteellisista sivukaltevuuksista. Kuvassa 2-9 on esitetty kohteelta mitattu sivukaltevuus ja siihen suunniteltu sivukaltevuuden tavoitehaarukka. Vihreillä ympyröillä on esitetty pilottikohteiden tarkat paikat. Kuvassa musta viiva kuvaa lähtötilanteen mitattua sivukaltevuutta. Punainen viiva kuvaa virallisen suunnitelman mukaisen ideaalin sivukaltevuuden. Sininen katkoviiva on korjaustoimenpiteen sivukaltevuuden tavoitehaarukka. Haarukka on tässä tapauksessa kokemuksen pohjalta asetettu arvoon ±1.25 % ideaalikaltevuudesta.
27 (36) Kuva 2-9. Esimerkkejä pilottikohteiden sivukaltevuuksien tavoitteellisista suuruuksista. Suunnittelutyössä sivukaltevuus pyritään pitämään raja-arvojen sisällä. Jyrsittävissä kohdissa olemassa olevaa päällystettä tulee jättää minimissään kuormituskestävyyden edellyttämä määrä, kun vanhan päällysteeseen lisäksi otetaan huomioon kohtaan tuleva uusi päällystepaksuus. Suunniteltaessa on huomioitava, että kaistan sivukaltevuuteen saattaa vaikuttaa myös poikkileikkauksen toisen kaistan sivukaltevuus. Toinen lähestymistapa on asettaa tavoitteelliset kaltevuudet suoraan suhteessa mitattuihin kaltevuuksiin. Eräässä pilottikohteessa noudatettiin seuraavanlaista ohjemenettelyä: sivukaltevuuden ollessa < 1 %, korjaus vähintään 2 %:iin, mielellään 3 %:iin sivukaltevuuden ollessa > 5 %, korjaus vähintään 4.5 %:iin, mielellään 4 %:iin sivukaltevuuden muutoskohtia lukuun ottamatta sivukaltevuuden muutosnopeus < 0.2 % / 10 m.
28 (36) Kuva 2-10. Kaaviokuva lähtötilanteesta, suunnitelluista ja toteutuneista sivukaltevuuksista. Punaisen ja ruskean sävyillä on esitetty suunnan 1 kaltevuuksia, vihreän ja sinisen sävyillä on esitetty suunnan 2 kaltevuudet. Sivukaltevuuden muutosnopeutta tarkasteltaessa tulee tien geometrian suunnitteluun liittyvät sivukaltevuuden muutoskohdat tarkastella erikseen. Näiden ulkopuolella tapahtuvat muutokset ovat kriittisempiä turvallisuuden ja tien kunnon kannalta. Pilottikohteista on löytynyt pahimmillaan lähes 2 % / 10 m nopeita sivukaltevuuden muutoksia liukuvalla keskiarvostuksella laskettuna. Tällaisten vaurioiden syyt tulee selvittää ja ne on syytä poistaa kokonaan tai pienentää asetettuun maksimiarvoon. Suunnitellun sivukaltevuuden muutosnopeutta on hyvä käyttää suunnitelmien laadunvarmistamisessa. Suunnitelmien esittäminen ja tarkastelu Kun geometriat, sivukaltevuudet ja muut suunnitteluparametrit on luonnosteltu, suunnitelmista laaditaan 3D-tietomalli, josta voidaan tehdä useita erilaisia suunnitelmia havainnollistavia esityksiä kuten jyrsintä- ja tasauskarttoja, poikkileikkauksia ja määräluetteloita. Näiden esityksiä tarkastelemalla suunnitelmaratkaisuja iteroidaan, kunnes saavutetaan kokonaisuuden kannalta toivottu lopputulos. Suunnitteluohjelmien avulla kohteen suunnitelmista saadaan kätevästi erilaisia erokuvia. Kuvissa käytettävien värien avulla voidaan suhteellisen nopeasti saada yleiskäsitys suunnitelluista toimenpiteistä (massatasus/tasausjyrsintä) ja niiden laajuudesta (pinta-ala ja syvyys). Esimerkkikuvassa 2-11 vihreästä siniseen liukuva väri kertoo jyrsintätarpeen ja keltaisesta violettiin liukuva väri tasausmassatarpeesta. Kuvassa on esitetty myös suunnitelman mukaiset sivukaltevuudet.
29 (36) Kuva 2-11. Sivukaltevuudet, jyrsintäsyvyys ja massatasaustarve, Kt 55/1/2045 Kuvasta 2-12 on havaittavissa yksittäinen painuma paalulla n. 1850 ja hyvin selkeä rumpunousu paalulla 2045 sekä sen molemmin puolin sijoittuvat painumat. Kuva 2-12. Erokuva kohteelta Kt 55 1/1800-1/2100 Tämän päivän kehittyneet ohjelmistot antavat mahdollisuuksia mittausdatan ja suunnitelmien soveltamiseen mitä moninaisimmissa ympäristöissä. Kuvissa 2-13 14 nykytilan ja suunnitelman välinen erotuspintamalli on asetettu Google Earth-ympäristöön sekä pienoiskopterilla kuvattuun havainnekuvaan. QR-koodin avulla löytyy esimerkki mallin upottamisesta videoesitykseen http://youtu.be/ysaku0nv42o.
30 (36) Kuva 2-13. Havainnekuva kohteesta, jossa rumpuun liittyvä epätasaisuus on mallinnettu ja kolmioverkko on upotettu Google Earth-esitykseen. Kuva 2-14. Tasaussuunnitelma upotettuna viistokuvaan. QR-koodilla pääsee katsomaan videon kohteen suunnittelusta ja toteutuksesta. Lopullisesta suunnitelmasta (mallista) voidaan tulostaa erilaisia esityksiä. Erikseen tulostettavista asioista on syytä sopia sopimusvaiheessa. Tällaisia erikseen laadittavia tulosteita ovat esimerkiksi jyrsintä- ja tasauskartat poikkileikkauskuvat sovitulla jaotuksella erilaiset erotuspinnat erilaiset havainnekuvat kaistojen sivukaltevuudet.
31 (36) 2.2.5 Rakenteen kestävyyden tarkistaminen Jos kunnostustyön yhteydessä tien päällysrakennetta muutetaan olennaisesti (esim. päällystettä jyrsitään enemmän kuin uutta päällystettä levitetään) tulee lopullisen päällysrakenteen kestävyys arvioida laskennallisesti. Parhaiten rakenteen kestävyyttä voidaan arvioida kuormituskestävyyslaskelmin (esim. APAS-laskelmin), mutta selkeissä tapauksissa kestävyys voidaan osoittaa myös kantavuuslaskelmilla Odemark-menetelmää soveltaen. Kestävyyslaskelmia varten tierakenne mallinnetaan riittävällä tarkkuudella vastaamaan tien nykyisiä olosuhteita. Yleensä tähän tarvitaan pudotuspainolaitetulokset (PPL-tulokset) ja tiedot rakennekerroksista (kerrosten lukumäärä ja materiaalitiedot sekä pohjamaan tiedot). Maatutkauksesta saadut kerrospaksuudet ovat tässä hyvänä apuna. Erityisen havainnollista ja suureksi avuksi rakenneanalysoinnille on, jos kaikki lähtötiedot esitetään samassa koordinaatistossa mielellään itse suunnittelumallissa. Kuva 2-15. Esimerkki esitystavasta, jossa PPL-tulokset on liitetty rakennemalliin. Kuvan yläosassa rakennemalli ja PPL-tuloksia, alaosassa TSD-mittauksen tuloksia. Tierakenteen nykytilan (rakenne ennen mitään toimenpiteitä) mukainen rakennemalli kerrospaksuuksineen ja materiaaliominaisuuksineen laaditaan niin, että rakennemalli tuottaa laskelmissa PPL-tuloksia vastaavat arvot esim. taipumasuppilon. Näin varmistetaan, että vanhan rakenteen kunto (kestoikä) tulee otetuksi laskelmissa huomioon. Nykytilamallin kuormituskestävyys (KKL-lukumäärä) lasketaan referenssiarvoksi. Nykytilamallia muutetaan toteutettavia toimenpiteitä vastaavasti, toteutusmalliksi esim. poistamalla jyrsintää vastaava kerrospaksuus ja lisäämällä suunniteltua päällystettä vastaava kerrospaksuus. Suunniteltavat toimenpiteet tulee valita niin, että toteutusmallin avulla laskettu kuormituskestävyys täyttää tien kestävyys-
32 (36) vaatimukset. Vaatimuksissa tulee ottaa huomioon vanhan rakenteen elinikä ja rakenteelle tulevat kuormitukset. Vaatimustaso tulee arvioida tapauskohtaisesti ja sitä asetettaessa on hyvä käyttää apuna nykytilasta laskettua referenssikestävyyttä. Jos kohteella tehdään erilaisia päällysrakenteen korjaustoimenpiteitä tai jos vanha päällysrakenne muuttuu kohteen eri osissa olennaisesti, kestävyystarkastelut on syytä tehdä erikseen toisistaan poikkeaville päällysrakenteille. Kuormituskestävyystarkastelut ja siinä käytetyt parametritiedot liitetään suunnitelma-aineistoon. Erityisen tärkeää on tieto siitä, perustuuko tietty käytetty arvo mitattuun vai oletettuun tietoon. Malliaineistoon on syytä laatia kuormituskestävyystarkastelujen tuloksia vastaavat vanhan päällysteen minimipaksuudet ilmaiseva 3D-esitys. Kuva 2-16. Esimerkki poikkileikkauksesta, jossa on esitetty tutkattu päällystepaksuus (musta viiva) ja kuormituskestävyyden edellyttämä minimipaksuus (punainen). Jyrsintä tehdään laatikon alarajalle laatikko esittää uutta päällystekerrosta. 2.2.6 Koneohjausmallin tuottaminen ja siirto työmaalle Koneohjausmallin tuottamisella tarkoitetaan suunnitelma-aineiston muuttamisesta koneohjausjärjestelmän ymmärtämään muotoon. Suunnittelija toimittaa kohteen suunnitelman yleensä Inframodel 3 tai LandXMLmuodossa koneohjausta varten. Mallin tarkastus kannattaa aina tehdä suunnittelujärjestelmästä riippumattomalla järjestelmällä. Täysin automaattisessa koneohjauksessa koneen kuljettajan ei tarvitse puuttua koneen tekemän varsinaisen työtehtävän ohjaukseen. Kuljettaja yleensä vain ohjaa konetta. Koneohjausmalli voidaan siirtää työkoneeseen tiedostomuodossa joko muistitikulla tai verkon (Internet) kautta. Opastavan koneohjauksen tapauksissa lähtötiedoiksi riittää suhteellisesti tarkka aineisto. Tällöin kohteen suunnitelmat toimitetaan z-arvoina suhteessa nykyiseen asfalttipintaan esim. 5m välein. Opastavassa järjestelmässä suunnitelma ei yleensä toteudu 100 %:esti, sillä tällöin suunnitelmaa ei pystytä noudattamaan aivan tarkasti. Tässä tapauksessa toteuman arviointia varten on hyvä tehdä uusi mobiilikartoitus kohteen toteutuksen jälkeen. Opastavaa koneohjaus voidaan toteuttaa eri tavoin. Toimenpiteet voidaan esittää esim. tabletin ruudulla ja GPS-paikantimella kohteeseen sidottuna. Kuva 2-16 havainnollistaa hyvin yksinkertaista menettelytapaa. Ennen varsinaisten konetöiden aloittamista pientareelle merkitään tehdyn tietomallipohjaisen suunnitelman tiedot esim. 5 m välein työskentelyä ohjaamaan ja selkeyttämään.
33 (36) Kuva 2-16. Esimerkki opastavan koneohjauksen merkinnöistä. Vihreällä merkitty lukema (kuvassa 880) on etäisyys tieosan alusta ilman kilometrejä. Punaisella värillä on merkitty tasausjyrsintäsyvyys (9 mm) keskilinjan kohdalta. Valkoisella värillä on merkitty jyrsintäkaltevuus (- 2,6 %) kyseisellä kaistalla. Ohjaustieto voidaan valita keskilinjan sijaan myös esimerkiksi reunalinjojen kohdalle. Jyrsintä aloitetaan keskilinjalta käyttämällä kaltevuusautomatiikkaa ja säätämällä jyrsintäsyvyys merkintöjen mukaan. Jyrsimen leveyden ollessa 2.2 m kaistaa kohden tuli 2 3 jyrsintäkertaa. Ensimmäisen jyrsintälinjan jälkeen korko seuraavalle jyrsintälinjalle otetaan nollakorkona automaattisesti edellisestä linjasta. Itse suunnittelutyö ei juurikaan eroa kohteen toteutukseen käytettävän menetelmän johdosta. Jos koko kohde päätetään tehdä koneohjauksella, vaatii erityiskohteet (liittymät, sillat yms.) runsaasti suunnittelu- ja mallintamistyötä, jotta malleista tulee jatkuvia ja luotettavia myös niiden osalta. Järkevä rajaus tältäkin osin kannattaa harkita tapauskohtaisesti. 2.2.7 Toteutus koneohjausmallin avulla Yleensä kuljettaja ohjaa työkoneen liikkumista työmaalla. Konetta tai kuljettajaa voidaan avustaa ohjauksessa GPS:n tms. avulla. Itse työstävää laitetta ohjataan yleensä takymetrillä, joka on ollut ohjauslaitteena monessa piloteissa ohjaamassa jyrsintää tai levittäjää. Takymetri asemoidaan esim. signalointipisteisiin tai maanmittauslaitoksen määrittämiin tunnettuihin pisteisiin. Takymetri on laite, joka näin ollen tietää sijaintinsa xyz-koordinaatistossa ja siirtää toimintojensa avulla paikkatiedon ja työkoneeseen. Näin työkoneen koneohjausjärjestelmä tietää oman sijaintinsa ja pystyy täten ohjaamaan työkoneen toimintoja suunnitelman mukaan.
34 (36) Kuva 2-17. Takymetriohjattua levitystyötä. Piloteista saatujen kokemusten perusteella koneohjaus toimii hyvin ja tarkasti. Ohjauksen kannalta on olennaista varmistaa takymetrin ja työkoneen välinen näköyhteys. Yhteys sietää lyhytaikaisia katkoksia, mutta toimii varmimmin, jos koneiden välisessä yhteydessä ei ole katkoksia. Sujuvan työskentelyn kannalta takymetrien paikat tulee suunnitella hyvin etukäteen. Laitteiden siirtojen vuoksi takymetrejä tarvitaan vähintään kaksi. Seuraavassa muutamia erityishuomioita koneohjaukseen liittyen: suunnitelmamallit tulee laatia riittävän leveinä ja kattavina, ettei kone(ohjaus) missään olosuhteissa ajaudu mallin ulkopuolelle esim. kallistusten vuoksi opastava koneohjaus on syytä tehdä sekä keski- että reunaviivoihin sidottuna (ohjausta ei aina voi tehdä keskiviivaan nähden) jyrsintäsyvyyden nopeat muutokset on opastavassa järjestelmässä merkittävä tiheämmin kuin 5 m välein (syvyyden muutos ohjauspisteiden välillä saisi olla maksimissaan 3 cm luokkaa) Erityiskohteiden huomioonotto suunnittelussa Siltojen, liittymäalueiden ja bussipysäkkien osalta tulee sopia hankekohtaisesti suunnittelussa ja toteutuksessa käytettävä menettelytapa. Jos erityiskohteista on riittävästi lähtötietoa, on hyvä sovittaa nekin suunnittelumalliin. Vaihtoehtoisesti erityiskohteet voidaan tehdä perinteisesti erityisohjeilla esim. vakiosyvyisellä laatikkojyrsinnällä. tällöinkin kyseinen tieto menettelytavoista ja ohjaustoimista tulee aina sisällyttää myös suunnitelmiin, jolla vältetään tietokatkon ja mahdollisten epäselvyyksien syntyminen. Maastossa suunnitelmien tarkistaminen ja sovittaminen on todettu järkeväksi ja toimivaksi, koska erityisrakenteisiin liittyy paljon asioita, joita pitäisi ottaa huomioon pelkän pinnan muodon lisäksi. Tämä korostuu varsinkin kohteissa, joissa suunnittelu tehdään signaloimattomalla aineistolla, koska taitorakenteiden ja vain suhteellisesti tarkan pintamallin lähtötiedot eivät välttämättä vastaa toisiaan ilman sovitusta. 2.2.8 Toteutuman mittaaminen ja dokumentointi Perinteisesti päällystyskohteen toteutuma on mitattu PTM-mittauksella. Samoin voidaan tehdä mallipohjaisesti toteutetullekin kohteelle. Mallinnusta käytettäessä tilaaja kuitenkin yleensä asettaa työlle normaalista
35 (36) poikkeavia esim. tarkempia tavoitteita, joita PTM-mittauksilla ei välttämättä voida arvioida. Tällöin on syytä harkita toteutuman mittaamista tarkemmin. Helpoin ja tarkin tapa mitata suunnittelukohteen toteutuma on mobiililaserkeilata se myös toteutuksen jälkeen. Menettelyn avulla on mahdollista tarkistaa tarkasti suunnittelumallin toteutuminen ja samalla analysoida toteutusmenetelmän tarkkuutta ja tehdä sille laadunvarmistusta. Toisena vaihtoehtona tai rinnalla on, että urakoitsija mittaa jo työn aikana toteumaa manuaalisesti. Esimerkiksi jyrsinnän toteumasyvyydet voidaan mitata lähtötasoon nähden ja tallentaa ne xy-tietoineen referenssitiedoksi suunnittelumalleihin (esim. GNSS-mittalaitteita ja Δz-mittanauhaa käyttäen). Toteutumatietojen perusteella voidaan tarkkuus- ja laatuasioiden lisäksi määritellä toteutuneet massamäärät. Lisäksi on hyvä analysoida kohteen tien geometrian parantumista esimerkiksi turvallisuuden kannalta pituusheittojen ja sivukaltevuuspuutteiden ja -heittojen korjautumisen kautta. Massavertailua voidaan tehdä suunnitelman ja toteutuman välisin määrälaskennoin sekä urakoitsijalta saatujen toteumamäärien pohjalta. Massoista voidaan tarkastella erikseen päällystelaatan, tasausmassan ja jyrsintäkuutioiden lisäksi massa- ja jyrsintäneliöitä. Suunniteltujen ja toteutuneiden määrien tulisi normaalisti ainakin koneohjatuissa hankkeissa vastata melko tarkasti toisiaan. Mikäli havaitaan eroja, niiden syyt on hyvä selvittää ja ottaa mahdollisuuksien mukaan huomioon jatkossa. Toteumavertailuja voidaan tehdä absoluuttisten mittaustulosten pohjalta esimerkiksi massamäärien tai urasyvyyksien perusteella, mutta myös mallinnusaineistoa voidaan käyttää hyväksi havainnollistamalla tuloksia graafisilla esityksillä. Kuvissa 2-18 19 on muutamia esimerkkejä mallinuskeinoin toteutetuista vertailuista. Kuva 2-18. Esimerkkikuva keilausaineiston pituussuuntaisesta toteumavertailusta ja havainnollistamisesta Excelissä.