1 (23) BUILT ENVIRONMENT PROCESS RE-ENGINEERING (PRE) WP5: InfraFINBIM Pilotti: Mallipohjainen radanrakentamisen automaatio InfraFINBIM pilottiraportti Muutoshistoria: Versio Pvm Tila (luonnos / ehdotus / hyväksytty) Tekijä(t) 0.1 15.2.2013 luonnos Teppo Rauhala (TRa) Huomautukset (määrittely / toteutus / dokumentointi) 0.2 25.3.2013 luonnos Jutta Peura (JPe) kommentoitu 0.3 25.3.2013 luonnos Tuula Hakkarainen kommentoitu (THa) 1.0 11.4.2013 ehdotus TRa täydennykset 1.1 15.4.2013 ehdotus THa täydennys (arviointisapluuna) 1.1 27.5.2013 Hyväksytty AP5 kommentein 1.1 18.11.2013 Täydennetty ehdotus THa, Jussi Heikkilä (JHe) Täydennetty AP5:n kommenttien pohjalta 1.1 16.12.2013 Hyväksytty AP5
InfraFINBIM pilottiraportti 2 (23) SISÄLTÖ 1 Johdanto... 3 1.1 Tausta... 3 1.2 Pilottia tukevan hankkeen kuvaus... 3 1.3 Pilotoinnin osapuolet ja viestintä... 3 2 Pilotin tavoitteet... 3 2.1 Hankkeessa pilotoivat asiat... 3 2.2 Keskeisimmät kehitysaskeleet ja oletetut riskit... 4 3 Pilotin dokumentointi... 4 3.1 Pilotin kulku... 4 3.2 Tietotekninen ympäristö... 6 3.3 Prosessikuvaus... 6 3.4 InfraFINBIM-nimikkeistöt ja ohjeet... 7 4 Johtopäätökset... 8 4.1 Havaitut hyödyt ja ongelmat, edistysaskeleet ja kehitystarpeet... 8 4.2 Tietomallintamisen haasteellisuuden arviointi / Arviointisapluuna... 10 4.3 Jatkotoimenpiteet... 13 Liite A Kokonaisyhteenveto pilotista... 14 Liite B Kysely ratarakenteen toteutusmallin sisältövaatimuksista... 15 Liite C Tilaajakysely mallipohjaisesta toimintatavasta... 17 Liite D Kysely radanrakentamistyön mallipohjaisesta laadunvalvontamenettelystä... 21 Liite E Arviointisapluunan kategoriat ja valmiustasot... 23
InfraFINBIM pilottiraportti 3 (23) 1 Johdanto 1.1 Tausta Pilotti liittyy Infra FINBIM alatyöpaketteihin 2 ja 3. Työ on tehty VR Track Oy:n toimesta, joka on Suomen johtava radan suunnitteluun, rakentamiseen ja kunnossapitoon erikoistunut yritys. Pilotissa tekijöinä ovat olleet Teppo Rauhala, Jussi Heikkilä, Kimmo Laatunen ja Juha Parkkari. Työn tarkoituksena oli täydentää Infra FINBIM:ssä laadittua Väylärakenteen totetusmallin laatimisohjetta ja InfraBIM nimikkeistöä radan rakentamisen osalta sekä tutkia mallipohjaista laadunvalvontaa. 1.2 Pilottia tukevan hankkeen kuvaus Pilotti toteutettiin Infra FINBIM-pilottina VR Track Oy:n toimesta 4/2012-1/2013 aikana. Pilotilla ei ollut konkreettista kohdehanketta vaan se toteutettiin laaja-alaisena haastettelu- ja kirjallisuustutkimuksena. 1.3 Pilotoinnin osapuolet ja viestintä VR Track Oy vastasi pilotin toteutuksesta ja vastuuhenkilönä oli Teppo Rauhala. Työstä tehtiin diplomityö Jussi Heikkilän toimesta, jossa osapuolena oli lisäksi Oulun yliopisto. Oulun yliopistolta työssä olivat mukana Timo Aho ja Rauno Heikkilä. Väylärakenteen totetusmallin laatimisohjeen täydennyksistä keskusteltiin Destia Oy:n Sami Snellmanin kanssa. InfraBIM-nimikkeistön täydennykset toimitettiin Sito Oy:n Juha Liukakselle. Mallipohjaisesta laadunvalvonnasta tehtiin kysely Liikennevirastoon, rakennettujakonsulteille (Pöyry, CC Infra, Sweco), kaupungeille (Lahti, Oulu) ja koneohjausjärjestelmien laitteiston toimittajille (Topgeo, Geotrim, Novatron, Scanlaser). Aiheesta keskusteltiin lisäksi Destia Oy:n Mika Jaakkolan kanssa. Pilotista tehtiin diplomityö (Tietomallipohjaisen automaation kehittäminen rautatien maarakennustyöhön) ja väliraportti (Mallipohjainen radanrakentamisen automaatio) ja ne ovat julkisia. Raportit ovat saatavilla Lumoflow:ssa. Diplomityö on lisäksi saatavilla julkisesti. 2 Pilotin tavoitteet 2.1 Hankkeessa pilotoivat asiat Pilotin tavoitteena oli testata ja täydentää Infra FINBIM:ssä luotuja ja kehitettäviä ohjeita ja nimikkeistöä (Väylärakenteen toteutusmallin laatimisohje ja InfraBIM-nimikkeistö). Tavoitteena oli saada kehitettyä Väylärakenteen toteutusmallin laatimisohje kattamaan radanrakentamisen määritykset ja testata pilottikohteissa määritysten soveltuvuudet radanrakentamiseen. Pilotin tavoitellaan kehittävän ratasuunnittelua siten, että täydennettyä ohjetta noudattamalla kyetään laatimaan ratahankkeissa suoraan koneohjauksessa toimivia toteutusmalleja ilman, että niitä pitää viimeistellä ennen työmaalle toimittamista.
InfraFINBIM pilottiraportti 4 (23) Pilotissa tutkittiin lisäksi mallipohjaista työkoneautomaatiota hyödyntävää laadunvalvontamenetelmää radanrakentamisen työtehtäviin. Tavoitteena oli selvittää työkoneautomaation mahdollisuuksia toteutuman mittauksessa ja toteutumamallin muodostamisessa. Pilotti sijoittuu infran elinkaaressa välille suunnittelu-rakentaminen-rakennetun todentaminen (kuva 1). Hankesuunnittelu Suunnittelun ohjaus Rakentamisen valvonta Käyttö, hoito ja ylläpito Kunnon seuranta Lähtötietojen hankinta Suunnittelu Rakentaminen Rakennetun todentaminen Käyttö, hoito ja ylläpito Inframalli [lähtötieto] Inframalli [suunnittelu] Inframalli [toteutus] Inframalli [toteuma] Inframalli [ylläpito] Inframalli [jäännösarvo] Rekisterit Rekisterit [päivitys] Kuva 1. Pilotin sijoittuminen infran elinkaaressa. Pilotin työkaluina käytettiin suunnitteluohjelmien osalta Tekla Civiliä ja Novapointia. Aineiston tarkasteluun ja viimeistelyyn käytettiin AutoCAD, 3D-Win ja 3D-Office - ohjelmistoja. Koneohjausjärjestelmänä pilotissa oli työmaan osalta Topcon. 2.2 Keskeisimmät kehitysaskeleet ja oletetut riskit Keskeisimpänä kehitysaskeleena oli tuottaa alalle täydennykset Väylärakenteen toteutusmallin laatimisohjeeseen ja InfraBIM-nimikkeistöön ratatekniikan osalta. Lisäksi pilotin aikana tarkoituksena oli selvittää mallipohjaisen laadunvalvonnan lähtötila ja odotukset. Nämä muutokset tehostavat ja yhdenmukaistavat alan käytäntöjä. Uudet toimintatavat mahdollistavat myös uutta liiketoimintaa ja antavat pohjan teknologian kehitykselle. 3 Pilotin dokumentointi 3.1 Pilotin kulku Väylärakenteen toteutusmalliin tarvittavat ratapuolen täydennykset määritettiin seuraavasti: Pilotin alussa kartoitettiin ratarakenteen toteutusmallin sisältövaatimuksia ja erityispiirteitä VR Track Oy:n suunnittelijoille suunnatulla kyselyllä (liite B).
InfraFINBIM pilottiraportti 5 (23) Toteutusmallien laatimisen yhteydessä esiintyviä ongelmia ja haasteita pyrittiin havaitsemaan tutkijan omien mallinnuskokeilujen sekä VR Track Oy:n suunnittelijoiden tuottamien mallien tarkastelemisella. Toteutusmalleja tuotetiin seulontaan, massanvaihtoihin, leikkauksiin, eristys- ja välikerroksien rakentamiseen kaiken kaikkiaan noin kaksikymmentä. Kaikki tuotetut toteutusmallit laadittiin todellisiin rakentamiskohteisiin työmaille ja niitä hyödynnettiin koneohjauksessa. Kyselyn ja havaintojen perusteella kehitettiin ratapuolen määritykset Väylärakenteen toteutusmallin laatimisohjeeseen. Täydennetty ohjeluonnos on luovutettu ohjeen varsinaiselle kehittäjälle (Sami Snellman, Destia Oy). Rakentamistyön mallipohjaisen laadunvalvonnan tutkimusta suoritettiin seuraavasti: Tutustuttiin aikaisempiin tutkimuksiin ja ohjeluonnoksiin, joita olivat Infra FINBIM:ssä laadittu Tie- ja katurakentamisen mallipohjainen laadunvalvontamenettely-ohjeluonnos ja sen taustalla oleva Juha Schönbergin tekemä diplomityö Tierakentamisen maarakennusvaiheen tietomallipohjaisen laadunvalvontamenetelmän kehittäminen (2012). Laadittiin kysely mallipohjaisesta toimintatavasta ja erityisesti laadunvalvonnan odotuksista ja näkemyksistä (liite C). o Kysely lähetettiin tilaajille ja rakennuttajakonsulteille. Vastauksia saatiin 3 tilaajan edustajalta ja 4 rakennuttajakonsultilta. Laadittiin kysely radanrakentamistyön mallipohjaisesta laadunvalvontamenettelystä. (liite D) o Kysely lähetettiin VR Track Oy:n rakentajille. Tutkittiin koneohjausjärjestelmien laadunvalvontaominaisuuksia. o Koneohjausjärjestelmien laadunvalvontaominaisuuksia ja -työkaluja kartoitettiin järjestelmien edustajille suoritetulla kyselytutkimuksella. Tutkittavat koneohjausjärjestelmät olivat eniten Suomessa käytettävät järjestelmät Novatron, Scanlaser, Geotrim Oy:n edustama Trimble ja Topgeo Oy:n edustama Topcon. Tutkimus suoritettiin haastattelemalla järjestelmien edustajia sekä henkilökohtaisesti että sähköpostitse esitetyillä lisäkysymyksillä. o Tehtiin seuraavia päätelmiä: koneohjausjärjestelmissä on jo jatkuvan toteutuman kartoittamisen mahdollistavia ominaisuuksia. Topconin koneohjausjärjestelmä kykenee muodostamaan automaattisesti toteutumamallia (grid-verkkoa) työkoneen terän liikkeiden perusteella. Kuljettajan näytöllä voidaan esittää eri väreillä toteutuneen ja suunnitellun pinnan eroavaisuuksia. Trimblen koneohjausjärjestelmä sisältää myös jatkuvan kartoituksen ominaisuuksia. Jatkuvan kartoituksen mahdollisuuksia laadunvalvontatyökaluna tulisi tutkia erillisessä tutkimuksessa, jolloin voitaisiin arvioida menettelyn soveltuvuutta laadunvalvonta-aineiston tuottamiseen (tarkkuus, hyödynnettävyys, käytettävyys).
InfraFINBIM pilottiraportti 6 (23) 3.2 Tietotekninen ympäristö Windows-ympäristöön soveltuvat ohjelmistot: Suunnitteluohjelmistot: Tekla Civil 12.1 ja Novapoint 18.10 Aineiston tarkastukseen ja viimeistelyyn käytetyt ohjelmistot: Virtual Map, AutoCAD, 3D-Win ja 3D-Office. 3.3 Prosessikuvaus Kohteista laadittiin kolmiulotteinen suunnittelumalli Tekla Civil:llä tai Novapointilla. Suunnittelun pohjaksi käytettävät maastomallit siirrettiin suunnitteluohjelmistoihin yleisesti käytetyssä gt-formaatissa. Suunnittelumallin pohjalta laadittiin toteutusmallit Väylärakenteen toteutusmallin laatimisohjeessa esitetyn 3 mm tarkkuustason mukaisesti. Suunnittelun pohjana käytettiin geometriasuunnittelijoiden laatimaa tarkkaa ratageometriaa. Teklasta kirjoitettiin toteutusmallit taiteviiva-aineistona dwg-formaatissa, ja tämä aineisto kolmioitiin 3D-Win - tai 3D-Office -ohjelmilla. Novapointista toteutusmalliaineistot kirjoitettiin ulos pintamalleina IM2-formaatissa tai taiteviivoina dwg-formaatissa (kuva 2). Toteutusmallit tarkastettiin ja viimeisteltiin 3D-Win tai 3D-Office ohjelmilla ennen työmaalle toimittamista, koska työmaalla käytettiin Topconin koneohjausjärjestelmiä, joihin toteutusmalliaineisto voitiin siirtää ainoastaan Topconin omassa tp3-formaatissa. Aineiston muuttaminen tp3-formaattiin on mahdollista ainostaan Topconin 3D-Office-ohjelmalla. Toteutusmalliaineisto siirrettiin työkoneisiin joko paikallisesti (USB-tikulla) tai etäyhteyden avulla.
InfraFINBIM pilottiraportti 7 (23) Kuva 2. Pilottihankkeen tiedonsiirto. 3.4 InfraFINBIM-nimikkeistöt ja ohjeet AP2 paketin InfraBIM-nimikkeistöä täydennettiin radan rakennepintojen lyhenteiden kehittämisen osalta (taulukko 1). Täydennysehdotukset toimitettiin Juha Liukakselle (Sito Oy). Taulukko1. Radan rakennepintojen koodit, nimet ja lyhenteet. Tähdellä (*) merkityt lyhenteet esitetään täydennettäviksi nimikkeistöön. Koodi Nimi Lyhenne 142100 Roudaneristys, alapinta Routa (*) 162100 Putki- ja johtokaivanto Putk 162500 Massanvaihtoon kuuluva kaivanto Mv (*) 181100 Maapenger, yläpinta Mpe 181500 Vastapenger Vpe (*) 181600 Esikuormituspenger Epe (*) 201100 Väylärakenteen alapinta Vap (*) 201200 Alin yhdistelmäpinta Ayp 210000 Alusrakenteen ylin yhdistelmäpinta Ayyp (*) 211100 Suodatinkerros ratarakenteissa, yläpinta Suod 211200 Suodatinkangas Skang (*) 212200 Eristyskerros ratarakenteissa, yläpinta Eris (*) 212300 Välikerros ratarakenteissa, yläpinta Val (*) 240000 Ylin yhdistelmäpinta Yyp 241020 Tukikerroksen alaosa ratarakenteissa, yläpinta Tukao (*)
InfraFINBIM pilottiraportti 8 (23) 4 Johtopäätökset 4.1 Havaitut hyödyt ja ongelmat, edistysaskeleet ja kehitystarpeet Pilotissa saatiin tuotettua ratapuolen määrityksillä täydennetty Väylärakenteen toteutusmallin laatimisohje, joka on julkaistu Infra FINBIM:ssä. Mallien tuottamiseen ja ohjeen testaamiseen käytettiin Novapoint (NP) ja Tekla Civil suunnitteluohjelmistoja. Mallien tuottamisen ja testaamisen yhteydessä tehtyjä havaintoja: NP:lla ei pystytty tekemään kaikkia toteutusmalleja (esim. seulonnan toteutusmalli). Ohjelmassa rakennetyypin määrittäminen on liian rajoitettu ja parametripohjainen. Teklassa rakennetyyppi voidaan määrittää lähes vapaasti, mikä edesauttaa monimutkaisten mallien laatimista. NP:lla tehdyt mallit eivät välttämättä toimi suoraan kaikissa koneohjausjärjestelmissä. Ongelmia aiheuttavat malleihin jäävät lähekkäin olevat viivat ja pisteet sekä ohjelman tapa jakaa pinnat useisiin eri elementteihin. Lähekkäin olevista viivoista ja pisteistä johtuen toteutusmalli ei näkynyt työkoneen näytöllä täydellisesti (kuva3). Tämän vuoksi mallien viimeistelyyn ja muokkaamiseen tarvittiin muita ohjelmia (esim. Virtual Map, 3D-Win ja 3D-Office), joilla ylimääräinen aineisto saatiin poistettua malleista. Kuva 3. Esimerkkikuva toteutusmallin pinnan puutteellisesta kuvautumisesta koneohjausjärjestelmässä. NP:ssa taiteviiva-aineiston tarkkuus määritellään parametripohjaisesti. Ohjelmaan syötetään haluttu tarkkuus, jolloin taiteviivan pituus määräytyy automaattisesti. Teklassa taiteviiva-aineiston tarkkuus määritetään kaarentihennys- ja
InfraFINBIM pilottiraportti 9 (23) suodatusetäisyystoiminnoilla. Havaintojen perusteella tarkkuuden hallinta on monimutkaisempaa kuin NP:ssa ja vaatii enemmän työtä. NP tekee yhtenäisen mallin automaattisesti rakenteen vaihtuessa esim. leikkauksesta penkereeseen. Teklassa näissä kohdissa syntyy epäjatkuvuuskohtia. InfraModel2-tiedonsiirto ei toiminut täysin ongelmitta: NP ei tuota sisäluiskan pintaa rakennekerroksiin. Teklasta aineistoa ei voinut kirjoittaa ulos halutulta paaluväliltä, vaan aineisto muodostui koko kytkentäväliltä. Lisäksi kolmiointi ei ole täysin säännönmukainen (toimiva kylläkin). Tämän vuoksi viimeistelyssä ja muokkaamisessa tarvitaan muita ohjelmia (esim. 3D-Win ja 3D-Office). Ohjelmissa esiintyneiden rajoitteiden vuoksi aineisto päädyttiin kirjoittamaan ulos taiteviivoina dwg-muodossa. Aineistot viimeisteltiin 3D-Win ja 3D-Office ohjelmilla, minkä jälkeen ne toimitettiin työmaan käyttöön. Ohjelmistoja tulisi kehittää yhteistyössä suunnittelijoiden kanssa sekä testata niitä mahdollisimman laajasti. Toteutusmallin tarkastus on äärimmäisen tärkeää mm. yllä mainittujen ongelmien vuoksi. Suunnitteluprosessia tulee kehittää mallipohjaiseksi, jolloin lähes automaattisesti voidaan tuottaa mm. toteutusmallit. Toteutusmallin laadunvarmistus voidaan ajatella olevan jatkuva prosessi kohteen suunnitteluvaiheesta toteutukseen. Oleellista on integroida laadunvarmistus osaksi toteutus-mallin tuottamisprosessia siten, että mallin laatua valvotaan jokaisessa vaiheessa ennen seuraavaan vaiheeseen siirtymistä (kuva 4). Eri vaiheissa suoritettavilla tarkastuksilla varmistetaan, että virheellinen toteutusmalli ei päädy työmaalle toteutuksen ohjaukseen. Tarkastukset voidaan dokumentoida esimerkiksi taulukkoon, johon merkitään eri vaiheessa suoritetut mallin tarkastukset ja kuittaukset. Kuva 4. Periaatekuva toteutusmallin laadunvarmistuksesta suunnittelu- ja toteutusvaiheessa. Mallipohjaista rakentamisvaiheen laadunvalvontamenettelyä kehitetään infra-alalla pilottikohteiden kautta ja kehityksen lähtökohtana on Infra FINBIM:ssä laadittu Tie- ja katurakenteen mallipohjaisen laadunvalvontamenettelyn ohje-luonnos. Tehtyjen havaintojen perusteella ohje soveltuu lähtökohtaisesti radanrakentamistyön mallipohjaiseen laadunvalvonnan kehittämiseen. Tilaaja näkee laadunvalvonnan kehittämisen tärkeänä kehitystarpeena. Ylimääräisen tarkemittauksen vähentäminen nähdään tarpeellisena prosessin muutoksena. Koneohjauksen käyttämistä laadunvalvontatyökaluna pidetään potentiaalisena mahdollisuutena. Toteuma-
InfraFINBIM pilottiraportti 10 (23) aineiston esittäminen mallipohjaisesti nähdään toimivana menettelynä, mikä parantaa tulosten käsiteltävyyttä ja hyödynnettävyyttä (mallista tuotetaan taulukoita yms.). Laadunvalvonta rakentamistyössä on mittaamista, jonka avulla tarkastetaan, että täyttääkö tuote sille asetetut laatuvaatimukset eli onko valmis rakenne sallittujen toleranssien sisällä. Mikäli kyse on jatkuvasta tuotantoprosessista, kuten radanrakentaminen, tarvitaan jatkuvaa mittausta ja kontrollia. Tavoitteellisen mallipohjaisen laadunvalvonnan tavoitteena on varmistua, että tuotanto tehdään työkoneilla koneohjausjärjestelmiä käyttäen jatkuvasti riittävällä tarkkuudella asetettuihin mittatarkkuusvaatimuksiin nähden. Mallipohjaisen laadunvalvontamenettelyn tärkein tavoite on, että rakenteet on tehty riittävällä tarkkuudella suunnitelman mukaisesti. Laadunvalvonnan painopiste siirtyy perinteisestä valmiin lopputuotteen toteamisesta ennakoivaan ja jatkuvaan laadunvalvontaan (kuva 5). Kun prosessia valvotaan jatkuvasti, varsinaisia valmiin lopputuotteen laadunvarmistusmittauksia voidaan vähentää, mikä parantaa työn tuottavuutta. Mahdolliset virheet pyritään havaitsemaan ja korjaamaan välittömästi niiden syntyessä. Kuva 5. Periaatteellinen kuva mallipohjaisesta rakentamistyön laadunvalvontamenettelystä. Oleellista mallipohjaisessa laadunvalvontamenettelyssä on luoda siitä jatkuva ja aukoton prosessi, jossa varmistetaan, että hankkeen kaikissa vaiheissa tuotetaan laatuvaatimukset täyttävää tuotantoa. Tietomallinnus ja koneohjaus mahdollistavat perinteisiin menetelmiin nähden laadunvalvonnan tehostamisen. 4.2 Tietomallintamisen haasteellisuuden arviointi / Arviointisapluuna InfraFINBIM hanketta varten VTT on kehittänyt arviointisapluunan, jonka avulla arvioidaan pilottihankkeiden tietomallinnusvalmiuksia. Arviointisapluuna on jaettu 11 kategoriaan ja kussakin kategoriassa on kuusi valmiustasoa. Arvioitavat kategoriat ovat seuraavat: A: Procurement and delivery method B: BIM skills C: Project participant roles D: Process description E: Initial data F: BIM scope
InfraFINBIM pilottiraportti 11 (23) G: GIS-BIM integration H: Geometric modelling I: OpenBIM/Standards J: Information delivery management K: As-built information Arviointisapluunaa käytetään eri pilottihankkeiden tietomallinnusvalmiuksien vertailuun ja haasteellisuuden arviointiin sekä tavoitteiden asettamisessa ja niiden saavuttamisen todentamisessa. Arviointisapluunan kategoriat ja niiden valmiustasot on esitetty liitteessä E. Infra FINBIM -hankkeen alussa arviointisapluunan avulla määriteltiin infrarakentamisen tietomallinnuksen nykytila ja hankkeen jälkeinen tavoitetila. Tulokset on esitetty kuvissa 6 ja 7. Määrittely tehtiin esteidenpoistoryhmässä, johon kuuluivat seuraavat henkilöt: Kimmo Laatunen Harri Mäkelä Antti Karjalainen Juha Liukas Tapani Toivanen Rauno Heikkilä Juha Hyvärinen Tarja Mäkeläinen VR Track Oy Innogeo Oy WSP Oy Sito Lemminkäinen Oyj Oulun yliopisto VTT VTT Kuva 6. Esteidenpoistoryhmän näkemys infrarakentamisen tietomallinnuksen nykytilasta arviointisapluunan kategorioiden perusteella ennen Infra FINBIM hanketta.
InfraFINBIM pilottiraportti 12 (23) Kuva 7. Esteidenpoistoryhmän näkemys infrarakentamisen tietomallinnuksen tavoitetilasta Infra FINBIM hankkeen jälkeen. Arviointisapluunatutkimus on tehty pilottihankkeen loppuvaiheessa tai hankkeen päättymisen jälkeen haastattelututkimuksena. Haastattelussa pilotin vastuuhenkilö on arvioinut pilotin tason oman näkemyksensä mukaisesti. Mallipohjainen radanrakentamisen automaatio -pilotissa arvioinnin tekivät Teppo Rauhala ja Jussi Heikkilä VR Track Oy:stä. Haastattelun tulokset on esitetty kuvassa 8. Tuloksista nähdään, että Mallipohjainen radanrakentamisen automaatio pilottihankkeessa saavutettu taso on erittäin hyvä verrattuna infra-alan yleiseen lähtötasoon. Esteidenpoistoryhmän asettama tavoitetila saavutettiin tai jopa ylitettiin kuudessa kategoriassa (B, C, D, F, G, ja J). Tämä on signaali siitä, että pilottiin sitoutuneet tahot ovat ottaneet merkittäviä askelia kohti infrarakentamisen tietomallipohjaista tulevaisuutta. Kategoriassa G (GIS-BIM integration) valmiustaso arvioitiin ylimmälle tasolle 6. Tämä arvio perustuu siihen, että tietomalli on integroitu paikkatietoympäristöön ja rakentamisessa käytetään RTK-tarkkuutta. Tavoitetilaa alemmalle tasolle jäätiin kategorioissa A, E, H ja I. Näissäkin kategorioissa päädyttiin kuitenkin pääosin alan yleistä lähtötilannetta paremmalle tasolle. Kategoria K (as-built information) ei ole relevantti tässä pilottihankkeessa, koska se keskittyi väylärakenteen toteutusmallin laatimisohjeen täydentämiseen radanrakentamisen määrityksillä ja mallipohjaista työkoneautomaatiota hyödyntävän laadunvalvontamenetelmän tutkimiseen. Siinä ei pilotoitu toteumamallin tuottamista (vain selvitettiin ja visioitiin). Tämä näkyy kuvassa 8 kategorian K arvona 0.
InfraFINBIM pilottiraportti 13 (23) Kuva 8. Mallipohjainen radanrakentamisen automaatio -pilotin tulokset. 4.3 Jatkotoimenpiteet Väylärakenteen toteutusmallin laatimisohjetta tulee käyttää mahdollisimman monissa hankkeissa ja täydentää sitä tarvittaessa. Jatkotoimenpiteenä nähdään, että mallipohjaista laadunvalvontamenettelyä tulee testata todellisissa radanrakentamiskohteissa, jolloin saadaan havaintoja ja kokemuksia Tie- ja katurakentamisen laadunvalvontamenettelyn ohjeen soveltuvuudesta radanrakentamistyöhön. Kehitystä tulee tehdä yhteistyössä tilaajan ja tuottajaosapuolten kanssa, jotta eri tahojen näkemykset ja vaatimukset uudelle toimintatavalle voidaan ottaa huomioon. FINBIM:ssä tehdyn ohjeluonnoksen kehittäminen tässä tutkimuksessa tehtyjen havaintojen pohjalta o Työkoneen tarkkuuden jatkuva seuraaminen o Ennakoiva laadunvarmistus Päivitetyn ohjeen pilotointi ja tutkiminen o Pilottien havaintojen pohjalta ohjeen kehittäminen o Ohjeen julkaisu
LIITE A 14 (23) Liite A Kokonaisyhteenveto pilotista Taulukko A1. Yhteenveto pilotista Mallipohjainen radanrakentamisen automaatio. Pilotin nimi Mallipohjainen radanrakentamisen automaatio Pilotin tyyppi Pilottihankkeen kuvaus Pilotti Kehitetään radanrakentamisen mallipohjaista ohjeistusta ja laadunvarmistusta diplomityönä tehtävässä tutkimuksessa, joka sisältää kirjallisuus- ja haastattelututkimuksia. Aikataulu 4/2012-1/2013 Toteutusmuoto Pilotoitavat prosessit Hankemuoto Pilotoitiin Väylärakenteen toteututusmallin laatimisohjeen ja InfraBIM-nimikkeistön soveltuvuutta ratautatiesuunnitteluun. Mallipohjaista työkoneautomaatiota hyödyntävä laadunvalvontamenetelmä radanrakentamisessa. Työkoneautomaation mahdollisuudet toteuman mittauksissa ja toteumamallin muodostamisessa. Osapuolet ja käytettävät ohjelmistot Pilotoitava(t) asia(t) ja pilotin tavoitteet VR Track Oy Infra FINBIM Tekla Civil Novapoint Testataan ja täydennetään Infra FINBIM:ssä luotuja ja kehitettäviä ohjeita ja nimikkeistöä (Väylärakenteen toteutusmallin laatimisohje ja InfraBIM-nimikkeistö). Tavoitteena on saada kehitettyä Väylärakenteen toteutusmallin laatimisohje kattamaan radanrakentamisen määritykset ja testata pilottikohteissa määritysten soveltuvuudet radanrakentamiseen. Tutkitaan mallipohjaista työkoneautomaatiota hyödyntävää laadunvalvontamenetelmää radanrakentamisen työtehtäviin. Tutkimuksessa selvitetään työkoneautomaation mahdollisuuksia toteutuman mittauksessa ja toteutumamallin muodostamisessa. Tietomallin käyttö hankkeessa Pilottihankkeen erityispiirteet suhteessa tietomallinnukseen Keskeisimmät kehitysaskeleet ja niihin liittyvät odotukset Keskeisimmät esiin nousseet ongelmat ja kehitystarpeet 3D maastomalli Toteutusmalli - Koneohjausmalli Ratatekniikka, mallipohjainen laadunvalvonta Väylärakenteen toteutusmallin laatimisohje ja InfraBIMnimikkeistö Suunnitteluprosessi, ohjelmiston kehitys, tiedonsiirto
LIITE B 15 (23) Liite B Kysely ratarakenteen toteutusmallin sisältövaatimuksista KYSYMYKSIÄ 1. Väylärakenteen toteutusmallin laatimisohje-luonnos (Destia) 1. Mitä erityispiirteitä ratarakenteen mallinnukseen sisältyy verrattuna tierakenteen mallinnukseen? Mitä vaikutuksia niillä on toteutusmallin (koneohjausmallin) tuottamiseen? 2. Soveltuuko Väylärakenteen toteutusmallin laatimisohje sellaisenaan käytettäväksi ratarakenteen toteutusmallin laatimisohjeena? Mitä siihen tulee lisätä/muuttaa, jotta se soveltuu erinomaisesti ratapuolelle? 3. Ko. ohjeessa on päädytty 3 mm:n tarkkuustasoon (toteutusmalli poikkeaa suunnittelumallin geometriasta korkeintaan 3 mm). Onko tämä tarkkuustaso sopiva ratarakenteen toteutusmallille? 4. Ko. ohjeessa on määritelty taiteviivojen tavoitepituudet kaarteissa taulukko 1:n mukaisesti. Onko taulukko käyttökelpoinen ratapuolella? Olisiko jokin muu määrittely parempi? (esim. syötetään suurin sallittu poikkeama-arvo, ja ohjelma tekee taiteviivat automaattisesti sopiville etäisyyksille)
LIITE B 16 (23) 2. Ratarakenteen toteutusmallin sisältö 1. Mitä asioita pitäisi olla mallinnettuna ratarakenteen toteutusmallissa ja mitä ei tarvitse mallintaa? (esim. eri rakennepinnat, vastapenger, massanvaihto, siirtymäkiilat, siltojen liittymät) 2. Millaisia ongelmia olet kohdannut ratarakenteen mallinnuksessa? 3. Mikä on mielestäsi toteutusmallin taiteviivan minimi- ja maksimipituus? (Destian ehdotus: minimipituus 0,5 m) 4. Pitääkö taiteviivassa olla säännöllisin välein taite, esimerkiksi 5 tai 10 metrin välein? 5. Soveltuvatko samat sisältömäärittelyt kaikille rakennepinnoille? 6. Mikä on mielestäsi toteutusmallin maksimipituus (km) / tiedostokoko? 3. Tilaajalle luovutettava aineisto 1. Miten toteutusmallitiedostot tulisi nimetä? Millaiset lyhenteet olisivat sopivia? Vrt. tiepuolen ehdotus: tiedostokansio: vt4_alatemmes_haarasilta rakennepinta: vt4_0_1000_yyp (valtatie 4, paaluväli, ylin yhdistelmäpinta) 4. Nykyiset suunnitteluohjelmistot 1. Millaisia rajoituksia nykyiset ohjelmat (Novapoint, Tekla Civil, 3D-Office) asettavat toteutusmallin tuottamiseen? Miten niitä tulisi kehittää, jotta mallien tekeminen olisi helpompaa/kätevämpää? 5. Kommentteja/ajatuksia/kehitysideoita ratarakenteen mallinnuksesta ja toteutusmallin tuottamisesta tai muista aiheeseen liittyvistä asioista
LIITE C 17 (23) Liite C Tilaajakysely mallipohjaisesta toimintatavasta KYSYMYKSIÄ: Mallipohjainen toimintatapa 1. Mitkä ovat tilaajan suurimmat odotukset ja vaatimukset mallipohjaiselle toimintatavalle? 2. Miten mallipohjaista toimintatapaa pitäisi kehittää, jotta se toimisi hyvin kaikkien osapuolten eduksi? Mitkä ovat tärkeimmät asiat, jotka pitää huomioida siirryttäessä mallipohjaiseen toimintatapaan?
LIITE C 18 (23) Mallipohjainen laadunvalvonta Ohessa on esitetty 3 visiota mallipohjaisesta laadunvalvontamenetelmästä: a. Rakenteiden kontrollimittaus tehdään nykyisellä/tihennetyllä mittausvälillä työkoneautomaatiolla/erillisillä mittalaitteilla (kuva 1). Tilaajalle luovutettava aineisto: tarkkeista muodostettu toteutumamalli, josta tarkkeiden poikkeamat suunnitelmasta nähdään graafisesti sekä lukuarvoina. Edut nykyiseen menetelmään verrattuna: toteutuma-aineiston tuottaminen on nopeampaa, aineiston tarkastelu/vertaaminen suunnitelmiin on helpompaa ja nopeampaa (toteutumamalli). Havaittuihin virheisiin voidaan reagoida nopeasti. Kuva 1. Toteutuman (toteutumamalli) vertaaminen suunnitelmaan (toteutusmalli). Ylimmässä kuvassa toteutusmalli on esitetty punaisena kolmioverkkona, toteutumasta (mitatut tarkkeet) muodostettu toteutumamalli on esitetty vihreänä kolmioverkkona. Alhaalla vasemmalla on esitetty tarkkeiden poikkeamat toteutusmalliin (väri muuttuu poikkeaman suuruuden mukaan). Alhaalla oikealla on esitetty poikkeamat poikkeamaraporttina.
LIITE C 19 (23) b. Reaaliajassa päivittyvä toteutumamalli (kuva 2). Toteutumamalli päivittyy reaaliajassa työkoneautomaatiolla/mittalaitteilla mitatun toteutuman perusteella sitä mukaan, kun kone/työ etenee. Työn edistymistä voidaan seurata automaattisesti reaaliajassa päivittyvästä toteutumamallista. Toteutumamallia voidaan verrata toteutusmalliin graafisesti, poikkeamat suunnitelmaan nähdään lukuarvoina + väreinä. Tilaajalle luovutettava aineisto: reaaliajassa päivittyvä toteutumamalli, toteutusmallien tarkastusraportit, työkoneautomaatiojärjestelmän tarkastusraportit. Edut nykyiseen menetelmään verrattuna: tilaaja/rakennuttaja näkee työn edistymisen ja laadun reaaliajassa. Havaittuihin virheisiin voidaan reagoida nopeasti; työmaan reaaliaikainen seuranta helpottuu. Kuva 2. Reaaliajassa päivittyvä toteutumamalli. Toteutunut, toleranssin sisällä oleva kerros näkyy vihreänä. Toteutunut, toleranssin ulkopuolella oleva kerros näkyy punaisena, rakentamaton kerros näkyy kolmioverkkona. Malli päivittyy sitä mukaan, kun työkone/mittalaite mittaa rakennettua pintaa ja lähettää tiedot langattoman verkon kautta malliin.
LIITE C 20 (23) c. Tarkemittausten suorittaminen nykyisellä menetelmällä, mutta mittausväliä harvennetaan (20 m 200 m). Tarkemittaukset suoritetaan pääasiassa takymetrilla, joitakin mittauksia (massanvaihdon pohja, siirtymäkiilat, vedenalaiset rakenteet) voidaan suorittaa työkoneautomaatiolla. Tilaajalle luovutettava aineisto: toteutusmallien tarkastusraportit, työkoneautomaatiojärjestelmien tarkastusraportit, tarkemittausten tulokset. Edut nykyiseen menetelmään verrattuna: Tarkemittausten määrän väheneminen mittausdatan käsittelyn väheneminen. 3. Miten yllä esitetyt visiot mallipohjaisesta laadunvalvontamenetelmästä soveltuvat perinteisen laadunvalvontamenetelmän korvaajaksi? (Nykyinen menetelmä: tarkemittaukset tehdään takymetrilla 20 metrin välein poikkileikkauksista) 4. Alla on esitetty mallipohjaisen laadunvalvonnan näkökulmia. Miten ne soveltuvat mallipohjaisen laadunvalvonnan kehittämisen lähtökohdiksi? a. Vähennetään tarkemittausta. Työkoneautomaatiojärjestelmän tarkkuuden osoitus tarkemittausten vähentäminen nykyisestä (luotetaan, että toteutuma on tarkasti suunnitelman mukainen ts. toteutumamalli toteutusmalli) b. Lisätään tarkemittausta. Uusien mittausmenetelmien kehittäminen ja hyödyntäminen (laserkeilaus, työkoneautomaation mittaustyökalut ) mittausdataa tuotetaan nykyistä enemmän (toteutumamalli muodostuu tiheään mitatuista tarkemittauksista) c. Säilytetään nykyinen mittaustaso (tarkkeiden mittaus edelleen 20 m välein) 5. Millainen toteutuma-aineiston esitys- / dokumentointitavan tulisi olla, jotta toteutumatietoa voisi parhaiten hyödyntää rakentamisen jälkeen teiden/rautateiden hoidossa ja ylläpidossa? (toteutumamalli, taulukoidut tarkepisteet, muu tapa?) 6. Soveltuvatko työkoneiden 3D-koneohjausjärjestelmien automaattiset/manuaaliset toteutumamittaukset laadunvalvonta-aineiston tuottamiseen? (esim. tiehöylän ja kaivinkoneen toteutumamittaukset, täryjyrällä tehdyt tiivistetyn rakenteen toteutumamittaukset) 7. Muut tutkimus- ja kehitysehdotukset?
LIITE D 21 (23) Liite D Kysely radanrakentamistyön mallipohjaisesta laadunvalvontamenettelystä Kysymyksiä mallipohjaisesta laadunvalvontamenetelmästä: 1. Mitä ajatuksia ko. ohje herättää (esim. ohjeessa kuvatun laadunvalvontamenettelyn hyvät ja huonot puolet)? 2. Voiko ohjeessa kuvattua menetelmää käyttää ratapuolella? Mitä lisäyksiä/muutoksia siihen pitäisi tehdä, jotta se soveltuisi paremmin käytettäväksi ratapuolella? Olisiko jokin muu laadunvalvonnan menettelytapa parempi kuin ohjeessa esitetty? 3. Ohjeessa on esitetty käytäntö rakenteiden tarke- ja toteumamittauksille. (Tarkemittaukset tehdään 200 m välein sekä rakenteiden muutoskohdissa. Mittausväliä tihennetään, mikäli harvemmalla mittausvälillä tehtyjen tarkemittausten tulokset eivät täytä rakenteiden toleranssivaatimuksia.) Onko tämä hyvä/luotettava tapa tehdä tarkemittaukset? 4. Ohjeessa on esitetty, että työkoneohjausjärjestelmän tarkkuus tarkistetaan työn aikana kerran viikossa. Onko tämä riittävä vai pitäisikö tarkkuus todeta tiheämmin/harvemmin (esim. jokaisen työvuoron alussa)? 5. Voiko työkoneiden 3D-ohjausjärjestelmien automaattista/manuaalista toteutumamittausta hyödyntää laadunvalvontatyökaluna? Millä tavoin? a. rakenteet, joiden mittatarkkuusvaatimukset ei suuria b. seulotun pinnan tarkemittaukset
LIITE D 22 (23) 6. Täytyykö rakenteita kontrollimitata AINA työkoneautomaatiosta huolimatta ulkoisilla mittalaitteilla (mittamies mittaa takymetrilla)? Voidaanko rakenteiden kontrollimittauksia vähentää nykyisestä? 7. Voidaanko nykyisestä tarkemittauskäytännöstä (mittaus poikkileikkauksista takymetrilla 20 metrin välein) luopua mallipohjaisen menetelmän myötä ja onko se järkevää? Onko nykyinen menetelmä tarkoituksenmukainen, menetelmän hyvät/huonot puolet? 8. Mitkä ovat tärkeimmät nykyisen laadunvalvontamenettelyn ongelmakohdat, joihin mallipohjaisella laadunvalvonnalla tulisi pystyä tuomaan parannuksia? (esim. massatalouden seuranta, toteutuman mittaukset ja tulosten käsittely, ) 9. Muita ohjeeseen/mallipohjaiseen laadunvalvontamenettelyyn liittyviä ajatuksia/kehitysehdotuksia? (esim. liitteen mallipohjaisen laadunvalvontamenetelmän vision kommentointi) Kysymyksiä työkoneautomaatiosta ja mallipohjaisesta toimintatavasta: 10. Mitä hyötyjä mielestäsi työmaalla on saatu työkoneautomaation ja mallipohjaisen toimintatavan (esim. massojen seuranta, työn seuranta, työmaan hallinta..) myötä? Mitä haittoja? 11. Miten työkoneautomaatiota ja mallipohjaista toimintatapaa pitäisi kehittää, jotta siitä saadaan työmaalla enemmän hyötyjä? 12. Muita työkoneautomaatioon ja mallipohjaiseen toimintatapaan liittyviä ajatuksia/kehitysehdotuksia?
LIITE E 23 (23) Liite E Arviointisapluunan kategoriat ja valmiustasot Lisätietoja arviointisapluunasta: tarja.makelainen@vtt.fi