Päällystystöiden BIM-pohjainen suunnittelu Päällystystyön optimointi tietomallipohjaista suunnittelua hyödyntäen Markku Pienimäki Finnmap Infra Oy
Finnmap Infra Finnmap Infra Oy on yksityinen infrastruktuurin ja ympäristön suunnitteluun erikoistunut konsulttitoimisto. Toiminta-alueemme on Suomi lähialueineen. Palvelumme kattavat suunnittelun esi- ja hankesuunnittelusta toteutuksen suunnitteluun ja valvontaan. Tavoitteenamme ovat toimivat, kustannustehokkaat ja ympäristöystävälliset väylä- ja aluesuunnitteluratkaisut, myös pohjarakennesuunnittelu kuuluu erityisosaamiseemme. Ratapihantie 11 A, PL 114, 00521 Helsinki Puhelin (09) 8565 3800 Lohjan toimisto, Nummentie 71 A, 08100 Lohja www.finnmap-infra.fi
Finnmap Infra ja Bentley Finnmap Infra on tunnettu Bentley-infrasuunnitteluohjelmistojen käyttäjä Olemme jatkuvasti tiiviisti yhteydessä Bentleyn edustajiin Meillä on yhteisiä t&k-projekteja Käytössä tällä hetkellä: PowerCivil for Finland InRoads Power Rail Track MicroStation Descartes Navigator
Esityksen sisältö Mitä BIM-suunnittelu on? Miksi päällystämistä pitäisi "optimoida"? Päällystysoptimoinnin vaiheet Tarvittavat lähtötiedot Tietomallipohjainen suunnittelu Koneohjauksen mahdollisuudet Toteumatiedot Päällystysoptimointi Suomessa 2015
Tietomallipohjainen (BIM) suunnittelu Tietomallilla (BIM) muodostetaan digitaalinen (3D) esitys kohteen fyysisistä ja toiminnallisista ominaisuuksista. Tietomalli on avoin, jaettu tietovarasto ja sen avulla tulisi voida tehdä luotettavia päätelmiä kohteen koko eliniän ajalta. (Lähde: National Building Information Model Standard Project Committee, USA) BIM = Building Information Model Built environment Information Management AIM = Asset Information Management Mallipohjainen tieto on "älykästä": Tiedot tallennetaan ja siirretään yleisessä (avoimessa) formaatissa Tieto on harmoonista ja sitä voidaan hyödyntää tehokkaasti Tietoa voidaan käyttää moneen tarkoitukseen Tieto voi sisältää tietoa itsestään Tiedolla on useita käyttötapoja (use cases) Tiedolla on useita käyttäjiä BIM on muutakin kuin tekniikkaa! Nykyisin tietomallintamista ei vielä pystytä hyödyntämään läheskään sillä tasolla kuin siihen teoreettisesti olisi mahdollisuudet Lähde: Niklas von Schantz, Ramboll
Tietomallintamisen käyttömahdollisuuksia Source: Niklas von Schantz, Ramboll Lähde: Niklas von Schantz, Ramboll
Tietomallintaminen tien korjaamisessa (ylläpidossa) Suomessa on panostettu infra-alan tietomallintamisen kehittämiseen vuodesta 2010 lähtien PRE Infra FINBIM kehitysohjelmassa Viime vuosina tietomallinnus ja 3-D koneohjaus ovat yleistyneet tien rakentamisessa, mutta hyödyntäminen on ollut paljon vähäisempää teiden korjaamisessa Nyt myös mallintamisen käyttömahdollisuuksia korjaamisessa on alettu tutkia ja kokeilla Mallintamisen käsite kohteen elinkaaren aikaisesta tiedon hyödyntämisestä konkretisoituu ylläpitoon liittyvissä toiminnoissa. Suunnittelu- ja rakennusvaiheessa koottu tieto tulisi liittää ylläpidon aikana kerättyyn tietoon. Tutkimalla ja analysoimalla yhdistettyä tietoa saadaan lähtötietoja korjaamisen suunnittelua varten. Tietomallintamisen hyödyntämiseksi korjaamisessa tulisi olemassa olevaan laatutietoon (tietovarastot/mittausdata) liittää paikkatieto.
Mallintamisen lisäarvo päällysteiden korjaamisessa Tietomallintamisella tavoitellaan Korjaukseen käytettävien varojen parempaa kohdentamista ongelmakohtiin (optimointia) Tien geometrian korjaamista tiettyjen erityistavoitteiden saavuttamiseksi (esim. parantamalla tien pituus- ja poikkikaltevuutta) Parempilaatuisia päällysteitä perinteisiin menetelmiin nähden Päällystysmassojen vähentämistä / uusiopäällysteiden lisäämistä kustannussäästöjä Tien korjaussyklien pidentämistä Päällystystöiden hankintamenettelyjen kehittymistä (tarjouspyyntöjen tarkentumista / päällystemassojen tarkempaa hallintaa / pienempiä riskivarauksia / vähemmän epäselvyyksiä) Kustannustehokkuutta enemmin tai parempaa samalla rahalla
Päällystyskustannusten määräytyminen Perinteinen ongelma rakennushankkeen kustannusten kiinnittymisessä: Kustannukset määräytyvät/kiinnitetään pääosin hankkeen alkuvaiheessa. Kustannukset kertyvät pääosin rakentamisen aikana. Päällystyshankkeen erityispiirteitä: Päällystäminen on kallista Päällystäminen on olennaisin menettely teiden korjaamisessa Päällystystä ei juuri suunnitella perinteisessä menettelyssä Mahdollisuudet/vaihtoehdot Rakennushanke Esisuunnittelu Tarjousvaihe Rakentaminen/ Päällystys Tietomallintaminen tarjoaa hyvät mahdollisuudet kehittää päällystysprosessia Kustannukset
Miksi tietomallintamisesta puhutaan nyt? Tietomallintamista hyödynnetään liian vähän korjaamisessa (infran hallinnassa) Tarjoaa mahdollisuuksia, joita ei ennen ollut tai olivat vaikeasti hyödynnettävissä (geometrian korjaukset!) Tietomallintamisen käyttö teiden korjaamisessa on uutta Tietomallintamisen hyödyistä ei tiedetä alalla vielä kovin paljon Tietomallintamisen osaamista ja mittaustekniikkaa löytyy Suomesta Tietomallinnustekniikkaan perehtyneitä urakoitsijoita löytyy Suomesta Kustannusvertailulaskelma (7,0 m leveä tie) Perinteinen päällystystyö Tasausmassaa 100 200 ton/"heitto" 10 000 /km (60 /ton) 50 000 /10 km Uutta päällystettä 100 kg/m2 50 000 /km (6-10 /m2) 500 000 /10 km Tietomallintamisen kustannukset Mobiilikeilaus ja datan käsittely 5 000 /kohde 5 000 /10 km Päällystämisen suunnittelu 4 500 /1.km (25 k /10 km) 25 000 /10 km Mallinnetuissa kohteissa tasausmassaa käytetty jopa 70 % +5 000 säästöt vähemmän kuin perinteisessä Muita hyötyjä: parempi laatu, päällystyssyklin pidentyminen, toimenpiteiden optimointi
"Päällystysoptimoinnin" päävaiheet 1. Tien pintakunnon mittaaminen = mobiili laserkeilaus (mobiilikartoitus) 2. Rakennekerrosten selvittäminen mittaukset, suunnittelutiedot, 3. Lähtötietojen käsittely ja tien nykytilan analysointi 4. Mallipohjainen päällystystöiden suunnittelu 5. Toimenpiteiden toteutus koneohjauksella 6. Mittaukset päällystyksen aikana/jälkeen 7. Lopputuloksen analysointi
"Päällystysoptimointi" -menetelmä
Mobiilikartoitus Mittaukset Mobiililaserkeilaus Useita laitevalmistajia/malleja (e.g. Trimble, Riegl, Lynx ) Absoluuttinen tai suhteellinen mittaustapa Absoluuttinen (globaali) referenssipisteet globaalissa koordinaatistossa koneohjaus Suhteellinen referenssipisteet paikalliskoordinaatistossa "avustava" koneohjaus Keilausdatan käsittely Mittaus tuotaa "raa'an" pistepilven Pisteiden luokittelu Useampien mittauskertojen yhdistäminen "Reunaviivojen" etsintä ja digitalisointi Tienpintamalli
Keilausdatan (pistepilven) käsittely
Pistepilven visualisointi Päällystysoptimointi Bentley Connection Helsinki 6.10.2015
Tierakenteen selvittäminen Mittaukset Maatutka, PPL / TSD Yhteinen koordinaatisto Globaali on paras, mutta hyvin määritelty selkeästi merkitty paikallinenkin riittää Referenssimittaukset olennaisia (poranäytteet) Kohteen vanhat suunnittelutiedot ja korjausten historiatieto olisi arvokasta. Mittaustulosten käsittely Asfalttikerrosten alapinnat mallinnetaan riittävällä luotettavuustasolla Tuloksena saadaan asfalttikerrosten rakennemallit Rakennemalleja tarvitaan suunniteltaessa korjaustoimenpiteitä (tarkistetaan toimenpiteiden realistisuus tai rakenteen kestävyys)
Tien pintakunnon analysointi Graafiset tarkastelut
Tien nykykunnon analysointi graafisesti
Tien nykykunto Perinteisten kuntotietojen laskenta Sivukaltevuus (regressiosuora) Maximiurasyvyys
Tien nykykunto Kuntotiedot poikkileikkauksessa Harjanteen korkeus Uran syvyys "Vesiura", oikea "Vesiura", vasen
Nykykunnon arviointi Taulukkomuotoiset tarkastelut
Nykykunnon arviointi Rakennetekniset mahdollisuudet Lähde: Mika Jaakkola, Destia
Mallipohjainen suunnittelu Ohjelmistot Bentley InRoads ja Microstation (PowerCivil) Terrasolid TerraScan Microsoft Excel & VBA-coding Mallinnusprosessi Tien nykyisen vaaka- ja pystygeometrian digitalisointi (reunaviivat, keskilinja) Pystygeometria suunnittelu (hyödyntäen InRoadsia / Excel-analysointia) Sivukaltevuuksien suunnittelu Suunniteltujen pituus- ja sivukaltevuuksien yhdistäminen (ratkaisun iterointi/optimointi!)
Mallipohjainen suunnittelu
Päällystystöiden toteutus Lähde: Manu Marttinen, NCC Roads
Päällystystöiden toteutus
Mobiilikartoitus päällystämisen jälkeen Jos tie keilataan myös päällystämisen jälkeen, voidaan suunnittelu- ja toteumamallien kesken vertailla: keskimääräistä sivukaltevuusmuutosta suurimpia sivukaltevuuden muutoksia / muutoskohtia sivukaltevuuden muutosnopeuksia ( cm / 10 m) pituuskaltevuuden muutoksia epätasaisuutta (IRI / mitattu & laskettu keskihajonta) urasyvyyksiä yksittäisten vauriokohtien muutoksia ("veneenpohja"-kohdat, epätasaisuusheitot ) absoluuttisia eroja suunnitelluissa ja toteutuneissa pinnoissa (jyrsintä, lopullinen päällyste) suunniteltuja ja toteutuneita massamenekkejä (jyrsintä-, päällystemassat)
Suunniteltu vs. as-built / sivukaltevuus Sivukaltevuus (%) Veneenpohja "Latistunut" / veneenpohja Suuri kaltevuus / reunapainumia Matka / paalu (m)
Tulosten visualisointi / havainnollistaminen
Tulosten visualisointi / havainnollistaminen
Tulosten visualisointi / havainnollistaminen
Mallinnustyön esittelyvideo
Menetelmän hyötyjä Mallintaen suunniteltu päällystystyö mahdollistaa: kohteen ominaisuudet voidaan ottaa paremmin huomioon (kohdistaa toimenpiteet ongelmakohtiin) viat on mahdollista korjata halutulla tavalla tai laatutasolla optimoida massojen kulutusta (jyrsintä, tasaus, päällyste) vähentää rutiinitöiden määrää (töiden ohjaus, mittaukset) parantaa tarkkuutta ja työn tehokkuutta (vähemmän virheitä) parantaa työn laatua ja töiden turvallisuutta parantaa tuottavuutta tilaajalle ja rakentajalle (elinkaarikustannukset optimoimalla) havainnollistaa töitä ja tuloksia visualisoimalla ne
Päällystysoptimointi Suomessa 2015 http://www.infrabim.fi/en/ Päällystysoptimointi Suomessa vuonna 2015 Toteutetaan vain muutamia kohteita, yhteensä 20 km Mielenkiinto menetelmää kohtaan on lisääntynyt useiden kohteiden toteuttamisesta on keskusteltu Mobiilikartoitus on tehty useista kohteista "varastoon"
Tulevaisuuden näkymiä päällystämisen osalta Mallipohjainen suunnittelu tulee yleistymään myös päällystyskohteiden suunnittelussa Mallinnusdataa ja tietovarstoja tullaan hyödyntämään paljon nykyistä enemmän ja suunnittelu kehittyy paljon tehokkaammaksi Päällystämisen mallinnustekniikat kehittyvät Päällystämisen mallinnusprosessi kehittyy ja vakioituu Mallinnus liitetään hankintamenettelyihin myös teiden korjaamisessa Mobiilikartoitus kehittyy ja yleistyy Laajat/globaalit malliaineistot otetaan käyttöön (Here, Google, muut tahot) Koneohjaus kehittyy edelleen ja yleistyy entisestään GPS-pohjainen x-y-z -ohjaus koneohjaus vanhaan tienpintaan nähden otetaan käyttöön toteumatietoja ryhdytään keräämään koneiden avulla
Kiitoksia mielenkiinnosta! Petri Niemi Markku Pienimäki 046 8565 814, petri.niemi(at)finnmap-infra.fi 046 8565 846, markku.pienimaki(at)finnmap-infra.fi