Tapio Leinonen, Terramare Oy 16.2.2012 Rauno Heikkilä, Oulun yliopisto Built Environment Process Re-engineering (PRE), Infra FINBIM MERENPOHJAN RUOPPAUKSEN 3D-TOIMINTAPROSESSIN KEHITTÄMINEN JA PILOTOINTI (DREDGING BIM) Projektisuunnitelma 1 Tausta Tämä osahanke liittyy RYM PRE tutkimusohjelman Infra FINBIM työpakettiin, tavoitteet. Infra FINBIM työpaketin (projektin) päätavoitteena on tietomalleja ja -automaatiota hyödyntävän maailman parhaan uuden toimintamallin ja prosessin kehittäminen ja systemaattinen käyttöönottaminen Suomen infran palveluiden hankinnassa. Uuden toimintamallin tavoitteena on, että erilaisin kehittynein mittaus- ja suunnittelutyömenetelmin luotuja informaatiorikkaita ja rakenteellisesti älykkäitä tietomalleja voidaan mahdollisimman hyvin käyttää ja hyödyntää kaikissa prosessivaiheissa infratuotteiden koko elinkaaren ajalla. Tavoitteena on myös kehittää ja parantaa koko infra-alan ja sen eri toimijoiden kansainvälistä kilpailukykyä. Kyseessä on systeeminen muutos, jossa siirrytään perinteisestä vaiheajattelusta älykkääseen koko elinkaaren ja kaikki osa-alueet, toimijat ja toiminnot kattavaan tietomalleja hyödyntävään palvelutuotantoon. Tähän sisältyvät myös uudet hankintamenetelmät. Muutoksen seurauksena ja sen avulla alan toimintatavat, yhteistyö, intressipiirien keskinäinen ymmärrys ja suunnittelun, rakentamisen sekä ylläpidon tuottavuus paranevat olennaisesti. Nykytilanteessa Liikenneviraston tilaamissa meriväylien ruoppaushankkeissa hankkeen eri vaiheet eivät kommunikoi juurikaan keskenään. Siirto suunnittelusta rakentamiseen tapahtuu manuaalisesti ja kaikki ns. virallinen tieto, johon tilaaja sitoutuu, on paperilla. Sähköisessä muodossa olevaa tietoa on runsaasti saatavilla, ja se siirtyy osapuolilta toisille suunnittelun lisätietona, johon ei sitouduta. Monilla palveluntarjoajilla on kuitenkin jo nykyisellään varsin hyvät valmiudet tuottaa ja hyödyntää 3D-tietoa. Projektissa kannattaa paneutua organisaatioiden välisen tiedonsiirron rajapintojen määrittelyyn. Kaikissa merkittävimmissä tietojen siirto-operaatioissa toisena osapuolena on Liikennevirasto. Koska suurin osa siirrettävistä tiedoista joko on lähtöisin Liikenneviraston rekistereistä tai jossain vaiheessa viedään niihin, olisi luontevaa, että myös Liikennevirasto osallistuisi edellä mainittuun määrittelytyöhön. Merenpohjan alapuolisten tutkimustietojen parempi hyödyntäminen 3D-näkökulmasta kannattaa myös ottaa tarkasteluun. Matalataajuisista ja seismisistä luotausaineistoista voidaan parhaimmillaan tuottaa erilliset pintamallit kullekin maalajille ja tiiviille (kallio)pinnalle. Koska ruopattava maalaji ja sen vaihtelut vaikuttavat hankkeiden kustannuksiin ja valittavaan ruoppauskalustoon, on pohjanalaisten olosuhteiden kattava tunteminen eduksi. Liikennevirastolla on rekistereissään jonkin verran kairaustietoja joiden käyttö rinnakkain luotausaineistojen kanssa tukee tätä tavoitetta ja täydentää tutkimuskohteesta saatavaa kuvaa. Ruoppaustyön toteutumamittaukseen käytetään muualla maailmassa yleisesti luotausmenetelmiä, joilla on korvattu perinteinen tankoharaus.
2 Kuva 1. Merenpohjan 3D-ruoppauksen käyttöliittymä (Terramare Oy). Tutkimushankkeeseen tarvittavaksi pilottikohteeksi on valittu Rauman väylän syvennyshanke. Hanke etenee seuraavaksi rakennussuunnitteluvaiheella ja tämän jälkeen myöhemmin käynnistettävällä toteutusvaiheella. Kohteeseen sisältyy sekä louhintaa että ruoppausta. 2 Tavoite Tavoitteena on tutkia ja kehittää ruoppauksen uusi tietomallintamista ja automaatiota hyödyntävä toimintamalli sekä julkistaa se koko alan hyödynnettäväksi tilaajan ohjeistuksella. Osatavoitteita ovat: - tutkitaan lähtötietomittausten kehittämis- ja hyödyntämismahdollisuuksia - ruoppauksen rakennussuunnitteluvaiheen kehittäminen ns. toteutusmallimäärittelyä tarkentamalla - tutkitaan toteutumamittausten kehittämismahdollisuuksia työkoneilla mitattua informaatiota, jatkuvia luotausmenetelmiä ja tankoharausmenetelmää hyödyntäen - digitaalisen tiedonsiirron kehittäminen hyödyntäen mahdollisuuksien mukaan avoimia tiedonsiirtoformaatteja 3 Toteutus 3.1 Projektin suunnittelu ja aloittaminen
3 Valitaan hankkeen projektiryhmä ja johtoryhmä. Viimeistellään projektisuunnitelma. Valitaan suunnittelija, maaperätutkimusten tekijä, diplomityöntekijä sekä muut tarvittavat osapuolet. 3.2 Ruoppauksen nykyisen toimintaprosessin ja sen ongelmien dokumentointi Kartoitetaan ruoppaushankkeen nykyinen toimintaprosessi ja laaditaan tästä nykytilanne-osaraportti. Erityinen huomio kiinnitetään tiedonsiirtoon hankkeen vaiheiden välillä ja esiintyneiden ongelmien ja kehittämismahdollisuuksien esiin nostamiseen. Nykytilanteen kartoitus kuuluu erityisesti diplomityön tavoitteisiin. 3.3 Selvitys uusien teknologioiden mahdollisuuksista ja soveltuvuudesta Perehdytään aiemmin tehtyihin matalataajuusluotauksiin ja niiden tuloksiin yhteistyössä Meridata Oy:n ja Meritaito Oy:n kanssa. Täsmätutkimus rakennussuunnittelun kehittämisestä. Rakennussuunnittelun tuloksen tulisi mahdollisimman suoraan olla hyödynnettävissä 3D-koneohjauksessa. Tiedonsiirrossa voisi hyödyntää avoimia tiedonsiirtoformaatteja. Tutkitaan Destian InfraFINBIM:issä tekemää maapuolen toteutusmallimäärittelyä ja sen soveltumista ruoppauksen toteutusmalliksi. Kehitetään ruoppaukseen vastaavasti soveltuva tarkennettu toteutusmallimäärittely yhteistyössä InfraFINBIM AP3- alatyöpaketin kanssa. Tutkitaan myös voidaanko tiedonsiirrossa käyttää maapuolella kehitettyä avointa IM2-formaattia. Tutkitaan myös IM2-formaatin jatkokehitystarpeita. Toteutusmallin määrittely kuuluu diplomityön tavoitteisiin. Täsmätutkimus työkoneilla kerättyjen toteutumatietojen hyödyntämisestä. Työkoneita ovat louhintaja ruoppauskoneet. Tyypillistä nykyään on ylilouhinta, esimerkiksi porataan 2,5 m pidemmälle, jotta myös reikien välillä päästään tarpeeksi syvälle. Porauksesta mitataan kallion aloituspinta ja lopetustaso. Aloituspinnasta mallintuu todellinen kallionpinta, jota hyödynnetään nykyisin massalaskennassa. Ruoppauskaivukoneella mitataan nykyään ruopattua tasoa (ns. toteutumapintaa), jota tietoa ei laajemmin ole vielä hyödynnetty. Ruoppauksien toteutumamittaukset työkoneilla ovat myös tärkeä vertailukohta maaväylien toteutumamittausten kehittämiseen. Mahdollisesti toteutumamittausten ja laadunvalvonnan kehittämisestä teetetään toinen diplomityö. Luotausmenetelmät kehittyneet viime vuosina ja luotausmenetelmiä käytetään laajasti maailmalla. Tehdään tutkimusmatka muualla käytettyihin ruoppauksen kokonaistoimintaprosesseihin, luotausmenetelmiin, hankintakäytäntöihin (esimerkiksi Maasvlakte2, Rotterdam) sekä niistä saatuihin kokemuksiin. Suunnitellaan tarkemmin pilotissa tehtävä luotausmittaus. Vertailukohtana käytetään tankoharausta. 3.4 Ruoppauksen uuden 3D-toimintamallin kehittäminen Kehitetään malli ruoppauksen uudeksi 3D-tietomalleja ja automaatiota hyödyntäväksi toimintamalliksi. Pääpiirteittäin uusi testattava toimintamalli (alustava arvaus, tarkennetaan myöhemmin) perustuu alla kuvattuun työprosessiin (kohdat 6-10 pilotoidaan mahdollisesti myöhemmin erillisessä projektissa): 1. LV tekee tai teettää analyysin väylähankkeeseen tehdyistä tutkimuksista ja tarpeen mukaan teettää väylähanketta koskevan lisätutkimusohjelman perustuen rekisteritietoihin ja yleissuunnitelmaan (ohjelma). 2. Jos edellisessä vaiheessa on todettu tarpeelliseksi, mittausorganisaatio suorittaa lisätutkimusohjelman mukaiset mittaukset ja lähettää tulosaineiston LV:lle.
4 3. Hankkeeseen valittu suunnittelutaho valmistelee hankkeen suunnitelmat Liikennevirastolta saadun lähtöaineiston perusteella. Suunnittelussa kiinnitetään erityishuomiota tiedonsiirron rajapintoihin, jotta aineisto on mahdollisimman hyödynnettävissä urakoitsijan järjestelmissä ja myös koneohjausjärjestelmissä. 4. LV toimittaa alustavan väyläsuunnitelman, rekisteritiedot ja lisätutkimusten tulokset väyläsuunnittelijalle. 5. Väyläsuunnittelija tekee väyläsuunnitelman ja toimittaa sen LV:lle. 6. LV suorittaa väylähankkeen urakoinnin hankinnan hankintalain ja omien ohjeidensa puitteissa (urakointi ei ole osa pilottia) 7. LV toimittaa lopullisen väyläsuunnitelman, rekisteritiedot ja lisätutkimusten tulokset ruoppausurakoitsijalle. 8. LV teettää mittausorganisaatiolla vastaanottotutkimuksen työkohteessa. 9. Mittausorganisaatio toimittaa vastaanottotutkimuksen tulosaineiston LV:lle. Tässä vaiheessa toimitetaan sekä tankoharaus- että muu mittausaineisto. Muu aineisto on valitulla menetelmällä tuotettu 3D-malli hankkeesta. 10. LV tekee väyläpäätöksen ja syöttää ajantasaisen mittausaineiston rekisteriin/merikartoitukseen. 3.5 3D-toimintamallin testaus pilottihankkeessa Liikennevirasto (LV) valitsee testauskohteen (pilotin). Käyttäen kehitettyä uutta toimintamallia toteutetaan projektin kaikki kokeelliset osavaiheet. Oulun yliopisto osallistuu tutkimusosapuolena projektin kaikkien vaiheiden havainnointiin ja dokumentointiin. Alustavasti pilottikohteena on ns. Rauman väylän syvennyshanke. Aikataulullisesti rakennussuunnittelu toteutetaan 2012-2013. Toteutus ja toteutuman mittaus toteutetaan myöhemmin 2014-2015. 3.6 Merenpohjan ruoppauksen tilaajan ohjeistuksen kehittäminen Oulun yliopisto kehittää yhteistyössä osallistuvien yritysten ja Liikenneviraston kanssa luonnoksen merenpohjan ruoppauksen 3D-toimintamallin tilaajan ohjeistuksesta koko alalle hyödynnettäväksi. Toteutusmallimäärittely yhdistetään InfraFINBIM-työpaketin väyliä koskevaan BIM-ohjeistukseen. Liikennevirasto päättää myöhemmin ohjeistuksen viimeistelystä ja julkaisemisesta. 3.7 Tulosten analysointi, raportointi ja projektin päättäminen Pilottihankkeen läpiviennin tulosten analysointi. Laaditaan projektin loppuraportti RYM PRE raportointiohjeen mukaisesti. Päätetään projekti. 4 Resurssit Projektin toteuttavat yhteistyössä Liikennevirasto (Marko Reilimo, Esa Sirkiä, Timo Tirkkonen), Terramare Oy (Tapio Leinonen, Markku Pöyhönen), Meritaito Oy (Kari Pohjola, Kalle Muinonen), Meridata Oy (Kim Ola) ja Oulun yliopisto. Vastuullisena johtajana ja projektipäällikkönä toimii Tapio Leinonen Terramare Oy:stä. Oulun yliopiston tutkimusosuuden vastuullisena johtajana sekä 3D-ruoppaus-projektipäällikön apulaisena toimii Rauno Heikkilä. Lisäksi projektin tutkimustehtävien suorittamiseen osallistuu Oulun yliopistosta DI Jani Hovila tai Heikki Paukkeri Aalto yliopistosta. Projektissa toteutetaan 1-2 diplomityötä.
5 Pilotin läpiviennin ohjaukseen perustetaan johtoryhmä, johon edellä mainittujen lisäksi kutsutaan tarvittavat muut henkilöt pilotin kohteen suunnittelu- ja rakentamisyrityksistä ja tarvittavista muista osapuolista. Johtoryhmän puheenjohtajana toimii Marko Reilimo Liikennevirastosta ja sihteerinä Rauno Heikkilä Oulun yliopistosta. Aikataulu Projekti alkaa 1.3.2012 ja päättyy 31.12.2013. Projektin kesto on 1 vuotta ja 10 kuukautta. Kustannusarvio (EUR, ei sisällä pilottihankkeen ns. normaaleja toteutuskustannuksia): Terramare Oy:n kustannukset on arvioitu InfraFINBIM-projektisuunnitelmassa ja ne rahoitetaan täältä myönnetyllä rahoituksella. Kustannusarvio näiltä osin on 4 htkk yhteensä 40 000 Oulun yliopiston kustannukset (InfraFINBIM-osuus, teknologiatutkimukseen liittyvät tehtävät): Konsulttipalkkio 17 000 Matkat 3 000 Meritaito Oy:n kustannukset (osallistuminen projektityöskentelyyn): Konsulttipalkkio 5 000 Yhteensä 5 000 Diplomityö 1 (toteutetaan joko Meritaito Oy:n projektiosuudessa) Konsulttipalkkio 18 000 Diplomityö 2 18 000 Oulun yliopiston kustannukset (ohjausryhmän kokoukset, pilotin raportointi, diplomityön ohjaus): Konsulttipalkkio 10 000 Matkat 4 000 Yhteensä 14 000 Kustannukset yhteensä 55 000 Kaikki kustannukset yhteensä 115 000 Rahoitussuunnitelma: Terramare Oy:n ja Oulun yliopiston teknologiatutkimusosuuden kustannukset rahoitetaan pääosin mainittujen osapuolten Infra FINBIM-tutkimusrahoituksesta. Oulun yliopiston ns. pilottikustannukset (14 000 eur) rahoittaa Liikennevirasto. Diplomitöiden ja Meritaito Oy:n kustannukset (yhteensä 41 000 eur) rahoittaa Liikennevirasto.