TIETOMALLINTAMISEN HYÖDYT JA HAASTEET RAKENNUSHANKKEEN ERI OSAPUOLTEN NÄKÖKULMASTA

AALTO-YLIOPISTO Insinööritieteiden korkeakoulu Rakennustekniikan laitos Rakentamistalous Jenni Korpela TIETOMALLINTAMISEN HYÖDYT JA HAASTEET RAKENNUSHANKKEEN ERI OSAPUOLTEN NÄKÖKULMASTA Diplomityö, joka on jätetty opinnäytteenä tarkastettavaksi diplomi-insinöörin tutkintoa varten. Espoossa 28.11.2011 Valvoja: prof. Arto Saari Ohjaaja: DI, KM Tarja Mäki

ALKUSANAT Tämä diplomityö on tehty opinnäytteeksi Aalto-yliopiston Insinööritieteiden korkeakoululle. Työn valvojana on toiminut rakentamistalouden professori Arto Saari ja ohjaajana DI, KM Tarja Mäki. Kiitokset heille ohjauksesta, neuvoista ja inspiraatiosta. Tahdon kiittää myös Helsingin yliopiston BIM-projektiryhmän jäseniä, etenkin Hannele Kerosuota ja Reijo Miettistä neuvoista ja uuden näkökulman antamisesta. Poikkitieteellinen työskentely on ollut erittäin antoisaa ja opettanut paljon uutta! Kiitos myös kaikille haastateltaville. Kiitos perheelle kannustuksesta, ystäville vertaistuesta ja etenkin Terolle kiitos kärsivällisyydestä, tuesta ja myötäelämisestä. Espoossa 28.11.2011 Jenni Korpela

AALTO-YLIOPISTO TEKNIIKAN KORKEAKOULUT PL 11000, 00076 AALTO http://www.aalto.fi DIPLOMITYÖN TIIVISTELMÄ Tekijä: Työn nimi: näkökulmasta Korkeakoulu: Laitos: Jenni Korpela Tietomallintamisen hyödyt ja haasteet rakennushankkeen eri osapuolien Insinööritieteiden korkeakoulu Rakennustekniikan laitos Professuuri: Rakentamistalous Koodi: Rak-63 Työn valvoja: Työn ohjaaja(t): prof. Arto Saari DI, KM Tarja Mäki, Helsingin yliopisto Tiivistelmä: Diplomityön tavoite oli selvittää tietomallintamisen hyödyt ja sen käytöstä aiheutuneet ongelmat rakennushankkeessa. Tutkimuskohteena oli Lemminkäinen PPP Oyj:n Kuopion elinkaarihanke. Aineisto kerättiin haastattelemalla hankkeen eri osapuolia. Haastatteluissa esiin tulleita ongelmia tulkittiin lisäksi toiminnan teorian näkökulmasta ja selvitettiin ongelmien taustalla vaikuttavat ristiriidat. Toiminnan teoriassa yksilön ja yhteisön toimintaa kuvaava teoria, jossa ristiriidat ja niiden ratkaiseminen ovat merkittävässä osassa toiminnan kehittämisessä. Haastatteluiden tuloksia verrattiin kirjallisuudessa esitettyihin tietomallintamisen hyötyihin ja haasteisiin. Tietomallintamisen hyödyistä suurimpina koettiin sen havainnollisuus, siitä saatavat määrätiedot ja luettelot sekä apu suunnitelmien tarkastamisessa. Haastatteluiden perusteella tietomallintamisen koettiin myös aiheuttavan ongelmia. Tietomalli ja paperisuunnitelmat poikkesivat toisistaan tai olivat puutteellisia, vaikka kirjallisuudessa tietomallintamisen usein esitetäänkin parantavan suunnittelun laatua. Tietomallin mahdollistamaa törmäystarkastelua ei käytetty sen vaatimassa laajuudessa. Toisaalta suunnittelijat kokivat mallintamisen vaatiman tiedon tuottamisen olevan osin ylimääräistä, suunnittelutyöhön kuulumatonta työtä. Ongelmien pohjalta luodussa ristiriitojen kuvauksessa merkittävimmät ristiriidat liittyivät juuri suunnittelijoiden työhön. Nämä voidaan tiivistää siihen, että suunnittelijoilla ei ollut riittävästi lähtötietoja ja resursseja työnsä suorittamiseen. Lisäksi käsitykset siitä, millä tarkkuudella malli pitää olla, vaihtelivat. Myös tiedonkulku suunnittelijoiden välillä oli vähäistä. Ristiriitojen ratkaisemiseksi hankkeessa on sovittava, mitä tietomallin tulee sisältää ja miten mallin tarkastaminen hoidetaan. Lisäksi on varmistettava, että suunnittelijoilla on tarvittavat lähtötiedot oman työnsä tekemiseen ja oikein mitoitetut resurssit suunnittelutyöhön. Suunnittelijoiden yhteistyön parantaminen vaatii rakennuttajan ohjaus- ja kokouskäytäntöjen muuttamista. Suunnittelun on oltava avoimempaa, jotta suunnitteluosapuolet osaavat varata työhönsä riittävästi resursseja ja vaatia lähtötietoja muilta suunnittelijoilta. Hankkeen osapuolten kesken sovittiin, että suunnittelunohjauksessa sovelletaan Last Planner menetelmää, jonka tarkoituksena on auttaa selvittämään suunnittelun edellytysten olemassa olo ja sopimaan lyhyen aikavälin tavoitteista. Päivämäärä: 28.11.2011 Kieli: suomi Sivumäärä: 66+4 tietomallintaminen, BIM, toiminnan teoria, ristiriita, rakennushanke, elinkaarito- Avainsanat: teutusmalli

AALTO UNIVERSITY SCHOOLS OF TECHNOLOGY PO Box 11000, FI-00076 AALTO http://www.aalto.fi ABSTRACT OF THE MASTER S THESIS Author: Jenni Korpela Title: Benefits and challenges of building information modeling according to participants of construction project School: Department: School of Engineering Department of Civil and Structural Engineering Professorship: Construction Economics and Management Code: Rak-63 Supervisor: Instructor(s): prof. Arto Saari DI, KM Tarja Mäki, University of Helsinki Abstract: The aim of this study is to find out the benefits and problems of using building information modeling. The target of the research was a life-cycle project in Kuopio by Lemminkäinen PPP Oyj..The data of the study is based on interviews of participants of a construction project. The problems of building information modeling were interpreted by activity theory and found out the contradictions affecting in activity. Activity theory is a theory, which illustrates activity of a person or group, and in where contradictions play a significant role when improving activity. Results of interviews were compared to benefits and problems of building information modeling presented in literature. Main benefits in the interview were perspicuity of model, the quantitative information and list, and use when checking plans. On the other hand, participants in interview told about problems witch they had with modeling. Models and paper plans were not synchronized of information was missing. In literature, one benefit of BIM was improved design quality. The clash detection, which BIM enabled, was not really used. On the other hand, designers thought that when modeling, they had to do more work than in usual design process. Based on the problems, an interpretation of contradictions was made. The main contradictions were connected to activity of designers. Designer hadn t had enough information and resources to start their job. Also, their opinions about information included in the model differed from the opinions of the persons in the site. There wasn t also enough communication between designers. To solve these contradictions, it must be agreed, what information must be included in the model and how to do checking of the plans. In addition, it must be confirmed, that every designer has all the information and resources he needs to complete his job. To improve the cooperation between designers, developer needs better leading and meeting policy. The process must be more transparent, so that designer can reserve enough resources and insist information from other designers. The participants of the project accepted to try Last Planner method, which can help to identify the requirements of work and to fix the target of the near future. Date: 28.11.2011 Language: Finnish Number of pages: 66+4 Keywords: building information modeling, BIM, activity theory, contradiction, construction project, life-cycle project

SISÄLTÖ 1 Johdanto... 1 2 Tietomallintaminen... 4 2.1 Mitä tietomallintaminen on?... 4 2.2 Tietomallintamisen historia... 5 2.3 Tietomallintamisen hyödyt kirjallisuuden esittäminä... 7 2.4 Tietomallintamisen käytön haasteet kirjallisuuden esittäminä... 10 3 Teoreettinen viitekehys... 11 3.1 Toiminnan teoria... 11 3.1.1 Toimintajärjestelmä... 11 3.1.2 Moniäänisyys... 13 3.1.3 Historiallisuus... 14 3.1.4 Ristiriidat muutoksen ja kehityksen lähtökohtana... 14 3.1.5 Ekspansiiviset muutokset... 15 3.2 Ekspansiivinen oppiminen... 16 3.3 Lähikehityksen vyöhyke... 19 4 Tutkimusaineisto... 21 4.1 Aineiston hankinta... 21 4.2 Aineiston analysointi... 23 5 Tulokset... 26 5.1 Tietomallintamisen hyödyt... 26 5.2 Tietomallintamiseen liittyvät ongelmat... 31 5.2.1 Ohjelmien ja tietokoneiden toimimattomuus... 33 5.2.2 Suunnitelmien ja mallien laatuongelmat... 35 5.2.3 Mallintamisen aiheuttama ylimääräinen työ... 37 5.2.4 Aikatauluongelmat... 40 5.2.5 Osaamisen puute ja asenneongelmat... 41 5.2.6 Pelisääntöjen puute... 42 5.2.7 Suunnittelun yhteistyön ongelmat... 43 5.3 Häiriöt ja ristiriidat hankeosapuolten toimintajärjestelmissä... 44 5.3.1 Arkkitehdit... 44 5.3.2 Rakennesuunnittelijat... 46 5.3.3 Talotekniikkasuunnittelijat... 49 5.3.4 Rakennuttaja... 51 5.3.5 Urakoitsija... 53 5.3.6 Työmaahenkilöstö... 55 5.3.7 Tietomalliasiantuntijat... 57 6 Tulosten arviointi... 58 6.1 Päälöydökset... 58 6.2 Aineiston luotettavuus ja yleistettävyys... 60 7 Johtopäätökset... 62 Lähteet... 64 LIITE 1... 67 LIITE 2... 68

1 Johdanto Diplomityö liittyy Helsingin yliopiston käyttäytymistieteiden laitoksen CRADLEtutkimusyksikön (Center of Research on Activity, Development and Learning) hankkeeseen. Hanke on osa RYM-SHOK:in PRE-ohjelman Model Nova työpakettia, jonka tarkoituksena on kehittää tietomallintamisen käyttöä rakennushankkeissa ja rakennuksen elinkaaren aikana. Model Nova työpaketin osallistujat ovat rakennus- ja kiinteistöalan yrityksiä sekä tutkimusryhmiä, joista CRADLE on yksi. Tietomallintaminen voidaan määritellä eri tavoin. Yleensä tietomallintaminen tarkoittaa rakennuksen suunnittelua tietomallinnusohjelmilla niin, että suunnitelmiin sisällytetään rakennushankkeen aikana tarvittava tieto parametrimuotoisiin objekteihin. Oikeassa tiedostomuodossa eri tietomalleja voidaan yhdistää ja vertailla keskenään. Tietomallista saatavaa tietoa voidaan hyödyntää rakennushankkeen aikana mm. aikataulusuunnittelussa. Tietomallintamisen määritelmistä kerrotaan lisää luvussa 2.1. Tämän diplomityön taustalla on kysymys siitä, mitä hyötyä tietomallintamisesta rakennushankkeessa on ja toisaalta, mitä haasteita tietomallintamisen käyttöönotossa esiintyy. Diplomityö toimii lähtöselvityksenä CRADLE:n tutkimustyölle Model Nova hankkeessa. Sen tuloksia käytetään apuna seuraavien tutkimusvaiheiden suuntaamisessa ja tietomallinnushankkeiden kehittämisessä. Vaikka tietomallintaminen sinänsä on ollut esillä jo kauan, se ei ole levinnyt laajamittaiseksi käytännöksi rakennusalalla. Tietomallintamista hyödynnetään lähinnä isoissa kohteissa tai pilottihankkeissa. Kirjallisuudessa nostetaan esille etenkin tietomallintamisen hyödyllisyys hankkeen alussa suunnitteluratkaisujen valinnassa ja kustannusten alentamisessa. Tietomallin käyttöönotossa haasteina mainitaan mm. tietomallin omistuskysymykset ja juridiset asiat. Tietomallintamisen historiaa ja sen hyötyjä ja haasteista rakennushankkeissa käsitellään tarkemmin luvussa 2. Tässä diplomityössä tietomallintamisen hyötyjä ja sen käytön haasteita käsitellään eri hankeosapuolien näkökulmasta. Diplomityön tulokset perustuvat tietomallinnushankkeen osapuolten haastatteluihin ja heidän kokemuksiinsa hankkeen aikana koetuista hyödyistä ja haasteista tietomallintamisen hyödyntämisessä. Diplomityön teoreettisena viitekehyksenä käytetään toiminnan teoriaa ja ekspansiivisen oppimisen teoriaa. Toiminnan teoria on venäläisten psykologien Vygotskin, 1

Leontjevin ja Lurian kehittämä teoria, jonka mukaan ihmisen toiminta on kohteellista ja kulttuurisesti välittynyttä. Toimintaa tarkastellaan jatkuvasti muuttuvan toimintajärjestelmän kautta, jossa muutokset aiheuttavat ristiriitoja eri osien välille. Ristiriitojen selvittämiseksi toimintajärjestelmän on kehityttävä ja muututtava, mikä johtaa ekspansiiviseen oppimiseen organisaatiossa. Ekspansiivisen oppimisen teoria kuvaa organisaation oppimista prosessina, jossa luodaan ja otetaan käyttöön uusi toimintamalli. Luvussa 3 esitellään lyhyesti toiminnan teoriaa ja ekspansiivista oppimista. (Engeström, 2004, 9) Toiminnan teoriaa on Suomessa hyödynnetty mm. koulujen ja sairaaloiden toiminnan kehittämiseen ja tulokset työyhteisöissä ovat olleet positiivisia. Teoriaa ei ole kuitenkaan käytetty rakennusalalla. Tämä diplomityö tarjoaa uuden lähestymistavan rakennusalan toiminnan tutkimukseen ja sen edelleen kehittämiseen. Diplomityön tutkimuskohteena on Lemminkäinen PPP Oyj:n Kuopion elinkaarihanke, jonka osapuolet ovat mukana Model Nova työpaketissa. Kokonaisuudessaan elinkaarihanke sisältää viiden kohteen, eli neljän koulun ja yhden päiväkodin rakentamisen tai peruskorjaamisen. Hankeosapuolet ovat samat joka kohteessa, joten edellytykset toiminnan ja yhteistyön kehittämiselle kohde kohteelta ovat olemassa. Kuopion elinkaarihankkeessa tietomallia on hyödynnetty hankkeen eri vaiheissa kohteiden suunnittelusta toteutukseen. Osalle hankkeen toimijoista tämä on ensimmäinen tietomallintamista hyödyntävä kohde, osa on kokeneempia tietomallien luomisessa tai niiden hyödyntämisessä. Hanketta tarkasteltaessa voidaan todeta, että uuden työvälineen tai toimintatavan, tässä tapauksessa mallintamisen, tuominen osapuolten väliseen toimintaan ei onnistu vanhoja käytäntöjä muuttamatta. Mallintaminen ei sellaisenaan istu perinteisiin toimintatapoihin, vaan aiheuttaa toiminnan ongelmia ja muutospaineita. Nämä näkyvät erilaisina häiriöinä ja ongelmina hankkeen toteutuksessa ja eri osapuolten välisessä yhteistyössä. Tämän diplomityön tavoitteena on selvittää, mitä rakennushankkeen eri osapuolet kokevat tietomallintamisen hyödyiksi ja mitä haasteita sen käyttöönotossa ilmenee. Tutkimuskysymykset voidaan tiivistää seuraavasti: 1) Mitkä ovat tietomallintamisesta saatavat hyödyt ja mitä ongelmia sen käytössä on Kuopion elinkaarihankkeessa eri hankeosapuolten näkökulmista ja miten nämä vastaavat kirjallisuudessa ja aiemmassa tutkimuksessa esitettyihin hyötyihin ja haasteisiin? 2

2) Millaisia tietomallintamisen aiheuttamia ristiriitoja eri osapuolten toimintajärjestelmissä tai niiden välissä voidaan havaita? 3) Millaisia toimia tarvitaan näiden ristiriitojen ratkaisemiseksi? Diplomityö rajataan käsittelemään Lemminkäinen PPP Oy:n Kuopion elinkaarihankkeen kahta ensimmäistä kohdetta, Martti Ahtisaaren koulua ja Puijonsarven koulua. Näistä kohteista diplomityössä käsitellään suunnittelu- ja toteutusvaihetta. Hankkeen valmistelu sekä käyttö- ja ylläpitovaihe jäävät diplomityön ulkopuolelle. Diplomityön aineisto on kerätty haastattelemalla hankeosapuolia. Aineiston keruun aikana koulut olivat rakentamisvaiheessa. Hankkeen eri osapuolista diplomityössä käsitellään rakennuttajan edustajia (Lemminkäinen PPP Oyj), tietomalliasiantuntijoita, pääsuunnittelijan edustajia, talotekniikkasuunnittelun edustajia sekä työmaatuotannosta vastaavia urakoitsijan edustajia ja työmaajohtoa. Asiakkaat ja ylläpidon edustajat rajataan diplomityön ulkopuolelle. Diplomityön tulosten pohjalta on tarkoitus luoda realistinen kuva tietomallinnushankkeen eri osapuolten suhteesta mallintamiseen: sen tuottamista hyödyistä ja toisaalta haasteista sen käytössä. Näitä tuloksia hyödynnetään hankkeiden toiminnan kehittämisessä. 3

2 Tietomallintaminen 2.1 Mitä tietomallintaminen on? Tietomallintamisen ja tietomallin määrittely ei ole yksiselitteistä. Mallintamisesta on aikojen kuluessa käytetty erilaisia nimikkeitä. Succar on koonnut artikkeliinsa (2009, 359) eri tahojen käyttämiä termejä tietomallintamiseen liittyen (taulukko 1). Termien moninaisuus kuvaa sitä, että eri osapuolet näkevät tietomallintamisen eri tavalla. Käsitteet tietomallintaminen ja tietomalli määritellään kirjallisuudessa monella tavalla. Taulukko 1 Eri tahojen käyttämiä tietomallintamiseen liittyviä nimityksiä (Succar, 2009, 359) Tietomallintamiseen liittyvä nimitys Asset Lifecycle Information System Building Information Modelling Building Pruduct Model BuildingSMART Integrated Design Systems Intergrated Project Delivery nd Modelling Virtual Building Virtual Design and Sonstruction & 4D Pruduct Models Organisaatio tai tutkija, joka nimitystä käyttää Fully Integrated & Automated Technology Autodesk, Bentley Systems, muita tahoja Charles Eastman International Alliance for Interoperability International Council for Research and Innovation in Building and Construction (CIB) American Institute of Architects University of Salfod School of the Built Environment Graphisoft Stanford University Centre for Integrated Facility Engineering Kymmell esittää tietomallin rakennuksen 3D-mallina, johon linkittyy kaikki rakennushankkeen aikana tarvittava tieto suunnittelusta rakennusvaiheeseen ja elinkaareen (Kymmell, 2008, 36). Yleisessä kielenkäytössä tietomallilla voidaan tarkoittaa mitä tahansa tietomallinnusohjelmalla tehtyä rakennuksen digitaalista mallia (Krygiel & Nies, 2008, 26). Toisaalta tietomallit voidaan määritellä sisältämänsä tiedon mukaan paikaksi, johon on koottu kaikki rakennusta koskeva informaatio (Smith & Tardif, 2009, 62, Howell & Batcheler, 2005, 1). Tietomalli toimii säilytyspaikkana rakennushankkeen tiedoille. Tietomallin käyttäminen säilytyspaikkana vaatii ohjelmistoja, joilla tietoa voidaan lisätä tai sitä voidaan jatkokäyttää mallista (Batzanajac & Kiviniemi, 2007). Hietasen (2005, 28) mukaan tietomallit ovat uusi tapa tuottaa, jäsennellä ja välittää tietoa. Tie- 4

tomalleissa tieto ja sen esitystapa on erotettu toisistaan. Samaa tietoa voidaan esittää eri muodossa, esimerkiksi eri suunnista kuvatuissa leikkauskuvissa. Tietomallintamiseen liittyy vahvasti mallin objektilähtöisyys. Objektien avulla tietokone voi käsitellä mallin tietoja rakennuksen osina, ei pelkästään viivoina tai geometrioina (Hietanen, 2005, 29). Eastmanin ym. (2011, 19, 2006, 2) mukaan perusideana on, että tietomallinnustyökalun objektit määritellään eri parametrien mukaan, osa määräytyy käyttäjän, osa objektien keskinäisten suhteiden mukaan. Parametrimäärittelyn vuoksi mallin tiedot ovat yhteydessä toisiinsa (Krygiel & Nies, 2008, 26). Kiviniemi ym. (2008, 8) määrittelee tietomallin objektilähtöiseksi malliksi, rakennusprosessin digitaaliseksi esitykseksi, joka parantaa tiedonsiirtoa ja sen yhteensopivuutta digitaalisessa muodossa. Malli voi sisältää geometriaa 2D- tai 3D-muodossa, mutta se ei ole välttämätöntä. Tietomallintaminen voidaan myös määritellä projektin tiedonhallinnaksi tiedon luomisesta ja tarkentamisesta sen käyttöön asti. Tietomallintaminen sisältää ajatuksen, että oikean tiedon on oltava saatavilla oikeilla ihmisillä oikeaan aikaan. (Jernigan, 2008, 317) Model Nova hankkeen alussa tutkijat haastattelivat suomalaisten yritysten edustajia ja heidän puheessaan tietomallintaminen käsitettiin yksinkertaisimmillaan 3Dsuunnitteluksi. Tietomallintaminen nähtiin myös paikkana, jossa rakennushankkeen tieto on, tai uutena tapana suunnitella tai johtaa rakennushanketta. Haastateltujen vastaukset tietomallintamisen merkityksestä tulevaisuudessa kohdentuivat yhteiseen tietomalliin ja hankeosapuolten yhteiseen toimintaan. Tietomallintamisella voidaan siis puhekielessä tarkoittaa pelkästään 3D-suunnittelua, mutta lähemmin tarkastellessa käsite tietomallintaminen tarkoittaa mallia, joka rakentuu objekteista ja jonne on koottu rakennushankkeessa tarvittava tieto. Tiedonhallinta mallin avulla ulottuu tiedon luomisesta sen käyttöön asti. 2.2 Tietomallintamisen historia Mallintamisen käsite esitettiin ensimmäisen kerran jo silloin, kun ensimmäiset suunnitteluohjelmat ilmestyivät (Eastman ym., 2011, 354). 1970-luvulla USA:n auto- ja lentokoneteollisuuden piirissä kehitettiin ensimmäiset kaupalliset CADsuunnitteluohjelmat. Tuolloin, kuten myös myöhemmin, CAD tarkoitti 2Dpiirtämistä graafisten symbolien avulla. Ensimmäiset 3D-sovellukset julkaistiin samalla vuosikymmenellä. (Hänninen ym., 2010, 121) 5

Tietomallintamista rajoitti aluksi riittävän tehokkaiden tietokoneiden kalleus ja myöhemmin CAD-suunnittelun leviäminen yleiseksi käytännöksi. Tutkimustyö tietomallintamisen yleistämiseksi kuitenkin jatkui. (Eastman ym., 2011, 354) 1990-luvulla tietomallintamisen tutkiminen keskittyi lähinnä yhteisen tiedonvaihtoon tarvittavan teknologian kehittämiseen ja standardien luomiseen. (Penttilä ym., 2007, 608) Tällöin luotiin perusta objektilähtöiselle mallintamiselle (Eastman ym., 2011, 354). Suomessa Tekes käynnisti 1997 kuusivuotisen VERA-teknologiaohjelman, Tietoverkottunut rakennusprosessi. Ohjelman tavoitteena oli edistää tietotekniikan hyödyntämistä kiinteistö- ja rakennusalan prosesseissa ja tiedonhallintaa koko rakennuksen elinkaaren ajaksi. (Tekes, 2002) Ohjelman aikana ohjelmistotalot kehittelivät ja parantelivat monia tietomallipohjaisia ohjelmia, kuten Tekla rakennesuunnitteluohjelmaa, Solibri tietomallien selaukseen ja tarkastamiseen soveltuvaa ohjelmaa, Progman talotekniikkasuunnitteluohjelmaa ja Tocoman kustannuslaskentaohjelmaa. (Hänninen ym., 2010, 110) Tietomallintamisen pilottiprojektit aloitettiin 2000-luvun alussa, joista ensimmäisiä oli nykyisen Aalto-yliopiston, silloin Teknillisen korkeakoulun päärakennuksen luentosalin remontti, nk. HUT600-projekti (2001-2002), joka suunniteltiin mallintamalla (Hänninen ym., 2010, 113). Suunnitelmien yhteensovittamisessa käytettiin IFCtiedonsiirtoformaattia (Penttilä ym., 2007, 608-611). Vuonna 2002 käynnistettiin ProIT Tuotemallitieto rakennusprosessissa projekti, jonka tavoitteena oli luoda yhteinen mallinnuskäytäntö ja varmistaa suunnittelijoiden laatimien tuotemallien hyötykäyttö määrä- ja kustannuslaskennassa. Projektin tuloksena julkaistiin tuotemallintamisen yleiset ohjeet. (Kiviniemi, 2006) 2000-luvun loppupuolella suuret rakennusliikkeet ovat tehneet useita tietomallinnuksen pilottikohteita. Vuonna 2007 Senaatti-kiinteistöt julkaisi omat tietomalliohjeensa, joissa vaadittiin IFC-standardin mukaisten mallien käyttöä. Parhaillaan käynnissä olevan COBIM hankkeen tavoitteena on kehittää Senaatti-kiinteistöjen mallintamisohjeista kansalliset rakennus- ja kiinteistöalalle soveltuvat mallintamisohjeet. (Rakennustieto Oy, 2011) Tietomallintamisen kehittyminen ei ole pysähtynyt. Rakennushankkeessa kaikilla suunnittelijoilla on omat mallinsa, jolloin tieto on hajautettu useampaan malliin. Eri mallien yhdistämisessä käytetään IFC-tiedonsiirtoformaattia, jonka kanssa kaikki 6

suunnitteluohjelmistot ovat yhteensopivia. Perusoletuksena on, että IFC-malli on päämalli. PRE-ohjelman DRUM-työpaketin tavoitteena on kuitenkin kehittää transaktiopohjaisia tiedonsiirtomenetelmiä, jolloin eri malleissa oleva tieto saisi pysyä natiivimuodossaan hajautettuna eri ohjelmistoille ja vain tarvittavat osat tiedoista julkaistaisiin IFC-formaatissa muiden ohjelmistojen käytettäväksi nk. pilven kautta. (Suomi, 2011) Tietomallintamisen kehittyminen ja sitä kohtaan osoitettu kiinnostus kertoo, että tietomallintamisen uskotaan hyödyttävän rakennushankkeen eri vaiheita. Kirjallisuudessa onkin esitetty paljon hyötyjä, joita tietomallintamisella voidaan saavuttaa. 2.3 Tietomallintamisen hyödyt kirjallisuuden esittäminä Kirjallisuudessa esitetään tietomallintamisen hyödyttävän rakennushankkeen eri osapuolia. Omistajalle tietomallintaminen tuottaa hyötyä jo ennen rakentamisen alkamista. Manningin ja Messnerin (2008, 1) mukaan mallin avulla hankkeesta saadaan yksityiskohtaista tietoa, joka parantaa päätöksentekoa ja jolla voidaan vähentää muutoskustannuksia. Karkea kustannustieto auttaa arvioimaan taloudellista kannattavuutta. Kannattamattomat investoinnit voidaan näin ollen hylätä jo ennen rakentamista. Jos hanke osoittautuu kannattavaksi, voidaan tulevan rakennuksen toiminnallisuuteen ja laatuun vaikuttaa jo varhaisessa suunnitteluvaiheessa. (Eastman ym., 2011, 26-29) Azharin ym. (2008, 3) mukaan tietomallintaminen auttaa arvioimaan rakennuksen elinkaaren aikaisia kustannuksia ja ekologisuutta. Yanin ja Damienin (2008, 4) sekä Azharin ym. (2008, 3) mukaan tietomallin avulla suunnittelijat voivat tehdä keskenään yhteistyötä aikaisemmassa vaiheessa. Mallintaminen helpottaa tiedon siirtymistä, jolloin suunnitteluprosessi nopeutuu ja samalla kustannukset vähenevät. Eastman ym. (2011, 19-26) esittää yhtenä tietomallintamisen tarjoamana hyötynä sen havainnollisuuden. Tietomallintaminen selkeyttää suunnitteluratkaisuja ja niistä kommunikoimista suunnittelijoiden kesken. Azhar ym. (2008, 3) toteaa visuaalisuudesta olevan hyötyä myös asiakkaalle. Kolmiulotteinen visualisointi helpottaa tarjottujen suunnitteluratkaisujen ymmärtämistä. Tietomallintamisen aikaansaama suunnitelmien laadun parantuminen mainitaan monesti tietomallintamisen hyödyistä kerrottaessa (Eastman ym., 2011,, 19-26 Yan & Damien, 2008, 4, Azhar ym., 2008, 3). Eastman ym. (2011, 19-26) toteaa, että tietomallin avulla suunnitteluvirheisiin voidaan puuttua aikaisemmassa vaiheessa. Tieto- 7

mallin mahdollistama objektien kontrollointi erilaisten muuttujien avulla vähentää muutoksista syntyviä geometria- tai sijoitteluvirheitä. Muuttujien avulla tehtävät muutokset ovat täsmällisiä ja päivittyvät reaaliaikaisesti joka näkymään. Suunnitelmamuutokset voidaan tarkistaa nopeasti törmäystarkastelulla tai visuaalisesti kaikki suunnitelmat yhdistävästä yhdistelmämallista. (Eastman ym., 2011, 19-26) Eastman ym. (2011, 19-26) tuo esiin tietomallin hyötyinä siitä saatavat määrätiedot. Mallintamalla saadaan tuotettua jo hankkeen alkuvaiheessa määrätietoa tiloista ja materiaaleista. Tämä tieto auttaa hankkeen kustannusten arvioinnissa. Lisäksi 3Dmallilla voidaan tarkastella tilojen sijaintia toisiinsa nähden ja tehdä analyyseja tilojen toimivuudesta. Lisäksi hankkeen kustannuksia voidaan arvioida tietomallin avulla missä tahansa suunnitteluvaiheessa. Alkuvaiheessa kustannukset voidaan määritellä karkeasti, esimerkiksi tilojen neliömetrimäärien tai parkkipaikkojen lukumäärän mukaan, mutta suunnittelun edetessä kustannukset voidaan määritellä objektikohtaisesti. (Eastman ym., 2011, 19-26) Eastmanin ym. (2011, 19-26) ja Azharin ym. (2008, 3) mukaan tietomallista saatavaa määrätietoa materiaaleista ja objekteista voidaan käyttää hyväksi myös materiaalihankinnoissa. Rakennusvaiheessa tietomallin objektitietoja voidaan hyödyntää esimerkiksi valmisosien tilaamisessa. Mallin tarkkuus mahdollistaa myös isompien kokonaisuuksien toimittamisen elementteinä ja komponentteina kuin aiemmin 2Dsuunnitelmilla toimittaessa. (Eastman ym., 2011, 19-26, Azhar ym., 2008, 3) Tietomallintamisen merkittävänä etuna mainitaan sen mahdollistama energiaanalyysien teko jo hankkeen varhaisessa suunnitteluvaiheessa. (Eastman ym., 2011, 19-26, Azhar ym., 2008, 3) Lisäksi etenkin talotekniikkasuunnittelussa tietomallintaminen mahdollistaa dynaamisten simulaatioiden luomisen ja helpottaa simulaatiolaskelmia. Mallin avulla voidaan esimerkiksi tarkastella rakennuksen olosuhteiden muutoksia eri lämpötiloissa. Tietomallista saatavaa dataa voidaan käyttää edelleen lähtötietoina mm. kohteen talotekniikan suunnittelussa. (Laine ym., 2007, 1457-1459) Eastamin ym. (2011, 19-26) mukaan tietomallintamisesta on hyötyä suunnittelun lisäksi myös työmaan toteutuksessa. Rakentamisaikataulu voidaan suunnitella käyttäen hyväksi 3D-mallien objektitietoja. Työmaasta on mahdollista luoda myös simulaatio, joka näyttää rakennuksen toteuttamisen ja paljastaa samalla mahdolliset on- 8

gelmakohdat, kuten työvoiman tai välineiden puutteen ja turvallisuusongelmat. (Eastman ym., 2011, 19-26) Tietoa Finland Oy:n suoritti vuonna 2009 haastattelututkimuksen tietomallintamisen hyödyistä korjausrakennushankkeissa. Tietomallintamisen nähtiin tuottavan lisäarvoa päätöksentekoon etenkin ennen investointipäätöstä kustannus- ja energialaskelmien avulla. Tietomallin avulla voitiin tuottaa tietoa myös urakkalaskennan ja kustannuslaskennan helpottamiseksi. Keskeisenä hyötynä nähtiin myös tietomallin avulla tehtävät törmäystarkastelut, jotka nopeuttivat ongelmakohtien paikantamista suunnitelmista. Suunnitelmien laadun nähtiin parantuvat tietomallintamisen myötä mm. etupainoisemman suunnittelun ja suunnitelmien suuremman tietosisällön ansiosta. Tietomallia voitiin hyödyntää työmaalla tuotannonohjauksessa, töiden yhteensovittamisessa ja materiaalivalmistuksen ohjauksessa. Lisäksi tietomallintamisen hyötyinä koettiin mallin havainnollisuus, jonka nähtiin parantavan tiedonkulkua ja yhteistyötä hankkeen osapuolten välillä. (Mäki ym., 2010, 7-16) Taulukkoon 2 on koottu kirjallisuudessa mainitut tietomallintamisen hyödyt vaiheittain. Ennen hankkeen aloitusta tietomallintamisesta on hyötyä kannattavuuden arvioinnissa ja toiminnallisuuden tarkastelussa. Suunnitteluvaiheessa tietomallintaminen helpottaa suunnittelutyötä, parantaa suunnitelmien laatua ja helpottaa niiden tarkastamista. Tietomallista saatavat määrätiedot ovat hyödyksi hankinnoissa ja kustannuksia arvioitaessa. Myös erilaiset simulaatiot ja automaattiset laskelmat ovat mahdollisia. Työmaavaiheessa tietomallia käytetään hyödyksi aikataulusuunnittelussa. Taulukko 2 Kirjallisuudessa esitettyjä hyötyjä rakennushankkeen eri vaiheissa Rakennushankkeen vaihe Tietomallintamisen hyödyt Hankesuunnittelu Kannattavuuden arviointi Rakennuksen toiminnallisuuden arviointi Ekologisuuden ja energiatehokkuuden arviointi Suunnitteluvaihe Energia-analyysien teko Suunnitteluratkaisujen simulaatiot Havainnollisuus Yhteistyön parantuminen Suunnitelmien laadun parantuminen Törmäystarkastelut Määrätiedot Rakentamisvaihe Määrätiedot Aikataulusuunnittelu Työmaasuunnittelu 9

2.4 Tietomallintamisen käytön haasteet kirjallisuuden esittäminä Tietomallintamisen hyötyjen lisäksi kirjallisuudessa esitetään myös haasteita tietomallintamisen käyttöönotossa. Tietomallintamista koskeva kirjallisuus näkee tietomallintamisen haasteina mm. yhteistyön ongelmat, jos hankkeen kaikki suunnittelijat eivät käytä tietomallintamista. Tällöin jonkun on rakennettava tietomalli paperisuunnitelmien pohjalta muiden käyttöön. Tietomallin käyttöä voivat hankaloittaa myös juridiset kysymykset, kuten kysymys siitä, kuka omistaa mallit ja analyysit ja kuka maksaa niistä. (Eastman ym., 2011, 26-29) Tiedon syöttäminen malliin vie aikaa, mikä voi lisätä työmäärää suunnitteluprosessissa. Syötettyä tietoa hyödyntävät usein eri tahot kuin sen tuottajat ja mallin viejät, mikä johtaa siihen, että kustannusten korvaamisesta joudutaan keskustelemaan. (Azhar ym., 2008, 7-8) Ongelmallisia ovat myös vastuukysymykset, esimerkiksi kuka vastaa tietomalliin vietävästä tiedosta ja sen oikeellisuudesta (Rosenberg, 2007, 2). Aikataulun ja kustannusten liittäminen tietomalliin voi tuottaa ongelmia eri ohjelmistojen välillä, jos tiedot eivät siirry sujuvasti ohjelmasta toiseen. Jonkun on oltava vastuussa tiedon siirtymisestä ja virheettömyydestä. (Azhar ym., 2008, 7-8) Mäen ym. (2010) haastattelututkimuksessa käsitellään myös tietomallintamisen haasteita korjausrakentamisessa. Haastatellut toivat esiin monia tietomallintamiseen liittyviä haasteita, kuten hankkeiden kireät suunnitteluaikataulut. Haastateltujen mielestä tietomallista tuotettujen piirustusten laatu ei vastannut totuttua. Mallin tiedostokoot olivat isoja, eivätkä ohjelmat aina toimineet kunnolla. Myös tietomallinnushankkeiden koordinointi nähtiin haastavana ja siihen kaivattiin ammattimaisempaa otetta. Hankkeen sisällä tietomallintamisen koettiin kyllä parantavan ja lisäävän yhteistyötä, mutta toisaalta virheiden näkyvä esilletulo saattoi aiheuttaa ongelmia henkilöiden välillä. Suurena haasteena koettiin, että osaamista mallintamiseen ei ollut vielä riittävästi, lisäksi asenteet tietomalleja kohtaan nähtiin osittain negatiivisina. Haastatteluissa tuli esiin myös epäilyjä siitä, onko tietomallintamisesta hankkeelle todella hyötyä, ja alentaako se esimerkiksi kustannuksia. (Mäki ym., 2010, 22-27) Kirjallisuuden ja aiempien tutkimusten perusteella tietomallintamisen käyttöönotto ei suju ongelmitta. Diplomityössä pyritään löytämään ratkaisuja ongelmien poistamiseksi tarkastelemalla suunnittelua ja rakentamista toiminnan teorian näkökulmasta, hyödyntäen toimintajärjestelmän ja ristiriidan käsitteitä. Seuraavassa luvussa perehdytään tarkemmin toiminnan teoriaan. 10

3 Teoreettinen viitekehys 3.1 Toiminnan teoria Diplomityön teoreettisena viitekehyksenä käytetään toiminnan teoriaa, joka tarkastelee ihmisten ja työryhmien toimintaa sekä niissä esiintyvää muutosta. Teoria perustuu psykologi Vygotskyn teoriaan (1978) jota ovat myöhemmin kehittäneet mm. Leontjev (1977) ja Suomessa Engeström (1987). Toiminnan teorian peruskäsitteenä on kohteellinen, kulttuurisesti välittynyt toiminta. Kohteellisuus tarkoittaa, että toiminta ei ole mitä tahansa satunnaista tekemistä, vaan se suuntautuu johonkin. Kulttuurinen välittyneisyys tarkoittaa toiminnan välittymistä kulttuurissa kehitettyjen välineiden, kuten työkalujen, käsitteiden tai merkkien välityksellä. Välineiden lisäksi toimintaan vaikuttavat säännöt, yhteisö ja työnjako. (Engeström, 2004, 9-11) Toiminnan teoria selittää ihmisen toimintaa viiden periaatteen avulla. Nämä ovat toimintajärjestelmä, moniäänisyys, historiallisuus, ristiriidat muutoksen ja kehityksen lähtökohtana sekä ekspansiiviset muutokset. Seuraavissa kappaleissa on esitetty lyhyesti näitä periaatteita. (Engeström, 2001, 136-137) 3.1.1 Toimintajärjestelmä Toiminnan teorian ensimmäinen periaate on tarkasteluyksikkönä toimiva yhteinen, kohteellinen, artefaktien avulla välittynyt toimintajärjestelmä (Engeström, 2001, 136). Toimintajärjestelmä on kehittynyt Vygotskyn (1978) ja Leontjevin (1981) laatimasta yksilön tai yhteisön toimintaa kuvaavasta yksinkertaisesta kolmiomallista (kuva 1). Kolmion kulmat ovat tekijä, kohde ja väline. Toiminnan teorian mukaan kaikki toiminta kohdistuu johonkin kohteeseen. Kohde voi olla materiaalinen esine, mutta sillä voidaan tarkoittaa myös abstraktimpaa asiaa, kuten suunnitelmaa tai ideaa. (Leontjev 1977, Kuutti, 1995, 27) Kohde muotoutuu tulokseksi, joka kuvaa koko toiminnan motiivia. (Engeström, 1998, 44) Toimintajärjestelmässä välittymisellä tarkoitetaan välineen roolia tekijän ja kohteen vuorovaikutuksessa. Välineet ovat esineitä, merkkejä tai asioita, joita ihminen käyttää kohdistaessaan toimintaa johonkin kohteeseen. Välineet, kuten työkalut, merkit ja symbolit antavat ihmiselle vaikuttamisen keinoja ja tekevät ihmisestä yhteiskunnallisen olennon. Välittyminen korostaa sosiaalisia tekijöitä sekä toimijan ja ympäristön vuorovaikutusta. (Vygotsky 1978, 54, Engeström, 1998, 44-45) 11

Esimerkiksi väliseinän muuraaminen voidaan nähdä toimintana, jonka tarkoituksena on erottaa kaksi tilaa toisistaan. Toiminnan kohteena on seinä. Toiminta välittyy esineiden, kuten muurauskauha, ja merkkien, kuten suunnitelmat, kautta. Suunnitelmat puolestaan ovat suunnittelijan toiminnan kohde. Kuva 1 Työtoiminnan yksinkertainen malli (Vygotsky 1978, 54) Yksinkertainen kolmiomalli kuvaa yksilön kulttuurisesti välittyneitä tekoja. Mallilla ei kuitenkaan pysty kuvaamaan yksilön, tekojen ja yhteisön toiminnan välistä suhdetta. Engeström (1987, 78) esittääkin kehittyneemmän version toimintajärjestelmästä (kuva 2), jossa yksinkertainen kolmio on täydennetty kollektiivisella ulottuvuudella: yhteisöllä, työnjaolla ja säännöillä. (Engeström, 1998, 41-48) Kuva 2 Toimintajärjestelmän rakenne (Engeström 1987, 78) 12

Tällä täydennetyllä toimintajärjestelmän mallilla voidaan kuvata yksilön ja yhteisön toiminnan välistä suhdetta. Toimintajärjestelmässä tekijänä voi olla edelleenkin yksittäinen työntekijä tai ryhmä. Yhteisö tarkoittaa kaikkia niitä toimijoita, jotka jakavat saman kohteen. Esimerkiksi samassa rakennushankkeessa toimivat eri alojen suunnittelijat, urakoitsijat ja rakennuttaja muodostavat yhteisön. (Engeström, 1998, 41-48) Tekijän ja kohteen välillä vaikuttavat välineet, kuten yksinkertaisessa kolmiomallissakin. Tekijän ja yhteisön toimintaa määrittävät säännöt. Esimerkiksi rakennushankkeessa sääntöinä toimivat hankkeen aikataulu ja budjetti, joita toimijoiden on noudatettava. Kohteen ja yhteisön välillä vaikuttaa työnjako, joka viittaa tehtävien, päätösvallan ja etujen jakautumiseen toimintajärjestelmän eri jäsenten kesken. (Engeström, 1998, 41-48) 3.1.2 Moniäänisyys Toinen toiminnan teorian periaate on moniäänisyys. Toimintajärjestelmän yhteisössä on osanottajia monista erilaisista taustoista, heillä on eri näkökulmia ja intressejä. Näkökulmien ja intressien erilaisuutta kutsutaan moniäänisyydeksi. Moniäänisyys voi toimia sekä ongelmien aiheuttajana että uusien innovaatioiden lähteenä. (Engeström, 2001, 136-137) Kuvassa on 3 on esitetty esimerkkinä arkkitehdin toimintajärjestelmä. Arkkitehdin yhteisöön kuuluu mm. rakennesuunnittelija, talotekniikkasuunnittelija, rakennuttaja, eri viranomaiset ja asiakas. Kaikilla osapuolilla on omat näkökulmansa ja kiinnostuksensa, jotka vaikuttavat arkkitehdin työhön. Kuva 3 Toimintajärjestelmän moniäänisyys. Esimerkiksi arkkitehdin toimintajärjestelmän yhtei- sössä kuuluvat muiden suunnittelijoiden, rakennuttajan, viranomaisten ja asiakkaan äänet ja mie- lipiteet. 13

3.1.3 Historiallisuus Historiallisuus on toiminnan teorian kolmas periaate. Toimintajärjestelmät muodostuvat ja muuttuvat pitkien ajanjaksojen kuluessa, kun esimerkiksi toiminnan kohde, välineet tai tekijät muuttuvat. Muutokset toiminnassa voivat ilmetä häiriöinä, joita voidaan ymmärtää toiminnan ja kohteen historiallisen tarkastelun kautta. (Engeström, 2001, 136-137) Esimerkiksi suunnitteluvälineiden kehittyminen kynästä ja paperista tietokoneavusteiseksi on vaatinut suunnittelijoilta uusien taitojen omaksumista. Samankaltaista opettelua vaaditaan siirtymiseksi 2D-suunnittelusta tietomallintamiseen. Välineiden muuttuessa myös toiminnan kohde on muuttunut piirustuksista tietokoneella tehtyjen kuvien kautta tietomalliin (kuva 4). Kuva 4 Toimintajärjestelmässä historiallisuus näkyy mm. välineiden kehittymisenä. Suunnittelu- työkalujen kehittyminen kynästä ja paperista tietokoneavusteiseen suunnitteluun ja tietomallin- tamiseen on muuttanut myös toiminnan kohdetta. Historiallisessa analyysissä eritellään toiminnassa tapahtuneet merkittävät muutokset ja niihin johtaneet ristiriidat. Analyysin tarkoituksena on ymmärtää nykyistä toimintaa, siinä esiintyviä häiriöitä sekä hahmottaa toiminnan seuraavia kehitysvaiheita. (Engeström, 2004, 62) 3.1.4 Ristiriidat muutoksen ja kehityksen lähtökohtana Ristiriidoilla on keskeinen rooli toimintajärjestelmän muutoksen ja kehityksen lähtökohtana. Ristiriidat ovat toimintajärjestelmän sisälle ja eri toimintajärjestelmien välille keräytyneitä jännitteitä. (Engeström, 2001, 136-137) Toimintajärjestelmän ristiriitoja ei voi havaita suoraan, mutta ne ovat havaittavissa ilmentymiensä kautta, kuten häiriöinä tai konflikteina. Ristiriitojen kärjistyessä jossain toimintajärjestelmän osassa tapahtuu laadullinen muutos, joka vie eri suuntaan kuin vallitseva toimintalogiikka. Ristiriitaa ei voida poistaa vain yhdistelemällä ja tasapainottamalla kilpailevia päämääriä, vaan uudelleenarvioimalla ja muuttamalla toimintaa. (Engeström & Sannino, 2011, 4) Esimerkiksi tietomallinnushankkeissa ristiriitoja voi aiheuttaa suunnittelun kohteen muuttuminen 2D-suunnitelmista tietomalliksi. Tietomallintaminen muuttaa suunnit- 14

telua etupainotteisemmaksi, mikä voi aiheuttaa ristiriitoja suunnitteluaikataulun kanssa, ellei etupainotteisuutta oteta huomioon aikataulussa (kuva 5). Kuva 5 Toimintajärjestelmän ristiriitoja voi aiheuttaa järjestelmän osatekijän muuttuminen. Esi- merkiksi suunnittelijan kohteen muuttuminen piirustuksista tietomalliksi voi aiheuttaa ristiriitoja suunnitteluaikataulun kanssa, ellei tietomallintamisen vaatimaa etupainotteisuutta ole otettu ai- kataulussa huomioon. 3.1.5 Ekspansiiviset muutokset Viides toiminnan teorian periaate on ekspansiiviset muutokset. Kun ristiriidat toimintajärjestelmässä kärjistyvät, järjestelmän toimijat alkavat kyseenalaistaa vakiintuneita toimintatapoja. Kyseenalaistaminen voi joissakin tapauksissa laajentua koko yhteisön muutosyritykseksi. Toiminnan ekspansiivinen muutos tapahtuu kohteen ja motiivien uudelleenmäärittelyllä. (Engeström, 2001, 136-137) Esimerkiksi rakennusalalla ekspansiivinen muutos on rakennushankkeiden muuttuminen elinkaarihankkeiksi. Rakennuttajan toiminnan kohde muuttuu rakennuksesta rakennuksen elinkaareksi. Samalla urakkasopimukset muuttuvat elinkaaren kattaviksi sopimuksiksi. Myös toiminnan välineet ja yhteisö laajenevat sekä työnjako muuttuu (kuva 6). Ristiriitojen ratkaiseminen ja uuteen tilanteeseen sopeutuminen vaatii ekspansiivista oppimista. Kuva 6 Toimintajärjestelmän osan muuttuminen vaikuttaa myös muihin osiin. Esimerkiksi raken- nuttajan toiminnan kohteen muuttuminen rakennuksesta elinkaarihankkeeksi muuttaa myös so- pimusmalleja. Yhteisö ja välineet muuttuvat myös, samoin työnjako. 15