Sisäilmastoseminaari 2013 1 TILAMALLINNUS KÄYTTÄJÄTIEDON JA TEKNISEN SUUNNITTELUN YHDISTÄJÄNÄ Joutsiniemi Anssi 1, Mika Mathlin 1, Haapakangas Annu 2, Ruohomäki Virpi 2, Lahtinen Marjaana 2, Airaksinen Miimu 3, Holopainen Riikka 3, Tuomaala Pekka 3 1 Tampereen teknillinen yliopisto, EDGE laboratorio 2 Työterveyslaitos 3 Teknologian tutkimuskeskus VTT TIIVISTELMÄ Energiatehokkuuden kriteerit ja käyttäjiltä kerättävä sisäilman laatuun sekä laajemmassa mielessä käyttäjäkokemukseen perustuva kokemuksellinen tieto ovat vaikeasti yhteen sovitettavia. Useissa suunnittelutapauksissa käyttäjäpalaute jää tarkemmin kohdentumatta. Lisääntyneistä käyttäjäpalautteen keräämisestä huolimatta näyttää siltä, että suunnittelijoiden on edelleen vaikeaa, ellei mahdotonta huomioida ja analysoida käyttäjäpalautteen tuloksia ja mahdollisia syitä riittävällä tarkkuudella suunnittelutyönsä pohjaksi. Artikkelissa kuvataan osallistuvan suunnittelun ja teknisen suunnittelun tulosten havainnollistamista ja hyödyntämistä käyttäen rikastettua rakennuksen tietomallia sekä termisen viihtyvyyden mallin visualisointia suunnitteluprosessin kommunikaatiovälineenä. JOHDANTO JA TAVOITTEET Osallistuva suunnittelu lienee tällä hetkellä länsimaisten demokraattisten yhteisöjen vahvimpia suunnittelutrendejä niin yhdyskuntien kuin rakennustenkin suunnittelun tasolla. Suunnitteluprosessit ovat kuitenkin useimmiten hyvin perinteiset. Suunnittelumenetelmien keskeisenä kehittämisen vaikeutena (valistusajan filosofin Giambattista Vicon yksilösidonnaisen totuuskäsitystä mukaillen) on se, että ihmiset pääsääntöisesti tietävät vain siitä mitä ovat itse tehneet. Osallistuvan suunnittelun näkökulmasta tämä asettaa merkittävän haasteen sekä suunnittelija- että osallistujakunnalle. Suunnittelijat tietävät suunnitelmistaan, päättäjät resursseistaan, käyttäjät omasta elämäntavastaan. Erityinen konfliktin mahdollisuus syntyy, kun suunnittelijat tai suunnitteluprosessin muut päätöksentekijät projisoivat omia kokemuksiaan käyttäjien oletetuiksi preferensseiksi. Uuden tyyppinen tiedon tarve suunnittelijoille kohdistuu rakennuksen käyttäjiä koskevan lähtötiedon ja suunnitteluratkaisuiden arviointiin käytettävien numeerisen mallinnustiedon ymmärrettäväksi tekemiseen ja havainnollistamiseen. Käyttäjien osalta samoilla menetelmillä voidaan parhaassa tapauksessa mm. taata yksilöllisten tarpeiden dokumentointi ja lisäksi havainnollistaa omien käyttöpreferenssien suhdetta muihin käyttäjiin ja rakentamisen muihin reunaehtoihin. Peruskorjaushankkeessa suunnittelijan/arkkitehdin keskeisenä tarpeena on tunnistaa nykyisten käyttäjien tilaan kytkeytyvät käyttäytymismallit (spatial practices) jo suunnittelun varhaisessa tilaohjelmoinnin vaiheessa. Suomalaisessa tilasuunnittelussa ei ole vakiintunutta käsitteistöä käyttäjän tilakokemuksen geometrisoidulle dokumentoinnille. Yleistäen voimmekin tässä yhteydessä puhua figuraatiosta, joka voidaan ymmärtää monikerroksinen kuvauksena subjektista dynaamisena ja muuttuvana kokonaisuutena.
2 Sisäilmayhdistys raportti 2X. Suunnitteluun käyttökelpoisen tulkinnan käsitteestä saamme sosiologiasta, jossa käsitteellä viitataan Norbert Eliaksen sosiaalisiin prosesseihin keskittyvään suuntaukseen (figurational sociology). Siinä tutkimuksen kohteena ovat keskinäisessä riippuvuussuhteessa olevien yksilöiden muodostamat verkostot. Näkyväksi tehtyinä näissä voidaan puhua yleisemmin käyttäjäkonfiguraatioina. (Joka sanakirjamääritelmän mukaan puolestaan tarkoittaa asettelua tai määrittelyjen muodostamaa kokonaisuutta.) /1/ Esiteltävissä tutkimustapauksissa konfiguraatioden havainnollistamista tarkastellaan osana erään suomalaisen yliopiston peruskorjaushanketta. Tutkimus on osa RYM Sisäympäristö - ohjelman "Energiatehokkaat ja yhteiskuntavastuulliset oppimisympäristöt"- tutkimushankeen Human & Green -työpakettia. MENETELMÄT JA TYÖNKULKU Käyttäjäkonfiguraatioiden näkyväksitekemisessä on yksinkertaisimmillaan kyse tiedon visualisoinnista. Tiedon visualisoinnilla on muutamia ylivertaisia ominaisuuksina muihin tilastollisiin kuvaustapoihin nähden. Tuften mukaan /2/ visualisoinnille asetettavat laatuvaatimukset pitävät sisällään oletuksen mm. tunnistettavasta koherentista (osa)kokonaisuudesta, tavoitteesta suuren lukujoukon kuvaamisesta pienessä tilassa, pyrkimyksestä välttää tiedon vääristymistä, huomion kiinnittämisestä metodologian sijasta substanssiin, aineiston mittatarkkuuden paljastamisesta tunnistettavan käyttötarkoituksen palvelemisesta (esim. kuvailu, tarkastelu, jäsentäminen, koristelu) kytkeytymisestä muihin tilastollisiin ja sanallisiin kuvauksiin Tässä tutkimuksessa tiedon visualisoinnissa käytetty menetelmänä toimivat arkkitehtuurisuunnittelussa vielä toistaiseksi harvemmin käytetyt teemakartat. Teemakarttojen käyttö on maantieteilijöiden ja paikkatietojärjestelmiin kytkeytyvän yhdyskuntasuunnittelun vakiomenetelmä, jossa jonkin tietyn ilmiön laatua, määrää tai muuta ominaisuutta koskevasta informaatiosta luodaan fyysiseen sijaintiin perustuva temaattinen esitys. Asiaa havainnollistetaan seuraavaksi kahdella esimerkillä. AINEISTOT Käyttäjätyytyväisyyden tausta-aineisto Lähtöaineistona oli Työterveyslaitoksen kohteeseen laatima Työympäristö- ja hyvinvointikysely. Kysely tuotti vastausmatriisin, jossa 105:n kyselyyn osallistujan vastaukset jakautuivat 190:een sarakkeeseen. Kyselyyn vastaajan taustatietona tallennettiin vastaajan huoneen numero, joka yksilöivänä tilasidonnaisena avainkenttänä mahdollistaa vastausjakaumien tarkastelun rakennus, tilaryhmä ja tilayksikkö tasoilla. Valtaosa kysymyksistä oli monivalintaisia ja vastaukset viisi tai seitsenportaisesti luokiteltuja, mikä helpotti teemakarttojen yhtenäistämistä. Tarkempi kuvaus Työympäristö- ja hyvinvointikyselyn järjestelyistä ja tuloksista löytyy toisaalta /3,4/.
Sisäilmastoseminaari 2013 3 Teemakartoituksen lähtökohtana oli kyselytulosten värikoodaaminen rakennuksen tietomallista poimittaviin huoneobjekteihin. Tilaajalta käyttöön saatu tila tietomalli ei (tietenkään) sisältänyt ifcspace-luokiteltuja tiloja, joten kyselyn tulosten visualisointia varten tilojen 3D-geometria ja huoneiden yksilöivät tunnisteet luotiin lennossa rakennuksen kerrosten pohjapiirroksista tiedonsiirron yhteydessä. IFC-tietomallista poimittiin visualisointia varten lisäksi rakennuksen julkisivut, välipohjat yms. orientoitumista helpottavia rakennusosia. Volymetrisen teemakartoituksen käytettävyyden edellytyksenä on väriluokittelun lisäksi visualisoitavien kappaleiden osittaisen läpinäkyvyyden hallinta, mikä edellyttää tulostukseen ja katseluun käytettävältä ohjelmistolta ns. alpha-kanavan olemassaoloa. Tiedon yhdistely Excel-tiedostosta ja IFCmallista toteutettiin Safe Softwaren FME-ohjelmalla. Kyselyn laatineiden tutkijoiden käyttöön kuvamateriaali valmisteltiin siirrettävyyden ja helppokäyttöisyyden vuoksi 3D- PDF-formaatissa. Karkea kuvaus tiedonsiirtoprosessin työvaiheista on esitetty kuvassa 1. Kuva 1. FME ohjelmistoon rakennettu tiedonsiirtorutiini kyselytiedon visualisoimisesi. Taulukko 1. Työympäristö- ja hyvinvointikyselyn tuottaman datan rakenne (esimerkkidata: vastaaja ja vastaus poimittu eri henkilöltä) Huonenumero < > S6_Työpaikalla S6_Kotona S6_Asiakkaan_tiloissa S6_Julkisissa_kulkuvälineissä S6_Kahviloissa_hotelleissa S6_Muualla < > Lämpötila_veto_yms Melu_yksityisyyden_puute Valaistus Ergonomia 214 5 2 2 1 1 1 0 1 0 0 427 6 4 1 1 1 1 1 0 0 0 < > 104 5 2 1 3 1 1 0 1 1 0
4 Sisäilmayhdistys raportti 2X. Koetun lämpöviihtyvyyden mallidata Käyttäjäkokemuksen simuloinnissa käytetty data on peräisin VTT:n termisen viihtyvyyden mallista VTT HTM /5/. Malli tuottaa kolmidimensioista laskennallista dataa (Sensation, Celcius, Comfort) ihmiskehon 65 pisteestä simuloitavan ajan funktiona. Visualisoinnin lähtötietomatriisi muodostuu siten melko suureksi: noin 2976 tietuetta, joissa kussakin 212 lähtötieto- ja tulosarvoa. On selvää, että kokoavan esityksen esittäminen yli 631000 liukuluvun muodostamasta raakadatasta (~5Mb), on mielekästä juuri visualisoinnin keinoin. Taulukossa 2 on esitetty visualisoinnin pohjaksi käytettävän datan rakenne yksinkertaistettuna. Kuvaus simuloinnin mittaus- ja mallinnusjärjestelystä löytyy toisaalta /6/. Taulukko 2. Termisen viihtyvyyden mallin tuottamaa dataa calctime HTMSurface 0 thermalsensation HTMSurface 0 temperatureascelcius HTMSurface 0 thermalcomfort HTMSurface 64 thermalsensation HTMSurface 64 temperatureascelcius HTMSurface 64 thermalcomfort 01.05.2012 01:15:00 0,08642 34,3047 1,9302 0,36540 36,9884 0,13375 01.05.2012 01:30:00-0,0536 34,2465 1,9533 0,79830 35,0840 1,59136 01.05.2012 01:45:00-0,0946 34,2291 1,9430 0,60715 34,7231 1,62122 01.06.2012 00:45:00-0,0757 34,3563 1,8943 0,00601 33,8414 1,6020 <Mittadata> Luonteva esittämistapa simulointipisteiden tulosten esittämiseen on ihmiskehon osien teemoitus värikoodaamalla, jolloin tuloksista muodostuvan kokonaiskuvan hahmottaminen helpottuu. Aikaulottuvuuden mukanaolo mahdollistaa lisäksi mallinnetun termisen viihtyvyyden muutoksien esittämisen animaationa koko tutkimuksen mittaus- ja simulointiajan pituudelta. Tässä on kuitenkin tulosten eri käyttäjiä ja käyttötarkoituksia ajatellen omat haasteensa. Vaikka VTT HTM:n 65:een laskentapisteeseen perustuva laskenta onkin termisenviihtyisyyden simuloinnin näkökulmasta edistyksellistä, on siinä tulosten havainnollistamisessa ja hyödyntämisessä osallistamiskäyttöön kuitenkin selviä rajoitteita. Ihmisfiguurin koostaminen 65 laskentapinnasta, johtaa väistämättä hahmon palikkamaiseen ulkoasuun. Vaarana tällöin on, että edistyksellinenkin simulointimalli voidaan kokea epäuskottavaksi vain siksi, että vaatimus oman henkilökohtaisen kokemuksen samaistamisesta pölkkymieheen tuntuu aavistuksen koomiselta. Asian havainnollistamiseksi ja visualisointikäytäntöjen kehittämiseksi poimimme Internetistä sattumanvaraisen noin 1600 polygonista muodostetun ihmishahmon edustamaan teemoituksen alustana mallinnuksessa määriteltyä kevyesti vaatetettua Mr Smithiä (ks. kuva 4). Hahmomallinnus toteutettiin FME ja Blender ohjelmistoilla. Vaikka valittu ihmishahmo on teknisessä mielessä monella tapaa kaukana optimaalisesta ja helposti edelleen kehitettävissä, jo kevyen ensiarvion perusteella kaikki em. Tuften määrittämät visualisoinnin kriteerit voidaan tunnistaa lopputuotoksessa toteutuneiksi.
Sisäilmastoseminaari 2013 5 Kuva 2. VTT HTM mallin laskentatarkkuus sekä geometrialtaan realistisemman Mr Smithin vastaavat kehonosat nimettynä ja teemoitettuna UV-karttaan. TULOKSET JA JATKOTYÖ Tässä artikkelissa on kahden esimerkin kautta luotu lyhyt katsaus sisäympäristön havainnollistamisen keinoihin ja kehittämispotentiaaliin arkkitehtisuunnittelussa. Sisäympäristön suunnittelussa erityinen ongelma muodostuu pyrittäessä parantamaan tilatehokkuutta, jolloin työntekijän yksilölliset preferenssejä ja työn luonteen erityispiirteitä ei välttämättä voida riittävän ajoissa sovittaa valittuun tilatyyppiratkaisuun. Tähän voidaan nähdäksemme vaikuttaa osallistuvan suunnittelun ja teknisen suunnittelun yhdistäviä konfiguraatioita havainnollistamalla ja hyödyntämällä tuloksia jo suunnittelun ohjelmointivaiheessa. Kuva 3. Erään suomalaisen yliopiston tietomalli ja sen pohjalta tehty peruskorjausta edeltäneen työhyvinvointikyselyn teemakartta. Artikkelissa ensimmäisessä visualisointiesimerkissä kuvataan rikastetun rakennuksen tietomallin käyttömahdollisuutta suunnitteluprosessin kommunikaatiovälineenä. Menetelmällä kyetään mm. tarkastelemaan mahdollisten käyttäjäkyselyssä esiin nousseiden ongelmien paikantumista sekä paikallista klusteroitumista. Kyselytulosten havainnollistamisella voidaan oikea-aikaisesti toteutettuna tuoda rakennusten käyttäjien ns. hiljaista tietoa suunnitteluprosessin käyttöön ennen keskustelun äitymistä äänekkääksi. Suunnitteluvälineenä teemakarttojen esittämät staattiset konfiguraatiot ovat kuitenkin vielä
6 Sisäilmayhdistys raportti 2X. kevyitä, lähinnä suunnittelun taustainformaatiota lisääviä, apuvälineitä. Hyödyn odotetaan kuitenkin olevan moninkertainen käyttäjätiedon konkretisoituessa jo rakennushankkeen tilaohjelman muodostumisen yhteydessä. Kuva 4. MrSmithin simuloitu lämpöviihtyvyys erään suomalaisen yliopiston sisäympäristön mittaustiedon perusteella. Äärimmäisenä oikealla oleva kuva vastaa kuvassa 2 esitettyä teemoitusta. Toisena esimerkkinä käytetty termisen viihtyisyyden mallin havainnollistamisen käytetty tekniikka on lähtökohdiltaan identtinen teemakarttaharjoitus. Työvälineenä kuitenkin käytettiin elokuva- ja peliteollisuudessa tutumpaa ohjelmistoa, jolla numeeriselle mallinnukselle tyypillisistä mega- ja gigaluokan tietoaineistoista voidaan luoda ymmärrettävä kokonaiskuva. Tässä artikkelissa esitetyt visualisoinnit on tehty suunnittelu- ja tutkimusprojektin osittain erilaisista aikatauluista johtuen suunnittelumateriaalin jälkiprosessointina. Tutkimushankkeen jatkossa painopiste siirtyy hyväksi havaittujen käytäntöjen siirtämiseen interaktiivisen suunnitteluprosessin aikana tapahtuvaksi. LÄHDELUETTELO 1. Joutsiniemi, A. (2010) Becoming Metapolis A Configurational Approach. Datutop 32, Tampere University of Technology. 2. Tufte, E. R. (2001) The Visual Display of Quantitative Information, Second Edition, Graphics Press, Cheshire, Connecticut. 3. Ruohomäki, V.; Lahtinen, M. (2013) Osallistuva suunnittelu tilamuutoksessa - prosessi ja menetelmät, Sisäilmastoseminaari 2013. 4. Ruohomäki, V.; Haapakangas, A.; Lahtinen, M. (2013) Tilat työn mukaisiksi: työn analyysi ja koettu sisäympäristö yliopistossa, Sisäilmastoseminaari 2013. 5. Holopainen, R. (2012) A human thermal model for improved thermal comfort, VTT SCIENCE 23, Doctoral Dissertation, VTT. 6. Airaksinen M. et alii (2013) Mitattu, mallinnettu ja koettu lämpöviihtyvyys toimistohuoneessa, Sisäilmastoseminaari 2013.