Manu Marttinen, NCC Roads Oy LUONNOS 11.4.2012 Rauno Heikkilä, Oulun yliopisto Built Environment Process Re-engineering (PRE), Infra FINBIM TIEVÄYLIEN HOIDON JA YLLÄPIDON TIETOMALLIPOHJAISEN PROSESSIN KEHITTÄMINEN (MAINTENANCE-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 infrapalveluiden hankinnassa ja toteuttamisessa. 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, sekä tieto välittyy koko prosessin ajan samansisältöisenä. Suomessa tieverkon ylläpidon ja hoidon töiden ohjelmointi käynnistetään tieväyliltä mitattujen ja visuaalisesti kerättyjen havaintojen perusteella. Kaikki ylemmän tieverkon tieväylät (yhteispituus km?) mitataan joka vuosi PTM (palvelutasomittaus) -autoilla, joiden mittaushavainnoista lasketaan IRI- ja URA -parametrit (pituus- ja poikkisuuntaiset epätasaisuudet), jotka tallennetaan edelleen kuntotietorekisteriin. Alemman tieverkon tiet (yhteispituus km?) mitataan joka toinen tai kolmas vuosi. ELY -keskukset laativat käyttäen PMSPro -ohjelmaa em. mittaustietojen pohjalta ns. toimenpideohjelman, jossa kohdesuunnittelun pariin otettavat tieosuudet valitaan. ELY -keskukset teettävät erikseen rakenteen parantamista edellyttäville kohteille tarkemman suunnittelun, jonka lähtötiedoiksi ei nykyprosessissa siirretä PTM -tuloksia eikä hoitourakoitsijoiden tekemiä erillisiä havaintoja esimerkiksi TM -Autori- tai NovapointGO -sovelluksia käyttäen. Ajoneuvolaserkeilausjärjestelmät (ns. mobiilikeilaus) ovat viime vuosina kehittyneet erittäin nopeasti. Järjestelmillä kyetään nykyisin mittaamaan normaali liikennenopeuksissa jopa 1 000 000 pistettä sekunnissa suoraan haluttuun koordinaatistojärjestelmään. Mittaustarkkuudet ovat tyypillisesti cmluokkaa. Kaikki nykyiset ylläpidon ohjelmoinnin lähtötietojen hankintaan käytettävät PTM - mittaukset Suomessa voitaisiin periaatteellisesti korvata ajoneuvolaserkeilauksella. Suomessa Roadscanners Oy ja Norjassa TerraTec AS ovat integroineet mobiilikeilaukseen myös 3Dmaatutkausjärjestelmän (3D-GPR). 3D-maatutkauksen tarkkuutta on aiemmin tutkittu mm. Oulun yliopiston 3D-ROAD-tutkimusprojektissa (Roadscanners Oy:n teknologia) sekä Pyhäjoen ja Kalajoen
2 kaupungeissa (TerraTecin teknologia). Tarkemmat tiedot TerraTecin järjestelmän toimivuudesta ja tarkkuuksista vielä puuttuvat. Mittausjärjestelmät kehittyvät edelleen jatkuvasti. Em. mittausjärjestelmät mahdollistavat väylän nykyisen geometrian 3D-mallintamisen, joka puolestaan mahdollistaa väyläsuunnitteluohjelmien käytön väylän ylläpidon ja hoidon tuotemallintamiseen ja edelleen toimenpiteiden toteutuksessa tarvittavien toteutusmallien suunnitteluun. Myös 3Dkoneohjausjärjestelmien käyttö mahdollistuu ja tehostuu jatkuvan tietomallinnusprosessin ansiosta. Esimerkkinä jatkuva mittaus mahdollistaa rakenteen parantamistoimien täsmäsuunnittelun ja - toteutuksen (eri tienkohdissa erilainen toimenpide). Kuva 1. Esimerkki - nykyaikainen ajoneuvolaserkeilausjärjestelmä ja sen mittaustulos. 2 TAVOITE Tavoitteena on kehittää tieväylien hoidon ja ylläpidon tietomallipohjainen toimintaprosessi sekä ottaa tämä hallitusti käyttöön Suomessa. 3 TOTEUTUS 3.1 Projektin suunnittelu ja aloittaminen Valitaan hankkeen projektiryhmä ja ohjausryhmä. Viimeistellään projektisuunnitelma. Aloitetaan projekti. 3.2 Nykyisen prosessin ja sen ohjeistuksen selvittäminen Kartoitetaan tieväylien ylläpidon ja hoidon nykyiset toimintamallit ja laaditaan tästä lyhyt nykytilanne-osaraportti. Erityinen huomio kiinnitetään aiemmin havaittujen ja esiintyneiden ongelmien (ns. systeemiset virheet) ja kehittämismahdollisuuksien esiin nostamiseen. 3.3 Uuden toimintamallin, tiedonsiirron ja rajapintojen sekä hankintamenetelmien ja ohjeistuksen kehittäminen ja tarkentaminen Uuden toimintamallin perusideana on korvata nykyinen PTM-mittaus mobiililaserkeilauksella sekä tähän liitetyllä maatutkauksella, mallintaa em. mittaustiedot sekä muutkin kehittyneillä järjestelmillä kerätyt havainnot ylläpidon ja hoidon jatkuvaksi lähtötietomalliksi, käyttää väylämallinnusohjelmia
3 ylläpidon ja hoidon suunnitteluun, siirtää tuotemallista edelleen kehitetty toteutusmalli suoraan toteutuksen ohjaukseen sekä toteutuman mittausten vertailukohdaksi. Mobiililaserkeilauksen avulla luodun pintamallin, olemassa olevien rekisteritietojen ja tiellä tehtyjen havaintojen avulla on mahdollista luoda kohdesuunnittelun tarpeisiin nykyisiä ohjelmia käyttäen mobiilityökalu, joka mahdollistaa täsmäsuunnittelun maastossa. - Toimenpiteiden sovitus maastoon (sivukalteva maasto, toimenpiteen vaikutus tien leveyteen) - Kuivatuksen täsmäsuunnittelu (sivu- ja laskuojat, rummut) - Rakenteen ongelmakohtien täsmäsuunnittelu (routiminen; havainnot routimisen seurauksista: maakivet, rummut, routaheitot) Toimintamallia tarkennetaan projektin tässä vaiheessa pilottikohtaisesti. 3.4 Uuden toimintamallin testaus pilottihankkeissa Kehitetyn toimintamallin, tiedonsiirron ja rajapintojen sekä hankintamenetelmien valittuja eri osia testataan ja kokeillaan pilottihankkeissa seuraavasti: 3.41 PTM-mittauksen korvaaminen mobiililaserkeilauksella, pilotti A Pilotissa tutkitaan mobiilikartoitusjärjestelmän käyttöönottoa hoidon ja ylläpidon lähtötietojen mittausmenetelmänä. Pilottikohteena on Lohjalla sijaitseva Mt116 1/2000-2/7118 (yhteensä 10,5 km). Tieosuus mitataan Trimble MX8-mobiilikartoitusjärjestelmällä (laserkeilaus ja valokuvaus). Perushavaintosuureet käsittelee ja siirtää geodeettiseen koordinaatistojärjestelmään Terrasolid Oy (Esa Haapa-aho, Kjell Tuominen). Laserkeilatusta pistepilvestä lasketaan IRI- ja URA-arvot, joita verrataan vastaaviin palvelutasomittaustuloksiin (AL-Engineering Oy, Terrasolid Oy). Tutkitaan mittausprosessia, epätasaisuuksien todellisia mittaustarkkuuksia vertailtavilla menetelmillä sekä mittauksilla saavutettua informaation määrää ja hyödyllisyyttä. Oulun yliopisto ja Leica Geosystems Oy tekevät referenssimittauksen C10-laserkeilausjärjestelmällä, ja vertaavat tähän MX8-tuloksia. Suoritetaan mittausmenetelmien kustannusanalyysi. Selvitetään, mobiilikeilauksen tämän hetkinen hintataso, mihin hintataso tn. asettuisi, jos kaikki nykyiset PTM-mittaukset korvattaisiin mobiilikeilauksella. Analyysityöhön osallistuvat Terrasolid Oy ja AL-Engineering Oy. Lisäksi Finnmap Infra laskee maalis-huhtikuun aikana Lohjan kohteen mobiilikartoitusaineistosta IRI ja URA tunnusluvut ja vertaa näitä vastaaviin PTM tuloksiin. Oulun yliopistossa tehdään erillisellä rahoituksella pilottiin liittyvä diplomityö alustavana aiheenaan Mobiilikartoituksen mittaustulosten mallintaminen ja hyödyntäminen teiden hoidossa ja ylläpidossa. Oulun yliopisto ja NCC Roads Oy laativat pilotin loppuraportin. 3.42 Kohdesuunnittelun tekeminen laserkeilattua väylämallia käyttäen, pilotti B Pilotissa kehitetään rakenteen parantamistöihin tarvittavaa kohdesuunnittelua. Pilottikohde tullaan valitsemaan KaS-ELY alueelta kevään 2012 aikana. Kohde mitataan Trimble MX8- mobiilikartoitusjärjestelmällä, josta saatu lähtötietomalli siirretään kohdesuunnitteluun. Mobiilikartoituksen toteutus suunnitellaan mahdollisimman tarkasti hyödyntäen aikaisemmasta pilotista A saatuja kokemuksia ja tuloksia. Oulun yliopisto ja Leica Geosystems Oy mittaavat tarkkuusanalyysia varten referenssin robottitakymetrilla. Finnmap Oy käsittelee ja mallintaa mobiilikartoituksen mittaustulokset oikeaan koordinaatistojärjestelmään. Hoidon alueurakoitsijan tekemät visuaaliset havainnot kerätään, tallennetaan ja edelleen siirretään tietomalliin käyttäen Tietomekka Oy:n Autori-järjestelmää sekä Vianova Systems Finland Oy:n Novapoint Go
4 järjestelmää sekä mahdollisia muita myöhemmin löydettäviä tuotteita. Myös muuta metatietoa (tierekisteri, kuntorekisteri, aiemmat tutkimukset, kiinteistötietojärjestelmä) siirretään tietomalliin. Aiheesta teetetään kandidaatintyö Havaittujen vaurioiden tuonti ylläpitomalliin avoimella tiedonsiirrolla Oulun yliopistossa. Kohdesuunnittelun kokeilu tehdään mobiilisti ja mallipohjaisesti Novapoint-, Innroads- tai Tekla Civil-mallinnusohjelmalla työmaalla. 3.43 Raskas rakenteen parantaminen (RP), pilotti C Pilotin tavoitteena on mitata ja mallintaa tien rakennekerrokset ja pinta jatkuvina malleina, sekä suorittaa rakenteenparantamistyöt työkoneautomaatiolla (sekoitusjyrsintä, maaleikkaukset kaivinkoneella). Mittaukset suoritetaan Trimble MX8-mobiilikartoitusjärjestelmällä ja maatutkaluotausjärjestelmällä. Mahdollisesti kokeillaan myös Trimble CCS 900 VS OEM tiivistyskoneen ohjausjärjestelmää. Koneohjausjärjestelmät toimittaa ja asentaa Geotrim Oy. Mittauskonsultti maatutkaukseen ja suunnittelutoimisto valitaan myöhemmin. Suunnittelu toteutetaan mallipohjaisesti käyttäen lähtökohtana Destian kehittämää toteutusmallimäärittelyä. Lisäksi kokeillaan toteutuman automaattista mittausta, vertailua ja tallennusta tietorekisteriin. Toteutus 2013 KaS-ELY-alueella. 3.44 Sivukaltevuusongelmaisen ja urautuneen tien korjaaminen, pilotti D Pilotin tavoitteena on mitata tienpinta jatkuvana mallina sekä suorittaa korjaustoimenpiteet työkoneautomaatiolla (JYR, MPKJ, TAS). Mittaukset suoritetaan Trimble MX8- mobiilikartoitusjärjestelmällä ja/tai takymetrilla. Suunnittelu toteutetaan mallipohjaisesti käyttäen lähtökohtana Destian kehittämää toteutusmallimäärittelyä. Tutkitaan ja kehitetään massojen optimointimenetelmää ja työkaluja (tasausjyrsintä vs. massatasaus; parametreina URA, IRI, sivukaltevuus, xxx ja päällysteen paksuus). Lisäksi kokeillaan toteutuman automaattista mittausta, vertailua ja tallennusta tietorekisteriin. Pilottikohteena on 2012 Kt51 Kivenlahti-Kirkkonummi ja kohde xxx KaS-ELY-alueella. 3.5 Tulosten analysointi Suoritetaan pilottihankkeen läpiviennin tulosten analysointi ja verrataan tuloksia referenssimittauksiin. Arvioidaan ja mitataan termien, ohjeistusten ja vaatimusmäärittelyiden toimivuus. Kehittämisehdotukset (ohjeistusten muuttaminen, InfraFINBIM-AP1 5 -alatyöpakettien informointi jatkotoimien käynnistämiseksi). Oulun yliopisto suorittaa riippumattomana tutkimuslaitoksena tarkempaa vertailua ja analysointia (suunnitellaan myöhemmin). 3.6 Raportointi ja projektin päättäminen Osallistuvat yritykset velvoitetaan kukin raportoimaan toteutus erikseen annettavan ohjeen mukaisesti. Oulun yliopisto ja NCC Roads Oy kokoavat pilotin loppuraportin RYM PRE - raportointiohjeen mukaisesti. Päätetään projekti.
5 4 RESURSSIT Projektin toteuttavat yhteistyössä NCC Roads Oy (Manu Marttinen, Sami Horttanainen), Oulun yliopisto (Rauno Heikkilä, Eija Heikkilä, Pasi Tiitinen), Liikennevirasto (Katri Eskola ylläpidon hankinta, Vesa Männistö tieverkon kunto ja Juho Meriläinen visuaalinen PMS-PRO-ohjelman kehitys). Lisäksi projektiin osallistuvat Kaakkois-Suomen ELY-keskus (hankintapäällikkö Antero Arola, ylläpidon tilaaja Jukka Annala) ja Varsinais-Suomen ELY-keskus (hankintaverkon vetäjä / ylläpidon tilaaja Tero Ahokas). Projekti tekee tiedonvaihtoa ja yhteistyötä myös Terrasolid Oy:n (Esa Haapa-aho), Roadscanners Oy:n (Timo Saarenketo), TerraTec AS:n (NN), Tekla Oyj:n (Erkki Mäkinen), Vianova Systems Finland Oy:n (Heikki Halttula), Ramboll Finland Oy:n (Juha Äijö) ja Finnmap Infra Oy (Markku Pienimäki) kanssa. Projektipäällikkönä toimii Manu Marttinen NCC Roads Oy:stä. Aikataulu: Projekti alkaa 1.10.2011 ja päättyy 31.12.2013. Kesto yhteensä 27 kk. Kustannusarvio (eivät sisällä pilottihankkeiden ns. normaaleja toteutuskustannuksia): NCC Roads Oy:n kustannusarvio (kustannukset, jotka eivät sisälly NCC Roads Oy:n InfraFINBIM - tutkimusprojektiin): - diplomityö NCC Roads, Manu Marttinen Oulun yliopiston kustannusarvio (kustannukset, jotka eivät sisälly Oulun yliopiston Bridge Automation -tutkimusprojektiin InfraFINBIM -työpaketissa): - kandidaatintyö, Eija Heikkilä - diplomityö, Eija Heikkilä Osallistuvat konsultit: Osallistuvat ohjelmistotalot: Kustannukset yhteensä: Rahoitussuunnitelma: Kustannuksia voivat mahdollisesti rahoittaa Liikennevirasto, ELY-keskukset, Tekes ja yritykset. Rahoitussuunnitelmaa tarkennetaan myöhemmin.