Tuotemallinnuksen hyödyt rakennussuunnittelussa Arto Kiviniemi Johtava tutkija, TkT, arkkitehti SAFA Mikä tuotemalli? Tuotemalli (Product Model ~ Building Information Model) kuvaa tuotteen rakenteen ja sisältää sen tuottamiseen tarvittavan tiedon; ei siis pelkkä 3D malli CADin avulla tuotetaan piirustuksia, mutta tuotemalli sisältää kohdetta kuvaavia ominaisuuksia, esim: Seinä on tuotemallipohjaisessa ohjelmistossa olio, jolla on ominaisuudet (pituus, korkeus, paksuus, materiaalit, massa, äänen-, palon- ja lämmöneristävyys, jne.) Se voi liittyä muihin rakennuksen osiin (kerrokseen, tiloihin, oviin, ikkunoihin, pilareihin, palkkeihin, laattoihin, sähköputkitukseen, jne.) Tämä mahdollistaa virtuaalisen rakennuksen ; tietojen hyödyntämisen eri tarkoituksiin T U O T E M A L L I N N U S - arkkitehtisuunnittelun uusi mahdollisuus - 29.09.2005 2 1
Tuotemalli Tuotemallissa olioiden välille voidaan ohjelmoida myös käyttäytymissääntöjä, joiden avulla muutosten vaikutukset siirtyvät automaattisesti muihin osiin. Säännöt voivat koskea myös eri suunnittelualojen olioita eikä niiden käyttö rajoitu vain fyysisiin rakennusosiin ovi voi reagoida seinän paloluokkaa sähkörasia oven paikkaan ja kätisyyteen ilmastointikanava palkin korkeuteen hankintaohjelmisto oven materiaaliin aikataulu rakennusrungon tyyppiin Rajana on tässä on lähinnä mielikuvitus ja tarkoituksenmukaisuus; kuinka paljon sääntöjä järjestelmään halutaan T U O T E M A L L I N N U S - arkkitehtisuunnittelun uusi mahdollisuus - 29.09.2005 3 Dokumentti/2D-pohjainen prosessi Informaatio kulkee pääosin paperien välityksellä osapuolelta toiselle, jolloin sekä aikaa että työtä haaskaantuu ja virheet lisääntyvät T U O T E M A L L I N N U S - arkkitehtisuunnittelun uusi mahdollisuus - 29.09.2005 4 2
Integroitu tuotemallipohjainen prosessi Informaatio kulkee datana hyödynnettävässä muodossa järjestelmästä toiseen T U O T E M A L L I N N U S - arkkitehtisuunnittelun uusi mahdollisuus - 29.09.2005 5 T U O T E M A L L I N N U Rakennusteollisuus S - arkkitehtisuunnittelun uusi RT mahdollisuus ry - 29.09.2005 6 3
IFC Mitä tuotemallisuunnittelu on tai ei ole? Tuotemallisuunnittelu ei tarkoita sitä, että rakennus on koottava ennalta määritellyistä tuotteista; suunnittelu- ja rakentamisprosessin peruslogiikka ei muutu: Suunnittelu on iteratiivinen prosessi, jossa tiedot tarkentuvat vaiheittain tarkoituksenmukaisella tavalla: Luonnosvaiheessa ovi on vain symboli tilojen yhteystarpeelle. Myöhemmin sen paikka ja koko alkavat täsmentyä. Lopulta ovi sisältää tarkat tuotetiedot, mukaan luettuna heloituksen. Nyt on mietittävä, mitä tietoa missäkin vaiheessa tarvitaan päätöksenteossa ja muissa tehtävissä: Tarkoituksenmukainen tietosisältö eri vaiheissa voi olla osin erilainen kuin perinteisessä prosessissa. Mittakaavan asettamat rajoitukset katosivat jo CAD:in käyttöönoton yhteydessä. T U O T E M A L L I N N U S - arkkitehtisuunnittelun uusi mahdollisuus - 29.09.2005 8 4
Miksi investoida kehittämiseen? Tehokkaampi prosessi - oman toiminnan kustannukset: Mallintaminen on osaavissa käsissä tehokkaampaa kuin perinteinen piirtäminen Kokonaisvaltaisempi tiedonhallinta Erilaisten näkymien (puoli)automaattinen tuottaminen Korjausten päivittyminen mallista generoitaviin tulosteisiin Suunnitelmien yhteensovittamisen helpottuminen Ristiriitojen tarkempi havaitseminen riittävän aikaisin Parempi tuote - asiakkaan kokema lisäarvo: Projektin eri osapuolien työn tehostuminen ja virheiden väheneminen; laatu-kustannus suhteen paraneminen Kustannusten ja elinkaariominaisuuksien hallinta Mahdollisuus osoittaa ominaisuudet ymmärrettävästi ennen rakentamista T U O T E M A L L I N N U S - arkkitehtisuunnittelun uusi mahdollisuus - 29.09.2005 9 T U O T E M A L L I N N U S - arkkitehtisuunnittelun uusi mahdollisuus - 29.09.2005 10 5
T U O T E M A L L I N N U S - arkkitehtisuunnittelun uusi mahdollisuus - 29.09.2005 11 Onko tuotemallipohjaiselle liiketoiminnalle edellytyksiä? 6
Missä liiketoiminnan mahdollisuudet? Mitä myyt asiakkaallesi? Halvinta hintaa? - Tuskinpa kovin hyvä liiketoimintamalli... Piirustuksia? - Arkkitehtuurigrafiikka on tuskin asiakkaan tavoite Aikaa? - Miksi asiakasta kiinnostaisi käyttämäsi aika? Ammattitaitoa tai lisäarvoa? - Tietenkin, mutta miten osoitat sen? Erottautuminen kilpailijoista tärkeää. Mitä asiakas on ostamassa rakennusprojektissa? Tilaa, joka palvelee hänen tarkoituksiaan? Liiketoiminta, asuminen, vapaa-aika Tarkoituksenmukaista laatua? - Mitä se meille jokaiselle sitten tarkoittaakin Lisäarvoa? T U O T E M A L L I N N U S - arkkitehtisuunnittelun uusi mahdollisuus - 29.09.2005 13 Frank O Gehry Mitä on lisäarvo? Konkreettiset, mitattavat, rahalliset ominaisuudet Toiminnalliset ominaisuudet Taiteelliset ominaisuudet?? T U O T E M A L L I N N U S - arkkitehtisuunnittelun uusi mahdollisuus - 29.09.2005 14 7
Sijoittuminen teknologia-aaltoon JÄLKIJOUKKO katoavat markkinat ainoa kilpailukeino on hinta alhaiset kustannukset sekä investoinneissa että koulutuksessa ei houkuttele lahjakkaita työntekijöitä Markkinavolyymi Teknologinen kehitysaste T U O T E M A L L I N N U S - arkkitehtisuunnittelun uusi mahdollisuus - 29.09.2005 15 Sijoittuminen teknologia-aaltoon TAVANOMAINEN TASO suuret markkinat tärkeimmät kilpailukeinot ovat hinta ja ydinosaaminen paljon kilpailua, vaikea erottautua tavanomaiset kustannukset sekä investoinneissa että koulutuksessa ei mitään teknologiaetua Markkinavolyymi Teknologinen kehitysaste T U O T E M A L L I N N U S - arkkitehtisuunnittelun uusi mahdollisuus - 29.09.2005 16 8
Sijoittuminen teknologia-aaltoon KORKEA TEKNOLOGIA kasvavat markkinat tärkeimmät kilpailukeino on ydin- ja teknologiaosaaminen vähän kilpailua, helppo erottautua korkeat kustannukset sekä investoinneissa että koulutuksessa melko korkeat riskit houkuttelee lahjakkaita työntekijöitä Markkinavolyymi Teknologinen kehitysaste T U O T E M A L L I N N U S - arkkitehtisuunnittelun uusi mahdollisuus - 29.09.2005 17 Sijoittuminen teknologia-aaltoon KÄRKIYRITYS hyvin pienet markkinat hyvin vähän kilpailua hinnoittelu ei ole merkittävä asia erittäin korkeat kustannukset sekä investoinneissa että koulutuksessa houkuttelee huippulahjakkaita työntekijöitä erittäin korkeat riskit Markkinavolyymi Teknologinen kehitysaste T U O T E M A L L I N N U S - arkkitehtisuunnittelun uusi mahdollisuus - 29.09.2005 18 9
Sijoittuminen teknologia-aaltoon Markkinavolyymi Nokia Teknologinen kehitysaste T U O T E M A L L I N N U S - arkkitehtisuunnittelun uusi mahdollisuus - 29.09.2005 19 Esimerkki 1: Oman prosessin kehittäminen 10
Esimerkit 2 & 3: Oman prosessin kehittäminen Mielikuva: Mallintaminen on liian kallista Arup's Melbourne Office reported a 30% reduction in documentation effort on their structural work since working with CSIRO in a CRC CI project Eureka Tower, architect Fender Katsalidis: Comparison of two residential towers of similar standard and complexity: Project A, traditional documentation vs. Eureka Tower, an integrated 3D model Project A Eureka Tower Size 45 stories 88 stories Time to document 100% Size 50% >76% Number of staff 100% almost 66% reduction double Working hours per week 72 hrs 51 hrs In addition, working directly with a 3D model allowed a number of coordination issues to be identified and resolved earlier than otherwise. (Source: Robin Drogemuller, CSIRO) T U O T E M A L L I N N U S - arkkitehtisuunnittelun uusi mahdollisuus - 29.09.2005 21 T U O T E M A L L I N N U S - arkkitehtisuunnittelun uusi mahdollisuus - 29.09.2005 22 11
Esimerkki 4: Oman prosessin ja lisäarvotuotteen kehittäminen T U O T E M A L L I N N U S - arkkitehtisuunnittelun uusi mahdollisuus - 29.09.2005 23 Rakennusprosessin muutoksia Koko informaatioketjun hyödyntäminen rakennusosien ja materiaalien määrät & sijainti kytkentä aikatauluun ja hankintoihin logistiikka Tieto osana tuotetta rakennuksen as-built tietojen luovutus kiinteistön käyttöä ja ylläpitoa varten sähköisten tuotekirjastojen liittyminen suunnittelu- ja hankintaohjelmistoihin sekä rakennuksen malliin sähköisen kaupankäynnin tuki myös tuotteiden ominaisuuksille ja elinkaaritiedoille T U O T E M A L L I N N U S - arkkitehtisuunnittelun uusi mahdollisuus - 29.09.2005 24 12
Rekisteri Muokkaa Näkymä Ikkuna Ohje VIITEKOHDE MENETELMÄT Tehtävä Osatehtävä Osatehtävä Tehtävä Tehtävä Tehtävä PANOKSET Rekisteri Muokkaa Näkymä Ikkuna Ohje VIITEKOHDE MENETELMÄT Tehtävä Osatehtävä Osatehtävä Tehtävä Tehtävä Tehtävä PANOKSET Some 4D Examples DPR Emeryville project; large shopping mall Spending in 3D/4D modeling $39,720, which was 0.06% of the total $72 million budget Project gained 3 weeks in the schedule Esimerkit 5 & 6: Other benefits: Better sequencing Säästöpotentiaalia Seeing and resolving problems early Better understanding of the project and problems Gehry's Experience Music Project in Seattle Contractor spent $12,000 in 4D modeling The main discovery was the location problem of the crane, which company s best experts could not see before the modeling in spite of the extensive planning effort Savings from the modeling at least $2 million T U O T E M A L L I N N U Source: S - arkkitehtisuunnittelun Virtual Builders uusi mahdollisuus Roundtable - 29.09.2005 at DPR, June 2002 25 YIT Cost and Value Engineering Tool YIT-HOUSE COVE Method Data Base Product Model Time Standard Solutions Cost Knowledge T U O T E M A L L I N N U S - arkkitehtisuunnittelun uusi mahdollisuus - 29.09.2005 Tender Calculation Task Management Project Database Delivery Management Quantity Esimerkki 7: Kysyntä Management The model based system saves Quantities 50-80% & Locations PlaNet+ of the work in cost estimation, and the Scheduling accuracy in the early stages improves from +/- 15% to +/- 3% Procurement Needs Delivery Database Supplier register 13
MAIN GOAL IN SKANSKA S TECHNOLOGY STRATEGY New tools New process Results CUSTOMER Information systems based on product modeling Space utilisation plan Sketches Working drawings PRODUCT SUBASSEMBLY PRODUCER Industrialized building process Customer satisfaction Cost savings = Good profitability Schematic drawings Animations Virtual premises Marketing Use Maintenance Servicing Service log Building management Alteration data Construction Details 4-D time schedules Simulations Architectural design Bills of quantity Structural and Product component libraries Structural engineering Prefabricated Panel engineering Reinforcement Panels Production Building automation Electrical design Lighting JOB SITE Cost estimates Procurement HPAC design Thermal loadst SPECIAL DESIGN Esimerkki 8: Oman prosessin kehittäminen Kiinteistöjen käyttö ja huolto Avainasemassa ovat omistajat ja käyttäjät he hyötyvät muutoksesta eniten he voivat asettaa muille vaatimuksia Uusia työvälineitä päätöksenteon tueksi elinkaarikustannukset, ympäristövaikutukset mitä-jos tyyppinen vaihtoehtojen tutkiminen Paremmat PM/FM ohjelmistot tehokkaampi tilojen käytön hallinta paremmat tietokannat ennakoivaan huoltoon tarkempi huollon budjetointi ja pienemmät kustannukset Parempi työympäristö tuottavuuden kasvu kärkiyrityksille tilat ovat keskeinen tuotannon resurssi, ei pelkästään kuluja aiheuttava välttämätön paha T U O T E M A L L I N N U S - arkkitehtisuunnittelun uusi mahdollisuus - 29.09.2005 28 14
Esimerkki 9: Kysyntä Missä nyt mennään? T U O T E M A L L I N N U S - arkkitehtisuunnittelun uusi mahdollisuus - 29.09.2005 30 15
Mallien käyttö ja ominaisuudet Käyttö Paperi & 2D tiedonsiirto USA Suomi Nykytilanne Tuotemallipohjainen tiedonsiirto Demonstraatiot Pilotit Tuotanto Ominaisuudet = kyky tarjota Informaatiota kohteesta Paperi & 2D tiedonsiirto Tuotemallipohjainen tiedonsiirto T U O T E M A L L I N N U S - arkkitehtisuunnittelun uusi mahdollisuus - 29.09.2005 31 Hype Cycle: Myths/Realities Visibility? Technology Trigger Peak of Inflated Expectations Trough of Disillusionment Slope of Enlightenment Time Myth: The use of models is not growing; it will wither and die Reality: Customer enthusiasm is limited, but growing Reality: Customers are confused about the actual offerings Reality: The model is still in transition T U O T E M A L L I N N U S - arkkitehtisuunnittelun uusi mahdollisuus - 29.09.2005 32 Plateau of Productivity 16
GRANLUND SOFTWARE BUILDING SIMULATION ANNUAL ENERGY CONSUMPTION RIUSKA Simulation 1 ANNUAL ENERGY CONSUMPTION AND COST MWh/a mk/a 700 150000 600 120000 500 MWh 150 90000 400 120 300 60000 90 200 60 30000 30 100 0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 MONTHLY HEATING ENERGY MONTHLY COOLING ENERGY MWh MWh Heating energy: 150 150 158.4 mk/mwh 120 120 (VAT not included 2%) Electric energy: 90 90 270.0 mk/mwh 60 60 (VAT not included 2%) Cooling electricity includes 30 30 the electric ity consumption of 0 0 the compressors, condensers 1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112 1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112 and circulation pumps. COP of cooling = 3 HEATING OF ROOM EQUIPMENTS COOLING OF ROOM EQUIPMENTS HEATING OF SUPPLY AIR COOLING OF SUPPLY AIR DOMESTIC WATER HEATING Integroitujen järjestelmien arvoverkko LCA/LCC analyysit, energiasimulointi, Vaatimusten aset- Ympärist ristö- ja ympärist ristövaikutus- taminen ja hallinta elinkaaritiedot ten ja ergonomian simulointi Tuotemallipohjaiset Valmistajien tuote- suunnitteluohjelmistot tiedot Tuotannonsuunnitelu ja -ohjaus Innovatiiviset tuotemallien käyttk yttöön pohjautuvat uudet Sähköinen kaupankäynti palvelut ja liike- toimintamallit Toteutustiedot Kiinteistönhallinta nhallinta T U O T E M A L L I N N U S - arkkitehtisuunnittelun uusi mahdollisuus - 29.09.2005 33 Yhteenveto Teknologia on edellä sen laajamittaista hyödyntämistä: Teknisiäkin ongelmia on edelleen paljon, mutta suurimmat esteet ovat kuitenkin inhimillisiä Uuden teknologian tuottamat hyödyt ovat kiinteästi sidoksissa liiketoiminnan uudistamiseen: Teknologiatyöntöön perustuvalla muutoksella on nopeasti seinä vastassa. Ilman teknologian kehittämistä muutos ei kuitenkaan olisi mahdollista. Tuotemallinnuksen uskotaan olevan avain tuottavuuden parantamiseen; mennään mukaan kun muutkin menevät Liiketoimintahyötyjä ei kuitenkaan vielä nähdä riittävän konkreettisina; muutos on toistaiseksi johtanut vain harvoin uusiin toimintamalleihin. Muutos ei ole helppo eikä mitään viisastenkiveä ole, mutta paikalleen jääminen on varmin keino pudota kilpailusta. T U O T E M A L L I N N U S - arkkitehtisuunnittelun uusi mahdollisuus - 29.09.2005 34 17