TIETOMALLIPOHJAINEN MÄÄRÄ- JA KUSTANNUSLASKENTA Erikoistyö Toni Teittinen 194839
2 SISÄLLYS Sisällys... 2 1. Johdanto... 3 2. Dokumentteihin perustuva määrälaskenta... 4 3. Tietomallipohjainen määrälaskenta... 5 3.1. Rakennuksen tietomalli... 5 3.2. Tietomallien tuottaminen... 5 3.3. Tuoterakenteet... 6 3.4. Tiedonkulku tietomallipohjaisessa määrä- ja kustannuslaskennassa sekä tuotannon suunnittelussa... 7 4. Yhteenveto... 8 4.1. Tietomallipohjaisen määrä- ja kustannuslaskennan vahvuudet... 8 4.2. Tietomallipohjaisen määrä- ja kustannuslaskennan haasteet... 8
3 1. JOHDANTO Tässä raportissa käsitellään tietomallien hyödyntämistä rakentamisen määrälaskennassa sekä tuotannonsuunnittelussa. Tämän erikoistyön tavoitteena on perehtyä eri suunnittelualojen tietomalleista saatavan tietosisällön hyödyntämiseen rakentamisen määrä- ja kustannuslaskennassa sekä tuotannon ohjauksessa. Työn yhteydessä on pyritty selvittämään saatavilla olevan tiedon hyödyntämistä eri rakennusprosessin vaiheissa. Työtä tehdessä on etsitty uusia tapoja hyödyntää suunnitelmista saatavaa tietoa rakentamisen näkökulmasta, eli kuinka tietomallintaminen voi muokata koko rakennushankkeen määrä- ja kustannuslaskentaprosessia. Tässä raportissa on esitetty tuoterakenteiden käyttö määrä- ja kustannuslaskennassa, tiedonkulku tietomallipohjaisen rakennushankkeen määrä- ja kustannustiedon tuottamisessa sekä näiden tietojen hyödyntäminen rakennushankkeen tuotannonsuunnittelussa. Tässä erikoistyössä pilottikohteena on käytetty Tampereen teknillisen yliopiston rakennustalon M-siipeä, pilotista käytetään myöhemmin lyhennettyä versiota M-siipi. M-siivestä on mallinnettu Senaattikiinteistöjen tietomalliohjeiston mukainen rakennesuunnittelijan rakennusosa-malli, käyttäen lähtötietoina rakennesuunnittelijan sähköisiä piirustus-dokumentteja. Arkkitehdin tietomalli on mallinnettu jo aiemmin rakennusosa-tasolle. Näitä tietomalleja käytetään suunnittelun määrätietojen lähteenä. Tutkimustyö on rajattu koskemaan ainoastaan seuraavia mallinnussovelluksia: Tekla Structures (RAK), ArchiCAD (ARK), Tocoman BIM -ratkaisua (Määrä- ja kustannusl.), Vico Control (Tuotannonslu.). Näiden ohjelmistojen tietotekninen toteutus ja tiedon käsittelytavat on rajattu tutkimuksen ulkopuolelle. Erikoistyö on tehty sovelluksien loppukäyttäjän näkökulmasta, millä on saatu melko selkeä kuva sovellusten nykyisestä käytettävyydestä. Rakentamisen tietomallien välistä tiedonsiirtoa käsitellään tässä raportissa ainoastaan hyvin pintapuolisesti, niiltä osin kuin siitä on saatu kokemuksia pilottikohteen yhteydessä.
4 2. DOKUMENTTEIHIN PERUSTUVA MÄÄRÄLASKENTA Perinteisessä dokumenttipohjaisessa rakennushankkeen suunnittelussa, suunnittelutieto on hajallaan eri dokumenteissa. Näin ollen hajallaan olevan suunnittelutiedon hyödyntäminen on haastavaa määrä- ja kustannuslaskentavaiheessa. Perinteisesti määrälaskenta tehdään mittaamalla määrät paperidokumenteista tai sähköisistä suunnitteludokumenteista, joten laskennan tarkkuus on riippuvainen määrälaskijan työsuorituksen tarkkuudesta. Dokumentteihin pohjautuvassa määrälaskennassa tehdään runsaasti manuaalista työtä, mikä rajoittaa tehokasta, eri suunnitteluvaihtoehtojen kustannusvaikutusten vertailua. Myös mahdollisten laskentavirheiden toteaminen on vaikeaa, koska ainoastaan määrälaskija itse on tietoinen tekemistään yksinkertaistuksista ja oletuksista. Suurin ongelma dokumentteihin perustuvassa määrälaskennassa on suunnittelutiedon hajanaisuus. Määrälaskijan täytyy perehtyä perusteellisesti kohteeseen, mikä on haastavaa pelkkien tasopiirustusten pohjalta.
5 3. TIETOMALLIPOHJAINEN MÄÄRÄLASKENTA 3.1. Rakennuksen tietomalli Rakennuksen tietomalli sisältää tietoa rakennuksesta. Tieto on jäsennelty jonkin sovitun formaatin mukaisesti, ja se on käsiteltävissä tietokoneella. (Lehtinen 2005, s.10.) Rakennuksen tuotemalli on rakennuksen ja rakennusprosessin elinkaaren aikaisten tuotetietojen kokonaisuus (Karstila 2004, s.10). Tässä työssä käytetään samassa merkityksessä sanan tuotemalli tilalla sanaa tietomalli, joka vastaa paremmin myös kansainvälisesti käytössä olevaa BIM-käsitettä (Building Information Model). Rakentamisessa on aina mukana useita osapuolia, ja tietomallipohjaisen suunnittelun yhtenä tavoitteena onkin mahdollistaa eri suunnittelualojen tehokas yhteistyö. Jotta tietoa pystytään tehokkaasti siirtämään eri osapuolten välillä, on tehtävä sopimuksia tiettyjen yhtenäisten formaattien käytöstä. Eri osapuolten tietomallien sovittamiseksi on sovittu käytettävän IFC-tiedonsiirtoformaattia (Industrial Foundation Classes). IFC on kansainvälinen tiedonsiirtostandardi rakentamisen ja kiinteistönpidon tuotetietojen tiedonsiirtoon ja yhteiskäyttöön (Karstila 2004, s.6). Tietomallien ja perinteisten CAD-suunnitteluohjelmien välinen oleellinen ero on siinä, mitä mallinnetaan. Tietokoneella piirretty piirustus on myös tietomalli, joka sisältää viivojen, neliöiden ja ympyröiden ominaisuuksia. Geometriaa voidaan myös mallintaa perinteisillä CAD-ohjelmilla. Tällöin tietomalli sisältää tiedot esimerkiksi mallinnettujen kuutioiden tilavuuksista ja pinnoista. Pelkän geometrian mallintaminenkaan ei tuo paljonkaan lisäarvoa rakentamisen kannalta. Rakennuksen tietomalli sisältää tietoja eri rakenneosista kuten pilareista, palkeista ja laatoista (Hietanen 2005a, s.27.). Tietomallipohjaisilla suunnittelusovelluksilla saadaan tuotettua suunnittelun määrätietoa, joka tulee rakennustuotannon tarpeita varten muuttaa tuotannon määrätiedoksi. Tämä tapahtuu tuoterakenteiden avulla, joiden käyttöä esitellään kappaleissa 3.3. ja 3.4. 3.2. Tietomallien tuottaminen Tietomalleilla on aina käyttöliittymä. Tietomalli-käsitettä määriteltäessä todettiin, että tietomalli sisältää tietoa suunniteltavasta rakennuksesta. Tämän tiedon muokkaamiseen on olemassa useita ratkaisuja. Yleisesti voidaan todeta, että tietomalliohjelmistot ovat graafisia käyttöliittymiä. (Hietanen 2005a, s.27.)
6 Riippumatta käytettävästä mallinnussovelluksesta tärkeintä syntyvän suunnittelutiedon hyödyntämisen kannalta on, että tieto on sellaisessa muodossa, että sitä pystytään tulkitsemaan ohjelmallisesti. Tässä erikoistyössä arkkitehdin tietomalli on tuotettu ArchiCAD:llä ja rakennesuunnittelijan Tekla Structures:lla. 3.3. Tuoterakenteet Tietomallipohjaisen määrä- ja kustannuslaskennan perusajatuksena on tuoterakennekirjastojen hyödyntäminen. Tuoterakennekirjastot sisältävät tyyppirakenteiden tuoterakenteet. Kuvassa 3.1. on esitetty esimerkki pilarianturan tuoterakenteesta. Tuoterakenteesta käytetään yleisesti myös käsitettä resepti. Tuoterakenteiden hallinta ja suunnittelun määrätiedon linkittäminen on tehty tässä harjoitustyössä TCM Pro Estimate -ohjelmalla. Kuvassa 3.2. on esitetty tässä työssä toteutunut tiedonkulku, josta selviää käytettyjen ohjelmistojen keskinäiset suhteet. Rakennusosa sisältää suoritteita, jotka koostuvat panoksista. Panoksille määritetään hinnat, joista muodostuu koko rakennusosan kustannukset. Rakenteiden määrätiedot voidaan hakea tietomallista joko rakennusosa- tai suoritetasolle. Tässä erikoistyössä haettiin määrätiedot arkkitehdin tietomallista rakennusosatasolle ja rakennesuunnittelijan tietomallista suoritetasolle. Kuva 3.1. Tuoterakenteet Tuoterakenteiden yksilöinti on tässä työssä tehty käyttäen TALO 90-järjestelmää.
7 3.4. Tiedonkulku tietomallipohjaisessa määrä- ja kustannuslaskennassa sekä tuotannon suunnittelussa Kuvasta 3.2. selviää työssä käytettyjen ohjelmien väliset suhteet ja tiedonsiirrossa käytetyt formaatit. Suunnittelun määrätietojen linkittämiseksi tuoterakenteisiin. Suunnittelun määrätiedon ja tuotannon reseptien väliseen hallintaan on käytetty ilinkohjelmaa, jonka avulla määritellään tietomallin objekteille sääntöpohjaiset ryhmittelyperusteet. Sääntöpohjainen ryhmittely mahdollistaa muutosten nopean kustannusvaikutusten tarkastelun. Kuva 3.2. Tiedonkulku Tässä työssä käytetty työpolku ei kuvaa parhaalla mahdollisella tavalla tietomallipohjaisen määrä- ja kustannuslaskennan sekä tuotannonohjauksen toimivuutta. Käytetyt ohjelmat on valittu siten, että ne edustavat Suomessa rakennusalalla yleisesti käytössä olevia ohjelmistoja, ja näin ollen työ on antanut hyvän kuvan todellisista haasteista ja kehitystarpeista.
8 4. YHTEENVETO 4.1. Tietomallipohjaisen määrä- ja kustannuslaskennan vahvuudet Tietomallien hyödyntäminen määrä- ja kustannuslaskennassa helpottaa eri suunnitteluvaihtoehtojen kustannusvaikutusten vertailua tarkasti jo aikaisessa suunnitteluvaiheessa. Tällainen toimintatapa on tehokas suunnittelun ohjauksen keino, koska kustannusvaikutukset perustuvat mahdollisimman tarkkoihin määrätietojen tai laadun muutoksiin. Toinen suuri etu on määrälaskennan läpinäkyvyys, koska jokaisella linkitetyllä määrällä on olemassa jokin virtuaalinen rakennusosa, josta määrätieto on poimittu. Tarvittaessa määrän lähde voidaan tarkistaa ja arvioida sen oikeellisuutta. Erityisesti suurissa kohteissa määrälaskijaa helpottaa suunnitteluaineiston havainnollisuus, koska hän saa käyttöönsä 3D-mallin, jonka avulla hän pystyy helposti tutustumaan laskettavaan kohteeseen ja löytämään esimerkiksi mahdollisia riskivarauksia tarvitsevia rakennusosia. Tulevaisuudessa näen tärkeimpänä hyötynä määrä- ja kustannuslaskennasta saatavan tiedon hyödyntämisen tuotannonsuunnittelussa. Kuvassa 3.2. esitetty toimintatapa mahdollistaa samojen sääntöpohjaisten ryhmittelyjen hyödyntämisen sekä määrälaskennassa että rakentamisen aikataulutuksessa. Tällöin esimerkiksi runkovaiheen aikataulutettavat rakennusosat ovat täsmälleen samoja, joiden määrätiedon perusteella aikataulutus-ohjelmassa on laadittu aikataulu. Edellä esitetty työpolku mahdollistaa logistiikan tehostamista erityisesti valmisosarakentamisessa ja näin ollen parantaa rakennustyön tuottavuutta sekä laatua, koska rakennusmateriaaleja ei tarvitse säilyttää työmaalla tarpeettoman pitkiä aikoja. 4.2. Tietomallipohjaisen määrä- ja kustannuslaskennan haasteet Keskusteltaessa tietomallien hyödyntämisestä määrä- ja kustannuslaskennassa nousee esille vastuukysymys: kuka vastaa tietomallissa olevan tiedon oikeellisuudesta? Tämä asia vaatii varsinkin alkuvaiheessa runsaasti työtä, jotta perinteisten paperidokumenttien käytöstä pystytään luopumaan. Toisaalta jos suunnitelmien tilaaja edellyttää tietomallien käyttöä, menestyvät ne toimijat, joilla on valmius hyödyntää näitä uusia mahdollisuuksia. Tietomallien tehokas käyttö tuotannonohjauksessa vaatii eri ohjelmistoalojen yhteensovittamista. Tässä työssä havaittiin, että muuttuvien suunnittelumäärien
päivittäminen 4D-simulaatioon vaatii testatuilla ohjelmistoilla melko paljon manuaalista työtä, joka voi aiheuttaa inhimillisiä virheitä - tämä tarkoittaa sitä, että ohjelmien välisen tiedon automaattinen päivitettävyys vaatii kehitystä. 4D-simulointi tässä työssä testatulla tasolla on ainoastaan työkalu aikataulun visualisointiin. Esimerkiksi hankintojen yhdistäminen 4D-malliin toisi merkittävää hyötyä rakennustyömaalle. Työmaa voisi simuloinnin avulla määrittää suunniteltuihin töihin liittyvät suoritteet ja tehdä materiaalitilaukset ainoastaan tarvittavasta määrästä. Näin ollen täsmälliset toimitukset vähentäisivät tarvikkeiden varastointia työmaalla ja parantaisivat rakennusosien laatua. 9
10 Lähteet Hietanen, J. 2005. Tietomallit ja rakennusten suunnittelu: Filosofinen selvitys tieto- ja viestintätekniikan mahdollisuuksista. Rakennustieto Oy, Tampere. 95 s. ISBN: 951-682-783-7. Karstila, K. 2004. Rakennusten tuotemallintamisen sanasto. WWW. Viitattu 22.9.2008. Saatavissa: http://virtual.vtt.fi/virtual/proj6/proit/julkiset_tulokset/proit_sanasto_v10.pdf Lehtinen, S. 2006. Tietomallien hyödyntäminen rakennesuunnittelijan rajapinnoissa (diplomityö). Tampereen teknillinen yliopisto, Tampere. 92 s.