Rakennuksen geometrian tarkastus poikkeama-analyysien avulla

Vuoden 2025 alusta alkaen rakennusalan digitalisaatiota ajetaan eteenpäin rakentamislain (751/2023) käyttöönoton kautta ja tavoitteena vaikuttaa olevan rakennusten tietomallinta-misen saaminen suunnittelun standardiprosessiksi. Vähemmälle huomiolle ovat jääneet lain kuvaamat velvoitteet suunnitelma-aineistojen päivittämisestä vastaamaan toteumaa. Tässä artikkelissa käsitellään tietomallintamalla suunnitellun kohteen toteuman geometrian tarkastamista mallien ja pistepilvien välisten poikkeama-analyysien avulla.

Kirjoittaja: Jarno Rautiainen

LAB-ammattikorkeakoulu toteutti vuosina 2021–2023 Digitaaliset ratkaisut rakennetun ympäristön resurssituottavuudessa, RYHTI-hankkeen (LAB 2023). Hanke rahoitettiin osana Euroopan unionin Covid-19-pandemian johdosta toteuttamia toimia. Yksi sen päätuloksista, käyttöä ja käytönaikaista ennakointia tukevat digitaaliset kaksoset kahdesta pilottikohteesta, pohjautuivat rakennuskohteiden tietomalleihin (BIM, Building Information Model) avoimen IFC-standardin (Industry Foundation Classes) mukaisessa muodossa. Hankkeessa todettiin, että kaksosten käyttötapauksesta riippuen kivijalkana toimivien tietomallien tulisi vastata toteutunutta rakennusta.

Rakentamislain (751/2023) 60 § esitetään vaatimus rakennussuunnitelmien ja erityissuunnitelmien toimittamisesta rakennusvalvontaviranomaiselle tietomallimuotoisina tai muussa koneluettavassa muodossa (Rakentamislaki 751/2023). Käytännössä tämä tullee tarkoittamaan laajaa IFC-standardin käyttöä. Kuvassa 1. on rakennuskohteen tietomalli ja pistepilvi samassa ohjelmistossa.

Kuvassa näkyy tyhjä ilmanvaihtokonehuoneen kolmiulotteinen malli. Samassa huoneessa näkyy talotekniikan asennuksia ja irtokalustoa, jotka muodostuvat sadoista tuhansista niiden todellisen värityksen mukaisista pisteistä. — Kuva 1. Rakennuksen tietomalli ja pistepilvi Leica Cyclone 3DR-käyttöympäristössä (Kuva: Jarno Rautiainen)

Laserkeilaus on nopea ja tarkka mittaustapa rakennuksen geometrian kuvantamiseen. Siinä mittalaite tuottaa miljoonia sijaintikoordinaatit ja paluuintensiteettiarvot sisältäviä mit-tapisteitä ympäristöstään, muodostaen yhtenäisessä kolmiulotteisessa koordinaatistossa olevan pistepilven. Rakentamislain mallinnusvaadetta hankalampana voidaan suunnittelualasta riippuen pitää vaatimusta toteutuksen aikaisten muutosten päivittämistä suunnitelmamalleihin. Rakentamislain 751/2023 71 § mukaan päävastuullisen toteuttajan tulee toimittaa rakennustöiden edistymisen ja toteutuksen aikana tapahtuneiden muutosten tiedot suunnittelijoille, jotka päivittävät suunnittelumallinsa tai muuten koneluettavassa muodossa olevat suunnitelmansa. 122 § mukaan rakennusta tai sen osaa ei saa ottaa käyttöön ennen loppukatselmusta, jota ennen rakentamishankkeeseen ryhtyvä on ilmoittanut rakennusvalvontaviranomaiselle toteutusta vastaavien suunnitelmien toimittamisesta toteumamalleina tai muuten koneluet-tavassa muodossa (Rakentamislaki 751/2023). Sisältöä tarkennetaan asetuksilla.

Tietomallien ja pistepilvien väliset poikkeama-analyysit

Rakennuskohteen toteuman tarkkuustasoa voidaan tutkia pistepilvien ja tietomallien välisten poikkeama-analyysien avulla. Poikkeama-analyysi ei ole tässä yhteydessä vakiintunut termi, mutta lähimpänä englanninkielistä Deviation analysis -termiä. Poikkeama-analyysissä ohjelma vertailee jokaista pistepilven pistettä valittuun tietomalliin ja värjää pisteet tai mallin pinnan sen mukaan, kuinka kaukana pisteet sijaitsevat mallin pinnasta. Analyysejä varten mallien ja pistepilvien tulee sijaita samassa koordinaatistossa. Rakennuskohteiden tietomallit sijoitetaan yleensä paikalliseen koordinaatistoon ja pistepilvet on sidottu kunnan tai kaupungin käyttämään maailmankoordinaatistoon. Tietomallihankkeen paikallisen origon sijainti maailmankoordinaatistossa määritellään yleensä siirtokoordinaattien avulla vähintään tietomallinnussuunnitelmassa. Pistepilvet tulisi siirtää harvennettuina siirtokoordinaatteja käyttäen tietomallihankkeen koordinaatistoon. Kuvassa 2 on analyysin tuloksilla värjätty pistepilvi.

Kuvassa näkyy saman ilmanvaihtokonehuoneen analyysin tuloksilla värjätty miljoonista pisteistä muodostuva pistepilvi samasta kulmasta. Huoneen kulmissa pisteet värjäytyvät keltaisen kautta punaisiksi ja kuvassa näkyvän oven kohdalla vaalean sinisiksi. Kuvan oikeassa laidassa näkyy analyysin poikkeamaa kuvaava väriskaala, jossa tumman vihreä on +-4 mm, vaaleanvihreä +-4–12 mm, keltaisen ja vaaleansinisen sävyt +-12–15 mm sekä punaisen ja tumman sinisen sävyt 15–20 mm. Tilan keskellä näkyy tummalla yhte-näisellä värillä taloteknisiä asennuksia — Kuva 2. Arkkitehtimallin ja pistepilvien välisen vertailun esimerkki (Kuva: Jarno Rautiainen)

Tässä esimerkissä vertailu on tuotettu helppokäyttöisellä Leica Cyclone 3DR-sovelluksella. Samassa koordinaatistossa olevien aineistojen välisten vertailujen toteutus on erittäin no-pea toimenpide. Toleranssin ollessa esimerkiksi +-20 millimetriä, analyysi kannattaa toteuttaa hieman suuremmalla vaihteluvälillä, koska sen ulkopuoliset pisteet rajautuvat pois.

Kuvassa huoneen kulmat lähestyvät annettua rajaa ja värjäytyvät keltaisen kautta punaisen sävyihin, mutta ovat esimerkin +-20 millimetrin toleranssin rajoissa. Arkkitehtimalliin verrattaessa talotekniikan asennukset rajautuvat vertailun vaihteluvälin ulkopuolelle ja ovat värjäytyneet tummaksi. Käyttötapauksen mukaan nämä pisteet kannattaa rajata pois. Esimerkiksi arkkitehdin tai rakennesuunnittelijan suunnittelumallien päivittämisessä talotekniikan asennukset eivät kiinnosta suunnittelijaa.

Analyysien tulosten hyödyntäminen

Talonrakennushankkeissa arkkitehdin ja rakennesuunnittelijan suunnittelumallit ohjaavat rakentamista ja vastaavat hankkeiden lopulla läheisesti toteutunutta. Silloin analyysien perusteella värjätyistä pistepilvistä voidaan hyötyä mallien päivittämisessä. Talotekniikassa tilanne on toinen. Malleja hyödynnetään työmailla vähän ja suunnitelmiin sekä tuotevalintoihin tulee paljon muutoksia, jolloin suunnitelmien ja toteuman erot ovat liian suuria analyysien tekemiseen. Mikäli talotekniikan toteuma halutaan lähemmäs suunniteltua, tietomallit tulisi ottaa laajasti käyttöön työmailla esimerkiksi mobiilisovellusten kautta ja vähintään päälinjojen tulisi olla mallien mukaisia.

RYHTI-hankkeessa tuloksista rajattiin pois analyysin ulkopuolelle jääneet tummat talotekniikan asennukset käsittäneet pisteet, jotka tekivät pistepilvistä raskaampia, eivätkä olleet muille suunnittelualoille tärkeitä. Rajaus tehtiin Cyclone 3DR:n Cloud Automatic Segmentation – Inspection steps -työkalulla, joka hajottaa pilven analyysin skaalan mukaan. Ulos rajautuneiden pisteiden poiston jälkeen loput pisteet liitettiin takaisin yhteen ja vietiin haluttuihin formaatteihin. Mikäli käytössä on analyysin suorat rajaamattomat tulokset, rajaus onnistuu myös avoimen lähdekoodin CloudCompare-sovelluksen Colorimetric Segmenter-työkalulla. Suunnitteluohjelmia ja käytettävyysarvioita varten pistepilvet vietiin XYZ-RGB-formaattiin, joka tuki värien siirtymistä, sekä yleisimmin mallinnusohjelmissa käytettävään e57 formaattiin. Kuvassa 3. on esitetty analyysin pistepilvi arkkitehtisuunnittelun tietomallin kanssa.

Kuvassa näkyy saman konehuoneen tyhjän tilan malli sekä samassa ympäristössä ana-lyysituloksien perusteella värjätty väriskaalan mukainen pistepilvi. Tästä pilvestä on rajattu pois aiemmat tummat pisteet ja pisteitä on vain rakenteiden, kuten seinien, lattioiden ja pilarien vieressä. — Kuva 3. Rakennuskohteen tietomalli ja poikkeama-analyysien tulokset suunnitteluohjel-massa (Kuva: Jarno Rautiainen)

Tietomallihankkeen koordinaatistoon vietyinä pistepilvet asettuvat oikeaan paikkaan mallinnusohjelmissa ja suunnittelija näkee teoriassa väriskaalasta nopeasti, mikäli rakennusosan sijainti tai geometria vaativat korjauksia.

Poikkeama-analyysit sopivat toteuman mittatarkkuuden toteamiseen, kuvan mukaisesti, ennen toteumamallinnusprosessia tuotettuina, suunnittelumallien päivitykseen sekä olemassa olevasta rakennuksesta mittausten ja inventointien pohjalta luotujen inventointimallien tarkkuuden toteamiseen. Analyyseistä on tuotettu kansainvälinen käyttötapauskuvaus, joka vastaa läheisesti RYHTI-hankkeen tarkasteluja (Steinjan 2023). Tällaiset ratkaisut tulevat yleistymään prosessien tehostamisessa, mutta Suomessa tarpeet tarkentuvat vasta rakentamislakiin liittyvien asetusten julkaisun jälkeen.

Lähteet

LAB. 2023. Digitaaliset ratkaisut rakennetun ympäristön resurssituottavuudessa. Viitattu 25.10.2023. Saatavissa https://lab.fi/fi/EKKIRA

Rakentamislaki 751/2023. Viitattu 17.10.2023. Saatavissa https://www.finlex.fi/fi/laki/alkup/2023/20230751

Steinjan, J. K. 2023. Geometrical verification of as-built BIM models by deviation analysis. BuildingSMART International. Use Case management. BIM-SPEED EU Horizon 2020 project. Viitattu 17.10.2023. Saatavissa https://ucm.buildingsmart.org/use-case-details/2932/en

Kirjoittaja

Jarno Rautiainen toimii TKI-asiantuntijana LAB-ammattikorkeakoulun rakennustekniikkaan ja rakennuskohteiden tietomallintamiseen liittyvissä hankkeissa, sekä satunnaisesti rakennusten tietomallien hyödyntämistä sisältävissä opetuskokonaisuuksissa. LABin toteuttamassa RYHTI-hankkeessa hän tuotti toteuman ja tietomallien välisiä vertailuja sekä toteumamallinnuksen prosessien määrittelyä.

Artikkelikuva: https://pxhere.com/fi/photo/449062 (CC0)

Julkaistu 25.10.2023