Rakennuskohteiden tietomallit lähtöaineistona energia-analyysimalleille

Tietomalleja käytetään rakennusalalla jo nykyisin lukuisiin eri käyttötarkoituksiin, ja tulevaisuudessa niitä voidaan hyödyntää yhä laajemmin eri elinkaaren vaiheissa. LAB-ammattikorkeakoulun BIM-ICE-hankkeessa selvitettiin IFC-muotoisen tiedonsiirron onnistumista rakennuksen tietomalleista energia-analyysimalleihin.

Kirjoittajat: Vilppu Eloranta ja Jarno Rautiainen

Rakennuskohteiden suunnittelussa ja toteutuksessa on yleistynyt rakennusten tietomallinnus BIM (Building Information Modelling). Tietomalli yhdistää kohteen suunnittelun tulokset yhdeksi kokonaisuudeksi ja sen sisältöä on syytä päivittää hankkeen edetessä toteuman mukaisilla tiedoilla. Tietomallit esitetään usein kolmiulotteisessa muodossa, jossa näkyy rakennukselle ja sen osille annetut tiedot. Tietomallien käyttökohteet ovat liittyneet rakennusten suunnitteluun ja toteutukseen, mutta uusia käyttötapoja tunnistetaan kaikkiin elinkaaren vaiheisiin. Rakennusten energiankäyttö aiheuttaa merkittävän osan niiden elinkaaren ympäristövaikutuksista, joten erilaiset energia-analyysit ovat olennainen tulevaisuuden käyttötapaus.

Rakennusten tietomallintamista ohjeistetaan Suomessa kansallisilla Yleiset tietomallivaatimukset YTV2012 -ohjeistuksilla (BuildingSMART Finland 2012) . Suomessa on sitouduttu OpenBIM-käytänteisiin, joissa mallipohjainen tiedonsiirto ohjeistetaan toteuttamaan standardoitujen avointen ja ohjelmistoriippumattomien tiedostomuotojen avulla. Yleisin rakennuskohteiden tietomallien jakamiseen käytettävä standardi on IFC (Industry Foundation Classes), joka poistaa sidonnaisuudet yhden ohjelmistotoimittajan tuotteisiin. Suunnittelijat voivat käyttää itselleen tuttuja, standardia tukevia työkaluja ja luovuttaa mallinsa avointen formaattien mukaisina. Oheisessa kuvassa 1 on esitetty LAB-ammattikorkeakoulun päärakennuksen yhdistelmämalli, johon on yhdistetty kaikkien suunnittelualojen IFC-muotoiset mallit.

Kuva 1. LAB-ammattikorkeakoulun Lappeenrannan kampuksen päärakennuksen tietomalli (kuva: Jarno Rautiainen)

LAB-ammattikorkeakoulussa käynnistyi vuonna 2020 BIM-ICE-hanke (BIM Integration in Higher and Continuing Education), jonka tavoitteena on kehittää rakennusten tietomallintamisen koulutusta ja mahdollistaa siihen liittyvien käytäntöjen käyttöönottoa rakennusalalla (BIM-ICE 2022). Samalla tavoitellaan osaavan ja ammattitaitoisen työvoiman saatavuuden sekä rakentamisen tuottavuuden ja laadun parantamista. BIM-ICE-hanketta rahoittaa Euroopan unioni. Tarkasteluun nostettiin tulevaisuudessa yleistyviä käyttötapauksia, joista yhtenä tutkittiin tiedonsiirtoa rakennusten tietomalleista energia-analyysimallinnuksen sovelluksiin.

Tavoitteet ja käytettävät ohjelmistot

Käyttötapauksen tavoitteena oli tutkia, kuinka ja mitä rakennuksen tietomallin tietoja saadaan siirrettyä energia-analyysiohjelmistoon tietomallipohjaisesti. Tapauksessa käytettiin erään rakennuksen muutaman vuoden vanhaa inventointimallia, joka oli luotu inventointien ja mittausten perusteella. Tarkastelussa pyrittiin selvittämään, mitä tietoja saadaan siirrettyä tietomallipohjaisesti ja mitä täytyy syöttää käsin.

Tarkastelussa käytettiin alkuperäisen inventointimallin päivitykseen ja jalostukseen Graphi-softin Archicad-arkkitehtimallinnusohjelmaa. IFC-tiedostojen tietosisältöä validoitiin Simp-lebim-ohjelmalla. Tavoitteena oli IFC:n tuottaminen niin, että siitä saataisiin mahdollisimman hyvä pohja energia-analyysiin suoraan mallinnusohjelmasta julkaisun jälkeen, mutta samalla testattiin myös Simplebimin muokkauspohjaa IFC-tiedoston sopivuuden varmistamiseen ja turhien objektien poistamiseen. Viedyt IFC-tietomallit tuotiin EQUA Simulation AB:n IDA ICE (Indoor Climate and Energy) -energia-analyysiohjelmistoon, jossa tuonnin onnistumista tarkasteltiin.

Alkuperäinen tietomalli ja sen jalostus

Alkuperäinen tietomalli oli vuodelta 2015, eikä se ollut täysin YTV2012 -ohjeiden osan 2. Lähtötilanteen mallinnus (RT 10-11067 2012) tai osan 3. Arkkitehtisuunnittelu (RT 10-11068 2012) mukainen. Mallin kerrosasetukset oli säädetty väärin ja esimerkiksi välipohjalaatta ja muita rakennusosia sijaitsi väärässä kerroksessa (RT 10-11068 2012, 7). Sijaintien virheet vaikuttivat muun muassa rakennuksen ulkovaipan luontiin IDA ICE:ssa, joten virheet korjattiin. Malleissa oli myös ongelmia niihin luotujen tilaobjektien kanssa: niitä ei ollut määritelty rajautumaan ympäröiviin rakennusosiin, kuten seiniin ja laattoihin (RT 10-11068 2012, 13), vaan osa oli sitomattomia ja satunnaisen korkuisia. Tilaobjektit korjattiin rajautu-maan ympäröiviin rakenteisiin. Malliin ei myöskään ollut määritelty pohjoisen suuntaa, mikä korjattiin lisäämällä pohjoisnuoli. Malli oli tehty nollakorkoon, mikä ei ole ohjeistusten mukaista, muttei kuitenkaan haitannut tiedonsiirtoa.

Mallia jatkojalostettiin energia-analyysiin sopivaksi pääasiassa noudattaen YTV2012-ohjeiden osaa 10, Energia-analyysit (RT 10-11075 2012) sekä IDA ICE -ohjelmiston doku-mentaatiota (EQUA Simulation AB 2018). Rakennuksen geometrian määrittyminen IDA ICE -ohjelmistossa vaatii rakennusosien sijaintien määrittelyn (EQUA Simulation AB 2018, 4). Tarkastellussa mallissa nämä olivat puutteelliset, joten määriteltiin mm. ulkoseinille sijainniksi ulko-osa ja väliseinille sisäosa. Ohjeiden mukaan tilaobjektien kanssa tulee käyttää automaattista rakenteiden tunnistusta, joten tilat korjattiin rajautumaan kuvan 2 mukaisesti automaattisesti ympäröiviin seiniin.

Kuva 2. Tietomallin tilaobjektin rajautuminen ympäröiviin rakenteisiin (kuva: Jarno Rautiainen)

Archicad-mallin vyöhykkeiden tilarajat (space boundary) määritettiin myös IFC-viennissä vastaamaan IFC-tilojen rajauksia. Mallin rakennusosat tarkistettiin ja niihin lisättiin tarvittaessa ohjeiden mukaiset tunnisteet, kuten US1 – Ulkoseinä 1 (RT 10-11075 2012, 15).

Ohjeistusten mukaan mallissa ei saisi olla päällekkäisiä tilaobjekteja. Testauksessa kuitenkin luotiin tilatyökalulla kerrosalaobjektit, jotka IDA ICE tunnisti onnistuneesti rakennuksen vaipaksi (building body). Lisäksi korjattiin seinien emäviivat yhdistymään oikein, jotta vyöhykkeet muodostuisivat paremmin energia-analyysimallissa. Energia-analyysin kannalta turhat objektit, kuten lupapiirustuksia varten tuotetut julkisivujen verhouslaudat rajattiin Simplebim-validoinnin tietojen perusteella IFC-viennin ulkopuolelle jo Archicadissa.

Tiedonsiirron tulokset

Viety ja validoitu tietomalli tuotiin IDA ICE -energia-analyysiohjelmistoon ja tuonnin onnistumiset ja haasteet kirjattiin ylös. IFC-tiedoston vientiä ja tuontia iteroitiin usean kerran tarvittavien muokkausten jälkeen. Lopulta energia-analyysimalliin siirtyivät onnistuneesti

rakennuksen vaipan geometria
tilageometriat (huoneet)
aukkogeometriat (ikkunat, ovet jne.)
rakennetyyppien tunnukset (VS1, US1 jne.)
varjostusobjektit (katokset ja räystäät)
rakennuksen suuntaus.

Sen sijaan monimutkainen harjakattogeometria ei siirtynyt täydellisesti ilmeisesti teknisten rajoitusten takia. Lisäksi vesikaton alla olevat vinokattoiset tilageometriat eivät siirtyneet oikein, mutta niiden korjaaminen käsin oli pieni vaiva. Tiedonsiirron haasteet näkyvät visuaalisesti kuvassa 3.

Kuva 3. IFC-tiedoston tuonnin ongelmat: harjakattogeometria ja vinokattoiset tilat toisessa kerroksessa muodostuivat virheellisesti useista korjausyrityksistä huolimatta (kuva: Vilppu Eloranta).

Seuraavat tiedot eivät siirtyneet tietomallipohjaisesti, joten ne syötettiin käsin:

seinien, ylä- ja alapohjien, lasitusten ja muiden rakenteiden materiaalikerrokset ja U-arvo
rakennuksen sijainti ja simuloinnissa käytettävä sääaineisto
rakennuksen energia- ja ilmanvaihtojärjestelmät sekä liitynnät energiaverkkoihin
rakennuksen tiiveys, kylmäsillat ja käyttöaikataulut.

Johtopäätökset

Haasteista huolimatta tietomallipohjainen tiedonsiirto nopeutti energia-analyysimallin tekemistä huomattavasti, kun geometrioita ja rakennetyyppien tunnuksia ei tarvinnut syöttää alusta lähtien energia-analyysimalliin, vaan käsin tehtävä tietojen syöttäminen rajoittui lähinnä energia-analyysille spesifisiin tietoihin. Inventointimalli olisi kuitenkin kannattanut alun perin tehdä YTV2012-ohjeiden mukaiseksi, jolloin mallia ei olisi tarvinnut korjata niin laajasti. Jos tiedetään, että tietomallia tullaan käyttämään energia-analyysin tekemiseen, käyttötapauksen erityispiirteet ja käytettävän ohjelmiston vaatimukset kannattaa huomioida heti alusta lähtien.

Lähteet

BIM-ICE. 2022. BIM Integration in Higher and Continuing Education. Viitattu 24.5.2022. Saatavissa https://bim-ice.com/

BuildingSMART Finland. 2012. Yleiset tietomallivaatimukset YTV2012. Viitattu 24.5.2022. Saatavissa https://buildingsmart.fi/yleiset-tietomallivaatimukset-ytv/

EQUA Simulation AB. 2018. Import of IFC BIM models to IDA Indoor Climate and Energy 4. Viitattu 6.5.2022. Saatavissa http://www.equaonline.com/iceuser/pdf/IFC_Import.pdf

RT 10-11067 2012. Yleiset tietomallivaatimukset 2012, Osa 2. Lähtötilanteen mallinnus. Rakennustieto Oy. Viitattu 6.5.2022. Saatavissa https://kortistot.rakennustieto.fi/kortit/RT%2010-11067

RT 10-11068 2012. Yleiset tietomallivaatimukset 2012, Osa 3. Arkkitehtisuunnittelu. Rakennustieto Oy. Viitattu 6.5.2022. Saatavissa https://kortistot.rakennustieto.fi/kortit/RT%2010-11068

RT 10-11075 2012. Yleiset tietomallivaatimukset 2012, Osa 10. Energia-analyysit. Rakennustieto Oy. Viitattu 6.5.2022. Saatavissa https://kortistot.rakennustieto.fi/kortit/RT%2010-11075

Kirjoittajat

Vilppu Eloranta toimii TKI-asiantuntijana LAB-ammattikorkeakoulun hankkeissa energiajärjestelmien ja -mallinnuksen asiantuntijana.

Jarno Rautiainen toimii TKI-asiantuntijana LAB-ammattikorkeakoulun rakennustekniikan hankkeissa sekä satunnaisesti rakennusten tietomallien hyödyntämistä sisältävissä opetuskokonaisuuksissa.

Artikkelikuva: https://pxhere.com/en/photo/1575627 (CC0)

Julkaistu 1.6.2022