Kaupunkiympäristötalo: Tietomallipohjaista suunnittelua uusilla ulottuvuuksilla

Helsingin kaupungin kaupunkiympäristön toimialan käyttöön suunniteltu Kaupunkiympäristötalo on vuoden 2020 Suomen ja Baltian alueen Tekla BIM Awards -voittaja ja kisan yleisön suosikki. Hankkeessa vietiin tietomallipohjainen suunnittelu ja digitalisaatio aivan uudelle tasolle. Tietomalleja hyödynnettiin monipuolisesti ja innovatiivisesti läpi hankkeen suunnittelussa, rakentamisessa, sidosryhmäyhteistyössä, tarveselvityksissä ja havainnollistamisessa, aikataulutuksessa ja energiatehokkuuden ja päästöjen hallinnassa sekä työturvallisuuden varmistamisessa.

Kaikki kaupunkiympäristötalopalvelut modernissa tiilikorttelissa

Kaupunkiympäristötaloon on koottu kaikki Helsingin kaupungin kaupunkiympäristön toimialan palvelut. Kohteen rakentaminen alkoi helmikuussa 2018, ja se valmistui kesällä 2020. Yli 40 000 m2:n kokonaisuudessa on seitsemän maanpäällistä kerrosta ja yksi maanalainen kerros. Näyttävine muurattuine holvikaarineen se noudattaa julkisivultaan Kalasataman kaupunginosan teollisten tiilirakennusten ilmettä.

Tietomallintamalla uusia ulottuvuuksia jättihankkeeseen

Erityisen ansiokasta hankkeessa olivat laaja mallipohjainen yhteistyö, mallintamisen tarkkuus ja innovatiiviset ratkaisut, työturvallisuus ja ympäristötietoisuus. Mallipohjaisia visualisointeja käytettiin menestyksekkäästi myös työmaan kosteuden-, puhtauden- ja pölynhallinnassa, mikä edisti rakennusterveyttä. Hankkeen suurimpia menestystekijöitä oli kaikkien osapuolten kokeileva asenne tietomallintamista ja digitalisaatiota kohtaan. 

– Tavoitteenamme oli hakea kaikessa toiminnassamme ja teknologiavalinnoissa edistyksellisiä ratkaisuja ja edistää samalla laajempaa ymmärrystä digitalisaation ja tietomallien hyödyistä kaupungin kehittämisessä, kertoo hankkeen ohjelmapäällikkö Päivi Majuri Helsingin kaupungilta. – Tietomalleissa syntynyttä tietoa voitiin hyödyntää myös kehitettäessä käyttäjäpalveluja, kuten tiloissa opastamista. Tietomallipohjainen suunnittelu ja tieto- ja virtuaalimallit tukivat hyvin tätä työkulttuurin ja työympäristön laaja-alaista muutosta.

Tietomalleja hyödynnettiin varhaisesta tarvekartoitus- ja koordinointivaiheesta loppuvaiheen toteumamalleihin asti. Helsingin kaupungin rakennetun ympäristön yli 1500 työntekijän toiveet ja tarpeet uudelle työympäristölleen vietiin tietomalliin kymmenissä pop up -tilaisuuksissa, joissa virtuaalimalleja päästiin kehittämään yhdessä loppukäyttäjien kanssa. Tässä hyödynnettiin muun muassa virtuaalilaseja, cave-tilaa ja 360-näkymiä.

– Tiloihin sijoittuvia työntekijöitä osallistettiin laajasti hyvän työntekijäkokemuksen varmistamiseksi, Majuri kertoo. – Osallistuminen oli aktiivista, jatkuvaa ja vuorovaikutteista suunnittelusta muuttoon ja käyttöönottoon asti, ja se jatkuu laajapohjaisessa talotoimikunnassa. Tämä toimintamalli tukee visiotamme luottamukseen perustuvasta työkulttuurista. Toiveiden ja tarpeiden pohjalta luodut virtuaalimallit toivat henkilöstölle kokemuksen tilasta ja sen toimivuudesta jo ennen valmistumista. Henkilöstö sai pääsääntöisesti myönteisen kuvan avarista tiloista ja ymmärryksen siitä, kuinka lähellä työpisteitä heille tärkeät toiminnot sijaitsevat. Tätä samaa kokemusta ei pystytty välittämään riittävän hyvin tilapohjien kautta.

Tietomallintamisen avulla hanke saavutti sille asetetut kunnianhimoiset elinkaaritavoitteet, kuten BREEAM-ympäristöluokituksen. Suunnitteluratkaisuja arvioitiin kokonaisvaltaisesti päästöjen, energiatehokkuuden ja sisäilmaston laadun kannalta hyödyntäen elinkaaren mallinnusta ja monitavoiteoptimointia. Elinkaarisuunnittelussa otettiin huomioon 1500 simulaatiota toteutusvaihtoehdoista. Myös dynaaminen energiamallinnus toteutettiin tietomallipohjaisesti.

Hankkeessa käytettiin poikkeuksellisen laajasti statustietoja niin suunnittelun, valmistuksen kuin asennusten ja paikallavalujenkin tilanteen visualisoimiseksi. Aikataulutuksen haasteet ratkaistiin runkovaiheelle tehdyn havainnollisen digitaalisen 4D-aikataulun avulla. Rakenneosien valmiusastetta kuvaava statustieto välitettiin Trimble Connectin ja rakennesuunnittelijan Tekla Structures -natiivimallin avulla rakennushankkeen osapuolille tiedoksi. Statustiedon avulla saatiin reaaliaikaista tietoa projektista ja osapuolten tilanteesta myös suunnittelun ja asennusten osalta. Statustietoja käytti ja täytti viisi osapuolta, niin suunnittelu-, valmistus- kuin asennustiimitkin, ja niiden avulla saatiin ajantasaista tietoa rakentamisprosessin etenemisestä. Hankkeen yhteydessä kokeiltiin myös elementtitietojen siirtämistä suoraan Tekla Structures -raportin avulla tuotannonohjausjärjestelmään, ja näin statustiedot saatiin automaattisesti päivitettyä suoraan tuoteosavalmistajan tuotannonohjausjärjestelmästä Trimble Connectiin.

Rakennuksen julkisivun ulkolämpötilan vaihteluille alttiille matalille kaarille tehtiin 3D-laskenta, jotta saatiin selville niihin syntyvien lämpötilakenttien ja kentistä johtuvien kaaren osarasitukset. Tekla Structures -mallin perusteella luotiin solid-malli, joka vietiin COMSoliin rakenteen toiminnan ratkaisemiseksi. 3D-mallia käytettiin siis haastavan rakenteen 3D-laskennassa sen toiminnan selvittämiseksi.  Paikallavalurakenteiden hahmottamiseksi hyödynnettiin fyysistä harjoituskappaletta.

Mallintamisen tarkkuustasot ohjasivat suunnitelmien yhteensovitusta

Suunnittelun tueksi tuotettiin tietomalleista virtuaalimalliaineistoja, ja suunnitteluratkaisuja havainnollistettiin perinteisten yhteensovituspalaverien lisäksi myös cave-työpajoissa. Tilaajan ja rakentajien kanssa pidettiin työpajoja suunnitelmien yksityiskohdista, jolloin usea henkilö pystyi yhtäaikaisesti tarkastelemaan työtiloja, niiden yksityiskohtia ja rakennettavuutta. Suunnittelussa erityisen haastavaa oli vaativien rakenneratkaisujen toteutusten ja näkyviin jäävän talotekniikan ja arkkitehtonisen näkemyksen yhteensovittaminen.

Talotekniikkatuotteiden ja -komponenttien mallinnus toteutettiin poikkeuksellisella tarkkuustasolla. Esimerkkinä kaukolämpö ja kaukojäähdytyskeskusten laitevalmistaja toimitti työmaalle toimitettavien keskusten 3D-mallit talotekniikkasuunnittelun käyttöön. Ennen laitteiden tilausta pystyttiin näin tarkastamaan laitteiden haalausreitit ja asennusjärjestys tietomallissa. Urakoitsijoilta säästyi merkittävästi aikaa, kun asennuksia ei tarvinnut yhteensovittaa työmaalla. Edellä mainittujen seikkojen ansiosta talotekniikkamallit olivat käytännössä as built -tasoisia jo suunnittelijalta lähtiessään.

Kuin paaluille perustettu laiva 

Rakennesuunnittelussa oli parhaimmillaan mukana noin 40 henkilöä, kun mukaan lasketaan teräs- ja betonitoimittajien mallintajat, kertoo Rambollin BIM-liiketoiminnan kehityksen ryhmäpäällikkö Heikki Arvio. Hänen mielestään suurimman haasteen rakennesuunnittelulle asettivat julkisivua leimaavat paikallavalukaaret.

– Kaaret ovat paitsi arkkitehtonisesti näyttävä, myös suuren yläpuolisen kuorman kantava rakenne, jollaista ei ole missään muualla Suomessa, Arvio kertoo. – Julkisivu jää niissä kauas kantavasta rungosta, joten tiilivuoraukselle piti suunnitella omanlaisensa kannatusrakenteet. Rakennuksen kellarikerros on vesitiivis, paalujen varaan perustettu kaukalo, mutta runkoa ei ole ankkuroitu nostetta vastaan vaan rakennuksen oma paino syrjäyttää vedenpaineen aiheuttaman nosteen. Rakennus on siis ikään kuin laiva ja pystyy vastaamaan myös ilmastonmuutoksen aiheuttamiin muutoksiin pohjaveden pinnassa. Koska välipohjapalkkina on Ruukin Easy Beam -liittopalkki, pintalaatat voitiin jättää pois.

– Suunnittelualat jakoivat ja käyttivät referensseinä toistensa IFC-malleja tasaisin välein. Suunnitelmat kommunikoitiin siis tietomallien avulla, ei piirustuksilla, ja tiedonvaihtoa ohjasi tietomallikoordinaattori. IFC-malleja luotiin aina tarvittaessa myös erikoistarkoituksiin, kuten kaarien raudoittamista, piilokonsoleita ja kellarikerroksen saumanauhoja varten. Tässä yhteydessä kävi hyvin ilmi, että Tekla Structures -käyttäjille päivänselviä ratkaisuja ei välttämättä löydy kilpailevista ohjelmista. Trimble Connect oli olennainen osa varsinkin elementtituotannon status- ja kokonaisprosessia. Kohteen suunnittelua on kehuttu joka suunnasta: kaiken kaikkiaan hankeryhmä onnistui todella hyvin yhteistyössä ja tekemisessä. 

Haastavimmat paikallavaluraudoitukset mallinnettiin

Kaupunkiympäristötalon paikallavalurakenteet urakoi Rakennusliike Sierak Oy. – Piirustuskuvilla rakennetaan edelleen, sanoo työnjohtaja Vesa Laine Sierakilta. – Niitä ei kuitenkaan ole aina helppo lukea. Tietomalli auttaa “puhumaan samaa kieltä” ja löytämään helpoimmat sekä taloudellisimmat toteutusvaihtoehdot hankkeen alkuvaiheessa. 

– Tässä kohteessa mallinnettiin haastavimmat raudoitukset, jotta nähtiin, miten ne mahtuvat ja miten ne pystytään asentamaan. Yhtenä haasteena oli se, että pohjalla oli laudoituksen päällä tiilimuuraus, jota vasten raudoitus tehtiin. Sen vuoksi muotissa ei valuhetkellä saanut tapahtua yhtään muodonmuutosta, jottei alla oleva tiilimuuraus vaurioituisi tai halkeilisi. Ratkaisun löytämiseksi tehtiin erillinen harjoituskappale, jonka arkkitehti hyväksyi. Harjoituskappaleella oli merkittävä rooli, jotta valuvaiheessa saatiin kerralla valmista eikä tarvinnut tehdä kalliita korjauksia. Toinen haaste oli kylmän ja lämpimän tilan erilliset valut ja niiden yhteensovittaminen työsaumoineen. Raudoituksia tarkasteltiin detaljitasolla Tekla Structures -natiivimallissa sekä suunnittelupalavereissa että työmaalla. Paikallavalu-urakoitsijalle on parasta, että tietomalli riittävin suunnittelutiedoin tulee kohteen suunnittelijalta, myös vastuita ajatellen, Laine sanoo.

Virtuaalinen todellisuus muutti työmaan arjen

Hankkeessa kiinnitettiin erityistä huomiota työmaan työturvallisuuteen. Perehdytys tehtiin virtuaalisesti ja vuorovaikutteisesti, jolloin työmaan turvallisuusriskit pystyttiin havainnollistamaan turvallisesti ennen paikan päälle menoa, ja työmaakierros oli saatavilla virtuaalisena 360°-kuvien avulla.

Visualisointeja hyödynnettiin hankkeessa laajasti. Dalux Fieldin lisätyn todellisuuden ominaisuuksia käytettiin muun muassa laaduntarkastuksiin sekä tilojen vastaanottoon mobiilisti. TR-mittaukset ja turvallisuushavainnointi tehtiin Insta Auditilla. Vaaratilanneilmoitukset, riskiarviot, vaarallisten aineiden hallinnointi tehtiin mobiilisti ja tietomalliin kytkettynä. Työmaan kosteuden-, puhtauden- ja pölynhallinta vaiheistettiin, aikataulutettiin ja visualisoitiin tietomallissa ja digitalisoitiin tietomallin kautta. Näin varmistettiin rakennusterveyteen liittyvien tavoitteiden toteutuminen.

– Tietomalleja hyödynnettiin meillä monipuolisesti tarjousvaiheesta lähtien, kertoo BIM-kehitysinsinööri Markus Ylimäki Skanskan BIM & Digitaaliset palvelut -yksiköstä. 

– Tarjousvaiheessa mallinnettiin aluesuunnitelmia, lohkoja ja asennusvaiheita työnjakoineen. Työmaan aikana mallin avulla tehtiin elementtien asennus- ja toteumaseurantaa, ja sisätyövaiheissa otettiin laajasti määriä hankintoja varten. Mallin käyttö selkeytti suunnitelmia ja havainnollisti asennuksia huomattavasti. Trimble Connectia hyödynnettiin sekä suunnittelijoiden että elementtitehtaan statustietojen vaihdossa sekä työmaalla. Urakoitsijalle tärkeintä on ohjelmiston vakaus: ettei se kaadu kriittisessä vaiheessa. Tärkeää on myös helppokäyttöisyys ja lokalisointi suomen kielelle, koska työmaalla on monen ikäisiä ja taustaisia käyttäjiä. Työmaalla oltiin tyytyväisiä mallien käyttöön, ja tämän projektin hyvät kokemukset edesauttavat tuleviakin hankkeita, Ylimäki korostaa.

Tietomallikoordinaattori määritteli tietomallintamisen vaatimukset

Tietoa Finland Oy toimi projektin tietomallikoordinaattorina. 

– Olimme mukana jo hankkeen alussa tietomallintamisen konsulttina määrittelemässä tietomallintamisen vaatimuksia suunnittelijoille, urakoitsijoille ja tuoteosatoimittajille, kertoo toimitusjohtaja Marko Rajala. 

– Tuotimme virtuaalimalliaineistoja ja fasilitoimme cave-työpajat sekä käyttäjille järjestetyt esittelytilaisuudet. Tietomallintamisen vaatimusten ja käytäntöjen huolellinen määrittely yhdessä tilaajan ja rakennuttajan kanssa loi pohjan onnistuneelle tietomallintamiselle. Prosessissa painotettiin oikea-aikaisuutta siten, että mallintaminen tuki suunnittelun ja rakentamisen etenemistä. Varmistimme osaltamme etenemisen vaatimusten mukaisesti ja tuotimme suunnittelijoille ja suunnittelun johdolle heidän työtään tukevaa aineistoa. Johdimme säännöllisesti myös tietomallintamisen big room -työpajoja. Tietomallien sisältövaatimukset ja tietomallinnussuunnitelma käytiin huolellisesti läpi heti hankkeen alussa, ja niitä päivitettiin suunnittelun edetessä. Tietomallit tarkastettiin säännöllisesti ennakoiden suunnittelun, rakennuttamisen ja rakentamisen tarpeet, ja aikataulut suunniteltiin yhteistyössä sovittaen projektin kokonaisuuteen.

– Alalla on akuutti tarve suunnittelun ja aikataulujen entistäkin tiiviimmälle yhteensovittamiselle sekä tietomallien tietosisältöjen ja käytön vakioimiselle, Rajala sanoo. – Erillisten tiedostojen kanssa toimiminen ja tiedostopohjainen tiedonvaihto alkaa olla jo hidaste hankkeissa. Kommunikointi ja suunnitelmien yhdessä työstäminen pitää saada reaaliaikaiseksi pilvipalveluun. Tietomallikoordinaattorin rooli on tärkeä, koska tietomallinnus ei vielä ole kaikille itsestäänselvyys, vaikka kaikki merkittävät toimijat sitä jo vaativat. Myös tietomallintamisen kasvavat vaatimukset ja entistä laajempi hyödyntäminen lisäävät alan asiantuntemuksen tarvetta.

Hankkeen osapuolet

• Tilaaja: Helsingin kaupunki
• Projektinjohtokonsultti, rakennuttaja ja rakennusteknisten töiden valvoja: Indepro Oy
• Projektinjohtourakoitsija: Skanska Talonrakennus Oy
• Pää- ja arkkitehtisuunnittelu: Arkkitehtitoimisto Lahdelma & Mahlamäki Oy
• Rakenne-, LVI-, GEO- ja palotekninen suunnittelu: Ramboll Finland Oy
• Sähkö- tele- ja turvajärjestelmien suunnittelu: Rejlers Finland Oy
• Tietomallikoordinointi ja -konsultointi: Tietoa Finland Oy
• Betonielementtituotanto: Ämmän Betoni Oy
• Teräs- ja liittorakenteiden konepajasuunnittelu, valmistus ja asennus: Nordec Oy 
• Betonielementtien asennus- ja märkätyöt: Nordec Oy
• Ontelolaattojen valmistus: Parma Oy
• Paikallavalurakenteiden urakoitsija: Rakennusliike Sierak Oy

Kaupunkiympäristötalo lyhyesti

• Urakan arvo 82,8 M €
• Kokonaispinta-ala 40 900m²
• Betonielementtejä 4430 kpl
• Ilmanvaihtokanavaa 17 620 m
• Lämmitys- ja jäähdytysputkia 29 769 m

Lue toteutuskelpoisesta mallintamisesta.

Katso ratkaisut mallintamisesta aina työmaalla tapahtuvaan suunnitteluun ja koordinointiin.