Kruunusillat-hanke yhdistää Laajasalon, Korkeasaaren ja Kalasataman kaupunginosat Hakaniemeen vuonna 2027. Samalla syntyy uusi merellinen reitti raitiotieliikenteelle sekä pyöräilijöille ja jalankulkijoille. Hankkeen tavoitteena on järjestää kasvavalle Laajasalolle sujuva ja luotettava joukkoliikenneyhteys keskustaan.
Kruunuvuorensilta on uniikki raitioliikenteen ja kevyenliikenteen silta, josta tulee valmistuessaan Suomen pisin, noin 1200 metriä pitkä silta. Se on myös maailman suurin autoliikenteen poissulkeva silta. Rakenteellisesti erittäin merkittävän vinoköysisillan alusrakenteet rakennetaan paikallavaluna syvälle veden alle ja pyloni korkealle (+135 m). Teräsrakenteinen päällysrakenne on asennettu lanseeraamalla ja massiivisina merinostoasennuksina. Olosuhteet meriympäristössä ovat erittäin haastavat rakentamiselle.
Helsingin kaupungin kaupunkiympäristön toimialan tilaaman hankkeen suunnittelu käynnistettiin kansainvälisellä suunnittelukilpailulla vuonna 2011. Kilpailun voitti WSP Finland Oy:n johtama työryhmä yhdessä Knight Architects Ltd:n kanssa. Sillan yleis-, rakennus, toteutus- ja detaljisuunnittelun laati WSP Finland Oy vuosina 2012-2020. Rakentaminen alkoi vuonna 2021 ja sillan kantavan teräsrakenteen konepaja- ja toteutussuunnittelun laati Ramboll Finland Oy vahvassa yhteistyössä Kruunusillat-työyhteenliittymän kanssa. Rakenteet valmistuvat 2025 ja silta otetaan käyttöön vuonna 2027.
Tekla BIM Awards Suomi 2024 -kilpailun voittaja
Tuomariston perustelut:
Kruunuvuorensilta on uniikki raitioliikenteen ja kevyenliikenteen silta, joka yhdistää Laajasalon, Korkeasaaren ja Kalasataman kaupunginosat Hakaniemeen vuonna 2027. Silta on Suomen pisin ja pituudeltaan 1,2 kilometriä. Kruunuvuorensilta-hankkeessa mallinnus on ollut avainasemassa hankkeen suunnittelussa ja toteutuksessa. Se mahdollisti yhteistyön suunnittelijoiden ja muiden osapuolten välillä sekä auttoi pysymään aikataulussa. Tilaajan eli Helsingin kaupungin rooli on ollut keskeinen, se on asettanut projektin alusta asti vaatimuksia tietomallien käytölle, minkä ohjaamana on toteutettu erityisen haasteellisia teknologisia ratkaisuja. Tästä esimerkkinä dynaamiset suunnitelmamuutokset sillan rakentamisen aikana, sekä panostaminen digitaalisen luovutusaineiston tarkkuuteen. Hankkeessa on käytetty laajasti innovatiivisuutta. Kruunuvuoren tuotannolliset vaatimukset ja tietomallinnuksen tarkkuustason nosto ovat keskeisiä elementtejä, jotka edistävät hankkeen etenemistä ja tuotannon digitalisaatiota. Mallinnuksen taso on selkeästi noussut hankkeen pitkän toteutuksen aikana, ja mallinnuksessa hyödynnettiin algoritmejä ja automatisaatiota. Helsingin kaupunki on myös tilaajana vaatinut hankkeelta vähäpäästöisyyttä. Mallinnuksella on saatu varmistettua, että hanke täyttää tiukat ympäristövaatimukset, kuten 200 vuoden käyttöiän ja vähäpäästöisyyden.
Katu-, kadunrakennus- ja silta- ja taitorakennesuunnittelu tietomallipohjaisesti
Tilaaja hyödynsi mallintamista päätöksenteon tukena saadakseen helposti ymmärrettävää visualisoitua tietoa päättäjille sekä alustavia kustannusanalyysejä hankkeen kustannuksista. Avoimesti esillä oleva esittelymalli toimi lisäksi hankkeen visualisointina kaupunkilaisille ja päättäjille. Rakennussuunnitelmavaiheessa tietomallia käytettiin suunnittelualojen ja kohteen kaupunkiympäristöön sovittamiseen. Mallipohjainen aineisto jaettiin myös urakoitsijoille markkinavuoropuhelu- ja tarjousvaiheessa. Rakentamisvaiheessa tilaaja valvoo urakan laatua sekä rakenneosien valmistumista ja maksuerien laskutuskelpoisuutta kerättävän toteumamallin avulla.
Siltojen tietomallinnus (BrIM) on integroitu hankkeeseen alusta alkaen tärkeänä osana hankkeen kokonaisstrategiaa ja edellyttää kaikkien suunnitelmien, myös väliaikaisten rakenteiden ja valmistuspiirustusten mallintamista. Urakoitsijoiden projektinhallinta- ja laatujärjestelmät sidotaan näihin malleihin liitettyyn ja integroituun dataan. Runsas tietomäärä toimii perustana reaaliaikaiselle tilannekuvalle, jossa yhdistyvät ortokuvat, 360-kuvat ja ajantasaiset suunnitelmat. Tuloksena on kehittynyt järjestelmä reaaliaikaiseen aikatauluseurantaan sekä turvallisuus- ja laatutoimenpiteiden seurantaan. Tilannekuvan täydentäminen on lisävaatimus ajantasaisille toteumamalleille. Kokonaisvaltainen BrIM-integraatio virtaviivaistaa rakennusprosessia ja varmistaa hankkeen tarkkuuden, tehokkuuden ja läpinäkyvyyden.
Tietomalli jatkuvasti osana suunnitteluprosessia
Tekniikka-alojen välinen yhteensovitus tehtiin yhdistelmämallissa Navisworksilla. Määrälaskenta suoritettiin mallipohjaisesti. Suunnittelukokouksissa pohdittiin ratkaisuja tietomallia katselemalla.
Hanke on ollut alusta lähtien tietomalliprojekti. Tilaajan tavoitteena on ollut sillan rakentaminen täysin mallipohjaisesti käytännössä ilman piirustuksia. Hankkeessa tuotetut piirustukset on siltasuunnittelun osalta tehty kevyempinä vain arkistointia varten ja tietomallin tulkinnan avuksi. Esimerkiksi piirustuksissa ei esitetty teräksien positioita lainkaan ja raudoituksista esitettiin vain periaatepoikkileikkauksia.
Kaikkien tekniikka-alojen suunnittelu tehtiin mallipohjaisesti. Rakenteet mallinnettiin Tekla Structuresilla. Muun liittyvän infra- ja ympäristösuunnittelun päätyökaluja olivat Novapoint- ja Autodesk Civil 3D -ohjelmistot. Pääjärjestelmien lisäksi suunnittelussa oli käytössä lukuisia muita tietomallipohjaista suunnittelua tukevia ohjelmistoja.
Tekniikka-alat tekivät yhteistyötä mallipohjaisesti. Hankkeen käynnistyessä tähän oli niukasti käytäntöjä ja prosesseja ja yhteistyötä testattiin monella eri alustalla. Trimble Connect osoittautui myöhemmin parhaaksi. Hankkeella oli käytössä myös lisätyn todellisuuden sovellus, jolla näki sillan todellisessa ympäristössään varhaisessa suunnitteluvaiheessa.
Kohteen haastavuus ajoi etsimään uusia parametrisen mallintamisen työkaluja
Kohteen koko ja geometrinen monimutkaisuus ajoivat etsimään uusia tehokkaampia parametrisen mallintamisen työkaluja. WSP:llä oli kokemusta Grasshopperin pienimuotoisesta käytöstä edellisissä projekteissa, mutta vuonna 2017 Kruunuvuorensillasta tuli yksi maailman ensimmäisistä siltakohteista, jossa Grasshopperia käytettiin koko sillan mallintamiseen. Samaa Grasshopperissa määritettyä parametrista geometriaa käytettiin sekä Tekla-mallin että laskentamallien luontiin SOFiSTiK-ohjelmaan. Tämä oli täysin uusi suunnittelumenetelmä, joka on myöhemmin yleistynyt siltasuunnittelussa.
Parametrinen tietomallinnus mahdollistaa nopeat muutokset tietomalliin jopa rakentamisen aikana. Tästä esimerkkinä koko sillan kannen raudoitus, jossa vaihdettiin jatkospituuksien sijaintia ja rakentamisperiaatetta vielä rakentamisen alettua. Kannen raudoitus oli määritetty parametrisesti Grasshopperilla, jolloin muutoksien muokkaus onnistui kerralla koko sillan matkalle. Koska silta on todella pitkä, myös raudoitetankoja ja jatkospaikkoja on huomattava määrä. Muokkaus perinteisellä Tekla-mallintamisella olisi todella pitkä prosessi. Vielä yli viisi vuotta myöhemmin algoritmi toimi erinomaisesti ja muutos saatiin tehtyä tehokkaasti.
Mallinnusohjelmilla tuotettua aineistoa hyödynnettiin hankealueen virtuaalimallissa
Tekla Structuresilla sekä muilla mallinnusohjelmilla tuotettua aineistoa hyödynnettiin Unity-pelimoottorilla tuotetussa hankealueen virtuaalimallissa. Yhdellä mallilla voitiin tuottaa lisäarvoa arkkitehtuuri-, katu-, ympäristö-, liikenne-, opastus- ja valaistussuunnitteluun, hallinnolliseen ja yleiseen viestintään sekä muuhun vuorovaikutukseen. Tilallisen ja maisemakuvallisten vaikutusten ymmärtämisen lisäksi malli toi erityistä lisäarvoa tilanteiden ja suunnitteluvaihtoehtojen vaikutusten simuloinneissa.
Virtuaalimallin kautta optimoitiin valolähteiden sijoittelua ja valaisintyyppejä sekä tarkasteltiin muuntuvan valaistuksen toiminnallisuutta. Mallin avulla tehdyt havainnot johtivat muun muassa ulkokaiteeseen integroitavan valaisinoptiikan kehittämiseen vakiovalaisintuotteeksi yhdessä valaisintehtaan kanssa. Mallipohjaisten simulointien avulla tarkasteltiin kaiteen muotoilua ja rakennetta yhdessä tuulitutkimuksen kanssa tuulta rikkovan ja hillitsevän ratkaisun saavuttamiseksi. Virtuaalimallin avulla voitiin tarkastella myös liikenteellisiä tilanteita sekä käyttäjäkokemuksia niin raitiotien kuin kevyen liikenteenkin kannalta. Tuloksia hyödynnettiin sillan kalusteissa ja kaiteiden muotoilussa.
Tuulitekniikka-analyyseissä hyödynnettiin tietomalleja ja tuulitunnelimallien rakentamisessa 3D-tulostusta sekä koneohjattua jyrsintää. Sillasta laadittiin ja testattiin tuulitunnelissa kaksi täyttä koko sillan pienoismallia sekä kannen poikkileikkausmalli. Näillä tutkittiin rakenneteknisiä kysymyksiä sekä tuulensuojakaiteiden vaikutusta. Tuulitunnelikoeohjelma on laajin Suomessa siltaa varten toteutettu.
Hankkeen osapuolet saatiin sitoutumaan mallipohjaiseen työskentelyyn tiiviillä alkuvaiheen osallistamisella ja luomalla yhdessä kaikkia palveleva käytäntö. Kaikki mallipohjainen toiminta pidettiin urakoitsijan ylläpitämässä Trimble Connect -projektissa. Sinne linkittyi ja tuotiin tietoa muista järjestelmistä, joten lähes kaikkeen hankkeessa tuotettuun materiaaliin oli pääsy myös tietomallin kautta. Kelpoisuusaineisto tarkastettiin toteumamallin avulla.
Kokoonpano- ja osapiirustukset suoraan Tekla-mallista
Rambollin piirissä BIM-teknologiaa sovellettiin pääasiassa tehdastuotannon ja teräsrakenteiden detaljisuunnitteluun. Prosessissa tuotettiin kaikki tarvittavat valmistuspiirustukset kokoonpano- ja osapiirustuksineen suoraan Tekla-mallista. Lisäksi malli helpotti NC- ja DSTV-tiedostojen tuottamista yksittäisten osien valmistusta varten ja oli avainasemassa materiaaliluetteloiden laatimisessa tarkkojen teräsmäärien hankkimiseksi.
Piirustusten luontia ja automaatiota laajentava projekti tuotti yli 7 500 dokumenttia, mikä kuvastaa BrIM-mallin laajaa tuotosta. Rakenteen tiettyjä kulmia ei mitattu manuaalisesti eikä lisätty piirustuksiin. Ne laskettiin automaattisesti, tallennettiin attribuutteina malliin ja näytettiin dynaamisesti piirustuksissa, mikä varmisti ajantasaisen ja tarkan esityksen.
Uusi lähestymistapa: mahdollisimman mallipohjainen pystytyksen ohjaus
Tilaajan toimittama malli noudattaa sillan lopullista geometriaa ja Rambollin laatima konepajamalli valmistusgeometriaa. Rakentamisen aikana kumpikaan näistä geometrioista ei ole fyysisesti läsnä työmaalla.
Perinteinen menetelmä rakenteen geometrian ohjaamiseksi rakentamisen aikana sisältää lopullisen geometrian ja suunnitelman välisen eron seurannan sekä rakenteen suhteellisen geometrian kartoittamisen piirustusten avulla. Näillä havainnollistetaan olemassa olevan rakenteen ja asennettavien kokoonpanojen välistä suhdetta. Suunnitelmista ennalta määritetyt pisteet toimivat tutkimusten vertailupisteinä.
Merinosturien paikat varmistettiin luotaamalla merenpohjaa tietomallintamalla. Mallien hyödyntäminen suoraan geometrian ohjauksessa poistaa mittauspisteiden rajoitukset, jolloin mitä tahansa rakenteen pistettä voidaan mitata ja verrata. Suunnitelman geometria integroidaan automaattisesti, ja kaikki muodonmuutokset, mukaan lukien suunnitelman vaihtelut, kierrot ja palkkien kiertyminen, voidaan ottaa huomioon. Tämä tehtiin yksinomaan IFC-muodossa IFC-yhteensopivilla takymetreillä.
Kruunuvuorensillan rakentamisessa geometrian ohjaus on toteutettu tehokkaasti luomalla erilliset IFC-muotoiset geometriamallit kullekin keskeiselle rakennusvaiheelle. SOFiSTiK-malli mahdollistaa älykkään ja johdonmukaisen päivityksen, joka heijastaa muutoksia, työn toteutuksia tai toleransseja aina tarvittaessa. Tämä iteratiivinen prosessi varmistaa, että myöhemmille rakennusvaiheille on saatavilla ajantasainen malli, joka tarjoaa samalla tarkan tilannekuvan vallitsevasta tilanteesta. Tämä dynaaminen lähestymistapa muodostaa myös laadunvarmistuksen perustan, jonka avulla dokumentaatio voidaan sovittaa rakennustyömaan todellisiin olosuhteisiin.
Mittaus IFC-mallilla ilman erillisiä CAD-mittaustiedostoja
Pystytetyn siltasegmentin geometria siirrettiin paikalle yksinomaan IFC-muodossa IFC-yhteensopivilla takymetreillä. IFC-mallit tarjosivat tarkat segmenttisijainnit palkkikokoonpanojen sijoittelua varten. Tyypillinen kokoonpanosykli sisälsi rakenteen geometrian mittaamisen laukaisun jälkeen. Analyyttistä mallia (FEM) säädettiin vastaavasti ottaen huomioon asennetun rakenteen ja esimerkiksi vinotuen aiheuttamasta kiertymisestä johtuvat säädöt. Näin varmistettiin, että uusi segmentti integroitui saumattomasti olemassa olevaan rakenteeseen. Tämän jälkeen kokoonpanogeometria, joka kattaa sekä jo rakennetun osan että uuden segmentin, annettiin IFC-muodossa. Yleensä uudet segmentit toimitettiin työmaalle seuraavana päivänä, mikä varmisti nopean ja tehokkaan työnkulun kaikille osapuolille. Tämä lähestymistapa tarjosi kattavan visuaalisen esityksen tilanteesta ja vaadituista toimista ja edisti viestintää ja laatua ja vähensi merkittävästi inhimillisten virheiden todennäköisyyttä. Se osoittautui nopeimmaksi, helpoimmaksi ja "suoraviivaisimmaksi" tavaksi tuottaa ja jakaa tietoa.
Rasittuvimpien rakenneosien tunnistus merkittävä osa suunnittelua
Sillan suunnittelukäyttöikä oli poikkeuksellisen suuri, kantavien rakenteiden osalta 200 vuotta. Merkittävä osa suunnittelua on ollut niiden rakenteiden ja rakenneosien tunnistaminen, joihin kohdistuu kovin rasitus ja jotka eivät ole vaihdettavissa. Pitkä käyttöikä haastaa erityisesti sillan kantavien rakenteiden eli teräs- ja betonirakenteiden suunnittelun. Kovin rasitus kohdistuu vedessä vedenvaihteluvyöhykkeessä oleviin betonirakenteisiin. Osa suunnittelutyötä on ollut muun muassa betonin tuotevaatimusten määrittely kohteen vaatimuksia vastaavaksi, jotta infrabetonin käyttöikää saadaan pidennettyä.
Sillan teräsrakenteiden kestävyys varmistetaan huolellisella suunnittelulla ja toteutuksella, jotta vältetään mahdollinen teräsrakenteiden väsyminen. Teräsrakenteiden väsyminen näkyy pitkäaikaisessa käytössä erityisesti liitoksissa ja jäykisteissä, joten suunnittelussa pääpaino on mahdollisimman yksinkertaisten ja toimivien ratkaisujen löytämisessä. Vuodenaikojen ja sääolosuhteiden vaihtelu on otettu huomioon myös vinoköysisillan teräsvaijereiden suunnittelussa. Talviajan mahdollinen lumi- ja jääkuorman kertyminen köysiin ratkaistaan jään muodostumista ehkäisevien rakenneratkaisujen sekä hyvän ylläpidon avulla.
Silta sijaitsee merellisellä luonnonsuojelualueella ja on osa näkymää moneen arvokkaaseen kulttuuriympäristöön, Näitä ovat maailmanperintökohde Suomenlinna vesialueineen sekä Mustikkamaan ja Korkeasaaren kansanpuistot ja Kruunuvuoren merelliset huvila-alueet. Unity-pelimallia käytettiin valaistuksen ratkaisujen tutkimiseen tällä herkällä alueella. Valaistuksen pitää olla mahdollisimman hillitty mutta turvallinen, ja häiriövalo tulee minimoida. Valaistuksessa on kolme erityyppistä ratkaisua.
Mallilla tutkittiin myös kaiteiden muotoilua. Kaiteen rakenne ja muotoilu tehtiin yhdessä tuulitutkimuksen kanssa, sillä kaiteen tulee olla tuulta rikkova ja hillitsevä. Mallissa matkustettiin ratikassa katse kohti merta pohjoiseen ja etelään ja vertailtiin muotoilujen ja värien käyttöä. Hyödyntämällä WSP:n tuulitekniikka-asiantuntijan erikoisosaamista täysimittaisesti voitiin suunnitelmamuutokset analysoida ilman viiveitä ja ilman lisäkokeita. Analyyseillä saatiin tuulen liittyvät värähtelyrajatilat ja riskit analysoitua tarkasti, ja lopputuloksena silta voitiin toteuttaa ilman aerodynamiikkaan liittyviä rakenneteknisiä muutoksia. Dynaamisille tuulikuormille määritettiin realistiset arvot, joilla vältettiin ylimitoitukseen liittyvä materiaalihukka ja ympäristövaikutukset.
Sillasta tehdään toteumamalli, joka toimii ylläpitomallina ja on digitaalinen kaksonen rakennetusta sillasta.
Projektiosapuolten roolit:
Tilaaja: Helsingin kaupunki/kaupunkiympäristön toimiala (KYMP)
Pääsuunnittelija, yleis- ja rakennussuunnittelu 2012-2020 (mm. silta-, liikenne- ja katusuunnittelu, valaistus- ja sähkösuunnittelu, tuuli- ja geotekniikka, vesihuolto- ja teknisten verkostojen suunnittelu, katuympäristösuunnittelu, liittyvien alueiden taitorakennesuunnittelu) ja tilaajan asiantuntija: WSP Finland Oy
Pääurakoitsija: Kreate Oy ja YIT Infra Oy muodostama työyhteenliittymä Kruunusillat
Urakoitsijan suunnittelija (sillan kantavan teräsrakenteen konepaja- ja toteutussuunnittelu): Ramboll Finland Oy
Kansainvälisen siltakilpailun voittajaehdotus 2013 Gemma Regalis: Knight Architects & WSP Finland Oy
Päällysrakenteen ja pylonin geometrianhallinta: SOFiN Consulting
Teräsrakenteen toimittaja, sisältäen konepajatyön ja asentamisen sekä asennusrakenteiden suunnittelun: Nordec
Tilaajan edustaja koskien työmaavalvontaa: HTJ
Urakan vastuullinen tietomallikoordinaattori: TYL Kruunusillat
