A-Insinöörit Suunnittelu Oy, Arkkitehtitoimisto ALA Oy, Granlund Oy, YIT Rakennus Oy, Lemminkäinen Infra Oy, Arkkitehtitoimisto Pekka Helin & Co Oy, Arkkitehtitoimisto HKP Oy, Ramboll Finland Oy
Länsimetro on Suomen kaikkien aikojen suurin infra-hanke
Länsimetro yhdistää Espoon Helsingin metroverkkoon. Kyseessä on valtava kokonaisuus. Kohde sisältää kahdeksan laajaa asemakokonaisuutta (150 000 brm2), joilla on kaikilla oma identiteettinsä, jotta matkustajan on helpompi suunnistaa maan alla. Länsimetroon kuuluu yli kolmekymmentä kilometriä (33 km) tunneleita sekä monia massiivisia rakenteita, kuten poistumisteitä, paineentasauskuiluja, yhdystunneleita, pumppaamoja ja raiteenvaihtopaikkoja koko metroverkoston alueella. Kohteen kustannusarvio ylittääkin jo miljardin euron rajapyykin.
Massiivinen hanke on vaatinut pitkän suunnittelun, joka aloitettiin A-Insinööreillä vuonna 2009. Koon ohella oman mausteensa tuovat haasteelliset olosuhteet kohteen sijaitessa maan alla kallioon louhituissa tiloissa, ja suurelta osin merenpinnan ja pohjaveden alapuolella. Mallinnus olikin alusta asti selvä työkalu etenkin metroasemien lukuisien haasteiden ja monimuotoisuuden hallintaan. Pääosa rakenteiden mallintamisesta on tehty Tekla Structuresilla, ja mallinnusta on tehty vuosien kuluessa versiolla 15, 16, 17, 18 ja 19. Arkkitehdit käyttivät lukuisia eri ohjelmistoja, esimerkiksi Aalto-yliopiston ja Keilaniemen asemat suunnitellut ja mallintanut ALA arkkitehdit AutoCAD Architecturea. Asemien LVI-suunnittelun toteuttanut Granlund käytti mallintamiseen MagiCADia.
Monimuotoinen arkkitehtuuri haastoi mallinnuksen
Mallinuksessa täytyi ottaa huomioon niin arkkitehtuurinen monimuotoisuus kuin asemien monimutkaiset ja massiiviset rakenteet. Kallion vaihteleva muoto, laatu ja lohkeamat sekä rakenteiden tiiviys ja pakkovoimat tuli ottaa huomioon, sillä rakenteet sekä rajoittuivat että ankkuroituivat niitä ympäröivään kallioon. Koska ympäristö oli rakenteellisesti erittäin haastava, kehitettiin sitä varten omat detaljit ja rakenneratkaisut vastaamaan sekä Länsimetron että eurokoodien vaatimuksiin.
Yhtenä esimerkkinä erityisistä rakenteellisista ratkaisuista on Koivusaaren aseman puurakenteinen ripakatto, joka saatiin mallinnettua useamman vaiheen kautta hyödyntäen eri ohjelmistojen vahvuuksia. Kaksoiskaarevan katon vanerilevyjen pintamalli tehtiin Rhinoceroksella (myöh. Rhino), johon lähtötietona käytetty palkkigeometria tuotiin IFC-muodossa. Tehtaan tarvitsemat tarkat vanerilevityskuvat tehtiin Rhinon pintamallista oikaisemalla niiden geometria tasoon. Levityskuviin piirrettiin AutoCAD:ssä rivoitus- ja mittatiedot, ja levyt paloiteltiin sopivan kokoisiksi. Näin osakuvista tuli tarkkoja ja kaarevaa pintaa seuraavia – lopputulos, jonka aikaansaaminen muulla tavalla olisi ollut lähes mahdotonta.
Myöhemmin vesikaton yläpuolisista puurakenteista tehtiin tarkempi malli Teklalla työmaalle. Rhinossa ollutta geometriaa hyödyntäen kaarevat kattokoolaukset mallinnettiin ensin Rhinossa kaarina, minkä jälkeen ne konvertoitiin polylineksi, jotta ne saatiin Teklan tukemaan muotoon. Rhinossa määritelty polyline edusti Teklassa referenssiviivaa, jolle määritettiin poikkileikkaus jo Rhinon puolella. Siirto Rhinosta Teklaan oli tältä osin saumatonta eli poikkileikkaukset ja perusparametrit (esim. materiaali, nimi yms.) pystytiin määrittämään jo Rhinon puolella valmiiksi. Tällöin malli generoitui Teklaan valmiina ja oli yhtä käyttökelpoinen kuin Teklalla mallinnettu geometria.
Uusia työkaluja mallinnukseen
Teklan valmiita komponentteja ja työkaluja on hyödynnetty hankkeessa paljon, mutta projektin mammuttimaisten mittasuhteiden ja erikoisolosuhteiden vuoksi on jouduttu tekemään myös omia työkaluja. Esimerkiksi kuilujen ja asemien elementtisuunnittelussa apuna on käytetty muun muassa seinäelementin asennusaikaisen tuennan valuankkurit (tönärivemot) luovaa pluginia.
Tukimuuri- ja kouruelementtien mallinnukseen luotiin suurempi työkalukokonaisuus. Ongelmana oli tukimuurien työläs manuaalinen mallintaminen. Tehokkuuden lisäämiseksi tukimuureista ja ratalinjalla esiintyvistä kaivoista tehtiin komponentit, jotka ratkaisivat osan ongelmasta. Tukimuureja oli kuitenkin mallinnettavana useamman kilometrin matkalta ja niiden väliin tuli jättää väliin 5 mm rako. Haaste selätettiin tukimuurityökalulla, jolla luotiin tukimuurit automaattisesti haluttua ratalinjaa pitkin. Työkalun avulla mallinnettiin tukimuurien lisäksi myös muuriin liittyvät kouruelementit. Myöhemmin kehitettiin myös mittapistetyökalu, joka loi automaattisesti koordinaattipisteet valituille tukimuureille. Mittapistetyökalua käytettiin hyväksi luotaessa raportteja elementtien koordinaateista.
Mallia hyödynnettiin monella tavalla
Mallinnusta on tarvittu ja käytetty moneen. Suunnittelijat ovat hyötyneet malleista suunnattomasti, sillä erittäin monimutkaisten, eri korkeustasoissa risteilevien rakenteiden ja tarvittavan talotekniikan yhdistäminen ilman mallia olisi ollut lähes mahdotonta. Mallit mahdollistivat tehokkaan ja ratkaisuhakuisen kommunikaation. Rakennemallien rooli korostui erityisesti niiden asemien kohdalla, joita arkkitehti ei mallintanut. Koska mallintamista ja sen tietosisältöä ei määritelty tilaajan puolelta, prosessi hioutui suunnittelijoiden ja työmaan kesken projektin aikana, ja yhteistyö sujui yllättävänkin hyvin.
Malleihin tuotiin referenssiksi kalliopinnan kolmiulotteinen tarketieto. Kattavan tarketiedon avulla rakenteet saatiin sovitettua kalliopinnan muotojen mukaisiksi, todelliset betoni- ja teräsmäärät saatiin tarkemmin arvioitua ja rakenteiden liittyminen kalliopintaan oli helpompi suunnitella. Kalliopinnan referenssimallia hyödynnettiin myös piirustuspuolella, sillä epätasaisen kalliopinnan hahmotteleminen taso- ja leikkauskuviin olisi muuten ollut erittäin haastavaa.
Suunnittelijoiden ja työmaan lisäksi mallien informaatiota pystyttiin hyödyntämään esiteltäessä suunnitelmia viranomaisille. Esimerkiksi Lauttasaaren ja Koivusaaren asemat esiteltiin Helsingin rakennusvalvonnalle ainoastaan malleina. Mallitietoa on lähtenyt elementtisuunnittelusta tuotannon suunnitteluun ja tuotantoa ohjaavaan tietojärjestelmään muun muassa Destialle ja Parmalle. Tieto suunnittelun tilasta on siirretty Parman tuotannonohjausjärjestelmään elementtisuunnittelijalta. Tekla-mallista saatiin tietoa myös valmistustuotannon suunnitteluun. Tietoa on siirretty UDA-kenttien ja IFC-tiedostojen avulla ja malleja on katseltu myös Parman tehtaalla.
Mallit luovutettiin myös urakoitsijan käyttöön tuotannon suunnittelu- ja ohjaustyötä varten. Malleja hyödynnettiin työmailla esimerkiksi havainnollistamiseen sekä monimutkaisten rakenteiden ja raudoitteiden tutkimiseen. Mallien määrätietoja hyödynnettiin myös aliurakoita kilpailutettaessa. Osalla työmaista aikataulutus ja sen seuranta on hoidettu mallipohjaisesti.
Paikallavalu-urakoitsija ja muottien toimittaja on myös hyödyntänyt malleja ja niistä saatavaa tietoa. Tapiolan aseman teräsrakenneurakoitsija on hyödyntänyt kalliomallia yhdistämällä siihen suunnittelemansa teräkset. Näin osat on saatu pajalla valmiiksi juuri oikeilla mitoilla kalliopinnan muotoja mukaillen.
Projektin osapuolet
Rakenne- ja elementtisuunnittelu: A-Insinöörit Suunnittelu Oy
Elementtisuunnittelu: Ramboll Finland Oy
Arkkitehtisuunnittelu (asemat Otaniemi, Keilaniemi): Arkkitehtitoimisto ALA Oy
Arkkitehtisuunnittelu (asemat Koivusaari, Lauttasaari): Arkkitehtitoimisto Pekka Helin & Co Oy
Arkkitehtisuunnittelu (asemat Matinkylä, Urheilupuisto, Niittykumpu): Arkkitehtitoimisto HKP Oy
LVI-suunnittelu: Granlund Oy
Rakennusurakka (Otaniemen asema, Urheilupuisto-Matinkylä tunneliosuus): YIT Rakennus Oy
Rakennusurakka (asemat Matinkylä, Niittykumpu, Tapiola): Lemminkäinen Infra Oy
