Rakennuksen tietomalli

Rakennuksen tietomalli (myös rakennuksen tuotetietomalli tai rakennuksen tuotemalli, ) on rakennuksen ja rakennusprosessin koko elinkaaren aikaisten tietojen kokonaisuus digitaalisessa muodossa. Tietomalliin liittyy myös rakennuksen geometrian määrittäminen ja esittäminen kolmiulotteisesti havainnollisuuden ja erilaisten simulointitarpeiden vuoksi.

Tietomalliajattelu on pitkälti peräisin valmistavasta teollisuudesta, jossa se on tuotetiedon nimellä yleisesti käytössä oleva metodi tuotteiden suunnittelussa ja valmistuksessa.

Tietomallintamisen ja kaksiulotteisen CAD-suunnittelun erot

Perinteisessä kaksiulotteisessa tietokoneavusteisessa suunnittelussa muodostetaan viivoja ja muita graafisia elementtejä, ja muodostetaan näistä piirustuksiin ja näytölle erilaisia rakennusta esittäviä kuvantoja, esimerkiksi leikkaus. Kuvanto ei itsessään sisällä informaatiota, vaan ryhmiteltyjä piirustusobjekteja, jotka ihminen tulkitsee tietosisällöksi. Tämän vuoksi esimerkiksi rakennukseen kohdistuvia voimia laskeva FEM-ohjelma ei ymmärrä rakennesuunnittelijan suunnitelmaa suoraan, vaan sille on syötettävä erikseen samat tiedot uudestaan. Toisaalta tietoa häviää suunnitteluprosessin aikana, esimerkiksi siirryttäessä suunnitteluvaiheesta toisen.

Tietomalli puolestaan sisältää digitaalisesti rakennuksen muodon kolmiulotteisesti määriteltynä, lisätietoja rakennuksen, sen prosessien ja rakennusosien ominaisuuksista. Tällöin rakennusta esittävä kuvanto saadaan muodostettua automaattisesti. Tiedoista voidaan muodostaa helposti myös erilaisia kustannuslaskelmia, aikatauluja, energialaskelmia tai simulaatioita, jotka perinteisillä suunnittelumenetelmillä vaatisivat runsaasti esivalmisteluja, tiedon keruuta ja tietojen yhdistelyä. Tietomalliin voi myös tuoda ja siitä voidaan lukea rakennuksiin liittyvää tietoa.

Koska tietomallin erityyppiset tulosteet ja näkymät tuotetaan samasta tietomallista, yhden tiedon päivittäminen malliin voi vaikuttaa lukuisiin piirustuksiin, laskelmiin, simulaatiohin ja mallinäkymiin. Perinteisessä suunnittelussa tieto olisi pitänyt päivittää erikseen jokaiseen näistä. Samasta syystä myös vaihtoehtojen esittäminen suunnitelmavaiheen aikana on nopeaa ja mallit ovat yhdenvertaisia.

Elinkaari

Tietomallin sisällön perustana ovat rakennushankkeen määrittelytiedot ja suunnitteluvaiheen eri suunnittelualojen 3D-mallit. Tietokantaan lisätään toteutuneen rakennusprosessin ja rakennuksen käytön aikaiset tiedot. Näitä käytetään esimerkiksi peruskorjaushankkeen määrittelyssä, suunnittelussa ja toteuttamisessa. Peruskorjauksen päätyttyä sen toteutustiedot päivitetään tietomalliin ja palataan rakennuksen käytön aikaisen tiedon keruuseen ja tallentamiseen. Lopulta, mahdollisesti useankin peruskorjaussyklin jälkeen tietomallin tietoja käytetään rakennuksen purkamisen tai käytöstä poistamisen suunnitteluun.

Tietomallin oleellinen ominaisuus on tiedon käyttötapa: tieto tallennetaan tietomalliin vain kerran. Tietomalli on rakennuksen tietojen yhdistetty tietokanta, näin voidaan eri tilanteissa käyttää aina samaa lähdettä. Tietoa ei kopioida useaan paikkaan, mikä helpottaa päivitettävyyttä ja vähentää riskejä väärän tiedon esittämisestä.

Tietomallin käytön tarkoituksena on hallita rakennuksen vaatimukset, suunnittelu, rakentaminen, käyttö ja ylläpito paremmin kuin perinteisillä menetelmillä.

Tietomallintamisen hyödyt

Tietomallintamisen keskeisiä etuja ovat: 
 suunnitelmien havainnollisuus todenmukaisten 3D-mallien myötä,
 suunnittelun osa-alueiden parempi yhteensovittaminen,
 suunnittelun laadukkaampi lopputulos,
 suunnittelun laajempi tietosisältö, joka mahdollistaa erilaisia uusia toimintoja, esimerkiksi simulaatioiden teon, ja
 kertyneen tiedon hyödyntäminen ja tietojen täydentäminen rakennuksen koko elinkaaren ajan.

Tarkemmin näitä ovat esimerkiksi:

 Tiedon yhteiskäyttö: Kaikilla hankkeen osapuolilla on käytössään sama, ajantasainen tieto. 
 Laadunvarmistus: Tuotemalli mahdollistaa suunnitelmien paremman laadunvarmistuksen muun muassa eri mallien helpomman tarkistusmahdollisuuden vuoksi. Todenmukaisen geometrian ansiosta mallista voidaan visuaalisesti tarkastelemalla havaita virheet piirustuksia helpommin. Malli antaa mahdollisuuden myös ohjelmalliseen testaukseen ja esimerkiksi törmäystarkasteluun, jossa eri suunnittelualojen mallit yhteen kokoamalla voidaan toisiinsa mahdollisesti törmäävät osat – esimerkiksi palkit ja ilmastointikanavat –- löytää automaattisesti. Laadunvarmistus voidaan osin automatisoida tarkoitukseen suunnitellulla tarkistusohjelmalla, joka tarkastaa toteuttaako malli annetut ehdot, esimerkiksi poistumisteiden pituudet, materiaalien käyttöikäsuositukset tai ikkunakorot.
 Muutoksien hallinta: Parantunut tiedon hallinta vähentää muutostyössä tarvittavaa aikaa. Tieto sijoitetaan tietomallissa tyypillisesti vain yhteen paikkaan, jolloin sen muuttaminen ja hallinta on olennaisesti tehokkaampaa. Muutoksien määrää vähentää myös olennaisesti se, että muutokset tehdään yhteen kohtaan tietomallissa. Vastaavasti 2D suunnittelussa muutos täytyy tehdä erikseen jokaisen piirustukseen, johon muutos vaikuttaa. Näitä voi olla suunnittelualasta riippuen hyvinkin paljon.
 Määrälaskenta: Tuotemallista saadaan kustannuslaskentaan ajantasaiset määrälaskentatiedot. Määrälaskentatietojen laskennassa rakennuksen koosta riippuen voidaan täydellisessä BIM mallissa päästä reaaliaikaiseen suunnitelmatiedon laskentaan. Ilman BIM-mallia laskentaa voidaan joutua tekemään kohteen koosta ja laskijoiden määrästä riippuen useita päiviä.
 Simulaatiot: Mallin data-aineisto mahdollistaa erilaisten simulointien, esimerkiksi energialaskelmien, palotilanteiden tai kustannusvaihtoehtojen nopean luonnin. 
  Rakentamisen toteutus: Tuotemallin tietoihin voidaan lisätä myös aika- ja kustannustietoa. Tällöin voidaan suunnitella ja esittää esimerkiksi rakentamisen vaiheistus tai rakennusrungon asennusaikataulu sekä kustannukset.
 Lisääntynyt suunnitelmien tietosisältö aikaansaa erityyppistä lisäarvoa eri toimijoilla.
 Suunnittelun visuaalisuus Kolmiulotteinen todellisuutta vastaava kuvaus on helppo ymmärtää. Lisäksi näistä voidaan tehdä paljon erilaisia visualisointeja mm. kuvia, animaatioita ja videoita hyvin kustannustehokkaasti. Osa visualisoijista tekee jo omaan käyttöön sopivia malleja.

Tiedon formaatti

Tietomallin ideaalinen muoto olisi integroitu tietomallipalvelin, tietokanta, joka sisältäisi kaiken tietomalliin liittyvän tiedon. Toistaiseksi rakennusten tietomallit sisältävät tietoa monissa eri formaateissa: eri suunnitteluohjelmien malleja omissa formaateissaan, word- ja excel-dokumenttejä, projektisuunnitelmatiedostoja, useita eri ohjelmilla tehtyjä simulaatiota jne. Jotta tietomallin käyttäjien eri ohjelmistot ymmärtävät mallin tietoja, on yleinen tietoformaatti välttämätön. Tietomallinnuksessa yleiseksi formaatiksi on noussut IFC. Se perustuu standardiin ISO/PAS 16739 ja sisältää tietoja mm. rakennusosien geometriasta sekä niiden ominaisuuksista. IFC-määritykset eivät ole kaiken kattavia, eikä formaatti tule sisältämään kaikkea tietomallin tai rakennuksen tietoa.

Yleistyminen ja työkalut

Tietomallinnuksen mahdollistavia, IFC-yhteensopivia ohjelmistoja on tarjolla kaikille rakennussuunnittelun osa-alueille, ja kaikilla niillä myös tehdään tietomallinnusta jo yleisesti. Kaksiulotteinen piirustuksiin perustuva suunnittelu on kuitenkin maailmalla yhä yleistä, vaikka esimerkiksi suuret rakennushankkeet toteutetaan jo lähes poikkeuksetta ainakin osin tietomallinnuksen periaatteita noudattaen.

Oliopohjainen suunnitteluohjelmisto

Tuotemallia käyttävät ohjelmat ovat oliopohjaisia. Oliot ovat ennalta määriteltyjä tietopaketteja, joita käsitellään yhtenä kokonaisuutena. Oliot vertautuvat käytettyihin rakennusosiin, esimerkiksi pilari, ovi, ikkuna tai seinä. Olioille on määritelty tietoa määrätyssä formaatissa, jonka useat ohjelmistot ymmärtävät. Olioon voidaan myös määrittää käyttäytymistä joissakin erityisissä tilanteissa. Olion sisältämät tiedot sisältävät useita eri näkökulmia: muun muassa visualisointi, mitat, materiaaliominaisuudet, lämpötekniset ominaisuudet jne. Tuotetieto sisältyy tällöin olioon ja sitä kautta itse mallitiedostoon. Esimerkiksi laskentaohjelma saa tuotemallista suoraan rakennusosan mitat, materiaalin ja muut tarvittavat ominaisuudet, joiden avulla se voi laskea voimasuureet rakennusrunkoon. Samaten esimerkiksi teräsrungon palkin suunnittelutiedot voidaan saada mallista tiedostona ja syöttää suoraan tuotteen valmistuksesta huolehtivalle koneelle.

Piirrettyjen objektien vahvuus on yleensä niiden helppo toteuttaminen, koska ne voidaan toteuttaa ohjelmistojen normaaleilla piirto-ominaisuudella. Tyypillisesti niihin on vaiketa lisätä pitkälle menevää älykkyyttä ja niiden tiedostokoko tekee ne vaikeasti hallittavaksi. Piirettyillä objekteilla on käytännössä mahdotonta suunnitella suuria tietomallikokonaisuuksia.

Ohjelmoimalla toteutetut objektit ovat tiedostokooltaan pienempiä ja niiden hallitseminen suurissa malleissa on huomattavasti kätevämpää kuin piirettyjen objektien. Ohjelmointi mahdollistaa niihin myös huomattavasti monimutkaisempien ja suunnittelun kannalta älykkäämpien ominaisuuksien lisäämisen. Ohjelmoinnilla tapahtuva objektien kuvaaminen vaatii ohjelmoinnin perussääntöjen ymmärtämistä.

Vaiheistus

Rakennuksen tietomalli syntyy vaiheittain, iteratiivisissa suunnittelusykleissä tarkentuen. Malli aloitetaan karkeasta tietosisällöstä, vaatimuksista kohti toteutettavaa rakennusmallia. Oleellinen tieto siirtyy aina seuraavalle portaalle, ja jokainen vaihe tallennetaan lisäksi versiotietona.

Vaatimusmalli

Arkkitehti toteuttaa asiakasvaatimukset tarveselvitysvaiheessa ja vastaa pääsuunnittelijana mallinnuksen etenemisestä. Sisältää asiakasvaatimusten lisäksi oleelliset viranomaisvaatimukset. Myöhemmissä vaiheissa tietoja tulee aina verrata vaatimusmalliin.

Inventointimalli:
Olemassa olevan rakennuksesta laadittu tietomalli. Inventointimalli laaditaan yleensä rakennuksen mittauksen, esimerkiksi laserkeilauksen, pohjalta. Inventointimalliin syötetään tarvittava tietosisältö.

Tilaryhmämalli:
Arkkitehdin tarveselvitysvaiheessa vaatimusmallin pohjalta luoma alustava tilaryhmittelymalli.

Suunnittelumallit: suunnittelijoiden suunnitelmaratkaisut (ARK, RAK, LVI, S, TEK):
Tilaryhmämalli: malli johon on määritelty tilaryhmien muoto, koko (pinta-ala ja tilavuus) ja sijainnit. Tilaryhmämallia käytetään rakennuksen massan sekä tilaryhmittelyn tutkimiseen ja sen avulla voidaan esim. verrata eri vaihtoehtoja tutkimalla mm. toimintojen sijainteja ja kulkuetäisyyksiä.
Tilamalli: malli, johon on määritelty yksittäiset rakennuksen tilat. Tilamallin avulla voidaan mm. analysoida rakennuksen elinkaarikustannuksia ja ympäristövaikutuksia.
Alustava rakennusosamalli: malli, jossa on alustavasti määritelty tiloja rajaavat rakennusosat ilman niiden tarkempaa tuoterakennetta. Rakennesuunnittelijan luoma malli, mahdollisesti arkkitehdin alustavan suunnitelman pohjalta. Luonnossuunnitteluvaihe.
Rakennusosamalli: malli, jossa on määritelty rakennusosat yleisesti, ilman lopullisia tuotemäärityksiä. Toteutussuunnitteluvaihe. 
Rakennemalli: rakennesuunnittelija luo arkkitehdin mallin pohjalta oman mallinsa, johon sisältyvät stattinen malli, kuormitukset ja oleelliset rakenteelliset vaatimukset. Toteutussuunnitteluvaihe.
Tuoteosamalli: täydennetty rakennusosamalli, jossa rakennusosia vastaavat valitut rakennustuotteet. Toteutussuunnitteluvaihe.Yhdistelmämalli: eri suunnittelualojen mallien yhdistetty malli.Toteutusmalli: tuotantosuunnitteluun käytettävä rakentamisen toteutuksen malli; tehtävät, ajoitus, resurssit jne.Toteutumamalli: rakennuksen lopullinen, toteutunut tuotetieto. Päivitetään rakennustyön aikana; tarkoitus on saada ajantasainen tieto rakennuksen ylläpitoon.Ylläpitomalli': käytön ja ylläpidon aikaiset tehtävät, muutokset, peruskorjaus jne.

Käytännössä tietomallien toteutus on toistaiseksi liittynyt varsin tiiviisti suunnitteluvaiheessa syntyvään tietoon ja sen käyttöön. Vaikka yleisiä tehtävä- ja prosessikuvauksia on tehty, ovat rakennushankkeen eri toimijoiden rajapinnat ja toimintatavat vielä vakiintumattomia. Tietomallin käyttöön ja päivitykseen rakennuksen käytön aikana ei ole vielä yleistä toimintamallia lainkaan.

Tietomallinnus Suomessa

Vuosina 2002–2006 rakentamisprosessin eri toimijoiden laaja yhteistyöprojekti ProIT kokosi tuotemallitiedon perusteita ja määritti tuotemallirakenteita eri osapuolille. Tuloksena julkaistiin sanasto, tuotemallinnuksen prosessimalleja, rakennetyyppejä, tiedonsiirron käyttötapauksia ja tuotemallisuunnitteluohjeita eri suunnittelualoille.

Katso myös
 Industry Foundation Classes
 Tietokoneavusteinen suunnittelu
 Tuotetiedon hallinta
 Tuotteen elinkaaren hallinta

Lähteet

Viitteet

Aiheesta muualla

 ProIT-projekti
 buildingSMART Finland
 Senaatti-kiinteistöt: Suunnittelun ohjeisto
 Tietomallin käyttö maisema-arkkitehtuurissa: Viipurin Sorvalin hautausmaa 
 Tietomalliblogi talotekniikkaväritteisesti

Tietokoneavusteinen suunnittelu
Seulonnan keskeiset artikkelit