Digitaalinen kaksonen

Kirjoittaja Tero Järvinen on Granlundin teknologiajohtaja

Termi ”Digital Twin” on näkynyt viime aikoina silloin tällöin ulkomaisissa kirjoituksissa, joissa teemana on ollut tietomallien käyttö ylläpidossa.

Termi on mielestäni hyvä, koska se luo ajatustasolla ympäristön rakennusten analysoinnille ja ohjaamiselle. Termi sinänsä ei ole uusi, se on ollut jo vuosia käytössä mm. mekaniikkateollisuudessa.

Tarvitsemme rakennuksen digitalisen kaksosen, jos aiomme hallita sensoreiden synnyttämää valtavaa tietomäärää ihmiselle ymmärrettävässä muodossa.

Kun keräämme informaatiota rakennuksesta ja sitä analysoimalla luomme uutta tietoa, tarvitsemme tavan visualisoida sitä käyttäjälle. Yksinkertaisin visualisointitapa on esim. värjätä tiloja riippuen mitatusta lämpötilasta. Ihminen ymmärtää, että mitä punaisempi tila, sitä kuumempi se on.

Digitaalinen kaksonen synnytetään API –rajapinnoilla sekä alusta-ajattelulla

Jotta pystymme luomaan digitaalisen kaksosen, tarvitsemme reseptiksi vähintään:
1. Rakennuksen graafisen tietomallin, standardisoidulla tai tiedossa olevalla tietosisällöllä
2. Alustan, joka yhdistää graafisen näkymän pilvipalveluiden tietosisältöihin.
3. Dokumentoidut (tai avoimet) rajapinnat, joilla eri järjestelmät kommunikoivat keskenänsä

Järvinen periaatekaavio API
Kuva 1: Periaatekaavio dokumentoitujen API:en avulla rakennettuun kehitysympäristöön.

Yksi tärkeä asia on ymmärtää staattinen ja dynaamisen tiedon ero. Staattisesta tiedon esimerkkinä toimii mm. ilmanvaihdon palvelualue. Se ei muutu, jollei rakennukseen tehdä konkreettisia muutostöitä.

Dynaamisen tiedon esimerkkinä toimikoon tilan lämpötila. Sitä mitataan jatkuvasti ja mittaustuloksen perusteella voidaan analysoida, onko tilassa kaikki OK. Jos ei ole, niin staattisen IV-palvelualuetiedon perusteella voidaan päästä käsiksi lisätietoon, esim. IV-koneen ulospuhalluslämpötilaan ja analysoida, onko se kunnossa.

Yksittäisen tilan tai tiloista koostuvan palvelualueen välille muodostetaan siis yhteys, jonka kautta voidaan lähteä automaattisesti selvittämään mahdollisia ongelmakohtia kysymykseen: ”Miksi tilassa on kuuma?”

Analysoinnin perusteella järjestelmän tulee pystyä esittämään käyttäjälle mahdollisia vaihtoehtoja ongelman syyksi. Tietoa kerätään myös ohi rakennusautomaatiojärjestelmän, mm. API rajapinnoilla varustetuista IoT antureista, joista saatujen lisätietojen perusteella digitaalinen kaksonen muodostaa kokonaiskuvan.

Järvinen mallinnus
Kuva 2: Esimerkki Granlund Manager Metrix –prototyypistä, jossa kiinteistöautomaatiojärjestelmä syöttää lämpötiloja pilvipohjaiseen tietomalliin.

Visiona ”Virtuaalinen kiinteistö, jossa käyttäjä ja rakennus kommunikoivat keskenään”

Granlund on julkaissut Innovaatiostrategian vuosille 2017-2021.

Innovaatiostrategian visiona on saavuttaa ”Virtuaalinen kiinteistö, jossa käyttäjä ja rakennus kommunikoivat keskenään”

Kun pystymme yhdistämään virtuaalisen rakennuksen käytettävissä olevaan staattiseen ja dynaamiseen tietoon, pystymme niiden avulla luomaan uutta informaatiota. Kuljemme analysointien avulla kohti raportoivaa kiinteistöä.

Seuraava askel analysoinnista on kiinteistön käyttäytymisen ennustaminen. Tässä vaiheessa pystymme simuloimaan automaattisesti esim. kiinteistön energiankulutuksen ja sisäympäristön olosuhteet seuraavalle päivälle sääennustuksen sekä tulevan ihmiskuorman ja sen aikataulujen perusteella. Tällä tiedolla pystymme ohjaamaan järjestelmää ennakoivasti, ilman manuaalisäätöjä.

Näin olemme matkalla kohta oppivaa kiinteistöä. Kiinteistö kehittää itsellensä vuosien saatossa omaa tekoälyä oppien tekemistään virheistä mm. silloin, kun tehty ennustus ei vastannutkaan kiinteistön todellista, mitattua tilannetta.

Oppiva kiinteistö tarvitsee käyttäjäpalautetta, jonka avulla tuotetaan tilojen käyttäjille optimaalisinta olosuhdetta. Vain käyttäjä voi tietää, mitä hän haluaa – siihen ei edes tekoäly auta. Tämän lisäksi kiinteistön käyttöä anonyymisti seuraamalla ja analysoimalla pystymme muodostamaan kuvan miten käyttäjäjoukko vaikuttaa kiinteistön toimintaan. Jo pelkkä oppiminen siitä, mikä on kiinteistön käyttöaste eri ajankohtina kertoo paljon talotekniselle ohjausjärjestelmälle – puhumattakaan, mitä se kertoo yrityksen johdolle kiinteistön soveltuvuudesta oman liiketoiminnan harjoittamiseksi.

Emme voi kuitenkaan unohtaa kiinteistön fysikaalisia ominaisuuksia, kiinteistön on toimittava kuten se on suunniteltu toimivan. Granlund-konsernin 2020 -strategian missiona on ”Hyvinvointia rakennetussa ympäristössä”.

Tätä tavoitetta toteutamme myös Innovaatiostrategiassamme, kun muistamme että: ”Käyttö ohjaa kaikkea tekemistämme”.

Kuva 3: Granlundin innovaatiostrategia julkaistiin keväällä 2017, sen keskiössä ovat käyttäjät ja hyvinvointi.

Smart Buildings – älykkäämpää rakentamista

Teksti: Rami Hursti

Mitä oikeastaan tarkoitetaan älykkäällä rakentamisella tai paremminkin älykkäillä rakennuksilla (eng. Smart Buildings)? Onko rakennus, jossa eri teknologiat on integroitu vaihtamaan tietoa keskenään, älykäs?

Hursti_Rami_tiukempi rajaus
Kirjoittaja toimii Granlundilla rakennusautomaation johtavana asiantuntijana.

Vai pitäisikö kenties puhua rakennuksista, jotka on suunniteltu ja toteutettu tukemaan toimintaa käyttäjän näkökulmasta Rakennuksista, jotka tuovat käyttäjän saataville tietoa tilojen käytöstä ja energiatehokkuudesta ja tarjoavat samalla mahdollisuuden vaikuttaa tilojen olosuhteisiin yhden käyttöliittymän kautta?

Samaisen käyttöliittymän kautta käyttäjällä olisi myös mahdollista antaa palautetta, mikä vaikuttaisi myös rakennuksen teknisten järjestelmien toimintaan.

Kysymykseen ”millainen on älykäs kiinteistö” ei ole olemassa yksiselitteistä vastausta. Vielä ei oikeastaan ole edes määritelty, mitä Smart Building tarkoittaa.

Eivätkö nykyiset rakennukset edusta parasta, energiatehokkainta, käyttäjäystävällisintä ja viihtyisintä rakentamista? Jos totta puhutaan, vastaus on: eivät.

Rakennushankkeen suunnittelu- eikä vielä toteutusvaiheessakaan, ei usein ole tiedossa, kuka on sen loppukäyttäjä. Tästä syystä rakennuksen tarvittavia toiminnallisuuksia ei aina mietitä, vaan toteutukseen valitaan vähiten kustannuksia aiheuttava yleispätevä rakennus.

Jos tällaisella periaatteella rakennettaisiin tuotantolaitoksia, esim. paperi- tai elektroniikkatehdas, olisi lopputuloksena tuskin kilpailukykyinen, viimeisen päälle moderni tuotantolaitos. Miksei toimistotaloja sitten voisi rakentaa älykkäämmiksi, vaikkei siellä työskenteleviä yrityksiä vielä rakennusvaiheessa tiedetäkään?

Rakentamispäätöksestä menee useita vuosia ennen kuin rakennus todella otetaan käyttöön – minkä jälkeen rakennuksen eelinkaari on useita kymmeniä vuosia. Jotta kiinteistö palvelisi siinä tapahtuvaa toimintaa, tulisi jo alussa osata varautua mahdollisimman monipuolisesti tulevaisuuden tarpeiden huomioon ottamiseen.

Tämä tarkoittaa visiointia ja varautumista lähitulevaisuuden tarpeisiin. Ennustaminen ei ole helppoa touhua, mutta kannattaa kuitenkin pohtia, miten voidaan varautua nykyisillä ratkaisuilla mahdollisiin muutoksiin tulevina vuosina?

Kävimme erään kehitysprojektin yhteydessä vierailulla paljon julkisuutta saaneessa ”The Edge” -rakennuksessa  Amsterdamissa. Kyseessä on kohde, jota on markkinoitu maailman edistyksellisimmäksi ja kestävän kehityksen mukaiseksi rakennukseksi. Viimeistään vierailu kyseisessä kiinteistössä varmisti, ettei Smart Building ole pelkästään talotekniikan toimintojen integrointia ja tiedonsiirtoa,vaikka se onkin jossain määrin välttämätöntä.

The Edgessä on paljon innovaatioita ja tuotannossa olevia ratkaisuja, jotka ovat sekä teknologisia että käytettävyyteen liittyviä. Kohteessa hyödynnetään aurinkosähköä, jota kerätään seinustoilta ja talon katolta, ja myös viereisen rakennuksen katolta. Auringon energiaa keätään myös lämpönä, jota varastoidaan maan alle. Maan alla on suuret energiavarastot niin jäähdytyksen kuin lämmityksenkin osalta. Sadevedet kerätään talteen ja niitä käytetään WC-istuinten huuhteluun. Valaistuksessa hyödynnetään luonnonvaloa, joka oli huomioitu myös työpisteiden sijoittelussa. Tässä vain muutamia esimerkkejä, talosta löytyy lukuisia muitakin teknisiä ratkaisuja.

Se,mikä poikkesi aiemmin näkemistäni kohteista, oli käyttäjille suunnattu sovellus, jolla käyttäjä sai tietoa kohteessa olevista palveluista, tilojen varauksista, vapaista tiloista, lähialueen liikenneyhteyksistä ym.

Tämän lisäksi käyttäjälle tarjottiin myös tietoa kohteen teknisistä mittauksista, olosuhteista, valaistuksen ja lämpötilan säätömahdollisuudesta.

Kyseinen sovellus oli käytettävissä sekä työasemien että mobiililaitteiden kautta.

Tämä on ensimmäinen kohde urani aikana, kun kohdetta rakennettaessa oli oikeasti mietitty asioita niin teknisten ratkaisujen, energiatehokkuuden kuin käytettävyydenkin näkökulmasta – ja mukaan oli vielä otettu  rakennusta käyttävät ihmiset.

Tämän kaltainen ratkaisu jos mikä on mielestäni Smart Building.

Kohteessa nähdyt ratkaisut vahvistavat myös Granlundin strategiassa keskeisenä asiana olevan käyttäjän hyvinvoinnin huomioimisen tärkeyde. Ehkä saamme pian myös Suomeen ensimmäisen Smart Building määrittelyn täyttävän kohteen. Ainakin sellaisia on muutama tällä hetkellä mietinnässä.