Kirjoittaja: terojarvinen

Digitaalinen kaksonen

terojarvinen DIGITALISAATIO, EDELLÄKÄVIJYYS, SUUNNITTELU , , , , , , , , , , , ,
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.

Tietomallit pilvessä

terojarvinen DIGITALISAATIO, SUUNNITTELU , , , , , ,
Tero_Jarvinen
Kirjoittaja on Granlundin tietomallipäällikkö

Nykyisissä BIM-suunnittelujärjestelmissä alkaa olla orastavia merkkejä liikkumisesta entistä enemmän pilviteknologioiden suuntaan.

Päätuotteissa on tiimityöskentelyominaisuudet ja mahdollisuus ottaa käyttöön ohjelmistoille räätälöityjä palvelinalustoja, joiden avulla tietomallien sijoitus suojattuun pilveen on mahdollista. Näin pystytään toimimaan eri lokaatioissa – toimistolla, bigroomissa, kotona, laiturinnokalla…

Totuuden nimissä, raskaiden mallinnussoftien tekniikka ei ole vielä ihan valmis yllä kuvattuun työtapaan. Mutta suunta on selvä – BIM-ohjelmistotalot ajavat softiinsa sisälle pilviteknologiaa sekä rakentavat ohjelmistorajapintoja muiden softien käyttöön.

Samaan aikaan ohjelmistotalojen kehityksen rinnalla on useita kansainvälisiä projekteja avoimeen rajapintaan perustuvien tietomallipalvelimien kehittämiseksi. Joitakin on jo tuotteistettukin, mutta levinneisyys on vielä mitätöntä.

Suomalaisetkin ovat mukana jakamassa samaa ajatusta. KIRA-DIGI -hanke etenee edelleen byrokratian rattaissa.

KIRA-DIGI -hankkeessa yhtenä toimenpiteenä on ehdotettu ”digitaalisen alustan” kehittämistä ja pilotointia. Avoimeen ja vakioituun tietoalustaan perustuva palveluväylä mahdollistaa ohjelmistotoimittajille teknisen kommunikointistandardin, jossa asiakkaan ei tarvitse pelätä jumiutuvansa yhden softatoimittajan armoille.

Tero Järvinen avoimen tiedon jakaminen
Kuva: Rakennetun ympäristön digitalisaatio -hanke

Merkille pantavaa on, että softatoimittajat eivät tee yllä mainittua kuvausta – se tulee tehdä rakennushankkeen eri osapuolten näkemysten mukaisesti. Vain tiedon käyttäjä ja tuottaja voivat tietää, mikä tieto on tärkeää.

Vaikka standardisoidun tietosisällön määrittely onkin tylsintä työtä mitä tiedän, jonkun sekin on tehtävä. Se on perusedellytys tiedon koneluettavuuden mahdollistamiseksi. BuildingSMART Finland on ottanut tämän haasteen vastaan ja toivottavasti KIRA-DIGI hanke antaa sille ympäristön, missä toimia.

Vain tiedon käyttäjä ja tuottaja voivat tietää, mikä tieto on tärkeää.

Tilaaja hyötyy eniten

”Tietomallit pilvessä” –prosessin kautta mahdollistuu tiedon tuottaminen siten, että se pakotetaan olemaan tilaajan haluamassa muodossa ja tietosisällöllä.

Tämä tarkoittaa taloteknisessä suunnittelussa sitä, että suunnitteluympäristö liikkuu pois toimistojen omilta servereiltä, asiakkaan järjestelmiä kohti. Koska työskennellään pilvipalvelujen läpi, rakennushankkeen osapuolet toimivat juuri sellaisissa ympäristöissä, jonka tilaaja on katsonut tarpeelliseksi omien toimintojensa virtaviivaistamiseksi.

Palvelinympäristöt rakentuvat fyysisesti hajautettuihin datacenttereihin – tarkoitus ei ole lisätä palvelinrautaa tilaajaorganisaatioiden ylläpidettäväksi.

Tietomallit ylläpidossa

Otetaan esimerkkinä ”Tietomallit ylläpidossa”. Nykyprosessi on se, että suunnittelijat tuottavat rakennusaikana tiedostoja omille servereilleen ja tekevät niistä IFC-formaattisia julkistuksia projektipankkiin. Näitä tiedostoja (ja vielä vanhempia pdf –piirustuksia) käytetään rakentamiseen tietäen, että suunnittelijalla on omalla serverillä jo uudempaa tietoa.

Kun siirrytään ylläpitoon, yritetään epätoivoisesti päivittää tiedostoja niillä tiedoilla, joilla urakoitsija kohteen todellisuudessa rakensi. Lopputuloksena on sekasotku standarditoimatonta tietoa, jota ei pystytä linkittämään toiseen järjestelmään, koska tietosisällön kontekstia ei tunneta. Lisäksi tietoa on löytyy lähes kaikissa mahdollisissa tiedostomuodoissa; word, pdf, excel, ifc, jpg jne. Ilmanvaihtokoneen tietoja löytyy ~viidestä eri järjestelmästä ja yhtä monesta keskenään ristiriitaisesta dokumentista.

Ilmanvaihtokoneen tietoja löytyy ~viidestä eri järjestelmästä ja yhtä monesta keskenään ristiriitaisesta dokumentista.

Uudessa, pilvipohjaisessa prosessissa rakennushankkeen tilaaja arvottaa omat tarpeensa. Jos he kokevat tietomallit tärkeäksi osaksi kiinteistön elinkaarta, perustavat he oman palvelinympäristön tiedon tuottajille. Toimintatapa on samanlainen kuin perustettaisiin projektipankki tiedostojen talletusta varten.

Tilaaja voi (tulevaisuudessa) hankkia esim. Revit Server –palvelimia ja rakentaa sinne ympäristöt suunnittelijoiden käyttöön. Näin tilaaja saa juuri sitä tietoa, jonka he ovat arvostaneet itsellensä tärkeäksi.

BIM-ohjeistukset ja tietosisältövaatimukset voi heittää roskiin, sillä ne on valmiiksi rakennettu sisälle pilvipalvelimien ohjelmistoihin. Objektit sisältävät juuri niitä tietosisältökenttiä, joita tilaaja haluaa ko. ohjelmistossa käyttää kiinteistön elinkaaren aikana. Ohjelmisto ei salli kuin yhden tavan tuottaa tietoa, jolloin se on tietosisällöltään samanlaista suunnittelutoimistosta riippumatta.

Pilvipohjaiset prosessit ovat jo todellisuutta

Tämän tyyppiselle toimintatavalle on jo otettu ensiaskeleet talotekniikan laiteluetteloiden tekemiseksi. Granlund Designer toimii pilvipalveluna ja sisältää muun muassa käyttäjien roolituksen ja tiedon historioinnin.

Laitehyväksyntäosiolla urakoitsija päivittää laitetiedot as-built –tasoisiksi ja samalla hoidetaan suunnittelijan tekninen laitehyväksyntä suoraan järjestelmän kautta. Työ tehdään rakentamisen aikana, kun sen tuottamiselle on selkeä tarve. Nykymallissahan huoltokirjakoordinaattori tekee viimeisen kahden viikon aikana taikoja, jotta saa rakennushankkeen osapuolilta paikkaansa pitävät tiedot laitteista ja järjestelmistä.

Tero Järvinen laitehyväksyntä
Kuva: Laitehyväksyntäprosessi rakennushankkeen aikana

Jos kiinteistömassan omistaja ottaa Granlund Designerin omaan käyttöönsä, pystyvät he asettamaan kaikki kohteidensa suunnittelutoimistot samalle viivalle. Jokainen tuottaa standardisoitua tietoa tilaajan käyttöön. Jokainen tuottaa tietoa siinä laajuudessa kuin tilaaja sitä tarvitsee.

Pilvipohjainen, standardisoitu tiedonhallinta on siis jo olemassa. Enää puuttuu sen käyttöönotto.

Urakoitsija on ystävä

terojarvinen SUUNNITTELU, YHDESSÄ TEKEMINEN , , , , , ,

Ainoa2_Kuva8

Pohjoismaissa talotekniset urakoitsijat käyttävät suunnittelijan tekemää tietomallia rakentamiseen. Suunnittelijan mallinnus on riittävän tarkka kohteen toteuttamiseksi niiden perusteella.

Keski-Euroopassa ja Yhdysvalloissa talotekniikan urakoitsija tekee itse tarvitsemansa tietomallit. Tällöin suunnittelijan tekemät mallinnukset toimivat heillä pääosin skisseinä oman mallinnuksen aloittamiselle. Urakoitsijat eivät välttämättä silti mallinna koko rakennusta, vaan vain teknisesti haastavat kohteet – käyttötarkoitukseen parhaiten soveltuvimmalla ohjelmistolla.

Näiden mallien perusteella urakoitsijat voivat tehdä esivalmisteet, aikataulutuksen sekä kustannusseurannan. Yhdysvalloissa yksi suurimmista syistä mallintaa ilmanvaihtoverkostot on se, että he saavat mallista pellinlevitystiedot.

Yhdistämällä ja yhteistyöllä parhaat ominaisuudet sekä suunnittelijalle että urakoitsijalle

Sekä pohjoismaisessa toimintatavassa että Yhdysvaltalaisessa tavassa on omat hyvät ja huonot puolensa. Pohjoismaissa TATE-verkostoissa on matematiikka mukana, verkostot ovat tasapainotettuja ja mitoitettuja.

Yhdysvalloissa näin ei ole, sillä mallit on tehty vain asennuksen käyttötarpeisiin. Tästä syystä Yhdysvaltalaiset mallit ovat geometrian tarkkuudelta tarkempia ja käyttökelpoisempia kuin pohjoismaissa.

Pystyisimme Suomessa yhdistämään nämä kaksi asiaa toisiinsa – matemaattisesti toimivan järjestelmämallin, joka on esivalmistekelpoinen urakoitsijalle. Mallin, jonka tarkkuustaso ei ole pelkästään as-built ennen kuin on asennuksia edes aloitettu. Mallin, joka sisältää oikean tuotetiedon ollen näin käytettävissä ylläpidon lähtötietomallina.

Meillä on kaikki työkalut tällaisen mallin aikaansaamiseksi.

Yhteistoiminnallisissa sopimusmalleissa suunnittelijalle ja urakoitsijalle annetaan lupa tehdä yhteistyötä. Näiden sopimusten sisään on leivottu mahdollisuus miettiä itse, millä tavalla saavutetaan asetetut tavoitteet parhaiten ja kustannustehokkaimmin.

Avainsana tässäkin metodissa on siis yhteistyö. Urakoitsija ei ole järjestelmäsuunnittelun ammattilainen, eikä suunnittelijalla ole tietoutta kustannuksista tai asennusten haasteista. Yhdessä he kuitenkin hallitsevat kokonaisuuden, kun asenne ja toisen työn kunnioittaminen on kunnossa.

Tero_Jarvinen
Blogin kirjoittaja Tero Järvinen haluaa lisätä yhteistyötä tietomallipohjaisen suunnittelun edistämiseksi.

Resepti  asennuskelpoisen, matemaattisesti toimivan talotekniikan tietomallin tekemiseksi:

  1. Allianssi- tai partnerisopimus, jossa urakoitsijan ammattitaito on mukana jo hankevaiheessa
  2. Suunnittelija tekee järjestelmävalinnat ja mitoitukset yleissuunnittelutasolle käyttäen urakoitsijan kustannustietoutta apuna.
  3. Toteutussuunnitelu tehdään yhdessä urakoitsijan kanssa. Suunnittelija mallintaa, urakoitsija ohjaa asennusteknisiä ratkaisuja. Suunnitelma tehdään heti niillä tuotteilla, joita aiotaan kohteessa käyttää.

Väitän, että ylläkuvatulla toimintatavalla lopputuote on laadukkaampi, kustannustehokkaampi ja toimivampi kuin nykysysteemillä tuotetut ratkaisut. Lisäksi pääsemme eroon tappelemisesta – meidän pitää olla samassa veneessä kärsien tappiot ja voitot yhdessä.

Parasta tässä toimintamallissa on se, että saamme tehdä virheitä. Koska toiminta on läpinäkyvää, virheet löydetään ennen kuin aletaan rakentaa.

Kenenkään osapuolen intressissä ei ole peitellä löytämiään ongelmakohtia ajatellen, että muutaman kuukauden päästä asiaa korjattaessa voitaisiin lisälaskuttaa asiakasta.

Kahden eri osapuolen ammattitaito tulee huomioiduksi, jolloin  ratkaisut on pidemmälle mietittyjä ja toteuttamiskelpoisempia.

Mitä meiltä pimitetään?

terojarvinen EDELLÄKÄVIJYYS , ,

Tero_JarvinenKun rakennuskohteiden tekninen suunnittelu etenee yleissuunnitelmatasoiseksi, se alkaa muuttua enemmän ja enemmän tiedonhallinnaksi. Yleensä tähän pisteeseen päästään hallitulla kaaoksella, mutta jos kaaos jatkuu hallitsemattomana toteutussuunnitteluun asti, ollaan ongelmissa sekä rakennusaikana että ylläpidossa.

BIM-malleissa kirjain M tarkoittaa sanaa Model. Se voisi aivan hyvin olla myös Management. Tietomallipohjaisessa suunnittelussa informaatiota tuotetaan niin paljon, ettei ihminen pysty sitä ilman apuvälineitä analysoimaan. Lisäksi eriarvoiset tiedot näyttäytyvät ulkopuolisille tarkastelijoille keskenään tasa-arvoisina antaen vaikutelman, että tieto on oikeaa, suunnittelijan miettimää ja tarkastamaa. Ongelmia syntyy, kun joku olettaa saamansa tiedon olevan absoluuttinen totuus. Perinteinen, julkistettu graafinen tietomalli (IFC) ei sisällä tarkkuuden tai oikeellisuuden ymmärrystä ilman, että se sinne manuaalisesti laitetaan.

Rakentamisprosessissa informaatio ja tieto ovat kohinaa. Sen kuulee ja näkee, mutta siitä ei ymmärrä mitään ilman tarvittavia sovelluksia ja laitteita. Jonkun pitää pystyä virittämään oikea taajuus radioon, jotta sieltä kuuluu ääntä. Pieni heitto taajuudessa, niin alkaa kuulua toinen asema. Suunnittelija kertoo yleensä oman radioasemansa taajuuden, vaikka tietää, että varteenotettavia kanavia olisi tarjolla useita. Suunnittelija joutuu pimittämään tietoa, koska ei pysty hallitsemaan muiden kanavien ohjelmasisältöä.

Tiedon sisältöä pitää pystyä analysoimaan automaattisesti ja näin kaivaa kohinasta ulos ne asiat, jotka ovat tärkeitä päätöksenteon kannalta. Kun nämä päätöksentekopisteiden tiedot on saatu louhittua tietomassasta, voidaan alkaa puhua tiedonhallinnasta. Rakentamisprosessi on pääsääntöisesti tiedonhallintaa ja kommunikointia. Jos jompikumpi pettää, palataan perinteiseen kaaosteoriaan.

CAD-järjestelmät ovat loistavia työkaluja tiedon tuottamiseen ja järkyttävän huonoja tiedonhallintaan, joka vaatii historiatietoa ja relaatioita. Tulosten tulisi olla nähtävillä ja analysoitavissa myös sellaisten osapuolten taholta, jotka eivät ole CAD-ammattilaisia.

Graafinen tietomalli ja ylläpidettävä tietosisältö tulisi pitää erillään. Näin tiedonhallinnan näkökulma saadaan irti 3D:stä ja voidaan keskittyä asiaan eikä värikuviin.

Tiedonhallinta on sitä, että pystytään seuraamaan polkua vaatimuksista ylläpitoon. Kun tilassa on ilmanvaihto-ongelmia, pitää pystyä näkemään muutamalla klikkauksella, mikä ilmamäärä tilaan on vaadittu, mitä sinne on suunniteltu ja mitä on säädetty. Rakennusautomaatiosta saadaan sen hetkinen mitattu ilmavirta. Tämä on tiedonhallintaa. Nuo tiedot ovat lähes aina olemassa ja syntyvät normaalin suunnitteluprosessin kautta, mutta ne on rakentamisaikana hajautettu eri paikkoihin.

Tiedonhallinta vaatii tiedon hajauttamista ja uudelleen kokoamista. Ei ole olemassa yhtä tietopankkia, jossa kaikki tieto on olemassa. Mutta mikään ei estä sitä, että nämä tiedot voisivat löytää toisensa. Uskon vakaasti, että muutamien vuosien päästä meillä on ensimmäiset todellisuuteen liittyvät demot koneiden internetistä, semanttisesta webistä. Tämä teknologia räjäyttää pankin rakennusalalla ja ylläpidossa – kunhan ohjelmistokehittäjät uskaltavat tehdä ohjelmistonsa täysin uuteen, erilaiseen prosessiin ja käyttötapaan soveltuvana. Riski on suuri, sillä vain edistyneimmät ohjelmistojen loppukäyttäjät pystyvät muuttamaan oman organisaationsa ajattelu- ja toimintatapaa. Tieto ei ole jatkossa manuaalisesti linkitettynä eri järjestelmiin, vaan sitä haetaan eri tietokannoista, analysoidaan ja päätetään, mikä tietue on relevanttisin kysytyn vastauksen saamiseksi.

Käytännössä tällä hetkellä rakennusalalla pimitetään lähes kaikki tieto. Vain se tieto jaetaan, joka uskalletaan printata paperille. Tästä on päästävä eroon, tulee löytää mahdollisuus päästää urakoitsija suunnittelijan BIM-aineistoon ilman, että ollaan lakituvassa.

Tulee löytää keino elää epävarman tiedon kanssa, sillä todellisuuden virtuaalimallintaminen ei meiltä ihmisiltä onnistu. Meidän tekemämme mallit ovat aina vain tulkintoja todellisuudesta.