Tietomallipohjaisen päästöjen arvioinnin kehittäminen tien suunnittelussa

Abstract

Suomi on asettanut tavoitteekseen olla hiilineutraali vuoteen 2035 mennessä, mikä edellyttää merkittäviä päästövähennyksiä infrarakentamisessa. Tiehankkeiden päästöjen arviointi tapahtuu usein vasta suunnittelun loppuvaiheessa, jolloin mahdollisuudet vaikuttaa suunnitteluratkaisuihin ovat vähäiset. Tietomallipohjainen suunnittelu on nykypäivänä olennainen osa tiehankkeen suunnittelua koko suunnitteluprosessin ajan. Yksi mahdollinen tapa saada päästöjen arviointi paremmin osaksi suunnitteluprosessia on yhteensovittaa päästölaskenta osaksi mallipohjaista suunnittelua. Tämän diplomityön tavoitteena on selvittää, miten tietomallia voidaan käyttää hyödyksi päästöjen arvioinnissa tiehankkeen suunnitteluprosessissa ja selvittää, miten tietomallipohjainen päästöjen arviointi tukee suunnittelun ohjausta. Työ on laadullinen tapaustutkimus, jossa aineisto on kerätty asiantuntijahaastatteluilla ja kokeellisella testaamisella. Tutkimuksen tapaustutkimuskohde on Väyläviraston hanke Vt6 Korian kohta.

Tutkimuksessa havaittiin, että tietomallien hyödyntämisellä päästölaskennassa voidaan tehostaa laskentaprosessia, vähentää virheitä ja mahdollistaa päästöjen parempi huomiointi suunnittelun alkuvaiheista alkaen. Kirjallisuuden avulla määritettiin neljä erilaista tapaa yhteensovittaa päästölaskenta ja tietomallintaminen. Ne olivat mallipohjainen määräluettelo, IFC-siirtotiedosto, päästölaskenta-plugin ja päästötiedot suunnittelujärjestelmässä.

Mallipohjainen määräluettelo on käytännössä yksinkertaisin tapa yhdistää päästölaskenta ja mallipohjainen suunnittelu. Menetelmä perustuu mallipohjaisesta suunnitelmasta saatavaan määräluetteloon, joka viedään erilliseen päästölaskentaohjelmaan joko manuaalisesti tai automaattisesti siirtotiedoston avulla. Tapauskohteessa tehty nykyinen päästölaskenta muistuttaa tätä menetelmää. Menetelmän automatisoinnin haasteena on suunnittelujärjestelmän ja päästölaskentaohjelman eri tarkkuustaso rakenneosille.

IFC-siirtotiedosto mahdollistaa tietomallin siirron suunnittelujärjestelmästä päästölaskentaohjelmaan avoimessa ja standardoidussa muodossa. IFC-formaatin erona määräluetteloon on se, että sen mukana siirtyy kattavammin tietoa suunnitelmasta. Määräluettelossa siirtyvät tiedot ovat yleisesti vain rakenneosan tunniste- ja määrätiedot, kun taas IFC-tiedoston avulla saadaan siirrettyä tietoa rakenteen geometriasta ja rakenteen ominaisuuksista. IFC-formaatin etuna on tietojen säilyminen mallin sisällä yhtenäisesti, mutta infrarakentamisessa sen käyttö on vielä kehitteillä, erityisesti väylärakenteiden osalta. IFC-tiedosto toimii määräluetteloon verrattuna todennäköisesti paremmin siirtotiedostona, mutta sen käyttöönottamiseksi tullaan vaatimaan standardointia, jotta tiedot siirtyvät oikein halutulla tavalla.

Päästötiedot suunnittelujärjestelmässä tyyppisillä yhteensovituksilla mahdollistetaan päästöjen arviointi suunnitteluympäristössä, jolloin erillistä tiedonsiirtoa omaan päästölaskentaohjelmaan ei tarvita. Suunnittelujärjestelmässä tehtävä päästölaskenta on reaaliaikaista eli päästöt voidaan laskea välittömästi, kun suunnitelmaa muokataan. Toisaalta suunnittelujärjestelmässä päästölaskentaa on haastava tehdä yhtä kattavalla tasolla kuin erillisessä päästölaskentaohjelmassa. Menetelmä soveltuu parhaiten suunnittelun aikaiseen päästöjen arviointiin, kun taas kattavampi raportointi päästöistä on kannattavampi tehdä päästölaskentaan tarkoitetussa ohjelmassa.

Työ osoittaa, että tietomallipohjaisella päästöjen arvioinnilla voidaan tukea vähähiilisiä valintoja suunnittelun aikana, mutta sen hyödyntäminen vaatii edelleen menetelmien ja työkalujen kehittämistä.

Finland has set the target of becoming carbon neutral by 2035, which requires significant emission reductions in infrastructure construction. In road projects emissions assessments are usually done only in the final design stages, when the possibility to influence design decisions is more limited. In the present-day building information model (BIM) based design has become an important part of road project planning throughout the design process. One possible way to better integrate emissions assessment into the design process is to integrate it with BIM-based design practices. The aim of this thesis is to examine how BIM can be used to support emissions assessment during the design process of road projects, and how BIM based emissions assessment can help guide design decisions. The study is a qualitative case study, in which the research material was collected through expert interviews and experimental testing. The case study subject is the Finnish Transport Infrastructure Agency’s project “Vt6 Korian kohta”.

The study findings show that utilizing BIM based emissions assessment can make the calculation process more efficient, reduce errors, and enable earlier consideration of emissions during planning. Based on the literature, four different methods for integrating emissions assessment with BIM were identified. They were BIM based bill of quantities, IFC transfer file, emissions assessment plugin, and emissions data within the design system.

The BIM-based bill of quantities is the simplest way to connect emissions assessment with BIM-based design. The method is based on exporting a quantity list from the design software and transferring it into a separate emissions calculation tool, which can be done either manually or automatically using a transfer file. The emissions assessment in the case “Vt6 Korian kohta” closely resembled this method. The challenge of automating this method is the difference in the level of detail between the design system and the emissions calculation software.

The IFC transfer file enables transferring the design model from the design software into the emissions calculation software in an open and standardized format. Compared to the bill of quantities method, the IFC format allows for a more comprehensive transfer of data, including geometric and property information of structural elements. While the IFC format keeps data consistent within the model, its use in infrastructure design especially for linear infrastructure structures is still under development. Effective use of IFC will require further standardization to ensure that the data is transferred accurately.

Embedding emissions data in the design system enables emissions assessment directly within the design environment, which eliminates the need for data transfer to a separate emissions calculation software. Emissions calculation is done in real time as the design is updated. However, such methods are often less comprehensive than those conducted using dedicated emissions calculation software. Therefore, this method is best suited for early-stage assessment, while the more comprehensive emissions reporting is done in a dedicated emissions calculation software.

This thesis demonstrates that BIM based emissions assessment has potential to support low carbon decision making during the design of road infrastructure, but its utilization requires more development of methods and tools.