Tietomallipohjainen runkorakenteiden hiilijalanjäljen laskenta

Abstract

Rakennussektorin ilmastovaikutusten vähentäminen edellyttää entistä tarkempaa ja varhaisempaan suunnitteluvaiheeseen integroitua hiilijalanjäljen arviointia. Tässä diplomityössä tarkastellaan asuinkerrostalojen runkorakenteiden hiilijalanjälkeä ja kehitetään tietomallipohjainen laskentatyökalu, jonka tavoitteena on tehostaa laskentaprosessia, vähentää manuaalista työtä sekä lisätä rakennesuunnittelijoiden ymmärrystä hiilijalanjäljen muodostumisesta eri runkorakenteilla. Tutkimuksessa perehdytään rakennuksen hiilijalanjäljen nykyisiin laskentakäytäntöihin, EU-tason ohjaukseen sekä sen kansalliseen soveltamiseen Suomessa. Teoriaosuudessa käsitellään yleisimpien runkomateriaalien, kuten betonin, puun ja teräksen, hiilijalanjäljen muodostumista sekä elinkaariarvioinnin (LCA) periaatteita. Tarkastelu rajataan elinkaarimoduuleihin A1–A3 (materiaalien valmistus), A4 (kuljetus työmaalle), C1 (purku) ja C3 (jätteen käsittely), koska nämä vaiheet ovat luotettavasti yhdistettävissä tietomallista saataviin määriin. Työn keskeisenä tuloksena kehitetään rakennesuunnittelussa käytettävään Trimble Tekla Structures -ohjelmistoon perustuva laskentatyökalu, joka hyödyntää tietomallin sisältämiä rakenneosatietoja ja yhdistää ne Suomen ympäristökeskuksen (SYKE) rakentamisen päästötietokannan päästökertoimiin. Laskentaa täydennetään tarvittaessa yksittäisten tuotteiden ympäristöselosteilla (EPD), erityisesti sellaisten erikoisrakenteiden osalta, joita ei suoraan löydy kansallisesta tietokannasta. Työkalun suunnittelussa kiinnitetään erityistä huomiota laskennan rakenteelliseen selkeyteen, ajalliseen tehokkuuteen ja käytettävyyteen, jotta sitä voidaan hyödyntää suunnittelun eri vaiheissa ilman merkittävää lisätyötä. Tutkimuksessa arvioidaan myös työkalun laskentatulosten paikkansapitävyyttä vertaamalla niitä erikseen laadittuun hiilijalanjälkilaskelmaan. Tavoitteena ei ole osoittaa absoluuttista tarkkuutta, vaan varmistaa menetelmän johdonmukaisuus ja soveltuvuus suunnittelua ohjaavaan käyttöön. Lisäksi analysoidaan tietomallin tietosisällön kehittymisen vaikutusta laskennan tarkkuuteen ja suorituskykyyn. Tulokset osoittavat, että tietomallipohjainen hiilijalanjälkilaskenta mahdollistaa runkorakenteiden systemaattisen vertailun ja päästövaikutusten tarkastelun jo varhaisessa suunnitteluvaiheessa. Laskennan automatisointi vähentää manuaalista työtä ja parantaa tiedon läpinäkyvyyttä, mikä tukee kestävämpien rakenneratkaisujen valintaa. Kehitetty työkalu luo perustan hiilijalanjäljen integroimiselle osaksi rakennesuunnittelun normaalia työprosessia ja edistää vähähiilisen rakentamisen tavoitteita.

Reducing the climate impacts of the construction sector requires increasingly accurate carbon footprint assessment integrated into the early design phases. This master’s thesis examines the carbon footprint of structural frames in multi-storey residential buildings and develops a BIM-based calculation tool aimed at streamlining the calculation process, reducing manual work, and increasing structural designers’ understanding of how carbon footprints are formed in different structural frame alternatives. The study reviews current practices for building carbon footprint calculation, EU-level guid-ance, and its national implementation in Finland. The theoretical section discusses the formation of carbon footprints for the most common structural materials—such as concrete, timber, and steel—as well as the principles of life cycle assessment (LCA). The analysis is limited to life cy-cle modules A1–A3 (material manufacturing), A4 (transport to site), C1 (deconstruction), and C3 (waste processing), as these stages can be reliably linked to quantity data derived from the build-ing information model. The main outcome of the thesis is a calculation tool based on the Trimble Tekla Structures software. The tool utilizes structural component data embedded in the BIM model and links them to emission factors from the Finnish Environment Institute (SYKE) national emission database for construction. When necessary, the calculation is supplemented with environmental product decla-rations (EPDs), particularly for special structural components not directly available in the national database. Special attention is paid to the structural clarity, computational efficiency, and usability of the tool to enable its application across different design stages without significant additional workload. The study also evaluates the validity of the tool’s calculation results by comparing them with a separately prepared carbon footprint assessment. The objective is not to demonstrate absolute accuracy but to ensure methodological consistency and suitability for decision-support use in de-sign. In addition, the impact of the evolving information content of the BIM model on calculation accuracy and performance is analyzed. The results indicate that BIM-based carbon footprint calculation enables systematic compari-son of structural frame alternatives and assessment of emission impacts already in the early de-sign phase. Automation of the calculation process reduces manual work and improves data transparency, thereby supporting the selection of more sustainable structural solutions. The de-veloped tool establishes a foundation for integrating carbon footprint assessment into the stand-ard workflow of structural design and promotes the objectives of low-carbon construction.