Tutkimus esittää ratkaisuja kohti teollisempaa talotekniikan asennustyötä

Talotekniikan merkitys rakentamisessa kasvaa jatkuvasti. Aiempi Building 2030 -konsortion tekemä tutkimus on osoittanut, että tate-asennukset eivät täytä teollisen prosessin vaatimuksia. Asentajat tekevät työmaalla omia suunnitteluratkaisujaan aikataulusyistä tai puutteellisen suunnittelutiedon vuoksi.

Joulukuussa 2022 julkaistu Esivalmistusta tukeva suunnitteluautomaatio -tutkimusraportti hakee ratkaisuja teollisemman rakentamistavan haasteisiin. Tutkimusraportin kirjoittajat ovat Olli Seppänen, Tuomas Valkonen, Hisham Abou Ibrahim ja Axel Lindberg. Tutkijatiimi halusi selvittää, miten erityisesti suunnittelun tarkkuustasoa parantamalla olisi mahdollista lisätä esivalmistusta ja parantaa asennustyön tuottavuutta ja laatua.

Tutkimus kartoitti aluksi suunnitelmien toteutuskelpoisuutta nykytilanteessa ja talotekniikan suunnitteluvaatimuksia. Tutkijat hakivat myös onnistuneita yritysesimerkkejä USAsta ja Suomesta.

Ratkaisuksi toteutuskelpoiseen ja esivalmistusta palvelevaan suunnitteluun tutkimus ehdottaa suunnitteluprosessin uudistusta ja suunnitteluautomaatiota.

Toistuvia asennushaasteita kolmessa tutkimuskohteessa

On tunnettua, että talotekniikkaurakoitsijoiden asennukset eivät aina vastaa suunnitelmia. Tämä tuli ilmi myös kolmessa tutkitussa rakennushankkeessa. Niistä kaksi oli koulurakennuksia ja yksi asuinkerrostalo. Kussakin kohteessa oli käytetty suunnittelussa tietomallinnusta mutta toisella koulutyömaalla oli käytössä ainoastaan perinteisiä paperipiirustuksia.

Asuntokohteessa oli muutamia toistuvia asennusongelmia. Alakattojen korot olivat asennusten kannalta usein liian korkeita, joten talotekniikan sovittaminen suunnitellusti oli työlästä tai mahdotonta. Se pakotti muun muassa erikoisvalmisteisten osien käyttöön pyöreiden kanavien sijaan.

Toinen asuntotyömaalla kertautuva ongelma oli paikallavalurakenteiden raudoitusten ja viemärien yhteentörmäys. Tate-tietomallista saattoi puuttua esimerkiksi palkki, jolloin sen kohdalle suunniteltu viemäri vaati uuden reiän tekemistä paikalla. Toisaalta joitakin asennuksia oli tehty suunnitelmien vastaisesti. Asentaja ei esimerkiksi tiennyt toisen tekniikkalajin tilantarpeista ja aiheutti ongelmia muuttaessaan asennusreittejä omalta kannaltaan helpommiksi.

Ensimmäisessä koulukohteessa asentajat olivat yksinkertaistaneet viemärihajotuksia, mikä vähensi materiaalitarvetta. Sähköasentajat olivat taas lisänneet kaapelihyllyjä, joita ei alkuperäisessä suunnitelmassa ollut.

Toisen koulutyömaan asennushaasteita olivat puutteelliset asennustilat ja yhteensovituksen puute. Tämä johti esimerkiksi käytävään suunniteltujen kanavien siirtoon luokkahuoneiden puolelle. Yhteensovituksen ongelmat johtuivat osittain tasokuvista, jotka voivat olla erittäin epähavainnollisia asennuksien suunnitteluun.

Esivalmistus lisää suunnitteluvaatimuksia

Suomessa talotekniikkateollisuus esivalmistaa ennen kaikkea erilaisia tilapohjaisia ratkaisuja, kuten kylpyhuoneita ja IV-konehuoneita. Tutkimuksessa putkistojen esivalmistuksen esimerkiksi valikoitui Kemin biotuotetehdas. Sinne esivalmistettiin prosessiputkistot, mutta rakennuksen muut järjestelmät tehtiin paikalla.

Yhdysvaltalainen Southland Industries on taas esimerkki uudenlaisesta, tate-esivalmistukseen nojautuvasta rakentamisesta. Yhtiö on LVI-urakoitsija, joka toteuttaa suurimman osan hankkeistaan Design-Build -mallilla, jossa urakoitsija vastaa myös suunnittelusta. Sen tuotantoprosessi koostuu viidestä vaiheesta:

1. Kustannusten arviointi, jossa päätetään myös esivalmistuksen asteesta.
2. Konseptisuunnittelu, jossa suunnitteluinsinööri laatii konseptiratkaisuja hankkeelle.
3. Detaljointi, jonka aikana detaljisuunnittelija kehittää edellisistä suunnitelmista asennuskelpoisia.
4. Konepajasuunnittelu, jossa asennuskokemusta omaava detaljoija ja konepajan asiantuntija tekevät esivalmistepiirustukset sisältäen isometriset kuvat, komponenttiluettelon ja mittatiedot.
5. Asennus, jossa toleranssivirheet hallitaan niin sanotuilla strategisilla puskureilla.

Southlandin toimintamalli havainnollistaa, että esivalmistus on otettava huomioon jo projektin kehitysvaiheessa. Samaten suunnittelun on palveltava sekä teollista prosessia että asennusta detaljitasolle asti.

Esivalmistuksen ei välttämättä ole tarpeen tapahtua vain erikoistuneissa tuotantolaitoksissa. Sitä voi tehdä myös työmaalla sille varatussa tilassa. Siinäkin tapauksessa suunnitelmien on tietenkin annettava riittävän tarkat tiedot toteuttajille.

Ratkaisuna roolien kehittäminen ja tarkempi mallinnus

Edellä kuvatuista asennettavuuden haasteista ja esivalmistuksen vaatimasta lisätarkkuudesta voi vetää johtopäätöksiä suunnittelun kehittämiseksi.

Asennettavampi suunnittelu edellyttäisi asentajien osallistamista suunnitteluvaiheessa. Tutkimuksessa tehtyjen testien perusteella asentajat huomaavat asennusongelmia jo suunnittelumalleista. Ongelmia onkin helpompi ratkaista ”virtuaalisesti” kuin vasta työmaalla.

Esivalmistussuunnittelu edellyttää tarkkaa, kaikki komponentit mallintavaa suunnittelua ja tietomallikoordinointia. Kasvavaa suunnittelun työmäärää voi hallita erikoistumisella ja yhteistyöllä. Konsepti- ja järjestelmätason suunnitteluun tarvitaan oma asiantuntijansa, kun taas asennettavuuden huomioon ottavaan suunnitteluun soveltuu asennustaustainen detaljoija. Osa detaljoinnin tehtävistä on myös automatisoitavissa.

Suunnitteluautomaatioon on vielä matkaa

Kirjallisuustutkimus osoitti, että talotekniikan suunnittelutehtäviin on jo olemassa joukko automaatioratkaisuja. Yksikään niistä ei kata koko suunnitteluprosessia vaan keskittyy tiettyyn tehtävään, esimerkiksi tehontarpeiden määritykseen tai kannakkeiden mallintamiseen.

Kuvausten perusteella ratkaisut eivät myöskään ulotu koko rakennuksen ja järjestelmäkokonaisuuden kattaviksi. Automaattinen putkireititys muuttuu huomattavasti haastavammaksi, jos tarkastellaan useita putkijärjestelmiä, joiden reititys vaikuttaa toisiinsa.

Kannakoinnin suunnittelua lukuun ottamatta tate-suunnitteluautomaation kaupallisia sovelluksia on tarjolla vain niukasti. Yleisin automaatiotekniikka lienee parametrisoitu suunnittelu. Sen avulla ohjelmointitaitoinen suunnittelija voi automatisoida työnkulkuja, joita voi tallentaa kirjastoon. Tietomallien tarkastamiseen on puolestaan sovelluksia, jotka tekevät automaattisia törmäystarkasteluja ja sääntöpohjaisia laatutarkastuksia.

Miten liikkeelle?

Tutkimusraportin perusteella talotekniikan asennusta palveleva suunnittelu vaatii suunnitelmien tarkkuuden kasvattamista, hyvää suunnittelualojen mallien yhteensovitusta ja asennuksen asiantuntemusta. Samat käytännöt parantaisivat sekä perinteistä että esivalmistukseen nojautuvaa toteutusta.

Yhteistoiminnalliset hankkeet ovat hyvä lähtöalusta uusien toimintamallien käyttöönotolle mutta ne olisivat sovellettavissa laajemminkin. Suunnittelun uudistus lisäisi varmasti myös valmistavan teollisuuden kiinnostusta esivalmisteiden tuottamiseen.

Lataa Esivalmistusta tukeva suunnitteluautomaatio -tutkimusraportti (LINKKI)