Tietomallin pelillistäminen ja toiminnallisen suunnittelun menetelmä rakennusten suunnittelun apuna
Selin, Jukka (2021)
Selin, Jukka
Tampereen yliopisto
2021
Vuorovaikutteisen teknologian tohtoriohjelma - Doctoral Programme in Interactive Technology
Informaatioteknologian ja viestinnän tiedekunta - Faculty of Information Technology and Communication Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Väitöspäivä
2021-03-26
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-03-1888-8
https://urn.fi/URN:ISBN:978-952-03-1888-8
Tiivistelmä
Rakennuksen suunnittelussa ja elinkaaren eri vaiheissa tarvitaan useamman eri alan ja toimijan asiantuntemuksen yhdistämistä. Tarvitaan mm. rakennussuunnittelua, rakennesuunnittelua, sähkösuunnittelua ja LVI-suunnittelua. Nykyisin rakennussuunnittelussa on laajalti siirrytty kolmiulotteiseen suunnitteluun ja tietomallinnukseen. Tietomallinnusta kutsutaan yleisesti nimellä BIM (Building Information Modeling). BIM on kehitetty parantamaan ja tehostamaan yhteistyötä eri toimijoiden välillä. Perusajatuksena on pitää kaikki rakentamista koskevat tiedot loogisesti yhdessä paikassa. Fyysisesti tietomalli voi olla keskitetty tai hajautettu. Tietomalli voi palvella kohteen suunnittelua ja rakentamista, mutta sitä voidaan ylläpitää ja hyödyntää myös koko kohteen elinkaaren ajan. Tällöin se voisi toimia käyttöliittymänä esimerkiksi rakennuksen valvontaan ja ylläpitoon.
Tutkimukset ovat myös osoittaneet, että kohteiden kolmiulotteinen mallintaminen kannattaa. Kohteiden esittely kolmiulotteisesti helpottaa huomattavasti ymmärrystä kohteesta ja parantaa tätä kautta eri toimijoiden välistä yhteistyötä rakennuksen elinkaaren kaikissa vaiheissa aina suunnittelusta ylläpitoon. (Hilfert & König, 2016.) Nykyisin rakennussuunnittelu toteutetaan yleensä kolmiulotteisena ja osana kohteen tietomallia luodaan rakennuksen erilaiset 3D-mallit. Eräs tällainen osamalli on arkkitehtimalli, joka kuvaa kohdetta arkkitehtisuunnittelun näkökulmasta. Luonnollinen jatke tietomallinnukselle onkin tietomallin pelillistäminen. Pelillistämisellä tarkoitetaan pelinkehitysmenetelmien ja -välineiden hyödyntämistä muussa kuin pelikontekstissa. Tässä tapauksessa konteksti on ensisijaisesti rakennusten suunnittelu ja rakentaminen, sekä tätä kautta suunnitelmien havainnollistaminen. (Seaborn & Felsh, 2015.)
Tietomallin pelillistäminen sisältää yleensä ainakin vapaan liikkumisen rakennuksessa, mutta siihen voi liittyä myös monia muita ominaisuuksia, jotka tukevat kohteen suunnittelua, visualisointia ja ylläpitoa. Monet CAD-ohjelmistot sisältävät jo nykyisin yksinkertaiset pelillistämisen työkalut. Jos pelillistäminen toteutetaan pelimoottoreiden avulla, saadaan pelillistettyyn tietomalliin toteutettua juuri halutun kaltaiset ominaisuudet.
Väitöskirjassa esitetään ideoita ja menetelmiä, sekä niiden testaamiseksi toteutettuja pilotointeja tietomallin pelillistämiseksi ja pelillistetyn tietomallin hyödyntämiseksi rakennuksen elinkaaren eri vaiheissa suunnittelusta aina rakennuksen ylläpitoon asti. Merkittävimmät aihealueet ovat tilantarpeiden mitoitus, esteettömyys, turvallisuus ja suunnittelun joukkoistaminen. Väitöskirjassa esitettävät ideat ja menetelmät, sekä niihin liittyvät pilotoinnit hyödyntävät keksimääni patentoitua toiminnallisen suunnittelun menetelmää (FDM = Functional Design Method). FDM tarjoaa idean ja menetelmän kohteessa tapahtuvan todellisen toiminnan vaatiman tilantarpeen nykyistä parempaan huomioimiseen kohteen elinkaaren eri vaiheissa. Menetelmälle on myönnetty patentti Suomessa sekä USA:ssa.
Olemme tutkineet kehittämiemme ideoiden ja menetelmien toimivuutta käytännössä toteuttamalla erilaisia pilotointeja. Toteutimme pilotointien yhteydessä joukon artefakteja, joiden avulla pilotoinnit suoritettiin. Suoritimme jokaisen pilotoinnin aikana osallistuvaa havainnointia, sekä toteutimme avoimen haastattelututkimuksen pilotointiin osallistuneille toimijoille. Lisäksi suoritimme muutamia teemahaastatteluja. Pilotointien avulla tutkittiin ensisijaisesti keksimäni toiminnallisen suunnittelun menetelmän hyödyntämistä yhdessä rakennuksen pelillistetyn tietomallin kanssa erilaisissa kohteissa. Ensimmäisen pilotoinnin aihe on rakennuksen esteettömyyden suunnittelu. Toinen pilotointi liittyy rakennuksen hätäpoistumisen suunnitteluun ja mitoitukseen, sekä tekoälyn ja dataanalytiikan hyödyntämiseen suunnittelussa. Kolmannen ja neljännen pilotoinnin aiheena on suunnittelun joukkoistaminen monipelitekniikoita ja epälineaarisen tarinankerronnan menetelmiä ja työkaluja hyödyntäen.
Väitöskirjan edustama tieteenfilosofinen suuntaus on konstruktivismi ja siinä hyödynnetään konstruktiivista tutkimusotetta suunnittelutieteen ja suunnittelututkimuksen menetelmien avulla. Tutkimusten empiirinen aineisto on kerätty pääosin laadullisin menetelmin osallistuvaa havainnointia, avoimia haastatteluja ja teemahaastatteluja hyödyntäen. Lisäksi väitöskirja sisältää kirjallisuuskatsauksen, jonka avulla esitetään alan aikaisempaa tutkimusta ja jonka avulla perustellaan myös tämän väitöstutkimuksen tarvetta.
Väitöskirjan sisältämä kirjallisuuskatsaus osoittaa, että tutkijat ovat havainneet tarpeen saada toiminnallisuus ja käyttäjien aktiviteetit nykyistä suurempaan rooliin rakennussuunnittelussa heti suunnittelun alusta alkaen. Lisäksi suunnitelmien parempi havainnollisuus ja tätä kautta käyttäjien nykyistä voimakkaampi mukaan ottaminen
suunnitteluun ovat tutkijoiden mielestä rakennussuunnittelun keskeisiä vaatimuksia nyt ja tulevaisuudessa. Myös erilaiset simulaatiot ja suunnittelun avoimuus esimerkiksi joukkoistamisen avulla ovat toivottuja kehityssuuntia. Samansuuntaisia tuloksia saimme myös pilotointien yhteydessä tekemistämme haastatteluista. Haastattelut kohdistuivat pääosin TKI-hankkeidemme yhteistyökumppaneina toimiviin rakennusalan yrityksiin. Heidän keskeisin vaatimuksensa oli rakennuksessa tapahtuvan toiminnallisuuden parempi huomioiminen heti suunnittelun alusta lähtien, sekä rakennussuunnitelmien havainnollisuuden parantaminen yleisesti. Lisäksi he olivat erittäin kiinnostuneita löytämään tietomallille uusia käyttökohteita esimerkiksi pelillistämisen kautta. Väitöskirjan esittämät menetelmät ja niihin liittyvät pilotoinnit pyrkivät osaltaan vastaamaan näihin edellä esitettyihin haasteisiin. Keksimäni toiminnallisen suunnittelun menetelmä auttaa suunnittelijoita mitoittamaan tiloja tiloissa tapahtuvan toiminnan ja aktiviteettien ehdoilla. Kehittämämme menetelmä ja menetelmää tukeva prosessi Open BIM -standardin mukaisen tietomallin pelillistämiseksi puolestaan auttaa havainnollistamaan rakennussuunnitelmia ja tätä kautta ottamaan myös muut kuin rakennusalan ammattilaiset suunnitteluun paremmin mukaan jo heti suunnittelun alussa. Tätä tavoitetta tukee myös pilotoimamme monen samanaikaisen käyttäjän suunnitteluympäristöt, jotka mahdollistavat mm. suunnittelun joukkoistamisen.
Yhteistyöyrityksemme ovat testanneet kehittämiämme menetelmiä omissa kaupallisissa projekteissaan. Osa näistä testeistä liittyy myös suoraan heidän kanssaan tekemiimme pilotointeihin. Esimerkiksi tietomallin pelillistämisen menetelmää ja menetelmää tukevaa prosessia on testattu Mikkelin keskussairaalan uusien rakennusten pelillistämisessä, Pieksämäen keskustaan rakennetun kauppakeskuksen pelillistämisessä, Pieksämäen uuden Hiekanpään koulukeskuksen pelillistämisessä ja erään uuden paloaseman pelillistämisessä. Lisäksi he ovat testanneet toiminnallisen suunnittelun menetelmää Pieksämäen keskustan kauppakeskuksen hätäpoistumisen simuloinnin asiakasprofiilien määrityksessä, sekä esteettömyyden simuloinnissa ja mitoituksessa. Myös suunnittelun joukkoistamista on testattu jo kahdessa käytännön yritysprojektissa. Nämä projektit ovat Hiekanpään koulukeskuksen kalustesuunnittelu ja paloaseman yhteissuunnittelu.
Kirjallisuuskatsauksen lisäksi pilotointien yhteydessä yhteistyöyrityksiin ja muihin hankkeen toimijoihin kohdistamamme haastattelut osoittavat, että toiminnallisen suunnittelun menetelmä yhdessä rakennuksen pelillistetyn tietomallin kanssa tarjoaa merkittävää lisäarvoa rakennuksen suunnittelulle ja ylläpidolle koko rakennuksen elinkaaren ajan. Erilaisia käyttökohteita on paljon. Pilotoimamme ideat esteettömyyden suunnittelusta, tilojen mitoituksesta, turvallisuuden simuloinnista ja suunnittelun joukkoistamisesta tukevat näkemyksiämme toiminnallisen suunnittelun menetelmän ja rakennuksen pelillistetyn tietomallin soveltuvuudesta ja niiden tuomasta lisäarvosta tietomallipohjaiselle rakennussuunnittelulle. Tätä näkemystä vahvistaa vielä yhteistyöyritystemme omissa kaupallisissa projekteissaan tekemät havainnot, jotka ovat myös tulleet esille hankkeiden aikana ja pilotointien yhteydessä tekemissämme haastatteluissa. Tähän väitöskirjaan liittyvät julkaisut käsittelevät pääosin näitä aihealueita eri näkökulmista.
Tutkimukset ovat myös osoittaneet, että kohteiden kolmiulotteinen mallintaminen kannattaa. Kohteiden esittely kolmiulotteisesti helpottaa huomattavasti ymmärrystä kohteesta ja parantaa tätä kautta eri toimijoiden välistä yhteistyötä rakennuksen elinkaaren kaikissa vaiheissa aina suunnittelusta ylläpitoon. (Hilfert & König, 2016.) Nykyisin rakennussuunnittelu toteutetaan yleensä kolmiulotteisena ja osana kohteen tietomallia luodaan rakennuksen erilaiset 3D-mallit. Eräs tällainen osamalli on arkkitehtimalli, joka kuvaa kohdetta arkkitehtisuunnittelun näkökulmasta. Luonnollinen jatke tietomallinnukselle onkin tietomallin pelillistäminen. Pelillistämisellä tarkoitetaan pelinkehitysmenetelmien ja -välineiden hyödyntämistä muussa kuin pelikontekstissa. Tässä tapauksessa konteksti on ensisijaisesti rakennusten suunnittelu ja rakentaminen, sekä tätä kautta suunnitelmien havainnollistaminen. (Seaborn & Felsh, 2015.)
Tietomallin pelillistäminen sisältää yleensä ainakin vapaan liikkumisen rakennuksessa, mutta siihen voi liittyä myös monia muita ominaisuuksia, jotka tukevat kohteen suunnittelua, visualisointia ja ylläpitoa. Monet CAD-ohjelmistot sisältävät jo nykyisin yksinkertaiset pelillistämisen työkalut. Jos pelillistäminen toteutetaan pelimoottoreiden avulla, saadaan pelillistettyyn tietomalliin toteutettua juuri halutun kaltaiset ominaisuudet.
Väitöskirjassa esitetään ideoita ja menetelmiä, sekä niiden testaamiseksi toteutettuja pilotointeja tietomallin pelillistämiseksi ja pelillistetyn tietomallin hyödyntämiseksi rakennuksen elinkaaren eri vaiheissa suunnittelusta aina rakennuksen ylläpitoon asti. Merkittävimmät aihealueet ovat tilantarpeiden mitoitus, esteettömyys, turvallisuus ja suunnittelun joukkoistaminen. Väitöskirjassa esitettävät ideat ja menetelmät, sekä niihin liittyvät pilotoinnit hyödyntävät keksimääni patentoitua toiminnallisen suunnittelun menetelmää (FDM = Functional Design Method). FDM tarjoaa idean ja menetelmän kohteessa tapahtuvan todellisen toiminnan vaatiman tilantarpeen nykyistä parempaan huomioimiseen kohteen elinkaaren eri vaiheissa. Menetelmälle on myönnetty patentti Suomessa sekä USA:ssa.
Olemme tutkineet kehittämiemme ideoiden ja menetelmien toimivuutta käytännössä toteuttamalla erilaisia pilotointeja. Toteutimme pilotointien yhteydessä joukon artefakteja, joiden avulla pilotoinnit suoritettiin. Suoritimme jokaisen pilotoinnin aikana osallistuvaa havainnointia, sekä toteutimme avoimen haastattelututkimuksen pilotointiin osallistuneille toimijoille. Lisäksi suoritimme muutamia teemahaastatteluja. Pilotointien avulla tutkittiin ensisijaisesti keksimäni toiminnallisen suunnittelun menetelmän hyödyntämistä yhdessä rakennuksen pelillistetyn tietomallin kanssa erilaisissa kohteissa. Ensimmäisen pilotoinnin aihe on rakennuksen esteettömyyden suunnittelu. Toinen pilotointi liittyy rakennuksen hätäpoistumisen suunnitteluun ja mitoitukseen, sekä tekoälyn ja dataanalytiikan hyödyntämiseen suunnittelussa. Kolmannen ja neljännen pilotoinnin aiheena on suunnittelun joukkoistaminen monipelitekniikoita ja epälineaarisen tarinankerronnan menetelmiä ja työkaluja hyödyntäen.
Väitöskirjan edustama tieteenfilosofinen suuntaus on konstruktivismi ja siinä hyödynnetään konstruktiivista tutkimusotetta suunnittelutieteen ja suunnittelututkimuksen menetelmien avulla. Tutkimusten empiirinen aineisto on kerätty pääosin laadullisin menetelmin osallistuvaa havainnointia, avoimia haastatteluja ja teemahaastatteluja hyödyntäen. Lisäksi väitöskirja sisältää kirjallisuuskatsauksen, jonka avulla esitetään alan aikaisempaa tutkimusta ja jonka avulla perustellaan myös tämän väitöstutkimuksen tarvetta.
Väitöskirjan sisältämä kirjallisuuskatsaus osoittaa, että tutkijat ovat havainneet tarpeen saada toiminnallisuus ja käyttäjien aktiviteetit nykyistä suurempaan rooliin rakennussuunnittelussa heti suunnittelun alusta alkaen. Lisäksi suunnitelmien parempi havainnollisuus ja tätä kautta käyttäjien nykyistä voimakkaampi mukaan ottaminen
suunnitteluun ovat tutkijoiden mielestä rakennussuunnittelun keskeisiä vaatimuksia nyt ja tulevaisuudessa. Myös erilaiset simulaatiot ja suunnittelun avoimuus esimerkiksi joukkoistamisen avulla ovat toivottuja kehityssuuntia. Samansuuntaisia tuloksia saimme myös pilotointien yhteydessä tekemistämme haastatteluista. Haastattelut kohdistuivat pääosin TKI-hankkeidemme yhteistyökumppaneina toimiviin rakennusalan yrityksiin. Heidän keskeisin vaatimuksensa oli rakennuksessa tapahtuvan toiminnallisuuden parempi huomioiminen heti suunnittelun alusta lähtien, sekä rakennussuunnitelmien havainnollisuuden parantaminen yleisesti. Lisäksi he olivat erittäin kiinnostuneita löytämään tietomallille uusia käyttökohteita esimerkiksi pelillistämisen kautta. Väitöskirjan esittämät menetelmät ja niihin liittyvät pilotoinnit pyrkivät osaltaan vastaamaan näihin edellä esitettyihin haasteisiin. Keksimäni toiminnallisen suunnittelun menetelmä auttaa suunnittelijoita mitoittamaan tiloja tiloissa tapahtuvan toiminnan ja aktiviteettien ehdoilla. Kehittämämme menetelmä ja menetelmää tukeva prosessi Open BIM -standardin mukaisen tietomallin pelillistämiseksi puolestaan auttaa havainnollistamaan rakennussuunnitelmia ja tätä kautta ottamaan myös muut kuin rakennusalan ammattilaiset suunnitteluun paremmin mukaan jo heti suunnittelun alussa. Tätä tavoitetta tukee myös pilotoimamme monen samanaikaisen käyttäjän suunnitteluympäristöt, jotka mahdollistavat mm. suunnittelun joukkoistamisen.
Yhteistyöyrityksemme ovat testanneet kehittämiämme menetelmiä omissa kaupallisissa projekteissaan. Osa näistä testeistä liittyy myös suoraan heidän kanssaan tekemiimme pilotointeihin. Esimerkiksi tietomallin pelillistämisen menetelmää ja menetelmää tukevaa prosessia on testattu Mikkelin keskussairaalan uusien rakennusten pelillistämisessä, Pieksämäen keskustaan rakennetun kauppakeskuksen pelillistämisessä, Pieksämäen uuden Hiekanpään koulukeskuksen pelillistämisessä ja erään uuden paloaseman pelillistämisessä. Lisäksi he ovat testanneet toiminnallisen suunnittelun menetelmää Pieksämäen keskustan kauppakeskuksen hätäpoistumisen simuloinnin asiakasprofiilien määrityksessä, sekä esteettömyyden simuloinnissa ja mitoituksessa. Myös suunnittelun joukkoistamista on testattu jo kahdessa käytännön yritysprojektissa. Nämä projektit ovat Hiekanpään koulukeskuksen kalustesuunnittelu ja paloaseman yhteissuunnittelu.
Kirjallisuuskatsauksen lisäksi pilotointien yhteydessä yhteistyöyrityksiin ja muihin hankkeen toimijoihin kohdistamamme haastattelut osoittavat, että toiminnallisen suunnittelun menetelmä yhdessä rakennuksen pelillistetyn tietomallin kanssa tarjoaa merkittävää lisäarvoa rakennuksen suunnittelulle ja ylläpidolle koko rakennuksen elinkaaren ajan. Erilaisia käyttökohteita on paljon. Pilotoimamme ideat esteettömyyden suunnittelusta, tilojen mitoituksesta, turvallisuuden simuloinnista ja suunnittelun joukkoistamisesta tukevat näkemyksiämme toiminnallisen suunnittelun menetelmän ja rakennuksen pelillistetyn tietomallin soveltuvuudesta ja niiden tuomasta lisäarvosta tietomallipohjaiselle rakennussuunnittelulle. Tätä näkemystä vahvistaa vielä yhteistyöyritystemme omissa kaupallisissa projekteissaan tekemät havainnot, jotka ovat myös tulleet esille hankkeiden aikana ja pilotointien yhteydessä tekemissämme haastatteluissa. Tähän väitöskirjaan liittyvät julkaisut käsittelevät pääosin näitä aihealueita eri näkökulmista.
Kokoelmat
- Väitöskirjat [4776]