Rakennusmallit: fyysiset pienoismallit ja virtuaaliset BIM-mallit

Tutustu rakennusmalleihin: fyysiset pienoismallit ja virtuaaliset BIM-mallit — erot, käyttötarkoitukset ja hyödyt arkkitehtuurissa ja rakentamisessa.

Rakennusmalli on joko fyysinen (todellinen) tai virtuaalinen (tietokoneella) malli rakennuksesta. Hyvin usein fyysinen malli on alkuperäistä pienempi (pienoismalli).

Rakennusmalleja on kolmea perustyyppiä: arkkitehtonisia, rakenteellisia ja matemaattisia (virtuaalisia) malleja.

Fyysiset pienoismallit

Fyysiset pienoismallit ovat kolmiulotteisia, kosketeltavia esityksiä rakennuksesta tai ympäristöstä. Ne valmistetaan eri mittakaavoissa ja materiaaleista käyttötarkoituksen mukaan.

• Materiaalit ja valmistusmenetelmät: puu, kartonki, muovi, vaahtomuovi, akryyli; valmistus käsityönä, laserleikkaamalla, CNC-jyrsinnällä tai 3D-tulostamalla.
• Käyttötarkoitukset: arkkitehtoninen esittely, kilpailumallit, kaupunkisuunnittelu, näyttelyt ja asiakasvuorovaikutus. Pienoismalli havainnollistaa mittasuhteita, massoittelua ja suhteita ympäristöön selkeästi myös ei-ammattilaisille.
• Edut: intuitiivinen, helppo tulkita, toimii hyvin kokouksissa ja yleisön esittelyssä; voi korostaa muotoa ja mittakaavaa konkreettisesti.
• Rajoitteet: muutokset vaativat usein uutta työtä tai mallin osittaista uudelleenrakentamista; kustannukset ja valmistusaika voivat olla suuria tarkemmissa malleissa; vaikea sisällyttää ajallista tai datalähtöistä informaatiota.

Virtuaaliset BIM-mallit

Virtuaalisella mallilla tarkoitetaan yleensä tietomallinnusta (BIM, Building Information Modeling), jossa 3D-geometriaan liitetään rakennuksen komponenttien teknisiä tietoja.

• Mitä BIM sisältää: parametrisia objekteja (seinät, ikkunat, kantavat rakenteet), määrälaskentaa, aikataulutusta (4D), kustannuslaskentaa (5D) ja usein elinkaaritietoa (6D).
• Ohjelmistot ja yhteentoimivuus: yleisiä työkaluja ovat mm. Revit, ArchiCAD, Tekla ja useat simulointiohjelmat. Tiedon vaihtoon käytetään avoimia formaatteja kuten IFC, ja yhteinen tietomalli (CDE) mahdollistaa yhteistyön eri osapuolten välillä.
• Käyttötarkoitukset: suunnittelun koordinointi, törmäystarkastelut (clash detection), energi-, valaistus- ja ilmanvaihtosimuloinnit, materiaalien ja määrien laskenta sekä ylläpidon tukena toimiminen.
• Edut: ylläpidettävä ja päivitettävä malli koko elinkaaren ajan, tehokas kollaboraatiossa, vähentää virheitä ja muutostarpeita rakentamisessa, tukee automatisoitua määrälaskentaa ja simulointeja.
• Rajoitteet: vaatii osaamista ja ylläpitoa; mallin laatu riippuu tiedon syötöstä (LOD/LOI); ohjelmistojen ja formaattien yhteentoimivuus voi aiheuttaa haasteita.

Arkkitehtoniset, rakenteelliset ja matemaattiset mallit

Arkkitehtoniset mallit keskittyvät muotoon, tilajärjestelyihin, julkisivuihin ja käyttäjäkokemukseen. Ne voivat olla sekä fyysisiä pienoismalleja että BIM-malleja, joissa painotus on tilallisessa ilmaisussa.

Rakenteelliset mallit kuvaavat kantavia elementtejä ja niiden mitoitusta. Näitä käytetään rakennesuunnittelussa, analysoinnissa ja toteutuksen ohjauksessa; rakenteelliset mallit vaativat usein tarkempaa geometriaa ja materiaaliominaisuuksia.

Matemaattiset (virtuaaliset) mallit viittaavat analyyseihin ja simulointeihin perustuvaan mallinnukseen: esimerkiksi rakenneanalyysit, energiasimuloinnit ja optimointimallit. Näitä käytetään suunnitelmien toiminnallisuuden ja ylläpidettävyyden arviointiin.

Milloin käyttää mitäkin?

• Käsityöt ja esittelyt: kun tarkoituksena on havainnollistaa kokonaisuuden mittasuhteita tai puhutella laajaa yleisöä, fyysinen pienoismalli on tehokas.
• Suunnittelun ja rakentamisen koordinointi: käyttö BIM-mallia kannattaa, sillä se mahdollistaa törmäystarkastelun, määrälaskennan ja muutosten hallinnan.
• Hankkeen eri vaiheet: varhaisessa luonnosvaiheessa riittää usein yksinkertainen massoittelumalli (fyysinen tai virtuaalinen). Toteutusvaiheessa tarvitaan tarkempaa rakenteellista ja tuotannollista tietoa BIM-mallissa.

Käytännön vinkkejä

• Päätä jo projektin alussa mallin tavoitetaso (LOD) ja tiedon laajuus.
• Huolehdi yhteisestä koordinaatistojärjestelmästä ja nimeämiskäytännöistä, jotta tiedonvaihto sujuu.
• Hyvä fyysinen malli syntyy usein yhdistelmästä käsityötä ja digitaalisia valmistusmenetelmiä (esim. laserleikkaus, 3D-tulostus).
• Sovi yhteisistä formaateista (IFC, COBie yms.) ja käytä yhteistä tietomallialustaa (CDE) projektin osapuolten kesken.

Tulevaisuuden suuntaukset

Rakennusmallinnuksen kehitys suuntautuu kohti digitaalisia kaksosia (digital twins), IoT-integrointia, reaaliaikaista tiedonkeruuta ja AR/VR-visualisointeja. Myös pistepilviaineistojen hyödyntäminen (laserskannaus) as-built-mallinnuksessa ja automaattinen tietojen päivitys helpottavat rakennuksen elinkaaren hallintaa.

Yhteenvetona: fyysiset pienoismallit ja virtuaaliset BIM-mallit täyttävät eri tarpeita. Usein paras lopputulos saavutetaan yhdistämällä molempien vahvuudet—fyysinen malli havainnollistaa ja sitouttaa, kun taas virtuaalimalli mahdollistaa tarkan suunnittelun, simuloinnin ja elinkaaren hallinnan.

Rakennuksen rakennemalli

Insinöörit, jotka tarvitsevat pienoismalleja testatakseen suunnittelun todennäköistä suorituskykyä kehityksen varhaisessa vaiheessa maksamatta täysikokoisesta prototyypistä.

 
Kinemaattisesti vastaavat rakennusmallit tärinänkestävällä pöydällä, UCSD  

Virtuaalinen rakennusmalli

Virtuaalimalli on digitaalinen malli kohteesta (tyypillisesti huomattavasti yksinkertaistettu), jota voidaan käyttää tietokonesimulaatiossa tai virtuaalitodellisuudessa.

Yleisimpiä esimerkkejä virtuaalimalleista ovat 3D-mallit, jotka on luotu visualisointia varten - jotta voidaan nähdä, miltä rakenne näyttää ennen sen rakentamista. Arkkitehtuurin alalla virtuaalimallien käyttö on ollut hyvin suosittua vielä rakentamattomien rakennusten läpikatselujen animoimiseksi.

 
Kahden samanaikaisen rakennusmallin tietokoneanimaatio EPET:n avulla,.  

Kysymyksiä ja vastauksia

Q: Mikä on rakennusmalli?

K: Millaisia rakennusmalleja on kahdenlaisia?

K: Mikä on pienoismalli?

K: Kuinka monta rakennusmallien perustyyppiä on olemassa?

K: Mitkä ovat kolme rakennusmallien perustyyppiä?

K: Mikä on arkkitehtoninen malli?

K: Mikä on rakennemalli?

Hae kirjaimella