Digitalisaatio mahdollistaa siirtymisen projektiluonteisesta toiminnasta prosessin jatkuvaan kehittämiseen ja organisaatioiden oppimiseen hankkeesta toiseen. KIRAilmasto-ohjelmassa toteutettavassa 3,8 miljoonan euron ACTOR-hankkeessa kehitetään rakennusprosessin digitaalisen kaksosen tuottamista automaattisesti ja hankkeen visuaalista johtamista.
Building 2030 -konsortion rahoittamissa hankkeissa on tutkittu työmaata tukevan suunnittelun, hajautetun työnsuunnittelun ja tahtituotannon mahdollisuuksia ja vaikutuksia rakentamisessa. Rakentamisessa on useita tapoja sujuvoittaa toteutusta, vähentää hukkaa ja tiivistää aikataulua.
”Olemme tutkimuksissamme todenneet, että rakentamisessa tehokasta työaikaa työpisteellä on keskimäärin vain 20 prosenttia koko työajasta. Suurin osa työajasta kuluu erilaisten materiaalien, tarvikkeiden ja työkalujen hakemiseen ja erilaisten ongelmien selvittämiseen. Työntekijät eivät usein voi itse selvittää ongelmia vaan siihen tarvitaan työnjohtoa. Työnjohtoa on puolestaan yleensä liian vähän ja suunnitelmat ovat asentajien näkökulmasta puutteellisia. Suhteellisen helpoilla toimenpiteillä rakentamisen läpimenoajat voitaisiin puolittaa”, Aalto-yliopiston professori Olli Seppänen toteaa.
Esimerkiksi tahtituotanto on ohjelman kehityshankkeiden vauhdittamana yleistymässä monissa eturivin rakennusliikkeissä suurista konserneista pienempiin toimijoihin.
”Tahtituotannon kaltainen tuotantoprosessin suunnitelmallisuuden lisääntyminen on edellytys myös digitalisaation ja tekoälyn tehokkaalle hyödyntämiselle rakentamisessa, koska tekoälyn näkökulmasta tavanomainen rakennushanke vaikuttaa kaoottiselta, eikä siitä ole helppoa löytää oleellista dataa ja toistuvuutta”, Seppänen sanoo.
Building 2030 -työ pohjautuu kansainvälisiin vertailuihin, parhaiden käytäntöjen omaksumiseen muilta aloilta sekä teknologian ja digitalisaation mahdollistamiin toimintatapojen muutokseen.
Automaatiota lisättävä prosessissa
Building 2030 -konsortion tehtävänä on kehittää Suomen rakennusalalle visio vuodelle 2030 ja edistää sen toteutumista. Vision avulla halutaan varautua alaan kohdistuviin tulevaisuuden muutoksiin, kuten digitalisaatioon, nopeaan kaupungistumiseen ja ilmastonmuutokseen. Samalla halutaan varmistaa, että rakennusalan liiketoiminta on jatkossakin kestävällä pohjalla.
Tietomallintaminen on edistänyt suunnittelun digitalisaatiota ja eri suunnittelualojen tiedonvaihtoa. Tietomallien vieminen pidemmälle rakennuksen digitaalisen kaksosen avulla voi helpottaa huoltoa ja ylläpitoa, kun siitä voidaan seurata reaaliajassa esimerkiksi taloteknisten järjestelmien toimintaa ja sisäolosuhteita rakennuksen eri tiloissa.
”Myös suunnittelu- ja rakentamisprosessiin on kehitettävä koko prosessin digitaalinen kaksonen. Siitä nähdään mitä prosessin aikana oikeasti tapahtuu, eli kuka tekee mitäkin ja milloin. Tämä mahdollistaa erilaisten asioiden ja vaiheiden automatisoinnin ja tekoälyn hyödyntämisen rakentamisen prosessissa. Nykyisin meillä ei ole rakennusalalla prosessin automaatiota juuri lainkaan, vaan ihmiset huomaavat ongelmia ja ratkaisevat ongelmia sosiaalisesti esimerkiksi puhelinkeskusteluilla ja tekevät tilauksia soittamalla tai lähettämällä sähköpostia”, Seppänen selvittää.
Digitaalisesta tilannekuvasta selviää mitä kussakin työvaiheissa tarvitaan, jolloin esimerkiksi tilauksia voidaan automatisoida. Tällöin työnjohdolle vapautuu aikaa prosessin johtamiseen.
”Nykyisin työnjohtoa on työmailla liian vähän, jolloin työntekijät joutuvat itse improvisoimaan mitä tehdä seuraavaksi ilman kunnollisia ohjeita ja suunnitelmia.”
Tahtituotanto parantaa tuottavuutta
Rakennusalan tuottavuuden kehitys on ollut pitkään hidasta, mutta Olli Seppänen uskoo, että muun muassa tahtituotannon lisääntyvä käyttö alkaa näkyä jo lähivuosina parempina tuottavuuslukuina.
”Tahtituotannossa tuotannon vaiheet on suunniteltu tarkkaan ja työnjohtoon ja suunnitelmien laatuun panostetaan. Tällöin prosessin tuottavuus kasvaa ja hukka pienenee sekä toiston myötä myös laatu paranee.”
Seppäsen mukaan tutkimukset osoittavat, että suunnittelun tarkkuustaso on rakennusalalla yleisesti riittämätön tehokkaaseen ja tarkkaan toteutukseen.
”Vain muutamissa rakennetyypeissä, kuten betonielementeissä ja teräsrakenteissa, piirustukset ovat detaljoitujen konepaja- ja asennuspiirustusten tasolla. Sen sijaan esimerkiksi talotekniikassa tietomallinnuksesta ei saada yleensä täyttä hyötyä, koska suunnitelmat eivät ole riittävän tarkkoja. Suunnitelmista puuttuvat muun muassa kannakoinnit ja monia tilaa vieviä komponentteja, eivätkä suunnitelmien reitit ole urakoitsijan näkökulmasta taloudellisimpia. Asentajat joutuvat soveltamaan ja työmaalla tapahtuu risteilyjä.”
Erityisesti putkiasentajat joutuvat soveltamaan reittejä ja asennuksia, koska ennen heitä on ollut monta työvaihetta, joita ei ole suunniteltu ja yhteensovitettu tarkasti.
”Aikataulujen osalta sähköasentajat joutuvat soveltamaan eniten, koska he ovat yleensä viimeisinä ja kaikki muut vaiheet ovat jo viivästyneet. Rakentamisaikataulu ei kerro sähköasentajille yhtään mitä heidän pitäisi tehdä seuraavaksi, se kertoo vain sen, että työt ovat paljon myöhässä joka aamu”, Seppänen huomauttaa.
Kohti visuaalista johtamista
Olli Seppäsen mukaan työmaan digitaalisen tilannekuvan rakentamiseen on olemassa jo monipuolisesti teknologiaa, jota monet yritykset käyttävät. Tietoa voidaan koota esimerkiksi erilaisilla kameroilla ja sensoreilla ja yhdistää mukaan järjestelmiä joihin ihmiset syöttävät esimerkiksi aikatauluihin ja laatuun liittyvää dataa.
”360-kamerat ovat yleistyneet, jolloin työmaan kiertämällä tallentuu automaattisesti jokaisen työpisteen tilanne eikä kameralla tarvitse erikseen kuvata kohteita, jotka ovat kiinnostavia. Myös sisäpaikannusjärjestelmät ovat yleistymässä, jolloin työkaluihin ja rakenneosiin kiinnitettyjen tagien avulla voidaan seurata missä tarvikkeet ja resurssit ovat työmaalla ja seurata tuottavuutta. Nosturikamerat, dronet ja hissijärjestelmät tuottavat osaltaan dataa. Datan automaattinen analysointi puuttuu vielä siitä, että digitaalisesta tilannekuvasta päästäisiin prosessin digitaaliseen kaksoseen.”
Digitalisaatio mahdollistaa myös visuaalisen johtamisen, jolloin asentajille annetaan mahdollisimman visuaalisessa muodossa oman tehtävän kannalta relevanttia tietoa siitä mitä ja miten työvaiheet tulisi tehdä. Seppäsen mukaan visuaalinen johtaminen on seuraava askel työmailla ja siinä hyödynnetään muun muassa työkohteissa olevia näyttöjä. Sisältö riippuu siitä, kuka tietoa tarkastelee.
”Visuaalisen johtamisen tutkimuksessa laitoimme työmaalle tahtituotantoon liittyviä tauluja, jolloin työmaataso pääsi näkemään vaiheita ja keskustelemaan aikataulusta. Tällöin kaikki ymmärsivät työvaiheet ja aikataulun paremmin. Visuaalisen johtamisen etuna on myös kielimuuriongelmien poistuminen. Meillä on työmailla paljon ihmisiä, jotka eivät puhu suomea tai englantia”, Seppänen muistuttaa.
Aalto-yliopisto koordinoi ACTOR-projektia (Automatic Coordination of Construction Actors), jossa kehitetään visuaalista digitaalista johtamista. Business Finland on myöntänyt KIRAilmasto-ohjelmassa 1.4.2022–31.3.2024 toteutettavaan hankkeeseen 2,2 miljoonan euron avustuksen ja osallistujien oma rahoitus on 1,57 miljoonaa euroa. Hankkeeseen osallistuvat Aalto-yliopiston lisäksi VTT, Carina Solutions Oy, Trimble Solutions Oy, Fira Oy ja Kone Oyj.
ACTOR automatisoi tilannekuvadatan keräämisen, yhteensopivassa muodossa tallentamisen, analysoinnin ja työntekijätasoisen ohjauksen. Hanke tuottaa rakennusprosessista automaattisesti digitaalisen kaksosen, joka tarjoaa työntekijöille ja työnjohdolle muun muassa lisätyn todellisuuden avulla työskentelyä tehostavaa visuaalista informaatiota. Parantamalla rakennustyön johtamista tilannekuvan avulla tuotanto tehostuu merkittävästi.
ACTORin tulokset mahdollistavat työmaan materiaalihukan vähentämisen jopa kolmanneksella, mikä vähentää hiilidioksidipäästöjä merkittävästi. Lisäksi tehostunut työskentely ja logistiikka sekä aikataulun optimointi pienentävät työmaan energiankulutusta.
Myös toimintatapoja kehitettävä
Digitaalisen tilannekuvan keräämiseen voidaan hyödyntää myös markkinoilta saatavia robotteja, mutta rakennustyömaiden vaihtuvien olosuhteiden vuoksi robotiikan käyttö vaatii vielä kehitystä.
”Rakennustyömaalla on tiedettävä paljon työturvallisuuteen ja liikkumiseen liittyviä asioita, kuten mistä voi pudota ja onko jossakin betonivalua, jonne ei saa astua. Vaikka jotkut robotit osaavat kiivetä portaita, vaatii robotin käyttö työmaaolosuhteissa vielä ihmisen valvontaa tai kauko-ohjausta. Aalto-yliopiston sähköteknillisessä korkeakoulussa kehitetään parhaillaan tekoälyä robotin itseohjautuvuuden parantamiseksi”, Seppänen kertoo.
Digitalisaation rinnalla tuottavuuden parantaminen edellyttää toimintatapojen kehittämistä.
”Tarvitaan enemmän yhteistyötä. Suunnittelijoiden on oltava enemmän mukana urakointivaiheessa ja urakoitsijoiden suunnitteluvaiheessa. Ennakkosuunnittelua on lisättävä ja tällöin kiinteähintaiset urakat eivät ole välttämättä kokonaisuuden kannalta järkeviä vaan tarvitaan enemmän yhteistoiminnallisia malleja – ei välttämättä alliansseja, mutta sellaisia missä pystytään tekemään ja kehittämään asioita järkevästi yhdessä.”
Seppäsen mukaan tahtituotannosta löytyy parhaita esimerkkejä Suomesta, Norjasta, Saksasta ja Yhdysvalloissa etenkin Kaliforniasta. Tahtituotannossa hyödynnetään entistä enemmän hajautettua työnsuunnittelua, jossa työntekijät ja aliurakoitsijat otetaan mukaan tuotannon suunnitteluun.
”Hajautettua tahtituotantoa on hyödynnetty Suomessa jo lukuisissa kohteissa. Esimerkiksi Skanskan Kaupunkiympäristötalo-hankkeessa Helsingin Kalasatamassa otettiin työntekijät mukaan tahtituotannon suunnitteluun. Suomessa toteutusvaiheessa kannattaisi yleisesti lisätä työntekijöiden vaikutusmahdollisuuksia.”
Läpimenoaika voidaan puolittaa
Tahtituotantotyömailla panostetaan yleisesti enemmän työnjohtoon, myös talotekniikan osalta.
”Kun työmaata johdetaan tarkemmin, läpimenoajat lyhenevät. Perinteisessä mallissahan työnjohtoon ei ole haluttu panostaa, koska kaikki käyttävät samoja aliurakoitsijoita ja kiinteähintaisissa tarjouksissa kilpaillaan sillä, kuka pystyy viemään hankkeen läpi pienimmällä miehityksellä”, Seppänen sanoo.
Koska perinteisillä tavoilla toteutetuissa rakennushankkeissa aktiivista asennusaikaa on vain noin 20 prosenttia työpäivästä, on yksittäisen hankkeen läpimenoaika mahdollista puolittaa suhteellisen yksinkertaisilla tavoilla.
”Suunnittelu, työnsuunnittelu ja logistiikka pitää tehdä tarkemmin. Tarvittavien materiaalien täytyy olla työpisteen läheisyydessä, suunnitelmien riittävän detaljitasoisia, kaikille täytyy olla selvää mitä tehdään seuraavaksi ja olosuhteiden täytyy olla oikeat. Meillä on Suomessa jo pilvin pimein ihmisiä, jotka tietävät miten nämä asiat tehdään, mutta siinä on vielä paljon kehittämistä, miten ne saadaan eri organisaatioissa ja työmailla tehtyä jatkuvasti oikein.”
Esimerkiksi Fira on hyödyntänyt tahtituotantoa jo melko paljon omissa rakennushankkeissaan. Seppäsen mukaan tahtituotantoa käyttävät nykyisin useat rakennusliikkeet, mutta niistäkin monet tekevät valtaosan kohteistaan perinteisillä toteutustavoilla.
”Usein noin kymmenen prosenttia hankkeiden vetäjistä on hyvin kiinnostuneita hyödyntämään uusia menetelmiä ja kehittämään toimintatapoja hankkeista toiseen, mutta suurin osa haluaa tehdä niin kuin ennenkin on tehty”, Seppänen sanoo.
Tilaaja voi vaatia enemmän
Vaikka Suomessa on hyviä kokemuksia tahtituotannosta ja yksittäisten hankkeiden läpimenoaikojen lyhentämisestä sen avulla, ei meillä mikään yritys ole uskaltanut lähteä yhdysvaltalaisten kärkiyritysten tavoin lisäämään panoksia huomattavasti tarkempaan suunnitteluun. Onnistunut esimerkki on Kaliforniassa toimivan Suffolk Constructionsin jo vuosia sitten toteuttama suuri pilvenpiirtäjähanke, jossa pääurakoitsija päätti tilata 10 000 tuntia ylimääräistä suunnittelua, jotta urakoitsijalle saadaan varmasti riittävän hyvät suunnitelmat toteutusta varten.
Lopputuloksena tilaaja säästi 2,5 miljoonaa dollaria ja hanke valmistui yli kuukautta nopeammin. Pääurakoitsija sai 20 prosenttia enemmän katetta ja koko tilaus- ja toimitusketju oli erittäin tyytyväinen. Onnistuneen pilvenpiirtäjähankkeen jälkeen Suffolk Costruction päätti ottaa tarkennetun suunnittelun käyttöön kaikissa hankkeissaan.
Usein rakennushankkeiden läpimenoajan ja tuottavuuden parantamisen takaa löytyy vaativa ja omassa toiminnassaan innovatiivinen tilaaja.
”Esimerkiksi BMW tilaa tuotantolaitoksia ja muita rakennuksia kahdella miljardilla eurolla vuosittain. He ovat puolittaneet ajan, jossa he saavat uuden tehtaan käyttöön. Se on mahdollistanut rakennusprosessin tehostamisen ja pääoman nopeamman tuottavuuden lisäksi uusien automallien tuomisen markkinoille vuotta aikaisemmin, mikä on todella merkittävä taloudellinen kilpailuetu heidän liiketoiminnassaan.”
BMW on edellyttänyt hankkeissaan pitkälle vietyä esivalmistusta ja tahtituotantoa. Tilaajana he ottavat hankkeisiinsa vain heidän toimintatapoihinsa kykeneviä urakoitsijoita, joiden kanssa rakentamisen prosessia optimoidaan alusta lähtien kokonaisuutena.
”Meillä on Suomessa melko vähän rakennusliikkeitä, jotka ottaisivat itseään oikein kunnolla niskasta kiinni tai tilaajia, jotka edellyttävät parempaa suorituskykyä rakennuttamissaan hankkeissa. Valtaosa on tyytyväisiä keskinkertaiseen suoritukseen. Hyvin harvat haluavat oikeasti paljon parempaa, vaikka sitä kautta olisi mahdollista saada huomattavaa kilpailuetua”, Seppänen toteaa.
Building 2030 -konsortioon kuuluu Aalto-yliopiston lisäksi 21 rakennusalan yritystä: A-Insinöörit, Consolis Parma, Fira, Granlund, Haahtela, Hilti, Jatke, Lujatalo, MagiCAD Group, Peab, Pohjola Rakennus, Ramboll, Ramirent, Rejlers, Skanska, SRV, Stark, Tocoman, Trimble, Vastuu Group ja YIT.
KIRA-kasvuohjelmassa mukana olevia yrityksiä, innovaatioita ja kehityshankkeita on esitelty Rakennusninsinöörit ja -arkkitehdit RIA ry:n RIA-lehdessä (2/2023).
Teksti: Sampsa Heilä
Kuvat: Aarni Heiskanen, Jaakko Kahilaniemi