Olemme kaikki lukeneet mediasta uutisia siitä, kuinka teiden kunnostus viivästyy, koska tuntemattomia putkia ja kaapeleita tulee esiin maasta, tai että jokin kaupunki jäi ilman sähköä tärkeän kaapelin katkaisemisen vuoksi. Valitettavasti myös ulkomailta on tullut uutisia monista ihmisistä, jotka kuolivat kaasuputken kaivamisen aikana tapahtuneen räjähdyksen seurauksena.
Tämä kaikki johtuu siitä, että meiltä puuttuu tarkkaa ja luotettavaa tietoa maanalaisista kunnallisverkoista. Kaikki maan päällä oleva on silmillämme nähtävissä ja helposti mitattavissa. Toisaalta meillä ei ole fyysistä pääsyä maanalaisiin kunnallisverkkoihin, joten meiltä puuttuu totuudenmukainen ja luotettava tieto. Tämän seurauksena on:
- suora uhka rakentajien ja rakennustyömaalla olevien ihmisten hengelle ja terveydelle;
- mahdolliset suuret aineelliset vahingot;
- muutokset rakennushankkeiden suunnitelmissa ja työn kustannusten nousu;
- rakennustöiden myöhäinen valmistuminen;
- kyvyttömyys luoda 3D-tietomallia ja siirtyä mallisuunnitteluun;
- kyvyttömyys käyttää turvallisesti uusia rakennustekniikoita.
Tallinnan kaupunki on päättänyt ratkaista tämän ongelman. Tätä varten luotiin projekti ”Maanalaisten laitosten 3D-tiedonseurantaa varten tarkoitetun teknologisen ratkaisun prototyypin luominen”. Hankkeen tavoitteena oli kehittää nykyaikaisiin teknologioihin perustuva ratkaisu maanalaisten kunnallisverkkojen kolmiulotteiseen (3D) tiedonhankintaan, käsittelyyn ja käyttöön kaupunkisuunnittelussa, kehittämisessä ja hallinnassa.
Hanke keskittyi pääasiassa seuraaviin aiheisiin:
- Oikeiden tietojen hankkiminen;
- Oikeiden saatujen tietojen käsittely ja käyttö;
- Tietojen tallentaminen ja täydentäminen.
Oikeiden tietojen hankkiminen eli tiedonhankinta on tähän mennessä ollut vaikeaa, koska maanalaisiin kunnallisverkkoihin ei ole juurikaan fyysistä tai visuaalista pääsyä. Vaikka teknologiat ovat kehittyneet nopeasti viime vuosina, ei ole olemassa yhtä täydellistä teknologiaa, joka pystyisi tunnistamaan, visualisoimaan, kartoittamaan ja kuvaamaan kaikkia maanalaisia kunnallisverkkoja.
Tämä on erittäin tärkeä aloite, joka voi moninkertaistaa rakennusalan tehokkuuden ja parantaa merkittävästi kaivutöiden turvallisuutta.
Projektin aikana kävi selväksi, että maanalaisten kunnallisverkkojen havaitseminen ja kartoittaminen on mahdollista käyttämällä kahden eri geofysikaalisen teknologian – maatutkan ja sähkömagneettisen paikantimen – yhdistelmää sekä täydellistä tiedonkeruuprosessia. Lisäksi erittäin tarkka paikannus GNSS:llä tai takymetrillä on tärkeää. Tämän työprosessin tuloksena on mahdollista havaita ja kartoittaa tarkasti useimmat maanalaiset kunnallisverkot.
Sähkömagneettinen paikannuslaite (kaapelipaikannuslaite) on ollut jokapäiväinen työkalu monille kunnallisverkkojen omistajille, kartoittajille ja rakentajille jo vuosia. Tähän mennessä vain harvat yritykset ovat käyttäneet maatutkaa (GPR) maanalaisten kunnallisverkkojen havaitsemiseen ja kartoittamiseen.
Maatutkan avulla on mahdollista saada erittäin realistinen yleiskuva tutkittavasta alueesta, sillä kaapelipaikantimeen verrattuna saadaan tuhansia kertoja enemmän mittauspisteitä. Lisäksi maatutka ei ole yhtä herkkä ulkoiselle kohinalle ja pystyy havaitsemaan maanalaisia kunnallisverkkoja jopa alueilla, joilla ne ovat lähellä toisiaan. Lisäksi maatutka pystyy havaitsemaan myös kaikki muut kohteet, joita voi kohdata kaivutöiden aikana. Maatutka pystyy erottamaan eri maakerrokset, mikä on tärkeää esimerkiksi asennettaessa kaapeleita suljetulla menetelmällä (suuntaporaus, auraus jne.). Tarkemmin sanottuna maatutka mittaa maasta heijastuvien sähkömagneettisten aaltojen nopeutta, joka on erilainen eri materiaaleissa, ja tämän ansiosta se pystyy erottamaan eri esineet ja kerrokset.
Matkataturan pääkomponentit ovat ohjausyksikkö, antenni ja akku. Ohjausyksikkö tuottaa ja ohjaa sähkömagneettisten aaltojen pulsseja. Ohjausyksikössä on sisäänrakennettu tietokone, joka vastaanottaa heijastuneet pulssit, tallentaa ne ja suorittaa alkukäsittelyn. Ohjausyksiköissä on myös näyttö, jonka kautta voit asettaa maatutkan asetukset ja seurata mittaustietoja reaaliajassa.
Matkataturan lähetinantenni lähettää sähkömagneettisia pulsseja maahan. Tämä energia tunkeutuu syvemmälle maaperään, mutta osa tästä energiasta heijastuu takaisin muista esineistä kuin maaperästä. Heijastunut energia sieppaa vastaanotinantenni, ja sen intensiteetti ja sen kulkemiseen maaperän läpi kulunut aika mitataan.
Kuva: Maatutkan toimintaperiaate
Maanalaisten kunnallisverkkojen kartoitukseen käytetään useita erityyppisiä maatutkalaitteita. Yleisimmin käytettyjä ovat yksikanavaiset 2D-maatutkalaitteet, joita on helppo kuljettaa ja käyttää. Suurten alueiden kartoittaminen tällä laitteella vie paljon aikaa, ja paikoissa, joissa on useita maanalaisia kunnallisverkkoja eri suuntiin, tulos ei välttämättä ole laadukas.
Viime aikoina on yleistynyt monikanavaisten maatutkalaitteiden käyttö, joissa antennit on sijoitettu koteloon siten, että kanavien välinen etäisyys on laitteesta riippuen 4–8 cm. Nämä antenniryhmällä varustetut 3D-maatutkalaitteet mahdollistavat korkearesoluutioisen 3D-datan saamisen maanalaisista kunnallisverkoista.
Projektin aikana etsittiin kaikki parhaat maatutkat ja tuotiin testattavaksi. Testauspaikkana oli Vesivärava-katu Tallinnassa, jossa on vähän liikennettä ja jossa testejä voitiin suorittaa päiväsaikaan.
Testien tuloksena vahvistui, että maatutka soveltuu täydellisesti maanalaisten kunnallisverkkojen kartoittamiseen. Samalla kävi selväksi, ettei se aina eikä kaikkialla pysty havaitsemaan kaikkia kunnallisverkkoja. Esimerkiksi käytännössä mikään maatutka ei havainnut testien aikana yhtä hulevesiputkea, joka sijaitsi suoraan toisen putken alla ja kolmen metrin syvyydessä. Koska projektissa testattiin tiedonkeruuta eri menetelmillä, se tunnistettiin ja kartoitettiin hulevesiputkiluotaimella ja kaapelipaikantimella. Siksi parhaiden tulosten saavuttamiseksi tiedonkeruussa on käytettävä useita tekniikoita yhdessä.
Kaikki tiedonkeruun aikana saatu data käsiteltiin ja syötettiin tietokantaan. Dataa verrattiin toisiinsa ja tunnistettiin erot eri tekniikoiden ja eri maatutkien datan välillä. Yhteenvetona voidaan todeta, että erot olivat pieniä ja pysyivät +- 5–10 %:n rajoissa. Tarkimmasta datasta luotiin 3D-malli maanalaisen tilanteen visualisoimiseksi:
Kuva: Vesivärava-kadun ja F. R. Faehlmann -kadun risteyksen kunnallistekniikan verkostojen 3D-integroitu malli
Tarkan maanalaisen datan hankkimisen lisäksi projektissa kehitettiin ratkaisuja datan siirtoon, tallentamiseen ja päivittämiseen. Lisäksi ehdotettiin mahdollisia tietorakenteita erilaisille maanalaisille laitoksille.
Nykyään useimmat maanalaisten kunnallisverkkojen toiminnot suoritetaan kahdessa ulottuvuudessa (2D). Vaikka korkeustiedot olisivatkin saatavilla joistakin kohteista, ne annetaan yleensä taulukkomuodossa, eivätkä ne siksi ole helposti käytettäviä. Pidemmän aikavälin tavoitteena on siirtyä 2D:stä 3D:hen, mikä tarkoittaa, että meillä ei enää ole 2D-piirustuksia tai taulukoita, vaan 3D-malli, jossa on todellisia kohteita. Tämä mahdollistaisi siirtymisen BIM-tietomallinnukseen (Building Information Modeling) maanalaisissa kunnallisverkoissa sekä suunnittelussa, rakentamisessa että verkostojen hallinnassa.
Jotta siirtyminen olisi sujuvaa ja edullista kaikille kartoittajille, suunnittelijoille ja rakentajille, projektissa ehdotetaan ratkaisua, jossa siirrytään ensin 2,5D:hen datan esitystavan osalta. Tämä tarkoittaa, että maanalainen kunnallisverkko esitetään edelleen 2D-viivana, mutta viivalla on korkeustietoja ja muita ominaisuustietoja. Näitä tietoja voidaan käyttää 3D-objektin automaattiseen luomiseen.
Hankkeen aikana tehtiin useita muita suosituksia sekä prosessien että määräysten muuttamiseksi, jotta kehitetyt ratkaisut voitaisiin toteuttaa. Esimerkiksi Tallinna haluaa muuttaa määräyksiä siten, että kaikkien maanalaisten tilojen tarkka sijainti kaivantoalueella on määritettävä ennen kaivausten aloittamista, ja kaivausten jälkeen uusi tilanne on mitattava tarkasti koko kaivantoalueella. Myös Tallinnan kaupunki on merkittävä kaivannustöiden asiakas. Kaupunki omistaa suurimman osan kaduista ja erilaisista maanalaisista kunnallisteknologioista. Hankkeessa ehdotetut ehdotukset siirretään vähitellen Tallinnan kaupungin järjestämään hankintamenettelyyn.
Hankkeen aikana Tallinna teki tiivistä yhteistyötä talous- ja viestintäministeriön kanssa. Yhdessä he totesivat, että kyseessä on erittäin tärkeä aloite, joka voi moninkertaistaa rakennusalan tehokkuutta ja parantaa merkittävästi kaivannustöiden turvallisuutta. Tämän ansiosta muutettavia määräyksiä tarkastellaan ja muutetaan yhdessä, jotta Tallinnan lisäksi siirtyminen maanalaisten tilojen 3D-datavalvontaan tapahtuu myös valtakunnallisesti.
Voit lukea aiheesta lisää projektin loppuraportista: „Tehnoloogilise lahenduse prototüübi loomine maa-aluste rajatiste 3D andmeseireks“.