Juho Kuorikoski
Euroopan aluekehitysrahaston rahoittama TeräsPuu-hanke on Pohjois-Pohjanmaan pk-yritysten kansainvälistymistä ja vientiä edistävä kehityshanke, jonka tavoitteena on vahvistaa alueen yritysten kilpailukykyä ja liiketoimintaa. Tämä saavutetaan keskittymällä erityisesti puunkäytön ja automaatioasteen lisäämiseen liittorakenteiden kehityksessä. (Centria 2024.)
Hankkeen pyrkimyksenä on tarjota ratkaisuja modernien, kilpailukykyisten rakenteiden suunnitteluun ja toteutukseen, hyödyntäen teknologisia innovaatioita sekä uusia toimintamalleja. Hanke ajoittuu vuosiin 2024–2026 ja sisältää useita työpaketteja, jotka keskittyvät erilaisiin kehitysalueisiin. (Teräspuu 2024.)
TeräsPuu-hanke pyrkii tarjoamaan konkreettisia ratkaisuja, jotka voivat muuttaa rakennusalan toimintatapoja ja tehostaa prosesseja. XR-teknologioiden hyödyntäminen ja BIM-tietomallien soveltaminen eivät ainoastaan paranna suunnittelun ja rakentamisen tehokkuutta, vaan ne myös edistävät alueen yritysten kilpailukykyä kansainvälisillä markkinoilla. (Teräspuu 2024.)
XR-teknologiat rakentamisessa
Yksi hankkeen osa-alueista on XR-teknologioiden, kuten lisätyn ja virtuaalitodellisuuden, hyödyntäminen. Tämä osio on koottu työpakettiin 4 (TP4), joka tutkii, kuinka näitä teknologioita voidaan soveltaa komposiittirakenteiden suunnittelussa ja toteutuksessa.
Työpaketti keskittyy erityisesti rakentamisen eri vaiheisiin, alkaen suunnittelusta ja päättyen asennusvaiheeseen, tarjoten konkreettisia esimerkkejä siitä, miten digitaalinen teknologia voi tukea ja tehostaa rakennusprosessia. Työpaketin tulokset perustuvat käytännön demonstraatioihin, jotka pohjautuvat BIM-tietomallien hyödyntämiseen.
Virtuaalitodellisuus (VR)
Virtuaalitodellisuus (Virtual Reality, VR) on tietokonesimulaation avulla luotu kolmiulotteinen keinotekoinen ympäristö, jossa käyttäjä voi kokea olevansa täysin immersoituneena. Immersio tarkoittaa käyttäjän kokemusta, jossa hän tuntee olevansa osa virtuaalista ympäristöä niin, että todellinen maailma unohtuu tai sulkeutuu pois (Nilson, Nordahl & Serafin 2016). VR-ympäristöihin pääsee käsiksi erillisten laitteiden, kuten VR-lasien ja ohjaimien avulla (Kardong-Edgren, Farra, Alinier & Young 2019).
VR mahdollistaa käyttäjälle vuorovaikutuksen ympäristön kanssa, mikä tekee siitä hyödyllisen esimerkiksi suunnittelussa, koulutuksessa ja viihteessä. Rakennusalalla VR:ää käytetään erityisesti suunnitteluvaiheessa, kun halutaan tarjota realistisia mallinnuksia rakenteista ennen niiden toteutusta. Virtuaalitodellisuus eroaa lisätystä todellisuudesta siten, että VR korvaa käyttäjän todellisen ympäristön täysin digitaalisella. (Wohlgenannt, Simons & Stieglitz 2020.)
Lisätty todellisuus (AR)
Lisätty todellisuus (Augmented Reality, AR) yhdistää tosimaailman ja digitaalisen sisällön. AR-teknologialla digitaalisia elementtejä, kuten 3D-malleja, tekstiä tai animaatioita, voidaan heijastaa fyysisen ympäristön päälle reaaliaikaisesti esimerkiksi älypuhelimen tai AR-lasien avulla. (Kardong-Edgren, Farra, Alinier & Young 2019.) AR:n perusperiaatteena on rikastaa käyttäjän havaintoa ympäröivästä maailmasta ilman, että se korvaa sitä täysin, kuten VR tekee. Rakennusalalla AR:n hyödyntäminen voi auttaa esimerkiksi työmailla, kun suunnitelmia tai rakenteiden yksityiskohtia halutaan tarkastella suoraan tosimaailmassa. Tämä tekee lisätystä todellisuudesta tehokkaan työkalun suunnittelun ja toteutuksen yhdistämisessä. (Arena, Collotta, Pau & Termine 2022.)
BIM-malli
BIM (Building Information Modeling) on tietomallinnustekniikka, jossa rakennuksen kaikki oleellinen tieto ja ominaisuudet yhdistetään yhteen digitaaliseen malliin. BIM-malli ei ole pelkästään kolmiulotteinen visuaalinen esitys rakennuksesta, vaan myös laaja tietovarasto, johon voidaan tallentaa rakenteiden geometria, materiaaliominaisuudet, kustannustiedot ja muita tärkeitä elementtejä. (Latiffi, Brahim & Fathi 2014.)
BIM-mallinnusta käytetään rakennuksen koko elinkaaren aikana, alkaen suunnittelusta aina ylläpitoon ja purkamiseen saakka. BIM mahdollistaa sidosryhmien välisen yhteistyön ja tiedonkulun tehostamisen, mikä vähentää virheitä ja parantaa projektin hallintaa. AR- ja VR-teknologiat voivat hyödyntää BIM-malleja tarjoamalla visuaalisia ja interaktiivisia tapoja tutkia rakenteita tosimaailmassa. (Schiavi, Havard, Beddiar & Baudry 2022.)
BIM-mallinnuksen visualisointi
Yhtenä hankkeen tavoitteena on demonstroida, miten BIM-malleja voidaan visualisoida tosimaailmassa lisätyn todellisuuden avulla. Hankkeessa tutkitaan, kuinka suunnittelun ja toteutuksen eri vaiheita voidaan rikastaa digitaalisilla työkaluilla ja miten nämä työkalut voivat lisätä tiedon ymmärrettävyyttä ja kommunikaatiota sidosryhmien välillä.
Tätä taustaa vasten Centrialla ryhdyttiin kehittämään prototyyppiä älypuhelimella toimivasta XR-sovelluksesta, jolla olisi mahdollista visualisoida BIM-malleja mahdollisimman helppokäyttöisesti ja matalalla kynnyksellä. Prototyyppi tarjoaa arvokasta tietoa siitä, kuinka rakennusalan toimijat voivat hyödyntää BIM-teknologiaa liiketoimintansa vahvistamiseksi.
XR-sovelluksen kehittämisen rooli
TeräsPuu-hankkeen puitteissa kehitetty AR-sovellus tarjoaa mahdollisuuden esittää BIM-malleja tosimaailmassa fyysisten kohteiden päällä. Tämä lähestymistapa yhdistää digitaalisen ja fyysisen maailman, mahdollistaen entistä intuitiivisemman ja tarkemman tiedon visualisoinnin.
Sovellus on suunniteltu erityisesti Android-käyttöjärjestelmälle, mikä tekee siitä helposti saavutettavan ja sovellettavan laajaan käyttöön. Kehitystyö ja testaus ovat keskittyneet siihen, että sovellus vastaisi hankkeen asettamiin tavoitteisiin ja tarjoaisi käyttäjäystävällisen ja teknisesti toimivan ratkaisun.
Sovelluksen kehittäminen ja toiminnallisuus
Syksyn 2024 aikana Centrialla toteutettiin älypuhelinsovellus, jonka avulla BIM-malleja voidaan tarkastella lisätyn todellisuuden (AR) näkökulmasta tosimaailman kuvien päällä. Sovelluksen ensisijaisena tavoitteena on demonstroida, miten XR-teknologiat voivat tarjota konkreettisia ja helposti omaksuttavia ratkaisuja rakennustyömaiden tarpeisiin.
Sovelluksen suunnittelussa painotettiin helppokäyttöisyyttä, yksinkertaisuutta ja nopeutta, jotta teknologia olisi mahdollisimman saavutettavissa kaikille alan toimijoille.
Älypuhelin alustana
Älypuhelin valittiin alustaksi VR- ja AR-lasien sijaan, sillä lähes kaikilla on jo valmiiksi käytössään älypuhelin, mikä tekee siitä luonnollisen ja helposti saavutettavan työkalun. VR- ja AR-lasien käyttöönotto voi olla monille vierasta, ja niiden käyttäminen saattaa vaatia erillistä opastusta ja lisäresursseja. Älypuhelimet tarjoavat joustavan ja helposti omaksuttavan vaihtoehdon, joka alentaa kynnystä XR-teknologian hyödyntämiseen. (Ko, Chang & Ji 2013.)
Lisäksi VR- ja AR-lasien hankinta ja käyttöönotto voi olla hidasta ja kustannuksiltaan korkeaa, kun taas älypuhelinsovellus hyödyntää jo olemassa olevaa laitekantaa.
Tekninen toteutus
Sovellus toteutettiin Unity-pelimoottorilla, ja sen pohjana käytettiin OpenXR-standardia, joka mahdollistaa laajan yhteensopivuuden eri XR-teknologioiden ja laitteiden välillä. Unity valikoitui kehitysalustaksi sen laajan yhteisön, monipuolisten työkalujen ja tehokkuuden vuoksi. (Kirollos & Harriot 2021.)
Unity tarjoaa kehittäjille valmiita komponentteja, joiden avulla XR-sovellusten luominen on nopeaa ja joustavaa. OpenXR mahdollistaa sen, että sovellus on teknisesti laajennettavissa myös muille alustoille tulevaisuudessa.
Sovelluksen toiminta
Käytettävyydeltään sovellus on suunniteltu mahdollisimman yksinkertaiseksi ja helppokäyttöiseksi. Kun sovellus käynnistetään, se avautuu näyttämään kameranäkymän, joka muistuttaa älypuhelimen tavallista kameraa.
Käyttäjä osoittaa kameralla seinä- tai lattiapintaa, johon on asetettu kuvia, joita sovellus käyttää ankkureina. Kun sovellus tunnistaa kuvan, se hakee siihen linkitetyn BIM-mallin ja heijastaa sen tosimaailmaan kuvan päälle. Tämä mahdollistaa rakenteiden tutkimisen lisätyssä todellisuudessa. Näin käyttäjä voi nähdä rakennuskohteen suunniteltuja osia suhteessa todelliseen ympäristöönsä.
Lisäarvoa tuo myös sovelluksen käyttöliittymä, joka avautuu BIM-mallin yhteydessä. Käyttöliittymässä käyttäjä voi kytkeä BIM-mallin kerroksia päälle ja pois tarpeen mukaan, jolloin eri rakenneosia voidaan tarkastella yksityiskohtaisesti. Tämä ominaisuus on erityisen hyödyllinen esimerkiksi asennustyötä suunniteltaessa tai tarkasteltaessa, miten yksittäiset rakenteet liittyvät toisiinsa.
Sovelluksen testaus ja jatkokehitys
Sovelluksen testikäytössä kuvat ja niihin liittyvät BIM-mallit ladattiin suoraan sovellukseen jo kehitysvaiheessa. Tämä mahdollisti sovelluksen nopean ja tehokkaan testaamisen ilman ulkoisia palveluja.
Eräs potentiaalinen jatkokehitysidea on pilvipohjaisten malli-kuva-parien hyödyntäminen. Tällä hetkellä kuvat ja mallit on sidottu kiinteästi sovellukseen, mutta mahdollisen jatkokehityksen myötä näiden parien lataaminen suoraan pilvestä avaisi uusia mahdollisuuksia.
Esimerkiksi arkkitehdit voisivat syöttää BIM-mallit pilvipalveluun, josta ne olisivat välittömästi käytettävissä työmailla. Tämä nopeuttaisi suunnittelun ja toteutuksen välistä tiedonkulkua ja parantaisi rakennusprojektien joustavuutta.
Jatkokehitystä varten sovellusta tulisi testata oikeissa työmaaolosuhteissa, jotta sen käytännön soveltuvuus ja toimivuus voitaisiin varmistaa. Testaus todellisessa ympäristössä mahdollistaa tärkeiden seikkojen, kuten valaistusolosuhteiden, fyysisten esteiden ja muiden työmaan muuttujien huomioimisen.
Tällaisissa olosuhteissa saadaan arvokasta tietoa sovelluksen suorituskyvystä ja käyttäjäkokemuksesta, jotka voivat poiketa merkittävästi kehitysympäristössä saadusta palautteesta. Esimerkiksi ankkuroinnin tarkkuus, käyttöliittymän helppokäyttöisyys ja suorituskyky mobiililaitteilla ovat kriittisiä tekijöitä, joita oikea ympäristö voi tuoda esiin.
Lisäksi sovellusta tulisi testata todellisilla käyttäjillä, kuten rakennusalan ammattilaisilla, jotka voisivat käyttää sitä päivittäisessä työssään. Näiden käyttäjäryhmien palaute on olennaista, sillä he voivat tuoda esiin näkökulmia, joita kehittäjät eivät välttämättä huomaa.
Käyttäjätestaus auttaa tunnistamaan sovelluksen vahvuudet ja heikkoudet, kuten mitä ominaisuuksia pidetään erityisen hyödyllisinä ja mitkä voivat vaatia lisäkehitystä. Näin saadaan kattavampi käsitys sovelluksen potentiaalista todellisessa käytössä, mikä voi ohjata tulevia kehityssuunnitelmia. Todellisten käyttäjien sitouttaminen testausvaiheeseen myös edistää sovelluksen hyväksyttävyyttä ja sen käytön yleistymistä työmailla.
Käytännön hyödyt
Sovelluksen käytännönläheisyys ja helppokäyttöisyys tekevät siitä käyttökelpoisen työkalun rakennusalalle. Se ei ainoastaan paranna BIM-mallien visualisointia ja tiedon ymmärrettävyyttä, vaan myös tehostaa kommunikaatiota eri sidosryhmien välillä. Työmailla sovellus voi auttaa asennustöissä, tarkastuksissa ja päätöksenteossa tarjoamalla selkeän ja tarkan kuvan suunnitelmista.
Lisätyn todellisuuden avulla käyttäjät voivat tarkastella rakenteita reaaliajassa, mikä vähentää väärinkäsityksiä ja virheitä. Tämä puolestaan voi johtaa nopeampiin työvaiheisiin, pienempiin kustannuksiin ja korkeampaan työnlaatuun. BIM-mallien kerrosten hallinta mahdollistaa tarkemman suunnittelun ja asennuksen, ja se tukee myös dokumentoinnin ja raportoinnin tarpeita.
Sovelluksen merkitys osana hanketta
TeräsPuu-hankkeen kontekstissa tämä sovellus edustaa konkreettista askelta kohti XR-teknologioiden hyödyntämistä rakennusalalla. Se osoittaa, että lisätyn todellisuuden ratkaisut voivat olla helppokäyttöisiä ja edullisia, ja että ne voivat tarjota merkittävää lisäarvoa erityisesti pk-yrityksille. Sovellus on askel kohti digitaalisten teknologioiden laajempaa käyttöönottoa, ja se toimii esimerkkinä siitä, miten teknologia voi tuoda uusia mahdollisuuksia ja innovaatioita perinteiseen toimialaan.
Sovelluksen kehitys on myös osoitus siitä, miten avoimet standardit, kuten OpenXR, ja monipuoliset työkalut, kuten Unity, voivat tukea teknologian kehitystä ja mahdollistaa joustavia ja tehokkaita ratkaisuja.
Tämä hanke ei pelkästään vastaa XR-teknologioiden mahdollisuuksien kartoittamiseen liittyvään tarpeeseen, vaan myös tarjoaa suuntaviivoja teknologian tulevalle kehitykselle ja käyttöönotolle rakennusalalla.
Artikkelin kuvat: Juho Kuorikoski, Centria-ammattikorkeakoulu 2024.
Lähteet
Arena, F., Collotta, M., Pau, G., Termine, F. 2022. An Overview of Augmented Reality. Computers, 11(2), 28. Saatavissa: https://doi.org/10.3390/computers11020028. Viitattu 17.12.2024.
Centria. 2024. TeräsPuu – modernit kilpailukykyiset liittorakenteet. Saatavissa: https://net.centria.fi/hanke/teraspuu/. Viitattu 17.12.2024.
Kardong-Edgren, S., Farra, S., Alinier, G. & Young, M. 2019. A Call to Unify Definitions of Virtual Reality. Clinical Simulation in Nursing, 31, 28-34.
Kirollos, R. & Harriot, M. Virtual Reality to Mixed Reality Graphic Conversion in Unity. HCI International 2021 – Late Breaking Posters, 357-363. Saatavissa: https://doi.org/10.1007/978-3-030-90176-9_46. Viitattu 10.12.2024.
Ko, S., Chang, W. & Ji, Y. 2013. Usability Principles for Augmented Reality Applications in a Smartphone Environment. International Journal of Human-Computer Interaction, 29(8), 501-515. Saatavissa: https://doi.org/10.1080/10447318.2012.722466. Viitattu 12.12.2024.
Latifi, A., Brahim, J. & Fathi, M. The Development of Building Information Model (BIM) Definition. Applied Mechanics and Materials, 567, 625-630.
Nilson, N., Nordahl, R. & Serafin, S. Immersion revisited: A review of existing definitions of immersion and their relation to different theories of presence. Human Technology 12(2), 108-134.
Schiavi, B., Havard, V., Beddiar, K. & Baudry, D. BIM data flow architecture with VR/AR technologies: Use cases in architecture, engineering and construction. Automation in Construction, 134. Saatavissa: https://doi.org/10.1016/j.autcon.2021.104054. Viitattu 15.12.2024.
Teräspuu. 2024. Modernit kilpailukykyiset liittorakenteet – TeräsPuu. Saatavissa: http://teraspuu.fi/. Viitattu 17.12.2024
Wohlgenannt, I., Simons, A. & Stieglitz. S. 2020. Virtual Reality. Business & Information Systems Engineering, 62, 455-461.
Juho Kuorikoski
TKI-asiantuntija
Centria-ammattikorkeakoulu
p. 050 475 4517
