Rita Lavikka, Markku Kiviniemi

Rakennusten tietomallit tukemaan vähähiilistä rakentamista

Uusi rakentamislaki edellyttää rakentamislupaa haettaessa rakennuksen ilmastoselvitystä, jossa raportoidaan rakennuksen ja rakennusalueen hiilijalan- ja hiilikädenjälki. Lisäksi tarvitaan rakennuksen tietomalli, jossa on rakennettavan kohteen suunnittelutietoa. Lisähyötyjen saamiseksi tietomallin tulisi tukea ilmastoselvityksen tuottamista, mutta tarvitsemme tutkimus- ja kehitystyötä automatisoidaksemme tietomallipohjaisen hiilijalan- ja hiilikädenjäljen raportoinnin.

IFC-mallista voidaan koneluettavasti kerätä rakennusosatietoa LCA-laskentaa varten. Kuva ACCORD-hankkeen Senaatin pilottikohteen yhdistelmämallista.

Rakennuksen hiilijalan- ja hiilikädenjälki pakolliseksi

Vuonna 2025 voimaan astuva uusi rakentamislaki tuo mukanaan pakollisen rakennuksen ilmastoselvityksen rakentamislupaa haettaessa. Asetusluonnoksen (09/2022) mukaan ilmastoselvityksessä raportoidaan rakennuksen ja rakennusalueen hiilijalan- ja hiilikädenjälki rakennuksen elinkaarelta eli tehdään life-cycle assessment (LCA) laskenta. CO2-päästöjen yksikkönä käytetään kg CO2ekvivalentti/m²/vuosi ja tarkasteluajanjaksona 50 vuotta. Toki jo nyt monet rakennushankkeita tilaavat organisaatiot laskevat rakennusten hiilijalanjäljen omien vähähiilisyysstrategioiden ohjaamina ja edelläkävijöinä.

Rakennuksen hiilijalanjälki on laskelma rakennuksen aiheuttamista kasvihuonekaasupäästöistä sen elinkaaren ajalta. Laskentaan otetaan mukaan rakennustuotteiden valmistus, kuljetus ja rakentamisvaiheen päästöt, rakennuksen käytön aikainen energiankulutus ja rakenteiden uusimiset sekä rakennuksen purku ja kierrätys. Teoriassa laskenta on yksinkertaista: tarvitaan materiaalien ja tuotteiden lukumäärä ja nämä määrät kerrotaan materiaalien ja tuotteiden päästökertoimilla. Todellisuudessa laskenta ei ole näin yksinkertaista ja usein laskennan tilaaja käyttääkin laskentaan erikoistuneita konsultteja.

Lain vaatimassa hiilijalanjäljen laskennassa on hyödynnettävä rakennuksen vähähiilisyyden arviointimenetelmää ja kansallisen rakentamisen päästötietokannan (https://co2data.fi/) tyypillisiä päästötietoja lisättynä 20 %:n varmuuskertoimella tai ympäristöselosteiden todennettuja päästötietoja. Ympäristöseloste noudattaa EN15804:A2-standardia esittäessään tuotteiden ilmastovaikutuksia. Lisäksi tulee käyttöön rakennuksen hiilijalanjäljen raja-arvot, jotka täytyy alittaa. Näitä raja-arvoja ei vielä ole asetettu.  

Hiilikädenjäljellä tarkoitetaan rakennushankkeen myönteisiä ilmastovaikutuksia, joita ei ilman hanketta syntyisi. Esimerkiksi materiaalien kierrätyksellä tai rakennustuotteiden uudelleenkäytöllä vältettävät päästöt, hiilivarastot tai rakennuksen tuottama uusiutuva energia.

Kuvassa havainnollistettu kohteen olemassa olevat hiilijalanjälkilaskelmat. Kuvassa vasemmalla rungon 4D-aikataulu ja oikealla rakennusosakohtaiset päästöt visuaalisesti esitettynä väriskaalalla liitettynä 4D-aikatauluun. Aikataulun alapuolella esitetty aikatauluun liitetty kumulatiivinen hiilijalanjälki.

Tietomallipohjainen rakentamislupaprosessi

Uusi rakentamislaki tulee edellyttämään rakentamislupavaiheessa rakennuksen tietomallin, jossa on rakennettavan kohteen lupavaiheessa vaadittavaa suunnittelutietoa. Tällä tulee olemaan huomattava vaikutus rakentamisen digitalisaation edistämisessä ja erityisesti arkkitehdin tietomallien vakioinnissa.

Monissa toteutussuunnittelun käyttötapauksissa, esim. elementti- tai teräsrakenteiden suunnittelussa, mallintava suunnittelu tarjoaa yksityiskohtaista tietosisältöä esivalmistuksen ja toimitusten hallintaan, ja siten edistää tiedon virtausta prosessissa ilman, että tietoja syötetään uudelleen. Arkkitehtisuunnittelun mallinnuksessa, etenkin lupavaiheessa, korostuvat visualisointi ja pääpiirustusten tuottaminen. Systemaattiselle mallin muulle tietosisällölle ei ole ollut vastaavaa täsmällistä tarvetta, ja tällä hetkellä mallien tietosisällöt vaihtelevat projekteittain ja tilaajan vaatimusten mukaan.

Tietomallipohjainen rakentamislupaprosessi tulee asettamaan perusvaatimukset lupavaiheen malleille, jotta niitä voidaan lupaprosessissa yhdenmukaisesti arvioida. Tämä tulee yhdenmukaistamaan mallintamista ja tiedonhallintaa sekä edistämään tietosisällön jatkohyödyntämistä lupavaiheen jälkeen. Vaikka mallipohjainen lupaprosessi vaatii sekä suunnittelijoilta että lupaviranomaisilta uuden oppimista ja systemaattisuutta, on tällä työllä suuri vaikutus koko toimialan digitalisaation edistämisessä.

Rakennuksen tietomalli hiilijalanjälkilaskennan lähtötietona

Lupavaiheen tietomalli tarjoaa oleellisia lähtötietoja ilmastoselvityksen laatimiseen ja tarvittava LCA-laskenta voidaan tehdä eri ohjelmistoilla. Arkkitehtisuunnitteluohjelmiin on tarjolla lisäosia, joilla LCA-laskenta tehdään poistumatta suunnitteluohjelmasta. Menettely soveltuu erityisesti vaihtoehtoisten suunnitteluratkaisujen tarkasteluun. Jos tehdään normatiivista LCA-laskentaa lupahakemusta varten, käyttäjän pitää varmistaa, että noudatetaan vähähiilisen rakentamisen laskentamenetelmää ja vaadittua tulosten erittelytapaa, sekä ottaa huomioon puuttuvat rakenteet ja varmistua sallituista päästötiedoista.

Käytännössä Suomessa ilmastoselvityksen laadinnassa keskeinen tietolähde tullee olemaan sama Information Foundation Classes (IFC) muotoinen tietomalli, jolla lupaa haetaan. Tällä hetkellä tyypillisesti rakennushankkeen LCA-laskennassa noudatetaan pitkälti vastaavaa menetelmää kuin tietomallipohjaisessa määrä- ja kustannuslaskennassa: IFC- mallista tuotetaan määrätietoja ja niihin liitetään kustannus- tai päästötietoja erillisessä laskentaohjelmassa. LCA-laskentaa varten arkkitehtimallista tuotetaan eri päärakennetyyppien määrät ja laskentaohjelmassa laskija varmentaa tai täsmentää, mitä osamateriaaleja rakenteessa on, sekä määrittelee niille päästötiedot soveltuvasta lähteestä. Lisäksi laskijan on koottava muut tarvittavat lähtötiedot, joita ei arkkitehtimallista saada, kuten esimerkiksi perustusrakenteet, talotekniikka tai käytönaikainen energiankulutus.

Tietomallipohjaisen rakentamislupahakemuksen tiedostomuotona käytetään kansainvälistä IFC-muotoa, koska se on käytännössä ainoa tietomalliformaatti, jonka Kansallisarkisto on hyväksynyt pitkäaikaisarkistointiin. Hyväksyntä koskee IFC:n versiota 4.0.2.1.

Hiilijalanjäljen laskennassa hyödynnetään tietomalleja kuten esimerkiksi One Click LCA ohjelmistossa.

Kohti automaattisempaa ilmastoselvityksen laadintaa

Nykyistä automaattisempi ilmastoselvityksen laadinta edellyttäisi arkkitehtimallin rakenteiden ja materiaalien systemaattisempaa nimeämistä ja tunnistamista, jotta määrätietoihin voitaisiin luotettavasti yhdistää oikeat päästötiedot. RAVA3Pro-projektissa on luotu menetelmiä tällaisten vakioitujen nimikkeiden käyttöön tietomalleissa. Esimerkiksi rakennuksen käyttötarkoitus- ja tilannimikkeet on määritelty ja tallennettu julkiseen valtionhallinnon koodistot-palveluun (https://koodistot.suomi.fi/), johon on myös sähköinen rajapinta. Tämä mahdollistaa automatisoidun tarkistuksen, onko IFC-tietomallissa käytetty sallittuja käsitteitä. Vastaavalla rakennetyyppien ja materiaalien koodauksella voitaisiin tukea myös LCA-laskentaa.

Määrien laskenta IFC-tiedostosta voidaan toteuttaa lukemalla alkuperäisen mallinnusohjelman rakennusosien määrätieto-atribuuttteihin kirjoittamat tiedot tai erillinen määrälaskentaohjelma laskee tiedot uudelleen mallin geometriasta. Vaikka tietomallipohjaista määrälaskentaa on tehty pitkään, on edelleen tarve arvioida tulosten luotettavuutta ja kerätä laskentamenetelmistä kokemusta.

Arkkitehtimalli ei sisällä, eikä tule sisältämään jatkossakaan, kaikkia ilmastoselvityksen laadinnassa tarvittavia määrätietoja, mikä pitää ottaa laskennassa huomioon. Lupavaiheen laskentaa varten esim. kansallisessa päästötietokannassa on talotekniikan komponenttien tai rakentamisen kuljetusten ja työmaatoimintojen laskentaa varten päästöarvoja, joilla laskenta tehdään rakennustyypin ja pinta-alan mukaan. Näiden osalta on siis luotu yksinkertaistettu laskentatapa, joka on viranomaisen hyväksyttävissä.

Lupavaiheen arkkitehtimallin yksityiskohtaisuus vastaa jatkossakin ns. pääpiirustustasoista tietosisältöä, josta on säädetty ympäristöministeriön asetuksessa rakentamista koskevista suunnitelmista ja selvityksistä (216/2015). Vielä ei ole määritelty tarkasti, mitä tarkoittaa pääpiirustustasoinen tietomalli. Käytännön suunnitteluprosessissa rakennesuunnittelija ehdottaa arkkitehdille päärakennetyyppejä, jotta arkkitehti voi hallita rakennussuunnitelman mittoja. Rakennetyypit sisältävät yksityiskohtaista tietoa rakenteiden sisällöstä ja myös nämä tiedot olisivat tarpeen esittää systemaattisesti rakentamislupavaiheen arkkitehtimallissa. Tämä osaltaan tehostaisi hiilijalanjäljen automaattista laskentaa, kun samalla rakenteet ja materiaalit olisivat luotettavasti tunnistettavissa ja koneluettavissa IFC-mallissa.

Rakennuslupavaiheessa ei yleensä määritellä materiaaleja tai tuotteita kauppanimikkeinä, joiden ympäristöselosteen mukaiset päästötiedot olisivat tiedossa. Lupaa haettaessa materiaalien hiilijalanjälkilaskennassa käytetään kansallisen päästötietokannan konservatiivisia arvoja.  Jos hiilijalanjälkilaskelma päivitetään rakennushankkeen lopussa, voidaan laskennassa hyödyntää asennettujen materiaalien ja tuotteiden ympäristöselosteiden tietoja, edellyttäen ympäristöselosteen olemassaolon. Tällä hetkellä verifioituja ympäristöselosteita ei vielä ole kaikista materiaaleista tai tuotteista, mutta niiden määrä kasvaa jatkuvasti.

Kehityshankkeita kohti automaattista tietomallipohjaista hiilijalanjäljen laskentaa

VTT:n koordinoimassa pohjoismaisessa BIM4LCA-konsortiohankkeessa (08/2023–09/2024) (https://nordicsustainableconstruction.com/news/2023/july/digitalisation-of-the-climate-impact-of-buildings) kehitetään yhdenmukaista menetelmää tietomallipohjaiselle hiilijalanjälkilaskennalle. Hanke tuottaa julkiseen vapaaseen käyttöön arkkitehti-, rakenne- ja talotekniikkatietomallit, joilla hiilijalanjälkilaskentoja työkseen tekevät voivat harjoitella tietomallipohjaista laskentaa. Hanke myös esittelee parhaita tietomallintamisen käytänteitä, jotta tietomallit tukevat rakennusten hiilijalanjälkilaskentaa.

VTT:n toisessa koordinoimassa ACCORD Horisontti Eurooppa (https://accordproject.eu/) hankkeessa (09/2022–08/2025) kehitetään tietomallipohjaisia rakennuslupaprosesseja. Yhtenä tavoitteena hankkeessa on ollut kehittää menetelmää ja työkalua, jolla mahdollisimman automaattisesti voitaisiin raportoida rakennuksen hiilijalanjälki. Työkalu voitaisiin esimerkiksi integroida olemassa oleviin rakennuslupapalveluihin, jolloin sekä rakentamisluvan hakija että lupahakemuksen käsittelijä voisivat hyödyntää sitä tarkistaessaan, alittaako rakennus sille asetetun raja-arvon.

Näiden hankkeiden tutkimustuloksista tiedotetaan jatkuvasti niiden verkkosivustoilla ja tietoa jaetaan myös mm. KIRAHubin Rakentamislupayhteisön kautta https://kirahub.org/rakennuslupayhteiso/. Tule mukaan luomaan kestävää toimialan digitalisaatiota.

Rita Lavikka
Tutkimustiimin vetäjä, Kestävä rakentaminen

Teknologian tutkimuskeskus VTT
Rava3Pro-hankkeen ohjausryhmän jäsen

Markku Kiviniemi
Vanhempi tutkija, Kestävä rakentaminen

Teknologian tutkimuskeskus VTT
Rava3Pro-hankkeen ohjausryhmän jäsen

Kuvat: Pia Nitz/Solibri, Granlund ja One Click LCA.