Liikennesuunnittelu digitaalisella simulaatiolla: ennakointia ja asukasosallistumista

Digitaalisen kaksosen tai sen esiasteen muodostaa usein kaupunkimalli sekä laaja data-aineisto. Kaupunkimalli sisältää tietyn alueen rakennukset, sen laserkeilatut 3D-pinnanmuodot, graafisen infrastruktuurin sekä erilaisia maisemallisia elementtejä. Tätä rataa kulkee kaupunki- ja liikennesuunnittelun tulevaisuus, sanovat edelläkävijät.

Menetelmä on tunnettu jo 1990-luvulta, kun metsäkonevalmistajat Ponsse ja Caterpillar alkoivat operoida metsäkoneiden vikadiagnostiikkaa etänä satelliittiyhteyden kautta. Ainakin Caterpillarilla yhteys oli kaksisuuntainen, ja koneita säädettiin satojen kilometrien päässä olevasta valvomosta.

Sama periaate toimii yhä. Tätä on käytetty esimerkkinä, jonka avulla voidaan hahmottaa suurelle yleisölle digitaalisen kaksosen toiminannallista periaatetta. Ymmärrystä haittaa jonkin verran se, että termiä digitaalinen kaksonen on käytetty staattisista tavallisista malleista. Ero näiden mallien välillä on kuin yö ja päivä.

Digitaalisessa automaatiojärjestelmässä on kysymys kaksoisolennosta, joka lukee satoja tai tuhansia antureita, kameroita ja droneja. Digikaksonen syntyy, kun saatavilla oleva lähdeinformaatio ja aineistot tuodaan yhteen pohjaan, joka rakennetaan toimimaan tietokonepelimoottoreilla.

Suunnittelun ydinajatuksena luoda toimivia malleja

Vaikka digitaalinen kaksonen (Digital Twin) on kopio todellisen maailman prosessista ja fyysisestä kokonaisuudesta, se tarjoaa mahdollisuuden mallintaa erilaisia muutoksia tässä kohteessa. Se on liikennesuunnittelun ydinajatus. Reaaliaikaisen datan pohjalta voidaan myös simuloida erilaisia tulevaisuuden vaihtoehtoisia muutoksia suunnittelukohteessa.

Uuden-Seelannin Wellingtonissa on useita kaupunkiliikennevirran kriittisiä ongelmakohtia. Yksi niistä sijaitsee Behivessä, jonne ratkaisu syntyi simuloimalla vaihtoehtoa. Digitaalisen kaksosen rungon muodostaa kaupungin lähtötietoaineisto, joka voidaan simuloida ja jonne voidaan tallentaa simulaatiot omana datanaan. 

Uuden-Seelannin mallissa tulevaisuusvaihtoehdoista parhaat on tuotu kaupunkilaisten arvioitaviksi. Simulaatioista paras on toteutettu fyysisessä maailmassa liikenteen ja infran rakenteessa.

”Katuja ei ole kaivettu auki kahteen kertaan”

Kiehtova mahdollisuus tutkia, kuinka ideat oikeasti toimivat, on ollut edelläkävijänä toimineen Uusi-Seelannin pääkaupungin Wellingtonin liikennesuunnittelun perusta. Maantieteellisesti seismisillä ja sääoloiltaan äärellisillä alueilla kriittiset infran rakenteet ja kestävyys simuloidaan koko infran elinkaaren kestoisesti digitaalisilla kaksosilla.

Alle sekunnin viiveellä algoritmi laskee kestävyyksiä useilla sää- ja kestävyysmuuttujilla. Esimerkkejä simuloiduista riskeistä ovat työmaatelineet ja teiden varsilla näkyvät ympäristötaideteokset, joita käytetään korkeajännitemastoina, mutta joiden käyttäytymistä ääriolosuhteissa seurataan.

– Kyse on kyvystämme teknologian avulla auttaa niin julkisen kuin yksityisenkin sektorin omaisuuden omistajia kartoittamaan sekä päivittämään suunnitelmansa, jotta katuja ei kaiveta auki kahteen kertaan, sanoo Matt Wheeler.

Hän hankejohtaja, joka on ajanut digitaalista mallia Uuden-Seelannin infrastruktuurille useamman vuoden. Wheeler huomauttaa, että digitaalisen kaksosen perustaminen vaatii ennakkoinvestointeja lyhyellä aikavälillä. Pitkällä aikavälillä se kuitenkin tuottaa valtavaa arvoa paremman koordinoinnin ansiosta infrastruktuurin toimijoiden välillä.

– Välttämällä päällekkäisiä resursseja saamme säästöjä, jotka ovat merkittäviä ja auttavat nopeasti kuolettamaan investoinnit digitalisaatioon, hän sanoo.

Simulaatiolla voidaan mallintaa syy-seuraussuhteita esimerkiksi oletetun maanjäristyksen vaikutuksista kohteelle. Wheelerin mukaan infrarakenteita voidaan näin suunnitella kestämään äärimmäisiä olosuhteita.

Suuret investoinnit tuottavat suuria hyötyjä

Jo yksin entistä tarkempi suunnitteluvirheiden tunnistaminen verrattuna perinteisin menetelmiin, säästää miljoonia euroja rakennuskustannuksissa ja ratkaisut ovat lyhentäneet rakennusaikaa kuukausilla. Samalla digitaaliset simulaatiot ovat parantaneet lopputuotteen laatua, arvioidaan Anna-Maria Elena Soljan Tampereen yliopiston diplomityössä Digitaalisen kaksosen hyödyntäminen rakennetussa ympäristössä, 2022.

Soljan arviot ovat samansuuntaisia kuin Wellingtonin digitaalisesta kaksosesta raportoidut käyttökokemukset. Suomessa Sitowe Group Oyj on etunenässä luomassa uutta liikenne- ja kaupunkisuunnittelukulttuuria, joka perustuu virtuaalitodellisuuteen.

 

TEKSTI: Reijo Holopainen
KUVA: Wellington Smart Council