Virtuaalivehreää: Urbaanin vihreän suunnittelu, simulointi ja kommunikointi uusilla digitaalisilla työkalulla

Viheralan digitaalistumisen kehykset – vaikuttavimmat megatrendit.

Virtuaalivehreän, eli luonnonympäristön digitaalisen ja virtuaalisen tiedon, mallien ja datan, syntymistä kehystää muutama megatrendi: Ensimmäinen on laaja yhteiskunnallinen digitalisoituminen ja datan analysointi, joka jalostaa tiedosta aikaisempaa enemmän arvoa. Toinen iso trendi on kaupungistuminen. Suomessakin tiivistyvät kaupungit kahmivat elintilaa viheralueilta, jota voidaan rakentuvassa uudessa kaupunkitilassa korvata vain aiempaa huolellisemmalla suunnittelulla. Käytettävyyden parantuminen on myös merkittävä trendi viherympäristön digitalisoitumisen isossa kuvassa. Ihmisten tottuminen hyvin toimiviin palveluihin siivilöityy myös yleiseen oletustasoon, millä kaikkien digitaalisten palveluiden ja ohjelmistojen tulisi vähintään toimia. 

Robotiikan hyväksikäyttö on ollut viheralalle tuttua jo pitkään, robottiruohonleikkurit etunenässä. Tarkka ja kehittynyt robotiikan käyttö esimerkiksi ympäristön hoidossa vaatii kuitenkin seuraavalla tasolle astumista mallintamisen alalla. Puoliautomaattisesti ohjatut lennokit ja kopterit ovat jo nyt nopeita ja edullisia työkaluja nopean tilannekatsauksen luomiseen ja kerätyn kuvadatan koostaminen yhteen ja koneälyyn perustuvat tunnistusteknologiat tarjoavat mahdollisuuden tuottaa vertailukelpoisia aineistoja eri ajoilta, jolloin voimme todentaa luonnonympäristön kehittymisen ennennäkemättömän tarkasti ja edullisesti.  

Viheralan ongelmasolmut 

Viheralan tulee määrittää omat työkalunsa digitaalisen suunnittelun, rakentamisen ja ylläpidon aloilla. Viheralan digitalisaation hankaluutta yhdistää kolmen asian solmu: 

  • Luonnonympäristön elementtien mallinnuskirjastot ovat kehittymättömiä ja niiden tietomallinnussisällöt ovat vaatimattomia, puhumattakaan ajallisesti kehittyvien kasvimallien huomioimisesta kirjastoja rakennettaessa. 
  • Simulaatiokehyksen puute, johon mallinnettavat ja verkottuvat viherelementit voivat kytkeytyä. Vihreä tietomallinnus jää puolitiehen, jos emme pysty mallintamaan luonnonympäristön elementtien vaikutuksia toisiinsa.  
  • Pehmeämmästä perspektiivistä, minusta myös tuntuu siltä, että alalla toimivat ihmiset ovat keskimääräistä vähemmän teknologisteja. Alallemme hakeutuu ihmisiä, jotka haluavat työskennellä ulkona. Ohjelmisto-alan yrittäjiä, jotka jaksavat istua sisällä ja painaa koodin kasaan on suhteellisen vähän. 

Viheralalle ominaisia 3D-mallintamisen ja digitaalisen tiedon hallinnan haasteita

Kun vääjäämätön siirtymä viivapohjaisesta piirtämisestä kohti tietomallinnuksia vähitellen toteutuu, on viheralalla tietomalliratkaisuja odottaneen aika käynyt pitkäksi. Tämä ohjelmistopuolen oma ongelmasolmu koostuu taloudellisista insentiiveistä, ympäristösuunnittelun sitoutumisesta paikallisuuteen ja merkittävimpänä staattiseen rakennuksiin keskittyvään, objektiorientoituneeseen suunnittelu- ja ohjelmistoparadigmaan, jonka takia luonnonympäristön kehittyvä ja mukautuva luonne joudutaan sivuuttamaan. 

Sitä positiivisen kehityksen kierrettä, josta rakennusala pääsee nauttimaan, joka tuottaisi lisää ohjelmistoa ja kilpailua, ja taas lisää tehokkuutta, ei pääse viheralalle syntymään. 

Luonnonympäristön kannalta merkittävimmät päätökset tehdään varhaisessa vaiheessa suunnittelua. Mikäli digitalisaatioasteen kuilu viheralan sekä rakennus- ja infra-alan välillä kasvaa liian isoksi, on riski että menetämme kyvyn kehittää tasapainoista ja ekologisesti tervettä yhdyskuntarakennetta. Digitalisaation kanssa joutuu juoksemaan pysyäkseen edes paikoillaan. 

Digitaalinen kaksonen todellisuuden virtuaalisena peilikuvana 

Termistä digitaalinen kaksonen käydään parhaillaan termiä määrittävää keskustelua ja asiaan perehtymättömän kannattaa olla varovainen integroidessa tietoa tulkintaansa. Digitaalisen kaksosen arvokkain lupaus viheralan perspektiivistä on tuottaa integroitu malli yhdessä rakennuksien, tiestön ja yhdyskuntainfrastruktuurin kanssa, jossa voisimme simuloida ja arvioida portaattomasti eri mittakaavassa paikallisen rakentamisen vaikutuksen luonnonympäristön kokonaisekologiaan. 

Luonnonympäristö on kaupunkien digitaalisten mallinnuksien haastavin osa, mutta planeetan hyvinvoinnin kannalta se merkittävin. Digitaalisen kaksosen rakennearkkitehtuuri tulisikin linjata teoreettisesti vaikeimman simuloitavan mallin, eli luonnon mukaan. Jos onnistumme mallintamaan luonnonympäristön, rakennukset ja tieinfrastruktuurit ovat helppoja nakkeja. Jos kaupunkien digitaaliset kaksoset rakennetaan sen sijaan lähtökohtaisesti näiden staattisten elementtien mukaan, niin rakennettu ohjelmistoarkkitehtuuri estää luonnon huomioimisen integroituna osana mallia ja nykyinen eriytynyt suunnittelusuuntauksemme jatkuu. 

Mallien visuaalinen tarkkuustaso on sitten toinen kysymys, mutta pitkällä aikavälillä tietokoneiden laskentatehon kasvaessa ja hajautuessa pääsemme jatkuvasti lähemmäs, todellisuudesta ihmissilmällä erottamatonta luonnonympäristön representaatiota ja vielä tärkeämpää, simulaatiota. 

Tallinnasta käsin vedettävä EU-rahoitteinen Finest Twins -projekti tutkii ja jalkauttaa parhaillaan digitaaliseen kaksoseen liittyvää kehitystä Suomenlahden yli ulottuvana toimintana. Osana tätä kokonaisuutta, on alkamassa Green Twins -projekti, joka käsittelee nimenomaan viherympäristön elementtien osaa kaupunkimalleissa. Reilun kaksivuotisen projektin tuloksena Helsinkiin ja Tallinnaan luodaan paikallisen kasvillisuuden kirjastot vihreinä tietomallinnuksina, jotka sisältävät kasvutietoa sekä kasvillisuuden kykyä sitoa hiilidioksidia sekä pienhiukkasia. Nämä kirjastot ovat myöhemmin saatavilla myös muille suomalaisille toimijoille, pitäen kuitenkin mielessä, että kirjastoa rakennetaan tässä projektissa juuri Helsingin kaupungin tarpeisiin. 

Digitaalisen kaksosen potentiaali liittyy olennaisesti myös suunnittelun kommunikointiin päättäjien, eri alojen suunnittelijoiden ja kansalaisten välillä. Kattava digitaalinen kaksosen on olennainen viherympäristön tarpeiden osoittamisessa ja teknisten ratkaisuiden monimutkaistuessa, havainnollistaminen on avaintekijä yhteisymmärryksen luomisessa eri alojen asiantuntijoiden välille.   

Ohjelmistolinkkuveitsestä kohti erikoistuneita työkaluja

Luonnonympäristön digitaalisen kaksosen luominen vaatii uusien työkalujen integroimista ja vanhojen työkalujen ja työtapojen päivittämistä.   

Ohjelmistojen käytettävyys on parantunut sekä erilaisten datalähteiden yhdistäminen on kehittynyt voimakkaasti viime vuosikymmenen aikana. Tämä tarkoittaa sitä, että yhden linkkuveitsimäisen ohjelmiston käytön aika on ohi ja ammattilaisten ohjelmistotyökalupakki koostetaan projektille ja itselle sopivista ohjelmisto-osista. Data ja mallit ovat vain materiaalia, jota työstetään eri työkaluilla sopivaan muotoon, kunnes saavutetaan mitä halutaan.  

Etsiessäni ratkaisuja softien parempaa käyttöön olen tunnistanut neljä ohjelmistokategoriaa, joita joustavasti yhdistämällä voidaan luoda luonnonympäristön digikaksonen osaksi kaupunkimalleja sekä nykyisiä suunnittelu- ja mallinnusmenetelmiä:  

  1. Datalähteiden ja niiden keräämiseen ja keräämiseen ja koostamiseen tarkoitetut ohjelmistot 

  1. 3D- ja tietomallinnus -ohjelmistot 

  1. Reaaliaikarenderöintiohjelmistot 

  1. Pelimoottorit 

Ympäristöalalle on tuotettu paljon analyysejä ja paikkatietomateriaalia. Yksi nousevista ohjelmistojen palvelukategorioista ovat dataa koostavat ja jalostavat avointa dataa muiden ohjelmien käyttöön. Kotimainen ja arkkitehdeille suunnattu Cetopo -palvelu koostaa maastomalleja puineen, teineen, rakennuksineen käytettäväksi Archicadissa tehtävän suunnittelun pohjaksi. Näitä dataa yhdistäviä palveluja käyttämällä voidaan säästää tunteja päivässä, kuten kaikki suurien maastomallien kanssa työskennelleet tietävät.  

Suunnittelun ja rakentamisen alan digitalisoimisessa ollaan alettu käyttää AEC-termiä kuvaamaan arkkitehtuurin, insinöörityön ja rakentamisen alaa. Viheralan suunnittelu, rakentaminen ja ylläpito ovat nykyisten ohjelmistojen näkökulmasta näiden alakategoria, jonka kunnolliseen kehittämiseen ei löydy montaa panostajaa. Onneksi yksi ainakin löytyy: Lands Design -plugin sai vihdoin viime vuonna virallisen julkaisunsa Rhino3D:lle ja on ensimmäinen vakavasti otettava yritys ottaa luonnonympäristö mukaan huomioon tietomallinnuksena. 

Muutamia vuosia markkinoilla olleita nopeita visualisointeja suoraan 3D- ja tietomallinnusohjelmien kyljestä tarjoavat muun muassa Enscape3D ja Twinmotion, jotka muuttavat hitaasti suunnittelijoiden paradigmaa objektivetoisesta suunnittelusta kohti prosessiorientoitunutta suunnittelua. Nämä reaaliajassa renderöivät ohjelmistot periytyvät videopeliteollisuuden kehityksestä. Vahvuudet ovat nopeassa grafiikan tuottamisessa, mutta myös erilaisten sää- ja valaistussimulaatioiden luomisessa. Moni suunnittelija saa myös ensimmäisen kosketuksena virtuaalitodellisuuteen näiden ohjelmistojen kautta, koska ne tarjoavat useimmiten myös tuen virtuaalitodellisuussilmikoiden käytölle. 

Pitkällä aikavälillä, pelimoottoriteknologiat alkavat siirtyä vihersuunnittelun pohjalle niiden simulaatiokykyjen takia. Tietomallinnuksien sisältöjä on helppo isännöidä pelimoottoreissa, mutta esimerkiksi pölyttäjien tekoälysimulaatiomalleja olisi mahdoton rakentaa nykyisten tietomallinnusohjelmien päälle. Isoimmat pelimoottorikehittäjät Unity ja Epic ovat jo aloittaneet kilpajuoksun kohti AEC-alan kuninkuutta ja luonnonympäristön mallintaminen on keskeinen osa tätä kilpailua. Fotorealistisen digitaalisen kaksosen luominen kaupungista kun ei onnistu ilman syvää ymmärrystä luonnonympäristön mallintamisesta.  

Lopuksi 

Forum Virium Helsingin johtamassa B.Green-projektissa, jossa parhaillaan työskentelen, tutkitaan ja jalkautetaan Helsingin Kalasatamaan vihreiden infrastruktuurin ratkaisuiden sekä digitaalisten työkalujen soveltamista niiden parempaan suunnitteluun, toteutukseen ja kommunikointiin. Projektissa työskennellään juuri tässä artikkeleissa kuvattujen asioiden kanssa, joten seuraamalla projektin kehittymistä, pysyt hyvin kärryillä myös virtuaalisten ratkaisuiden kehittymisestä viheralalla. Kirjoitan myös omalla nettisivullani alamme digitaalisesta kehityksestä. 

Linkkejä: 

Teksti: Lauri Lemmenlehti
Kirjoittaja on helsinkiläinen maisema-arkkitehti ja luonnonympäristön digitalisoitumisen erityisasiantuntija. Hän työskentelee teknisenä asiantuntijana EU:n Interreg-rahoittamassa B.Green-projektissa. 
Juttu on julkaistu Viherympäristö-lehden numerossa 1/2021.