Raidetärinän mallinnuksen työkalu Vibmapper on älykäs datanpoimija

A-Insinöörien kehittämä algoritmiavusteinen raidetärinän mallinnustyökalu hyödyntää erilaista dataa, kuten tietoja juna ja raitioliikenteestä, kiinteistöistä ja maaperästä. Se huomioi liikkuvan junan tai raitiovaunun aiheuttaman runkomelun ja tärinän välittymisen erilaisten maalajien ja kallioperän kautta kiinteistöihin.

Ohjelma mallintaa esimerkiksi raskaiden tavarajunien ja nopeiden henkilöjunien liikkumisen eri raiteilla, vaihteistojen kautta ja eri nopeuksilla, ja laskee eri liikennöintiskenaarioiden tärinä- ja runkomeluvaikutukset asuinrakennuksiin reitin varrella.

– Menetelmä laskee tärinä- ja runkomeluvaikutukset jokaiselle kiinteistölle erikseen. Sen sijaan, että laskenta tuottaisi vain mapillisia kymmenientuhansien lukuarvojen hankalasti tulkittavia excel-taulukoita, ohjelma myös visualisoi tulokset havainnollisesti karttapohjalle eri väreillä, kertoo suunnittelujohtaja Timo Huhtala A-Insinööreistä.

Tässä piilee väsymättömästi uurastavien algoritmien suurimmat hyödyt ja kannattavuus perinteisiin menetelmiin verrattuna. Siinä missä raidetärinän vaikutuksia asuinrakennuksiin on aiemmin tutkittu pistokokeilla, työkalu tuottaa tärinä- ja runkomeluselvitykset vaikka Helsingistä Jäämerelle, ja siksi sen avulla on mahdollista saada suuria säästöjä kalliissa raidehankkeissa.

Menetelmän suurin etu on tärinän torjunnan optimoinnissa

Algoritmiavusteinen työkalu mahdollisti Suomen tähän asti suurimman tärinäselvityksen Kouvolasta Kotkaan ja Haminaan johtavalla radalla vuonna 2021. Perusparannettavalla 80 kilometrin ratalinjalla kartoitettiin, miten junaliikenteen aiheuttama tärinä ja melu vaikuttavat lähes 35 000 asuintaloon ja vapaa-ajan kiinteistöön.

– Näin laaja kiinteistökohtainen selvitys ei olisi ollut mahdollista ilman Vipmapperia. Se poimi lähtötiedot lähes täysin automaattisesti avoimesta datasta ja mittaustietokannasta, Timo Huhtala sanoo.

Tilaajana ollut Väylävirasto ja suunnittelijat saivat työkalun avulla selkeän käsityksen siitä, miten paljon kiinteistöjä on eritasoisilla tärinäalueilla. Jatkotutkimukset ja suunnitelmat tärinän hallitsemiseksi eri rataosuuksilla voitiin kohdentaa asukaslähtöisen tarkasti, ja samalla taloudellisesti.

Tärinän ja runkomelun vaikutukset merkitään esimerkiksi karttapohjassa kiinteistöjen vihreällä tai punaisella värillä ja erilaisilla maa-alueiden väreillä. Tärinä etenee eri maalajeissa eri tavoin, ja siksi laskennan kriittisiksi osoittamat punaiset kiinteistöt eivät välttämättä sijaitse lähimpänä rataa. Niitä voi maalajien muuttuessa olla myös vihreiden kiinteistöjen välissä.

Kiinteistökohtaisten tulosten perusteella keinot tärinän torjumiseksi ja hallitsemiseksi voidaan kohdentaa ja valita tarkasti suhteessa kustannuksiin ja hyötyihin. Esimerkiksi vaihtoehtoisten radan perustamistapojen vertailu on tuottanut mittavia hyötyjä ja säästöjä lyhyemmilläkin rataosuuksilla.

– Eräässä hankkeessa totesimme, että tilaajan alkuperäinen suunnitelma paalulaatoista kannatti korvata isolta osalta kevyemmällä perustusratkaisulla ja vaihtoehtoisella vaimennusperiaatteella. Ratkaisulla saavutettiin useiden miljoonien eurojen säästöt, Huhtala kertoo.

Työkalu soveltuu yhtä lailla juna- ja metroratojen kuin raitioliikennehankkeidenkin melu- ja tärinälaskentaan ja mallinnukseen. Menetelmän etuihin kuuluu keskeisten tulosten esittäminen havainnollisesti.

Vibmapperia hyödynnetään myös Helsinki–Riihimäki-ratahankkeessa, jossa  Kytömaa–Ainola-välin suunnittelussa on tehty tavallista ratahanketta laajempaa tarkastelua tärinän osalta. Lue lisää Väyläviraston sivuilta: Tärinä- ja runkomeluvaikutuksia vaimennetaan tehokkaasti Helsinki–Riihimäki-ratahankkeessa

Vibmapperissa yhdistyy monien erikoisalojen suunnittelu

A-Insinöörien suunnittelujohtaja Timo Huhtala perehtyi ensimmäistä kertaan raidetärinään vuonna 2006 tekemässään diplomityössä. A-Insinööreissä hän haaveili laskentatyökalusta, joka mahdollistaisi ratojen tärinäselvityksissä käytettyjen karkeiden arviomallien ja yksittäisten laskentapisteiden sijaan laajojen alueiden kattavat tärinäselvitykset.

– Tärinän ja runkomelun torjunta on niin kapea erikoissuunnitteluala, ettei siihen ole maailmalta saatavilla kaupallisia ohjelmistoja. Kun esitin toiveen tällaisesta fiksusta laskenta- ja mallinnustyökalusta talossa oikeassa porukassa, siitä innostuttiin nopeasti ja työkalusta lähdettiin kehittämään demoversiota, Huhtala kertoo.

Kehitysryhmässä oli mukana ohjelmistokehittäjä Jukka Mäenpää, joka työskentelee A-Insinöörien rakennesuunnittelun teknologiatyökalujen kehittäjänä. Työkalujen kehittämisessä yhdistetään monien erikoisalojen asiantuntemusta rakenteiden dynaamisesta laskennasta maalajien ja kallioperän geotekniseen tai akustiseen mallintamiseen.

– Suunnittelijat voivat keskittyä omaan ydinosaamiseensa, kun algoritmit hoitavat tietojen keräämisen ja toistuvat laskutoimitukset. Tilaajalle, asukkaille ja kaikille veronmaksajille suurin hyöty on, että rajalliset eurot voidaan ratahankkeissa kohdentaa mahdollisimman tehokkaasti ja samalla varmistaa, että tärinä ja runkomelu aiheuttavat mahdollisimman vähän haittaa, Mäenpää jatkaa.

Raideliikenteen kasvu mahdollistaa työkalun globaalit markkinat 

Raideliikenteen suosio kasvaa maailmalla, koska se aiheuttaa autoliikennettä pienemmät päästöt ja kitkee liikenneruuhkia. Kasvavilla kaupunkiseuduilla asutusta pyritään keskittämään raideliikenneyhteyksien läheisyyteen ja samalla melun ja tärinän torjumisen tarve kasvaa nopeasti.

Suomessa uutta työkalua on ehditty hyödyntää useissa ratahankkeissa. Kaikilla radoilla ja suurissa kaupungeissa on parhaillaan käynnissä Euroopan unionin lainsäädännön edellyttämä meluselvitys ilmaäänestä.

– Nyt kun käytettävissä on tällainen työkalu, olisi mahdollista laskea tärinä- ja runkomeluselvitykset vaikka koko Suomen rataverkolle tai mihin tahansa ulkomaiseen ratahankkeeseen, kuten Rail Balticaan, jossa on mukana suomalaisiakin yrityksiä, Timo Huhtala pohtii.

Rail Baltica -liikennehankkeessa rakennetaan EU:n tuella uusi noin tuhannen kilometrin pituinen ratayhteys Tallinnasta Baltian maiden läpi Puolan Varsovaan.

Huhtalan mukaan Suomessa on kansainvälisesti vertailtuna poikkeuksellisen laajasti saatavilla dataa avoimista lähteistä. Tämä saattaa olla yksi selitys siihen, ettei A-Insinöörien kehittämän työkalun kaltaista sovellusta ole tullut maailmalla vastaan.

– Meillä on hyvät mahdollisuudet olla edelläkävijöitä myös raidetärinän mallinnukseen liittyvän osaamisen viennissä. Algoritmien avulla missä tahansa maassa käytössä olevaa dataa voidaan hyödyntää ja saavuttaa suuria hyötyjä raideliikennehankkeiden ja ratalinjausten sekä maankäytön suunnittelussa ja kaavoituksessa, Timo Huhtala toteaa.

Voisimmeko auttaa hankkeessasi? Tutustu palveluihimme