Supertietokone LUMIlla geometrisesti näyttävä julkisivurakenne

LUMI-supertietokoneen datakeskus rakennettiin vanhaan paperikonehalliin. Koska kohteessa käy myös vierailijoita, datasalista haluttiin visuaalisesti näyttävä. Olemassa olevan tehdasrakennuksen ilme säilytettiin alkuperäisenä, jolloin datasalin futuristinen kuorirakenne muodostaa tehokkaan kontrastin karheaa betoniympäristöä vasten.

Datasali rakennettiin hallin sisälle omana rakennuksenaan. Hallin olemassa olevalle parvelle toteutettiin vierailijakeskus, josta on datasalin kattoikkunoiden kautta suora näkymä salin sisälle. Tietokoneita ja niiden alapuolista asennustilaa pystyy katselemaan myös kerrosta alempaa, datasalin ja sen alapuolisen asennustilan seinissä olevien ikkunoiden läpi.

Elementtirakenteisen datasalin ympärille suunniteltu kuori saa muotonsa suoraan LUMI-supertietokoneen nimestä. Jättimäinen lumikide koostuu valkoisista, muotoon leikatuista rei’itetyistä paneeleista, jotka taustavalaistus saa kimmeltämään hangen lailla. Kuoressa on muistumia sekä rakennuksen alkuperäiseen käyttöön että tietotekniikan historiaan, sillä origamimainen muoto näyttää koostuvan varhaisten tietokoneiden reikäkorteista.

Suunnittelun suurin haaste oli miettiä, kuinka monimuotoinen rakenne toteutetaan. Tavoitteena oli, että kuori olisi koottavissa työmaalla tavanomaisin rakentamisen keinoin, viimeistellystä lopputuloksesta tinkimättä.

Idean ja muodon viemisessä toteutukseen hyödynnettiin parametrisen suunnittelun työkaluja, joiden avulla paneelit ja niiden rei’itys saatiin mallinnettua täsmällisesti. Algoritmien ja laskennallisen suunnittelun hyödyntäminen koettiin merkitykselliseksi projektissa, jossa luotiin tilat supertietokoneelle. Paneelit ja niiden rei’itys suunniteltiin yhdessä algoritmiavusteiseen suunnitteluun erikoistuneen Geometria Architecture Oy:n kanssa.

Kun kokonaismuoto oli saatu kohdalleen, suunniteltiin ikkunoiden ja kattoikkunoiden sijainnit sen mukaan, mistä datasaliin haluttiin nähdä sisälle ja millaisia näkymiä ikkunoista avautui. Laskennallisesti optimoitiin myös katon ja kuorirakenteen väliin jäävän huoltotilan korkeus. Levyjen materiaaliksi valikoitui kevyt alumiinikom- posiitti, jota oli helppo leikata muotoon tehtaalla ja asentaa työmaalla. Levyjen kokoa ja taustarakenteen suunnitelmaa tarkistettiin levyjen valmistajalta saatujen massa- ja taipumatietojen mukaisesti.

Talotekniikan läpivientien aukot suunniteltiin valmiiksi yhdistelmämallissa, ja ne leikattiin levyihin tehtaalla. Levyihin suunniteltiin myös rei’itys, jonka läpi kuoren taustavalaistus hehkuu. Rei’itys on sitä tiheämpää mitä lähempänä taustaseinää se on ja harvenee ulkonevia nurkkia kohden. Reikien määrä ja sijainnit luotiin laskennallisesti.

Levyjen leikkauksen yhteydessä niihin kaiverrettiin asennusta helpottavia merkintöjä. Kaikki leikkaamista, rei’ittämistä ja kaivertamista varten tarvittu tieto saatiin digitaalisesta suunnitteluaineistosta, joka toimitettiin suoraan tehtaalle.

Yhteensovittamisen monimutkaisin osuus oli ikkuna-aukotuksen, ”ikkunatuubien” suunnittelu. Niiden kokoamista pohdittiin yhdessä urakoitsijan kanssa ja tuubien taakse suunniteltiin erillinen ohjauskaulus. Näin ikkunoita ympäröivät levyt saatiin asennettua oikeassa kulmassa ja kohdistettua täsmällisesti muun kuorilevytyksen kanssa.

Toinen erityistä suunnittelua ja yhteensovittamista edellyttänyt kohta oli datasalin katolla, jossa kuorirakenne kohtaa salin runkorakenteen ristikkopalkit. Seinien ja katon valmistuttua kuoren levytyksen ja taustarakenteen suunnitelmat tarkistettiin kokonaisuudessaan työmaalta saatujen mittatietojen perusteella. Tällä vältyttiin törmäyksiltä valmiin datasalirakennuksen ja vielä suunnittelupöydällä olleen kuoren välillä.

Tiukka aikataulu ei mahdollistanut prototyyppien valmistamista tai asennuskokeiluja, vaan kuorirakenteen runko ja paneelit suunniteltiin digitaalisesti viimeistä detaljia myöten. Teräsrunko ja paneelit työstettiin tehtaalla täysin valmiiksi, ja urakoitsijan tehtäväksi jäi monimuotoisen palapelin kokoaminen työmaalla.

Anniina Meriläinen
Vastaava arkkitehtisuunnittelija

Mikael Haasmaa
Pääsuunnittelija Synopsis Arkkitehdit Oy

Datakeskuksen julkisivun muodostaa yli kuuteen metriin nouseva geometrialtaan kompleksinen alumiinikomposiitti- levytys: ulkomuoto on kolmioitu ja elää syvyys- ja sivusuunnissa. Aukotusta ohjaavat näkymäsuunnat, ja vaaleasävyisten levyjen rei’tys muodostaa mielikuvan lumihiutaleista. Lisäksi paneelit luovat mielleyhtymiä sekä rakennuksen alkuperäiseen paperitehdaskäyttöön että tietotekniikan historiaan Kuva: Pekka Agarth

Rakenteet

Kohde on Kajaaniin vanhaan paperitehdasrakennukseen rakennettu CSC:n datakeskus LUMI-supertietokoneelle, jonka geometrisesti erittäin näyttävä julkisivurakenne haastoi perinteisen suunnittelun. Euroopan tehokkain supertietokone, LUMI, on ollut täydessä kokoonpanossa alkuvuodesta 2023 alkaen.

LUMI on ainutlaatuinen yhteiseurooppalainen supertietokonehanke, joka parantaa Suomen ja koko Euroopan tutkimusta, työllisyyttä ja kilpailukykyä. Huippunopean laskentatehon lisäksi LUMI on yksi maailman edistyksellisimmistä alustoista tekoälylle ja se on elinkaarensa ajan yksi maailman näkyvimmistä tieteellisistä instrumenteista. LUMI pystyy laskemaan jopa 380 miljoonaa miljardia laskutoimitusta sekunnissa, mikä vastaa yli 1,5 miljoonan yleiskäyttöisen läppärin laskentatehoa. LUMI-supertietokone vie tilaa noin kahden tenniskentän verran (lähes 300 m2) ja laitteisto painaa lähes 150 000 kiloa.

Julkisivulevyjen taustalle tuli suunnitella ja rakentaa teräksinen tukirakenne, joka mahdollisti näyttävän arkkitehtuurin. Yhteistyö julkisivun luoneen arkkitehtitoimiston kanssa sujui erinomaisesti: julkisivu oli arkkitehtien toimesta luotu algoritmiavusteisesti, jolloin muutosten päivittäminen oli suoraviivaista. Kun tukirakenteiden mallinnus ja piirustustuotanto oli algoritmien avulla linkitetty suoraan arkkitehtien tuottamaan julkisivupintaan, oli suunnitelmia mahdollista päivittää te- hokkaasti myös projektin aikana. Näin ollen uudenlaiset suunnittelumenetelmät ja projektin aikana kehitetyt algoritmit mahdollistivat näyttävän arkkitehtuurin toteuttamisen laadukkaasti.

Vastaavan monimuotoisen kuorirakenteen toteuttamisesta ei ollut olemassa malleja tai esimerkkejä, joten kuori oli mietittävä alusta loppuun suunnitteluryhmän kesken. Erityisen vaativaa oli suunnitella, millaisista osista taustarakenne kootaan konepajalla, jotta kuorilevytystä kannattelevat teräskokoonpanot varmasti asennettaisiin työmaalla oikein päin, oikeassa kulmassa ja oikeaan suuntaan.

Monimutkainen geometria ja liitokset olemassa oleviin rakenteisiin ohjasivat suunnittelun mallipohjaiseen lähestymiseen. Selvää oli kuitenkin se, ettei mallintamista voinut tehdä tehokkaasti perinteisin menetelmin: yksilöllisiä osia olisi tuhansia ja osien väliset liitokset olisivat läpi rakennuksen uniikkeja. Vaikka arkkitehdin suunnittelema julkisivupinta oli hyvin monimuotoinen kokonaisuus, oli siinä kuitenkin tiettyä toistuvuutta. Tästä syystä tukirakenteen suunnittelussa päätettiin hyödyntää algoritmiavusteisia suunnittelumenetelmiä. Tukirakenteen tuli noudattaa tarkasti julkisivun geometriaa, joten arkkitehtien tuottaman julkisivupinnan geometria päätettiin syöttää algoritmien lähtötiedoksi: algoritmiavusteisesti luotiin logiikka, joka mallinsi koko tukirakenteen liitoksineen käytössä olleeseen Rhinoceros-mallinnusohjelmaan.

Työssä hyödynnettiin vahvasti Rhinocerosohjelman lisäosaa Grasshopperia ja sen visuaalista ohjelmointialustaa. Erittäin haastavan mallinnuksen lisäksi haasteita toi teräskokoonpanojen valmistuspiirustusten tuottaminen. Kohteen suunnittelussa myös kokoonpano- ja osapiirustusten tuottamisessa hyödynnettiin algoritmiavusteisia menetelmiä.

Kokoonpanot muodostuivat uniikeista osista, jotka ovat 3D-avaruudessa erilaisissa kulmissa toisiinsa nähden ja kiertyvät vielä akseliensa ympäri eri tavoin. Tämän esittäminen yksiselitteisesti konepajatuotantoa varten olisi ollut perinteisin menetelmin lähes mahdoton tehtävä. Projektin puitteissa kehitettyjen algoritmien avulla pystyttiin kuitenkin luomaan logiikka, jonka avulla onnistuttiin automatisoimaan hyvin pitkälle osa- ja kokoonpanopiirustusten tuottaminen. Myös piirustusten tuottamisessa hyödynnettiin Rhinoceros-ohjelmaa.

Petteri Karjalainen ja Matias Hirvikoski
A-Insinöörit