Diss. -- Helsingin yliopisto. / Myös paperimuodossa (ISBN 952-10-2610-3).

Abstract The current practice for information sharing with building information modelling (BIM) is distributed data sharing based on conversions. Conversions are problematic due to data loss, redundancy, and conflicting information. The hypotheses of this research were that i) a conversion-free data exchange is a feasible approach for BIM, ii) benefits can be achieved with a conversion-free information sharing, and iii) no impediment in principle exists for wider industrial use. The use of a single data schema by all applications is a requisite for a conversion-free data collaboration. For enabling the free evolution of the data content, a version free data schema is necessary. A model arrangement implementing partial models is needed for the growing size of models. A single shared model approach eliminates data conflicts and duplicates. For the best availability, the location for the shared model should be on a cloud service. Accessing the cloud model only through a web service, which encapsulates all model handling functionality, will ensure data integration and validity. The validity of IT solutions can only be confirmed with real software. For testing the conversion-free BIM method, a software development kit (SDK) with required functionality was programmed. Three applications and a cloud service for handling the shared model were developed with the help of SDK. In the experiments, Leonardo application was used for modelling walls, 3DTrussme for trusses, and Viewer for viewing the model. All applications were using the same shared model on the cloud. In the experimental test, the information exchange occurred without conversions, and all the data were saved only once on the cloud database. Without conversions, less conflicts and redundancies occurred, which lead to better data integrity and integration. Using SDK, there was no technical barrier for applications to join the single shared model ecosystem, but a drawback was that existing BIM programs are not compatible without remarkable changes. The performance was acceptable in the test run, but in real use, the size of the model and the number of applications and users will be much larger. However, a conversion-free single shared model approach can be a possible trend to the next generation BIM as well as a potential alternative for current data sharing methods using distributed files, conversions, and linked data. / Tiivistelmä Rakentamisen tietomallinnuksen (BIM) nykyisenä tiedonjakamisen käytäntönä on hajautettu tietojärjestelmä, joka perustuu konversioihin. Konversiot ovat ongelmallisia tiedon häviämisen, ristiriitojen ja päällekkäisyyksien vuoksi. Tämän tutkimuksen hypoteesit olivat: i) konversiovapaa tiedonjakaminen on mahdollista, ii) etuja on saavutettavissa ilman konversioita tapahtuvassa tiedonsiirrossa ja iii) laajemmalle teolliselle käytölle ei ole periaatteellisia esteitä. Konversiovapaa tiedon jakaminen edellyttää yhden dataformaatin käyttöä. Alati kasvavien tietomallien koko vaatii tiedon järjestämismenetelmän, joko mahdollistaa osamallit. Datan ristiriidat ja päällekkäisyydet voidaan estää yhden jaetun mallin menetelmällä. Informaatio on parhaiten kaikkien osapuolien saatavilla, kun jaettu malli sijoitetaan pilvipalveluun. Kun tietomallia käsitellään vain web-palvelun rajapintafunktioilla, tiedon eheys ja kelpoisuus säilyvät. Tietoteknisten ratkaisujen kelpoisuus voidaan viime kädessä osoittaa vain toimivilla ohjelmistoilla. Konversiovapaan menetelmän testausta varten kehitettiin vaadittavat ominaisuudet sisältävä ohjelmistokehityspaketti (SDK), joka on edellytys sovellusten yhteensopivuudelle. Kolme sovellusta eli 3DTrussme, Leonardo ja Viewer ohjelmoitiin SDK:n avulla. Ohjelmointirajapinta sisälsi tarvittavat toiminnallisuudet tiedonjakamiseen, ja se toteutettiin pilvipalveluna. Testiajossa Leonardo-sovelluksella mallinnettiin seinät, 3DTrussmellä suunniteltiin naulalevyristikot ja Viewer-sovelluksella tarkasteltiin mallia. Kaikki kolme sovellusta käyttivät samaa jaettua mallia pilvipalvelussa. Suoritetussa testissä kaikki informaatio jaettiin ilman konversioita ja tallennettiin vain kerran. Ilman konversioita ja päällekkäisyyksiä saavutettiin parempi datan eheys ja integraatio. SDK:n avulla uudet sovellukset pystyivät liittymään yhden jaetun mallin ekosysteemiin ilman teknisiä esteitä. Toisaalta, ilman merkittäviä muutoksia nykyiset BIM sovellukset eivät ole yhteensopivia. Testiajossa suorituskyky oli hyväksyttävä, mutta todellisuudessa mallien koko sekä sovellusten ja käyttäjien lukumäärä ovat paljon suurempia. Tutkimus osoitti, että konversiovapaa yhden jaetun mallin menetelmä voi olla seuraava BIM-kehityssuunta ja vaihtoehto nykyisille tiedonsiirtoratkaisuille, jotka käyttävät erillisiä tiedostoja, konversioita ja linkkejä.

Abstract This thesis describes the development of a new precipitation index-based conceptual water balance model with parameters easily regionalized through the functional relationship with catchment and climate attributes. It also presents a simple method for improving model dynamics for streamflow simulations in a non-stationary climate. The model was developed for streamflow modelling and prediction in high-latitude catchments, where model parameter regionalization is difficult due to limited availability of hydrological data for the region. The model couples a snow accumulation and melt formulation with a current precipitation index (CPI) formulation to simulate daily precipitation in runoff hydrograph pattern from catchments with seasonal snow cover. Using new runoff conversion factors CT and Lf, and a threshold flow factor ThQ, the simulated CPI hydrograph is converted into daily runoff and routed using the transformation function Maxbas. The model was developed in Microsoft Excel workbook and tested in 32 catchments in Finland, a region with considerable seasonal snow cover. The results showed that the model can adequately simulate and reproduce the dynamics of daily runoff from catchments where the underlying physical conditions are not known. In addition, incorporating temperature conditions influencing inter-annual variability in streamflow into the model structure improved its structural dynamics, thereby improving its performance in a non-stationary climate. Most model parameters showed strong relationships with observable catchment characteristics, climate characteristics, or both. The parameter functional relationships derived from the model parameter-catchment relationships produced equally good model results when applied to independent test catchments used as mock-ungauged catchments. Inclusion of snow-water equivalent records and use of multiple objective functions for snow-water equivalent and runoff simulations during model optimization helped reduce the effect of parameter equifinality, making it easier to determine optimal parameter values. The current precipitation index (CPIsnow) model is a parsimonious tool for predicting streamflow in data-limited high-latitude regions. / Tiivistelmä Tämä väitöskirja käsittelee yksinkertaisen sadantaan perustuvan konseptuaalisen vesitasemallin kehitystä ja soveltamista boreaalisille valuma-alueille sekä malliin liittyvää alueellista parametrisointia valuma-alueominaisuuksien ja ilmastoaineiston perusteella. Hydrologinen malli on luotu laskemaan ja ennustamaan valuntaa pohjoisille valuma-alueille, joilta on vähän hydrologista tietoa. Malli yhdistää lumen kertymisen ja sulannan tunnettuun sadantaindeksiin perustuvaan malliin (CPI) ja edelleen simuloi päivittäisen hydrografin valuma-alueille, joilla on selkeä lumipeitteinen ajanjakso. Malli laskee MaxBas funktion avulla CPI:llä muodostetun hydrografin päivittäiseksi valunnaksi valuntaan liittyvien malliparametrien CT ja Lf sekä virtaaman kynnysarvon ThQ avulla. Malli kehitettiin Excel-ympäristössä ja sitä testattiin 32 valuma-alueella Suomessa. Valuma-alueet edustivat maantieteellisesti kattavasti alueita, joilla esiintyy tyypillisesti kausittainen lumipeite. Saadut tulokset osoittivat, että kehitetty malli simuloi ja tuottaa päivittäisen valunnan riittävällä tarkkuudella valuma-alueille, vaikka hydrologista ja fysikaalista tietoa alueilta olisi niukasti. Useimmat malliparametrit olivat vahvasti riippuvaisia joko valuma-alue ominaisuuksista tai ilmastollisista parametreista tai molemmista. Parametrien funktionaalinen yhteys muodostettiin valuma-alueiden ominaisuuksien perusteella ja testattiin riippumattomalla valuma-aluejoukolla hyvin tuloksin. Malliparametrien samatavoitteellisuutta eli ekvifinaliteettiä voitiin vähentää huomioimalla mallissa lumen vesiarvomittaukset sekä hyödyntämällä useita parametrisia funktioita. Tällöin myös optimaalisten parametrien löytyminen nopeutui ja helpottui. Tämän väitöstyön pohjalta syntynyt uusi sadannan indeksiin pohjautuva laskentamalli (CPIsnow) mahdollistaa valunnan arvioinnin pieniltä valuma-alueilta, joilta on niukasti aineistoa saatavilla ja joissa lumen sulanta ja kertyminen ovat keskeisiä hydrologisia prosesseja.