Wat zijn de voordelen van digital twins in infraprojecten?
We vroegen aan Kevin Derksen en Daniel Purwin, digital engineers bij Infranea, waarom ze gepassioneerd zijn door digitale tweelingen en hoe ze hun kennis toepassen in hun werk. Zij zijn er van overtuigd dat digital twins een belangrijke rol spelen in de digitale transformatie van de infrasector. We zoeken uit waarom!
Vanwaar die passie voor digital twins?
“Van origine kom ik uit de gaming sector”, vertelt Kevin. Het ontwerpen van digitale tweelingen toont veel gelijkenissen met het ontwikkelen van een game, zo blijkt. “We gebruiken dezelfde software en technieken, legt hij uit, “alsook de gebruikservaring staat erg centraal”. Daniel vertelt dat hij altijd interesse heeft gehad in engineering en 3D-visualisaties. “Bij digitale tweelingen kan ik mijn beide passies combineren”, zegt Daniel. Zowel Kevin als Daniel vinden het geweldig om te pionieren, te innoveren en samen te werken met verschillende disciplines. “Digitale tweelingen bestaan al langer in de huizenbouw bijvoorbeeld, maar bij Infranea werken we op veel grotere schaal”, voegt Daniel nog toe.
Wat is een digitale tweeling?
Kevin legt uit dat Infranea digitale varianten ontwikkelt van fysieke objecten of kunstwerken. Bijvoorbeeld voor de Prinses Beatrixsluis in Nieuwegein of de A16 autosnelweg voor het project De Groene Boog in Rotterdam. Voor die laatste realiseert Infranea in opdracht van de aannemerscombinatie De Groene Boog en in samenwerking met Soltegro eerst in de virtuele wereld een identieke autosnelweg (TWIN-16), zodat ze onnodige fouten vooraf kunnen opsporen en alles beter kunnen afstemmen op de omgeving. Voor de Prinses Beatrixsluis heeft Infranea reeds een digitale tweeling gemaakt, software virtueel getest, sluisbedienaars opgeleid en sensordata gekoppeld om bijvoorbeeld de sluitings- en openingstijden te simuleren. “Een digitale tweeling is dus een virtuele replica die identiek is aan de – soms nog te bouwen – werkelijkheid”, verduidelijkt Kevin.
Daniel Purwin en Kevin Derksen
Wanneer starten jullie in de loop van een project?
Infranea gaat een stap verder, door veel vroeger in te stappen dan gewoonlijk. Omdat de digital engineers van Infranea nieuwe infrastructuur en objecten in 3D ontwerpen, maken ze in de praktijk ook al een digitale tweeling, dus nog voordat het werkelijke object bestaat. “Een digitale tweeling opmaken in een heel vroeg stadium biedt veel meer mogelijkheden”, zegt Kevin.
Welke voordelen bieden digitale tweelingen?
Wie vroeger bijvoorbeeld een tunnel wilde bouwen, begon met een ontwerp, vervolgens startte de bouwfase en tenslotte de testfase. Door die laatste testfase blijft een volledig afgewerkte tunnel nog een aantal weken afgesloten. Soms nog langer, als uit testen blijkt dat er nog correcties of herstellingen nodig zijn. Dat is zonde van de tijd en reparaties in dat stadium kosten handenvol geld. Hoe sneller fouten ontdekt worden, hoe gemakkelijker en goedkoper ze opgelost kunnen worden. Met een digitale tweeling van het ontwerp, is het mogelijk om een groot deel van die testen digitaal te doen, dus reeds in de ontwerpfase. “Momenteel voeren we veel testen virtueel uit om zo het dynamische gedrag van de technische installaties tijdens het ontwerp al te testen”, vertelt Daniel, “zoals CCTV-camera’s, ventilatoren, matrixborden, verlichting, hulppostkasten, enzoverder.”
“Ik denk dat digital twins, net als BIM momenteel, straks ook een standaardeis zal worden bij grote projecten.”
Kevin Derksen
Wat is het voordeel tegenover BIM of 3D?
De toegevoegde waarde van een digitale tweeling tegenover een BIM- of 3D-model is volgens Kevin vooral de mogelijkheid om interactie en dynamisch gedrag toe te voegen. “Omdat we in gaming-software werken, zijn daar amper beperkingen in. Terwijl je bij BIM beperkt bent door de functionaliteiten die de gebruikte software biedt, bouw je bij een digitale tweeling je eigen functionaliteiten: afsluitbomen die op en neer gaan, ventilatoren bedienen, openen en uitladen van de hulppostkasten, realistisch geluid weergeven, verkeer toevoegen,…”. De digital twin-wizards van Infranea worden helemaal enthousiast als ze vertellen hoe ook andere programma’s of datasets kunnen koppelen aan de digitale tweeling. De mogelijkheden blijken schier eindeloos: technische installaties bedienen in een virtuele tunnel via de besturingsprogramma’s, het verkeer simuleren op een autosnelweg, brand- en rooksimulaties uitvoeren in een tunnel, de bediening van sluisdeuren simuleren,…
Beeld uit de VR Omgeving Twin 16 (A16 Nederland)
Hoever reikt de ambitie op het vlak van digital twins?
Voor Kevin is het doel het ‘first-time-right-principe’. Dat is werkelijk alles op voorhand kunnen testen met een digitale tweeling. Na de bouw is er dan nog slechts één testronde nodig – waarin alles werkt zoals het hoort. “Het blijft natuurlijk altijd een beetje spannend, maar in theorie is dat wel waar we naartoe willen”, zegt Kevin. “De digitale tweeling biedt ook het voordeel dat je onbeperkt kan testen, terwijl dat in realiteit handenvol tijd en geld zou kosten”. Via het Centrum Ondergrond Bouwen (COB), maakt Infranea deel uit van een expertteam, dat met behulp van digitale hulpmiddelen – zoals digitale tweelingen – vooraf wil verifiëren en valideren hoe veilig tunnels functioneren.
Ook hulpdiensten kunnen digitale tweelingen goed gebruiken?
“Ja, oefenen, trainen en opleiden kan dankzij digital twins nu ook vóór de bouw en zonder de weg, tunnel of brug af te sluiten”, vertelt Kevin. “Brandweermannen, politieagenten, ambulancepersoneel, wegverkeersleiders,… kunnen dan in virtuele realiteit de werking van het object bij bepaalde calamiteiten beleven. Zo kunnen alle hulpdiensten een calamiteit nabootsen en de communicatie testen tussen hen en de wegverkeerleiders bijvoorbeeld. De wegverkeersleiders kunnen zich ook vooraf al bekwamen in de camerabediening. Zo blijken alle partijen die in en rond een object werken op hun eigen manier wel een voordeel te halen uit digitale tweelingen.
Enig voordeel tijdens het onderhoud na de oplevering?
“Een andere voordeel is ook het gebruik voor het onderhoud”, weet Daniel. “Je hebt dan wel een exacte kopie nodig van alle ondergrondse en niet-zichtbare elementen, zoals bekabeling, funderingspalen of buizen.” Bedoeling is dat de onderhoudsmensen in het model kunnen opzoeken waar al deze elementen zitten en daarmee rekening houden als ze aanpassingen moeten doen. “Daarnaast kan je ook data uit de digitale tweeling halen, die je vervolgens kan analyseren om daarmee het ontwerp te optimaliseren. Denk aan de plaatsing van verkeersborden verbeteren door eye tracking van gebruikers die door het model rijden. Of voor de persoon die het cameraplan moet opstellen, hebben we een toetsinstrument ontwikkeld waarmee je camera’s kan instellen, plaatsen of vervangen. Met die tool kan hij dus eigenlijk het hele cameraplan opstellen”, vertelt Daniel.
Heeft de eindgebruiker zelf baat bij digital twins?
“Ja hoor, voor het grote publiek is een digitale tweeling ideaal voor communicatie in een belevingscentrum, waar een nieuw project aan de mensen voorgesteld wordt”, weet Daniel. “Denk aan de buurtbewoners die de weg of tunnel in de toekomst zullen gebruiken of patiënten en medisch personeel van een nieuw ziekenhuisgebouw. Zo is iedereen op de hoogte van hoe het er later uit zal zien. Technische mensen kunnen de plannen lezen, maar voor mensen die daar geen ervaring mee hebben, is dat moeilijker. Zij kunnen dan bijvoorbeeld vanuit het perspectief van de bestuurder door het ontwerp wandelen of rijden en zo alles zien en beleven.”
Wat zijn de uitdagingen bij digitale tweelingen?
Voor Daniel is de grootste uitdaging dat sommige projectmedewerkers nog niet precies weten wat een digitale tweeling is en wat ze ermee kunnen bereiken. “Daardoor krijgen we niet altijd of te laat de juiste informatie, omdat ze geen inzicht hebben in welke informatie we nodig hebben.” Voor Daniel’s werk is de uitdaging momenteel de digitale tweeling reeds bouwen, terwijl het ontwerp nog niet helemaal klaar is. Hierdoor krijgt hij regelmatig updates. In de toekomst zouden die aanpassingen helemaal geautomatiseerd kunnen verlopen, maar dat is nu nog niet mogelijk. “We proberen wel tools te ontwikkelen om deeltaken maximaal te automatiseren.” Voor Kevin is de grootste uitdaging blijkbaar het koppelen van het besturingssysteem aan de digitale tweeling. “Dat is net iets ingewikkelder dan we normaal doen.”
Digitale Tweeling Prinses Beatrixsluis – Sluisdeuren en seinen gekoppeld aan sensordata van de sluis via het CMS
Wat is de toekomst voor digital twins?
Voor Daniel is de digitale tweeling de logische volgende stap in de evolutie van digital engineering. “We begonnen in 2D, gingen dan naar 3D en de digitale tweeling voegt daar opnieuw een extra laag aan toe door koppelingen met data vanuit diverse bronnen en door de mogelijkheid om echt te interageren met het model.” Kevin is ervan overtuigd dat de digitale tweeling straks gekoppeld zal worden met sensordata en internet of things-netwerken. “In de gebouwde objecten of installaties kunnen sensoren worden geplaatst die informatie sturen naar de digitale tweeling. Die geeft dan op zijn beurt de informatie weer in het model. Bijvoorbeeld een slagboom die open of dicht is. Op die manier zou de digitale tweeling het centrale punt binnen een project kunnen zijn, waar alle informatie samenkomt, weergegeven en gebruikt kan worden.” Een eerste stap in die richting was onze koppeling tussen de digitale tweeling van de Prinses Beatrixsluis en het Conditie Meet Systeem (CMS) dat gebruikt wordt voor het monitoren van objecten in de sluis. Aan de hand van sensordata wordt onder meer de positie van de deuren, stand van de nivelleerkleppen en de seinlichten gemonitord en ‘live’ getoond in de Digitale Tweeling. Het is ook mogelijk om historische data te bekijken en te analyseren, wat handig kan zijn in het kader van juridische vraagstukken bij bijvoorbeeld calamiteiten. Kevin is er ook van overtuigd dat de uitwisseling van modellen tussen de BIM-programma’s en de digitale tweeling veel vlotter zal verlopen in de toekomst, dankzij automatisering en de sterkere rekenkracht van computers. “Ik denk dat digital twins, net als BIM momenteel, straks ook een standaardeis zal worden bij grote projecten.”
Zelf meewerken aan innovatieve projecten bij Infranea?
Infranea is altijd op zoek naar civieltechnisch of burgerlijk-bouwkundig ingenieurs met een passie voor nieuwe technologie en software die toegepast kan worden in de infra- en bouwsector. Bij Infranea krijg je de kans om een leidende rol te spelen in de digitale transformatie van de infra- en bouwsector in Nederland en België.
Meer info op onze jobpagina.
25/11/2019
