themaBouwen op sensoren8200830thema1Bouwenop sensorenDe komende jaren zullen de technische ontwikkelingen in de toepassing van real-timemonitoring en virtuele simulaties een vlucht nemen, ook in de civiele infrastructuur.Van de meeste kunstwerken is de ontwerplevensduur van 50 tot 80 jaar binnen afzien-bare tijd verstreken. Dit vraagt om een nieuwe kijk op het beheren en onderhouden.Met Monitoren, Modelleren en Simulaties kunnen belangrijke vragen worden beant-woord. In het bijzonder op de gebieden Beheer en Onderhoud en met betrekking totbouwprocessen worden belangrijke sprongen voorwaarts verwacht.Monitoren, Modelleren en Simulaties voor de infrastructuurBouwen op sensoren 82008 312Het bouwproces wordt steeds complexer, niet alleen van groot-schalige infrastructuur, maar ook van gewone kunstwerken.Denk bijvoorbeeld aan de herstructurering van de RandwegEindhoven in 2008. Grote bouwbedrijven noemen zichzelftegenwoordig meer logistieke planners dan bouwers. Vanbelang is om dit steeds complexere proces te beheersen en tochook ruimte te laten voor innovatieve diensten, producten enprocessen.Om een goede afstemming tussen de kennisontwikkeling opdeze gebieden en bovenstaande maatschappelijke ontwikkelin-gen te maken, is een heldere visie nodig rondom deze techno-logie?n in de civiele infrastructuur. In dit artikel wordt aange-geven wat de verwachte toekomstige toepassingen van dezetechnologie?n zijn, voor Bouw en Onderhoud (B&O) en voorhet Bouwproces. Voor beide onderwerpen wordt eerst een visieop de technische capaciteiten gegeven, gevolgd door de achter-gronden en tot slot de gewenste ontwikkeling.Beheer en onderhoud infrastructuurIn de civiele infrastructuur verschuiven de inspanningen vanaanleg naar beheer en onderhoud. De nieuwste ontwikkelinghierbij is asset-management. Hier wordt onderhoud beschouwdals een instrument om de prestaties van het netwerk in deruimste zin te garanderen. De blik is hierbij vooruit gericht: hetgaat niet alleen om prestaties nu, maar juist ook in de toekomst[1].VisieDe uitdagingen van de komende decennia zijn omvangrijk encomplex, en vragen om technische hulpmiddelen op het gebiedvan virtuele simulaties en monitoren. In de virtuele omgevingkunnen de consequenties van verschillende onderhoudsscena-rio's op de beschikbaarheid en de duurzaamheid van hetnetwerk nu en in de toekomst, en de bijbehorende kostenworden doorgerekend. Een overzichtelijke grafische representa-tie van de resultaten op kunstwerk-, regio- en totaal netwerk-niveau, die aansluit bij de indicatoren die door de beheerdersworden gebruikt, is van groot belang.dr. Willy Peelen, dr.ir. Ben Stoop,dr.ir. Adri Vervuurt, dr.ir. Flavio Galantien dr.ir. Paul WaartsTNO Bouw1 Er wordt steeds vaker in dichtbevolkte gebieden gebouwdwaar meer functies worden gecombineerd zoals op deUtrechtsebaan in Den Haagfoto: WFA2 Het bouwproces wordt steeds complexer zoals bij deombouw van de Randweg Eindhovenfoto: www.BeeldbankVenW.nl, Rijkswaterstaat/Joop van HoudtBouwen op sensoren8200832thema33 Er vindt een verschuiving plaats van uitgaven voor nieuw-bouw naar onderhoud4 Het bestand aan kunstwerken in Nederland veroudert snelfoto: Rijkswaterstaat/Joop van Houdt5 Ontwikkelingen van het aantal bruggen in NederlandOntwikkelingDe ontwikkeling van een virtuele simulatieomgeving en hetmonitoren van de kunstwerken in ons netwerk, moeten wordengekoppeld aan een heldere afweging om te komen tot optimalekeuzen in B&O. Keuzes als niets doen, vervangen, repareren ofuitbreiden van infrastructurele werken moeten daarin kunnenworden afgewogen. Verschillende scenario's voor de belastingvan de kunstwerken in termen van verkeer maar ook in termenvan duurzaamheid moeten kunnen worden afgewogen. Deeffecten van die keuzes op (constructieve) betrouwbaarheid,beschikbaarheid en onderhoudskosten over tientallen jarenmoeten inzichtelijk worden. Vooral de koppeling tussen deverschillende aspecten moet worden meegenomen. Om ditmogelijk te maken is een overzicht van de gehele constructienodig, alsmede van het gedrag ervan in de tijd. Een virtueleomgeving waarin verschillende scenario's kunnen wordendoorgerekend, is daarbij een uniek hulpmiddel. Overzichtelijkerepresentatie van de technische informatie waarin in ??noogopslag de belangrijkste parameters zichtbaar zijn, is essenti-eel. De tijdsafhankelijke informatie die ten grondslag ligt aanhet doorrekenen van in het bijzonder de duurzaamheidscena-rio's, kan alleen uit monitorsystemen worden gehaald, indiendeze systemen ook over langere tijden meten. Updaten vanscenario's aan de hand van recente monitorinformatie is daarbijwaardevol, zeker als het gaat om al wat oudere infrastructuur.Bouwproces en innovatiesBehalve veranderingen in het beheer en onderhoud vanconstructies, wordt ook het bouwproces steeds complexer. Ditgeldt niet alleen voor grootschalige infrastructurele projecten,maar ook voor gewone kunstwerken. Waar voorheen ongeveer5 specialisten bij een werk betrokken waren, zijn dat er nu 25 ofsoms wel meer. Afstemming van mensen, materialen, proces-sen en componenten, wordt dus steeds belangrijker.VisieScenario-ontwikkeling van het bouwproces in een virtueleomgeving waarin alle belangrijke aspecten zijn meegenomen, iseen ideaal gereedschap om bouwprocessen vooraf te analyserenen te optimaliseren. Bedachte maatregelen en oplossingenkunnen virtueel en zonder veel moeite worden doorgerekend.Hiermee wordt inzicht verkregen in de mogelijke gevolgen vande verschillende scenario's. Informatie over het werkelijkeverloop van het proces in de uitvoeringsfase kan real-timeworden teruggekoppeld. Een analyse van het bouwproceswordt in de toekomst mogelijk door het vergelijken van hetgekozen scenario met het feitelijke verloop van de bouw. Moge-lijkheden tot aanpassen van scenario's kunnen bekeken enbeoordeeld worden op hun economische en op maatschappe-lijke consequenties. Bijvoorbeeld: beschikbaarheid, overlastBeslissingen over B&O gaan altijd gepaard met onzekerhedenover de toekomstige ontwikkeling, in het bijzonder met betrek-king tot de technische staat van de ouder wordende kunstwer-ken. Dit leidt tot minder gewenste, veelal conservatieve keuzen.Deze onzekerheden kunnen deels worden weggenomen doorhet monitoren van de (tijdsafhankelijke) technische staat vande kunstwerken. Het koppelen van monitorresultaten aan eenvirtuele omgeving maakt het mogelijk verschillende scenario'ste beschouwen en te evalueren waar bijvoorbeeld ook de conse-quenties van veranderende verkeersbelasting (door bijvoor-beeld de superbus) kunnen worden bestudeerd.AchtergrondDe (weg)infrastructuur is van groot belang voor de economi-sche positie van Nederland als doorvoerland van goederen. Debetrouwbaarheid van deze infrastructuur is essentieel. Hetbestand aan kunstwerken in Nederland veroudert echter snel.Van een groot deel van deze constructies is op het momentnagenoeg niets bekend over de technische staat waarin zeverkeren, laat staan over de ontwikkeling hiervan in dekomende decennia. Momenteel wordt dit al gekenmerkt dooreen verdergaande verschuiving van uitgaven voor nieuwbouwnaar onderhoud.Naast een verouderend kunstwerkenbestand heeft Nederland temaken met een veranderend pakket aan functionele eisen. Erwordt meer gebouwd en steeds vaker in dichtbevolkte gebiedenwaar meer functies worden gecombineerd (denk bijvoorbeeldaan de Utrechtsebaan in Den Haag of de toekomstige Zuidasvan Amsterdam). Hierdoor nemen de risico's toe, onder anderedoor het vervoer van explosieve stoffen zoals LNG en LPG. Hetgevolg is dat veiligheidseisen worden aangescherpt. Wijzigingvan bestemming roept om vragen over het aanpassen vankunstwerken of het vervangen ervan.Daar komt bij dat de overheid een trend van professionalise-ring van het beheer van wegtrac?s heeft ingezet. Het beherenen onderhouden van infrastructurele werken wordt steedsvaker uitbesteed aan particuliere partijen. In dergelijke gevallenis het voor de eigenaar (de overheid) van belang dat de staatvan de constructies bekend is, zowel bij de aanbesteding vandergelijke contracten, als voor de overdracht van de infrastruc-turele werken na het aflopen van deze contracten.Bouwen op sensoren 331900050100150200250300050010001500200025003000350040001910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000kokerbrugliggerbrugplaatbrugcumulatiefbouwjaaraantalbruggen45de lokale situatie, ontwerp van de constructie - in de ruimste zinvan het woord - en het bouwproces, te weten: funderen,bouwen, afwerken, installeren, afname/ingebruikname.De ontwikkeling van sensoren en sensornetwerken zal volgendzijn aan de VR-tool: welke informatie is nodig, waar moet diegemeten worden, hoe vaak en in welke vorm? Bijvoorbeeld metGPS technieken maar ook met `remote sensing' zijn positie- enbewegingsbepaling mogelijk.Wegen om de kennis en kunde te ontwikkelen om te komen totzo'n systeem zijn:? ontwikkelen van een VR-omgeving, waarin bijvoorbeeld debouw van een groot infrastructureel project wordt nage-bootst;? parallel hieraan ontwikkelen van functionele specificaties voorsensoren en sensornetwerken voor integratie met de tool;? ontwikkelen van specificaties van de interface voor deVR-omgeving en het bijbehorende sensorsysteem;? ontwikkelen van gekoppelde sensornetwerken, interfaces enVR-omgeving.ConclusieEen beeld is geschetst van de mogelijkheden van Monitoren,Modelleren en Simulaties in de civiele infrastructuur. Beheeren Onderhoud en het Bouwproces zijn onderwerpen waar dezetechnieken meerwaarde kunnen genereren. Een goede aanslui-ting bij de keuzen in deze gebieden is noodzakelijk voor deontwikkeling en toepassing van de technieken. Onze visie is datdeze virtuele tools over enkele decennia ge?ntegreerd zullenworden in het ontwerpproces, zoals we dat vandaag de dagkennen. (geluid, fijnstof, etc.) of bouwtijd. Het beheersen van het bouw-proces levert een belangrijke bijdrage aan onder andere hetverminderen van de bouwtijd, de voorraden op de bouwplaatsen het aantal bouwfouten.AchtergrondDe toenemende complexiteit heeft in de laatste jaren ondermeer geleid tot een toename van het aantal bouwfouten. Invrijwel alle gevallen is de afstemming van werkzaamheden en(on)duidelijkheid van verantwoordelijkheden en bevoegdhe-den debet aan de opgetreden schade. Omdat innovaties perdefinitie veranderingen met zich meebrengen, wordt het intro-duceren van innovaties in een dergelijk complex geheel meestalniet toegejuicht. Mede om deze reden is het van belang kenniste vergaren over het managen van bouwprocessen in detoekomst, over de manier waarop moet worden omgegaan metveranderingen en over het implementeren van vernieuwingen.OntwikkelingOp andere gebieden, bijvoorbeeld voor defensietoepassingen, ishet gebruik van virtuele omgevingen in scenarioanalyse allanger bekend. Hier kan ook het menselijke aspect explicietworden meegenomen. Essentie van dergelijke ontwikkelingen isdat vooruit in de tijd verschillende scenario's kunnen wordenoverzien en de gevolgen van keuzen op deelgebieden op hetintegrale proces zichtbaar kunnen worden gemaakt. In alleontwikkelingen op dit gebied voor de bouw is het bouwprocesleidend. Belangrijke ontwikkelingen zijn: `just-in-time' of `flowassemblage'. Bedachte maatregelen en oplossingen die ingrijpenin het bouwproces, kunnen virtueel en zonder veel moeiteworden doorgerekend, waarmee inzicht wordt verkregen in demogelijke gevolgen van de verschillende scenario's. Typischeelementen die in een Virtual-Reality-ontwikkeltool (VR-tool)moeten worden meegenomen zijn: de aanbesteding, analyse van LiterAtuur1 Klatter, H.E., Op weg naar eenduurzaam netwerk. Cement 2008 nr. 4.