Digitale tweelingen zijn populair in de burgerwereld

Digitale tweelingen dragen bij aan het infrastructuurbeheer. Zo gebruikt Rijkswaterstaat een digitale tweeling van de Maeslantkering als geheugensteuntje en gebruikt Sogelink deze om het groeiende probleem van landschaarste aan te pakken. En kijk in Engeland, waar nutsbedrijf Thames Water lekkages in watertransportleidingen opspoort met behulp van een virtuele representatie.

~ Zaak I ~

Theo Winter, CEO van bouwbedrijf Dura Vermeer, maakte eerder dit jaar via het vakblad Cobouw bekend: er is (zeer) weinig kennis. Rijkswaterstaat goed ontworpen aanbiedingen op de markt publiceren of aanbiedingen beoordelen. Van de tienduizend medewerkers zijn er ongeveer tweeduizend ingenieur (eng. of ir.). Voor complexe taken zou de dienst te veel leunen op onervaren en dure consultants, vult Hennes de Ridder aan. Hij is emeritus hoogleraar Integrated Design aan de TU Delft. De uittocht begon bij Bert Keijts, die van 2003 tot 2010 CEO was van Rijkswaterstaat en met medeweten van de overheid (Jan-Peter Balkenende) een bezuinigingsprogramma doorvoerde.

Gebrek aan kennis is een reëel probleem als het gaat om de sluiting van de Maeslantkering. Want dat is niet iets dat elke dag gebeurt. Eén keer per jaar gebeurt dit op proef. En in het 26-jarig bestaan ​​is de kering één keer gesloten geweest vanwege een storm (21 december 2023). Bovendien, zoals Luc Ponsioen stelt in zijn artikel gepubliceerd op 14 juni in het civiel- en milieutechnisch tijdschrift Land+Water, blijft bijna niemand meer zo lang bij dezelfde werkgever. Ponsioen is ‘digitale tweeling van de customer success manager’ bij Bondt’s Aveco, een onafhankelijk bureau dat zich bezighoudt met vraagstukken op het gebied van water, infrastructuur, klimaat, bouwen en duurzaamheid.

Scenariosimulatie

Twee jaar lang deed Ponsioen onderzoek naar het creëren van een digitale tweeling van de barrière als onderdeel van zijn opleiding EngD (Doctor of Engineering), een aansluitende masteropleiding aan de TU Delft. Ponsioen is de eerste doctor in de ingenieurswetenschappen in Nederland. Vervolgens ontwikkelde hij in opdracht van Rijkswaterstaat de digital twin. “Het bleek dat, zoals verwacht, een digital twin de snelste toegevoegde waarde biedt voor kennisopslag en -overdracht. Omdat het voor Maeslantkering praktisch onmogelijk is om mensen het gedrag van de barrière onder moeilijke omstandigheden aan te leren, is er in het echte leven een omgeving nodig waarin dit mogelijk is, zoals in een soort F1-simulator. De simulatie- en scenariovisualisatie-eigenschappen van een digital twin bieden hiervoor een oplossing. Dankzij de digital twin kunnen (nieuwe) medewerkers snel het gedrag van de barrière leren kennen en deze kennis gebruiken om deze te beheersen”, schrijft Ponsioen.

Met een uitgebreide architectuur kon het prototype in relatief korte tijd worden samengesteld met behulp van een Unity-gebruikersinterface, ondersteund door Python-scripts. Het prototype kan worden uitgevoerd vanaf een standaardlaptop, maar voor een volledige digitale tweeling is zwaardere hardware vereist. Volgens Ponsioen is de huidige stand van hard- en software bij Rijkswaterstaat daarvoor nog niet voldoende. Er liggen nog steeds uitdagingen in het verschiet, vooral op het gebied van cyberbeveiliging, om het volledige potentieel van een grootschalige digitale tweeling te realiseren.

Het is een logische stap, zegt Ponsioen, om het succesvolle prototype verder te ontwikkelen en uit te breiden. Hij ziet zelfs exportmogelijkheden, bijvoorbeeld naar de te ontwerpen stormvloedkering bij Houston.

~Geval II~

De winnaar van de BIM World Paris 2024 (begin april) in de categorie R&D is het project ‘Stimuleren van de bodemcirculariteit’ onder leiding van het Eigendomsregister, het Ministerie van Binnenlandse Zaken en Koninkrijksrelaties en de Frans-Franse vereniging Sogelink expert op het gebied van geo-ICT.

Met een digital twin wil Sogelink het groeiende probleem van grondschaarste aanpakken, vooral in de graafsector. De vraag naar grond is enorm, vooral door de toenemende behoefte aan woningbouw, de stijgende zeespiegel en de transitie naar duurzame energiebronnen. Met de digital twin is het mogelijk om precies te bepalen waar uitgegraven grond in Nederland het beste kan worden hergebruikt. ‘Het werkt als een online grondmarkt. Als er op een locatie teveel grond beschikbaar is, kunnen wij deze beschikbaar stellen voor projecten die extra grond nodig hebben. Uiteraard houden we ook rekening met factoren als bodemsoort en de meest duurzame route voor bodemaanvoer”, aldus het bedrijf.

Hoewel Nederland al over een grote hoeveelheid ondergrondse data beschikt, is deze vaak verspreid. Een digitale tweeling van de metro combineert alle basisgegevens met informatie uit Wibon (Wet op de uitwisseling van informatie over terrestrische en ondergrondse netwerken en netwerken). Hierdoor kan de digital twin worden ingezet bij vervangingsprojecten en ter voorkoming van graafschades en faalkosten.

Overzicht

Digital twins in de civiele techniek worden gebruikt om de onderhoudsstatus te monitoren. Dit gebeurt op bruggen, dammen, sluizen, wegen etc. Slimme sensoren detecteren veranderingen en kunnen vervolgens in de kalveren worden ingebracht om te bepalen of de functionaliteit in gevaar komt en hoe dit kan worden verholpen. Voor monitoring en onderhoud worden digitale tweelingen van dammen gebruikt. Sensoren op de dam verzamelen gegevens over factoren als waterstand, bodemdaling en trillingen. Deze gegevens worden gesynchroniseerd met de digital twin, waardoor managers realtime informatie krijgen over de prestaties van de dam en eventuele afwijkingen.

Met de bestaande infrastructuur moeten IT-professionals eraan werken om er een digitale tweeling van te maken. Maar in de (nabije) toekomst (en soms al) zal een brug of tunnel ontworpen worden in een BIM (Building Information Model) en is de fysieke weergave eigenlijk de tweelingbroer van het digitale ontwerp.

~Geval III~

Er dreigt een tekort aan drinkwater over de hele wereld. En dan te bedenken dat er veel water verdwijnt door lekkages in waterleidingen. het netwerk van Theems-water Het levert drinkwater aan vijftien miljoen inwoners in een gebied van 13.000 vierkante kilometer in en rond Londen, van Gloucestershire in het westen tot Kent en Essex in het oosten. Elke dag levert het bedrijf 2,6 miljard liter water, maar zoals het op zijn website aangeeft, “belandt niet alles in de handen van onze klanten.” Bijna een kwart van de aanvoer van Thames Water gaat verloren als gevolg van lekken in het netwerk en de leidingen van klanten.

Om waterverlies tegen te gaan, bouwt Thames Water aan een digitale versie van het hele waternetwerk. De digitale lekdetectiereplica van Thames Water verbindt een vroegtijdig waarschuwingssysteem voor waterverlies met andere risicobeheertools. Door gegevens te verzamelen van een reeks verbonden apparaten, zoals slimme meters en akoestische loggers die in leidingen zijn geïnstalleerd om te “luisteren” naar lekken, creëert het waterbedrijf een digitale kopie van het waternetwerk.

Thames Water test de digitale tweeling, een primeur in de sector, in Deptford, Zuid-Londen, waar het proefproject een reeks lekken aan het licht bracht die werden veroorzaakt door hoge druk en beschadigde kleppen. Naast het besparen van een miljoen liter water die elke dag verloren gaat als gevolg van lekkages, kan digitale duplicatie het effect van verschillende reparatiemethoden simuleren om in elk geval de beste oplossing te helpen identificeren. Sydney Water maakt al enkele jaren gebruik van een digitale tweeling om het pijpleidingennetwerk beter te onderhouden.

Europese projecten

Digital twins voor complexe infrastructuren en stedelijke ecosystemen (Digitwins4ciue) is een project dat medegefinancierd wordt door het European Health and Digital Executive Agency (Hdea) in het kader van het Digital Europe Programme.

Vier toonaangevende Europese universiteiten op het gebied van civiele techniek, architectuur en computerwetenschappen werken samen in het project: de Polytechnische Universiteit van Madrid (School of Roads), de École Nationale des Ponts et Chaussées, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem en de National University of Science . en Politehnica Boekarest Technologie.

Aan het project nemen ook vier kleine en middelgrote bedrijven deel, wier gemeenschappelijk punt is dat zij dankzij hun innovatieve oplossingen en diensten bijdragen aan de digitale transformatie van de engineeringsector: Nommon, MainRail, Tyris AI en Altametris. Het doel is om de verspreiding van deze vooruitgang in de hele sector te vergemakkelijken en de toekomstige leiders van een digitaal getransformeerde civieltechnische sector op te leiden.

Ook op de TU Delft is de digital twin een vast onderdeel. Zo hebben 77 partners uit 15 Europese landen hun krachten gebundeld in het TwinEU consortiumproject om een ​​digitale tweeling van het gehele Europese elektriciteitsnet te ontwikkelen. De TU Delft is een van de prominente partners van dit project. Het elektriciteitsnet moet voorbereid zijn op een dramatische toename van hernieuwbare energie en beter bestand zijn tegen toekomstige verstoringen (zoals cyberaanvallen).