Digitale tweelingen (twns) dragen bij aan het beheer van infrastructuur. Zo gebruikt Rijkswaterstaat in Nederland een digital twin van de Maeslantkering als geheugensteun. En spoort in Engeland nutsbedrijf Thames Water lekkages in watertransportleidingen op met de inzet van een virtuele representatie.
~ Case 1 ~
Theo Winter, topman van bouwbedrijf Dura Vermeer, gooide via vakblad Cobouw begin dit jaar in Nederland de knuppel in het hoenderhok: er is (veel) te weinig kennis bij Rijkswaterstaat om doortimmerde tenders op de markt te zetten of aanbiedingen te kunnen beoordelen. Van de tienduizend medewerkers zijn er ongeveer tweeduizend ingenieur (ing. of ir.). Bij complexe opgaven zou de dienst te veel leunen op ondeskundige en duurbetaalde consultants, voegt Hennes de Ridder toe aan de discussie. Hij is emeritus hoogleraar Integraal Ontwerpen TU Delft. De leegloop werd in 2003 ingezet nadat de toenmalige regering een bezuinigingsprogramma uitvoerde.
Gebrek aan kennis is helemaal aan bod als het gaat om de sluiting van stormvloedkering Maeslantkering. Want dat is geen dagelijks gebeuren. Een keer per jaar gebeurt het als proef. En in zijn 26-jarig bestaan is de kering een keer echt gesloten vanwege een storm (21 december 2023). Daarbij komt, zegt Luc Ponsioen in zijn artikel dat 14 juni verschijnt in het civiel- en milieutechnisch vakblad Land+Water, dat vrijwel niemand meer zo lang bij één werkgever blijft. Ponsioen is ‘customer succes manager digital twins’ bij Aveco de Bondt, een onafhankelijk bureau dat zich bezighoudt met vraagstukken op het gebied van water, infrastructuur, klimaat, bouw en duurzaamheid.
Scenariosimulatie
Twee jaar lang deed Ponsioen onderzoek naar het maken van een digitale tweeling van de kering in het kader van zijn opleiding tot EngD (Engineer Doctorate), een post-master studie aan TU Delft. Ponsioen is de eerste EngD in Nederland. In opdracht van Rijkswaterstaat ontwikkelde hij vervolgens de digitale twin . ‘Het bleek dat een digital twin – zoals verwacht – het snelste toegevoegde waarde biedt voor kennisopslag en -overdracht. Doordat het trainen van mensen in het gedrag van de kering onder zware condities – in real life – voor de Maeslantkering zo goed als is uitgesloten, is er behoefte aan een omgeving waarin dit wel kan, zoals in een soort F1-simulator. De scenariosimulatie en visualisatie-eigenschappen van een digital twin bieden hiervoor uitkomst. De digital twin stelt (nieuwe) werknemers in staat om zich het gedrag van de kering snel eigen te maken en deze kennis te gebruiken voor het beheer van de kering’, schrijft Ponsioen.
Met een uitgebreide architectuur was het prototype in relatief korte tijd in elkaar te zetten door middel van een unity user interface, ondersteund door Python-scripts. Het prototype is te draaien vanaf een standaard aptop, voor een digital twin op volledige schaal zal zwaardere hardware nodig zijn. De huidige staat van hard- en software binnen Rijkswaterstaat is daarvoor, volgens Ponsioen, nog niet toereikend. Met name op het gebied van cyberbeveiliging wachten er nog uitdagingen, om het maximale potentieel van een grootschalige digital twin te kunnen benutten.
Het is een logische stap, aldus Ponsioen, om het succesvolle prototype verder uit te bouwen en op te schalen. Hij ziet zelfs exportmogelijkheden, bijvoorbeeld naar de te ontwerpen stormvloedkering bij Houston.
Monitoring
Digital twins in de civiele techniek worden gebruikt om de staat van onderhoud te monitoren. Dat gebeurt bij bruggen, dijken, sluizen, wegen, enzovoorts. Slimme sensoren nemen wijzigingen waar en die zijn vervolgens in de tweeling in te voeren om na te gaan of de functionaliteit gevaar loopt en hoe dat eventueel is te verhelpen. Digitale tweelingen van dijken worden gebruikt voor monitoring en onderhoud. Sensoren op de dijk verzamelen gegevens over factoren zoals waterstand, grondverzakking en trillingen. Deze gegevens worden gesynchroniseerd met de digitale tweeling, waardoor beheerders realtime inzicht krijgen in de dijkprestaties en eventuele afwijkingen
Bij bestaande infrastructuur moeten de it’ers aan de slag om er een digitale tweeling van de maken. Maar in de (nabije) toekomst (en soms nu al) wordt een brug of een tunnel in een BIM (Bouw Informatie Model) ontworpen en is de fysieke weergave eigenlijk de tweeling van het digitale ontwerp.
~ Case II ~
Wereldwijd dreigt tekort aan drinkwater. En dan te bedenken dat heel veel water verdwijnt door lekkages in de waterleidingen. Het netwerk van Thames Water voorziet vijftien miljoen inwoners van schoon water 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 opmerkt ‘niet alles komt bij onze klanten terecht’. Bijna een kwart van de toevoer van Thames Water gaat verloren door lekkage in het netwerk en in de leidingen van de klanten.
Om het waterverlies tegen te gaan, bouwt Thames Water aan een digitale versie van het volledige waternetwerk. De digitale replica voor het opsporen van lekken van Thames Water verbindt een vroegtijdig waarschuwingssysteem voor waterverlies met andere hulpmiddelen voor risicobeheer. Door gegevens te verzamelen van een aantal aangesloten apparaten, zoals slimme meters en akoestische loggers die op 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 industrie – in Deptford, Zuid-Londen, waar het proefproject een aantal lekken aan het licht bracht die veroorzaakt werden door hoge druk en beschadigde kleppen. Behalve het besparen van een miljoen liter water die elke dag verloren gaat door lekken, kan het digitale duplicaat het effect van verschillende reparatiemethoden simuleren om te helpen bij het identificeren van de beste oplossing in elk geval. Overigens gebruikt Sydney Water al een paar jaar een digital twin om het leidingnetwerk beter te kunnen onderhouden.
Europese projecten
Digital Twins for Complex Infrastructures and Urban Ecosystems (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 vooraanstaande Europese universiteiten op het gebied van civiele techniek, architectuur en computerwetenschappen werken samen in het project: Universidad Politécnica de Madrid (Escuela de Caminos), École Nationale des Ponts et Chaussées, Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, en de Nationale Universiteit voor Wetenschap en Technologie Politehnica Boekarest.
Aan het project wordt ook deelgenomen door vier kleine en middelgrote ondernemingen, die gemeen hebben dat ze bijdragen aan de digitale transformatie van de engineeringsector dankzij hun innovatieve oplossingen en diensten: Nommon, MainRail, Tyris AI en Altametris. Het doel is om de verspreiding van deze vooruitgang in de hele sector te vergemakkelijken en om de toekomstige leiders van een digitaal getransformeerde civieltechnische sector op te leiden.
Ook hebben 77 partners uit vijftien Europese landen zich verenigd in het TwinEU consortiumproject om een digitale tweeling van het gehele Europese elektriciteitsnet te ontwikkelen. Het elektriciteitsnet moet klaar zijn voor een drastische toename van hernieuwbare energie en beter bestand zijn tegen toekomstige verstoringen (zoals cyberaanvallen).
