1 Inleiding [link id=”v8h61″]

1.1 Waarom digitaal aantonen? [link id=”h240p”]

In projecten wordt in de ontwerp- en realisatiefase steeds minder gewerkt met (verouderde) ontwerptools die hun oorsprong kennen in het gebruik van papier. Deze instrumenten leidden in het verleden tot het vervaardigen van grote hoeveelheden papieren tekeningen, beschrijvende documenten en berekeningen. Nadeel daarvan was dat het krijgen en houden van een totaal en integraal overzicht voor zowel opdrachtgevers als opdrachtnemers enorm lastig en vooral tijdrovend was. Alleen al in de bouwfase leidde dit tot hoge faalkosten, maar ook in de exploitatiefase zijn de kosten voor inefficiëntie door het vele (uit)zoekwerk en bijhouden van deze papieren archieven (veelal wel in gedigitaliseerde vorm als pdf’s e.d. beschikbaar) enorm tijdrovend gebleken. Het up-to-date houden van dit enorme archief is geen sinecure. Tegenwoordig start elk renovatieproject met een zogeheten nulinspectie om de aangeleverde archieven op waarde te schatten en moet dit archief veelal eerst worden bijgewerkt alvorens überhaupt met het werk kan worden gestart. Zowel opdrachtgevers als opdrachtnemers zien bovengenoemde aspecten als een groot risico bij de start van een nieuw project.

Om deze faalkosten als risico te mitigeren, wordt daarom door zowel opdrachtgevers als opdrachtnemers bij nieuwbouw- en renovatieprojecten steeds meer gebruikgemaakt van digitale hulpmiddelen zoals 3D-BIM, systems-engineeringtools, software-modelleringstools, etc. Daarnaast wordt ook veelvuldig gebruikgemaakt van visualisatietechnieken zoals simulaties, virtual reality en serious gaming om – naast het statisch gedrag van een object – ook het dynamisch gedrag in beeld te krijgen.

Het geheel aan digitale hulpmiddelen (lees: ontwerptools) kan worden gezien als een digitale tunneltweeling van een object. Deze digitale tunneltweeling kent zijn voordelen niet alleen in ontwerp en realisatie, maar kan in alle fasen van de levenscyclus van een project (van ontwerp, bouw, renovatie tot sloop) worden ingezet.

In de exploitatiefase wordt nog veel gebruikgemaakt van onafhankelijk van elkaar werkende onderhoudsmanagementsystemen, (soms al virtuele) opleidingsomgevingen en documentmanagementsystemen. Deze zouden integraal onderdeel moeten uitmaken van de digitale tunneltweeling, zodat een beter beeld verkregen kan worden van de genomen (ontwerp)beslissingen en maatregelen en de uitwerking hiervan in de exploitatie.

De inzet van digitale hulpmiddelen binnen projecten start vroeg. Hoe mooi zou het zijn als ook de mate waarin voldaan wordt aan eisen en randvoorwaardelijke behoeften reeds in een vroegtijdig stadium digitaal inzichtelijk gemaakt kan worden? Een belangrijke randvoorwaarde hierbij is wel dat alle onderdelen van de verschillende betrokken organisaties (denk aan processen en bijbehorende technieken) hierop zijn ingericht. Om dit te bereiken, moet er ook al in zo vroeg mogelijk stadium aangevangen worden met de bouw van deze digitale hulpmiddelen (digitale tunneltweeling), pas later wordt het project (nieuwbouw, renovatie of onderhoud) fysiek gerealiseerd. Idealiter wordt er pas fysiek gestart met de bouw als alles digitaal (lees: softwarematig) is gebouwd, geverifieerd en goedgekeurd (gevalideerd).

Onderdeel van dit bovenbeschreven ideaalbeeld zou tevens zijn dat het opleiden, trainen en oefenen (OTO) al in vroegtijdig stadium start, al ruim voordat de fysieke bouw gereed is. Door deze OTO-omgeving onderdeel te laten zijn van de digitale tunneltweeling, is het mogelijk de operators vroegtijdig te betrekken en voor te bereiden op de bediening, bewaking en besturing van het nieuwe object. Hierdoor kan het bedieningssysteem geoptimaliseerd worden voor de wensen van de operators en kunnen eventuele fouten voorkomen of hersteld worden. Het uiteindelijke opleiden, trainen en oefenen zal tevens efficiënter en effectiever verlopen.

1.2 Doel van dit groeiboek [link id=”f2p79″]

De COB-werkgroep ‘Digitaal aantonen’ is ervan overtuigd dat een belangrijk voordeel voor nieuwbouw, renovatie en exploitatie zit in het zo veel en zo vroeg mogelijk digitaal aantonen van de juiste en veilige werking van de tunnel. Zoals hierboven genoemd zijn verificatie- en validatieprocessen, reviewmomenten, vergunningaanvragen en audits nu nog veelal gebaseerd op dossiers bestaande uit papieren documenten en/of pdf-bestanden. Digitale hulpmiddelen, zoals hierboven genoemd, worden nog maar beperkt ingezet. Voorliggend document geeft een aanzet om digitaal aantonen te stimuleren en te optimaliseren.

Om voor de gehele levenscyclus te komen tot digitaal aantonen zullen nog een aantal uitdagingen geslecht moeten worden. Zo dienen de digitale hulpmiddelen nog doorontwikkeld te worden om geschikt te zijn voor digitaal aantonen en dienen organisaties hiermee bekend en vertrouwd te raken.

Een eerste stap proberen we in dit groeiboek te maken. Laten we eerst inventariseren wat er allemaal mogelijk is en wat niet. Welke technologie is reeds beschikbaar en hoe kan het ingezet worden? Wat zijn de voor- en nadelen en welke gevolgen zijn er voor organisaties? In dit groeiboek zetten we een groot aantal digitale hulpmiddelen op een rij. Want, onbekend maakt onbemind.

Belangrijke uitdagingen bij digitaal aantonen zijn begripsverwarring, het gebrek aan kader en het gebrek aan draagvlak bij invloedrijke stakeholders zoals bevoegd gezagen. Met de COB-groep ‘Digitaal aantonen’ willen we tot heldere definities komen, duidelijk beschrijven wat iedere vorm van digitaal aantonen wel en niet is, en wat de voor- en nadelen zijn ten opzichte van regulier aantonen. Hiermee wordt de keuze om tot digitaal aantonen over te gaan, een gewogen besluit waarmee het draagvlak bij belangrijke stakeholders zoals bevoegde gezagen, veiligheidsbeambtes, tunnelbeheerders, veiligheidsregio’s, opdrachtgevers en opdrachtnemers ontwikkeld wordt.

Met dit project richten we ons op:

• Het formuleren van eenduidige verwachtingen, definities en gezamenlijk ‘kader’ vanuit de experts in het veld (zowel opdrachtgevers als opdrachtnemers).
• Het aangeven van hetgeen we bedoelen met digitaal aantonen, hoe ver zijn we, wat doen we en wanneer, en zeker ook: wat kan wel en wat kan niet digitaal worden aangetoond?
• Het formuleren van de juiste randvoorwaarden vanuit alle stakeholders, in het bijzonder de bevoegd gezagen als vergunningverleners in het openstellingsproces voor een nieuwe of gerenoveerde tunnel.
• Het op gang brengen en faciliteren van een dialoog met, en kweken van vertrouwen bij belangrijke stakeholders zoals bevoegd gezagen.
• Het ondersteunen van praktijkprojecten bij het nadenken over visievorming op en etaleren van de mogelijkheden van digitaal aantonen.

Vanuit het COB zijn er meerdere projecten actief op onderliggende of nauw verwante onderwerpen. Als er sprake is van synergie met deze projecten wordt dit in voorliggend document benoemd.

Voorliggend document richt zich met name op ‘de ontwerpprocessen’ van zowel hardware- als softwarematige functionaliteit. Met andere woorden: hoe zien we de invulling om digitaal aantonen van het ontwerp in het algemeen en het testen van het besturingssysteem in een virtuele omgeving in het bijzonder al in de ontwerpfase zijn plaats te laten krijgen?

Onze ambitie voor digitaal aantonen is dat alle ontwerpen en documentatie vastliggen in één model. Daar waar we het over testen hebben, bedoelen we dus tevens het valideren van het model. De ambitie is daarnaast dat vanuit het model de benodigde softwarecode ten behoeve van 3B (bediening, besturing en bewaking) gegenereerd kan worden. Het voordeel is dat – als men later bij testen erachter komt dat het ontwerp niet goed was – een wijziging binnen het model wordt verwerkt. Op deze manier is voor elke aanpassing traceerbaar welke componenten en functionaliteit ‘geraakt worden’. Bij een latere aanpassing is exact inzichtelijk welke stukken opnieuw gevalideerd moeten worden. De waarheid ligt dus vast in het model waaruit code gegenereerd (of aangepast) wordt. Dit kan daarmee aantoonbaar gevalideerd worden.

1.2 Scope [link id=”hnw5h”]

In dit groeiboek treft u verschillende oplossingsmethoden (middelen) aan om projecten met behulp van zowel statische als dynamische visualisaties voor zowel technisch als niet-technisch opgeleide mensen sneller en beter inzichtelijk te maken. Hiermee wordt bereikt dat grote, maar vooral ook kleinere projectrisico’s in ontwerpen worden geaccepteerd waarbij zo realistisch mogelijk inzicht wordt gegeven in de consequenties van een bepaald besluit.

Bij de keuze van een visualisatie van een model moet vooraf goed worden nagedacht over de doelgroep van de visualisatie. Zo kan bijvoorbeeld voor het toelichten van de dynamische werking van de tunneltechnische installaties aan niet-specialisten, gebruikgemaakt worden van een simulatie die gevisualiseerd wordt in het 3D-model. Voor specialisten op het gebied van softwareontwikkeling kan deze toelichting plaatsvinden aan de hand van het softwaremodel.

Naast visualisaties wordt, als specifiek onderdeel van digitaal aantonen, in 4.6 Testen besturingssysteem in virtuele omgeving besteed aan het testen van het bedien-, besturings- en bewakingssysteem in een virtuele omgeving. In dit hoofdstuk worden ook verschillende technieken behandeld die hierbij gebruikt kunnen worden en de toepassing van testen gedurende de gebruiksfase van een object.

Natuurlijk komen ontwikkelingen op het gebied van digitaal aantonen met alle gebruikelijke obstakels: er zijn hiaten in kennis, tussen projectfasen, tussen de eisen van verschillende belanghebbenden en in het systeem zelf. Deze hiaten kunnen de markt en opdrachtgevers voor een groot deel los van elkaar oplossen, maar er zijn puzzels waarvoor je elkaar nodig hebt, vragen die je buiten de projecten om wilt beantwoorden en opgaven die een langere adem vragen dan een individueel project beschikbaar heeft.

Dit groeiboek is niet compleet. De ontwikkelingen gaan onverminderd snel waarmee een uitbreiding van dit groeiboek eigenlijk nu alweer gewenst is. Onderwerpen als toepassing in de nieuwbouw, de gebruiksfase, beheer en onderhoud, en nieuwe mogelijkheden en ontwikkelingen zoals digitaal accorderen zijn onderwerpen die wellicht al wel in deze versie van het groeiboek zijn benoemd, maar nog niet zijn beschreven. Het is aan te bevelen deze nieuwe ontwikkelingen in een later stadium op te nemen in dit groeiboek.

1.3 Leeswijzer [link id=”h33vc”]

Digitaal aantonen is een manier om het verificatie- en validatieproces (V&V) te versnellen, de betrouwbaarheid en aantoonbaarheid te verbeteren en te ondersteunen door deze aspecten continu in verschillende fases van een project te bewaken. Om deze reden wordt 2 Verificatie en validatie eerst nader toegelicht. Vervolgens wordt de 3 Digitale tunneltweeling op hoofdlijnen behandeld en worden de verschillende onderdelen toegelichting in 4 Onderdelen digitale tunneltweeling.

Wij realiseren ons terdege dat onze oplossingen gepaard gaan met cultuuraanpassingen; waar acceptatie voorheen een papieren exercitie was die doorgaans na realisatie van het product plaatsvindt, is het nu gesitueerd tijdens het ontwerp (beginnende in de conceptuele fase). Bij deze cultuuraanpassing moet rekening worden gehouden met zaken als:

• Kunnen we met de nieuwe technieken op minimaal een gelijkwaardige wijze zaken aantonen?
• Hoe om te gaan met digitaal accorderen of afkeuren?
• Overheden zijn gebonden aan de archiefwet waarin wettelijk is vastgelegd welke informatie voor welke termijn moet worden gearchiveerd.
• Moeten documenten, schema’s en tekeningen nog steeds op papier worden verstrekt of kunnen we hiervoor gebruikmaken van nieuwe digitale technieken?

Wij wensen u veel plezier met lezen van dit groeiboek en voel u vrij te reageren.

2 Verificatie en validatie [link id=”vgl5k”]

2.1 Introductie [link id=”snmk8″]

Binnen ontwerpprocessen vindt verificatie en validatie (V&V) plaats, vaak kortweg ‘aantonen’ genoemd. Allereerst wordt vastgesteld dat het geconstrueerde proces of het gefabriceerde product overeenstemt met alle in de specificatie gestelde eisen (verificatie). Daarna kan pas worden vastgesteld of het ontwerp ook geschikt is voor het beoogde doel binnen de voorwaarden van de gebruikersomgeving (validatie).

Als we het over de ontwerpfase hebben, wordt dit vaak geassocieerd met het proces van verificatie en validatie. Binnen de technische processen (systems engineering) dienen in eerste instantie het domein, de stakeholders en de eisenanalyse te worden beschreven en uitgevoerd. Een zeer belangrijk onderdeel van de eisenanalyse is het vaststellen van de aantoning van de gestelde eisen: op welke wijze, op welk moment, met welke criteria en door wie. Met andere woorden, V&V. Een evenwichtig en overeengekomen V&V-proces zal moeten leiden tot een geaccepteerd systeem (vanuit techniek, processen en organisatie). In de praktijk constateren we bij zowel nieuwbouw- als renovatieprojecten dat dit nog geen gemeengoed is, wat leidt tot significante faalkosten en moeizame acceptatieprocessen.

Het aantonen is een proces in verschillende fases die parallel lopen met de projectfases van ontwerp tot realisatie en oplevering. Het aantonen doen we in verschillende stappen met verschillende hulpmiddelen en met een verschil in niveau.

V-model

De verschillende testen die nodig zijn om aan te tonen dat de tunnel aan de eisen en het beoogde doel voldoet, worden vaak weergegeven in een zogeheten V-model. De stappen aan de linkerkant van de V corresponderen met de testen aan de rechterkant van de V. In de figuur hieronder is het model aangevuld met de verschillende omgevingen waarin gewerkt wordt, waarbij ook digitaal aantonen via de digitale tunneltweeling een plek heeft gekregen.

2.2 Definitie en terminologie [link id=”3fl4f”]

De binnen dit document gehanteerde termen en afkortingen zijn vastgelegd in

Bijlage 1 Terminologie.

In de wereld van BIM en systems engineering worden diverse normen en richtlijnen gehanteerd, zoals ISO 19650. Daarnaast worden in onder andere Wikipedia veel gehanteerde definities genoemd. Om de overeenkomsten meer inzichtelijk te maken, zijn in paragraaf Bijlage 2 BIM volgens PAS 1192-2 versus Wikipedia de relatie tussen het BIM maturity model volgens de PAS 1192-2 en het 7D-model volgens Wikipedia weergegeven.

2.3 Wat is het wel? [link id=”kb397″]

Digitaal aantonen is het proces van aantonen op basis van modellen (representaties van het systeem of deelsystemen) alvorens het daadwerkelijke product/object is gerealiseerd. Het kan dan ook worden gezien als vroegtijdig aantonen op basis van een representatie van de werkelijkheid. Hierbij moet er vertrouwen zijn in de gebruikte modellen, maar moet men zich ook realiseren dat dit niet alle testen zal kunnen vervangen. Door het gehele ontwikkelingsproces te bekijken, kan worden bepaald welke delen van aantoning eerder in het proces kunnen worden uitgevoerd en welke hulpmiddelen daarvoor nodig zijn.

In het eerste deel van het proces zal de focus liggen op validatie (beoogd gebruik door het doorlopen van allerlei scenario’s) en gedurende het ontwerp zal er ook aan verificatie gedacht worden (juiste invulling van eisen, genomen ontwerpbeslissingen, reviewen, simulaties en functioneel testen). Van belang hierbij is te beseffen dat de hulpmiddelen de werkelijkheid dienen te representeren.

Bij nieuwbouw en renovatie van een tunnel is het belangrijk om in het voortraject zoveel mogelijk testen (verificatie en validatie) uit te voeren om hiermee de tijdsduur van beproeven te verkorten. Daarnaast kan het zijn dat fysieke testen bij tunnelrenovaties lastig zijn uit te voeren. Denk hierbij aan de beperkte tijd en opdeling van oude en nieuwe besturing. Door het verplaatsen van de zwaarte van testen naar de fabriek (in FAT of I-FAT), kan hierop worden ingespeeld.

Digitaal aantonen is dus een hulpmiddel om bijvoorbeeld:

• bij testen vroegtijdige verificatie en validatie te kunnen uitvoeren. Vroegtijdig is hierbij belangrijk omdat je hiermee vooral functionele (softwarematige) risico’s naar voren haalt. Door middel van het digitaal aantonen worden de risico’s op fouten verkleind doordat al vroegtijdig (deels) inzicht wordt gegeven in hoe de eindsituatie er uit komt te zien. Het ontwerp kan door het toepassen van de diverse modellen, tools, etc. geoptimaliseerd worden waarmee faalkosten verkleind worden. Digitaal aantonen kent echter ook zijn beperkingen. Zo zullen installatietechnische dynamische en technische eisen niet volledig aangetoond kunnen worden, omdat aansluiting van hardware in de (tunnel)omgeving nog moet worden getest, en metingen van bijvoorbeeld de lichtintensiteit en verstaanbaarheid van geluid in de fysieke tunnel nog moeten worden uitgevoerd (I-SAT).
• de voorspelbaarheid te bevorderen met betrekking tot de te volgen processen en op te leveren producten. Door het toepassen van de diverse modellen en tools zal er meer inzicht worden verkregen in het uiteindelijke resultaat.
• het integraal ontwerpproces te ondersteunen. D.m.v. een integraal model worden voor iedere discipline de raakvlakken duidelijk. Het betreffende raakvlak dient dan wel onderkend en beschreven te worden, zodat het in het betreffende ontwerp kan landen.
• stakeholders (veiligheidsbeambte, projectteam, omgeving, veiligheidsregio, etc.) zo vroeg en laagdrempelig mogelijk te informeren en mee te nemen in het ontwikkelingsproces.
• effecten van fysische eigenschappen te visualiseren. Dit is met name belangrijk voor onderwerpen die pas heel laat in het proces kunnen worden aangetoond of voor onderwerpen die een grote impact hebben op het ontwerp. Voorbeelden hiervan zijn tunnelventilatie en overdruk veilige ruimte.
• vroegtijdig te kunnen opleiden, trainen en oefenen (OTO). Door OTO vroegtijdig mogelijk te maken, wordt beter geborgd dat de bediening, besturing en bewaking aansluit op de behoefte en verwachtingen van de operators. Tevens wordt hiermee voorkomen dat het OTO-traject in het gedrang komt door druk op de planning.
• een omgeving voor ontwikkeling, testen, acceptatie en productie (OTAP) te kunnen opzetten inclusief de ‘virtuele visualisatie’ om deze processen efficiënter te maken.
• tijdens instandhouding middels de OTAP-omgeving de impact van wijzigingen makkelijk te kunnen inschatten, aan te passen, te testen en door te voeren zonder dat alle testen ‘buiten’ moeten worden herhaald. Bij nieuwbouw en renovatie is het van belang dat vooraf overeengestemd is wat op welk moment en op welke wijze wordt getest; wat wordt er virtueel getest, wat tijdens de (i)FAT( i)SAT, etc. Dit om de testinspanningen in de tunnel te beperken en om te voorkomen dat er zaken dubbel getest worden en dus overbodig veel tijd en inspanning kosten.

Bij het digitaal aantonen is het van belang dat de virtuele omgeving (digitale tunneltweeling) en aftakkingen/afspiegelingen daarvan beheerst en gemanaged worden. Uitgangspunt daarbij is een stabiele testomgeving die kan worden hergebruikt.

2.3.1 Hoofddoelen [link id=”28tqn”]

Dit kunnen BIM-ambities zijn uit BIM-protocoluitvoeringsplan:

• Informatiebundeling.
• Informatieoverdracht (visualisaties, tekeningen, modellen, etc.).
• Synchronisatie van gegevens.
• Integratie van ontwerpen civiel, infra en TTI.
• Visualisatie of simulatie van systeemgedrag.
• Verificatie/validatie systeemgedrag.
• Het ontwikkelen van een geïntegreerd ontwerp, met optimale afstemming van aspectmodellen (tunnel, wegen, VTTI), zowel wat betreft de ruimtelijke inpassing als het functioneren als de bouwbaarheid.
• Het toetsen van het programma van eisen gedurende het ontwerpproces (verificaties).
• Het beperken van faalkosten door het minimaliseren van de kans op miscommunicatie tussen bouwpartners, het hergebruik van eenmaal ingevoerde data, het genereren van consistente ontwerpdocumenten en het optimaliseren van het uitvoeringsproces.
• Het vergroten van het inzicht van de opdrachtgever, toekomstige gebruikers én bouwafdelingen in de kwaliteit van het ontwerp.
• Het bevorderen van optimalisatie door samenwerking aan een geïntegreerd model van het bouwwerk.
• Verbetering van ontwerp- en uitvoeringsprocessen, zoals coördinatie van de maatvoering.
• Eenduidige omgeving voor beheer en onderhoud, voor zowel de as-built- als de configuratiegegevens.
• Virtuele toegang tot object.
• Mogelijk maken van voorspellend onderhoud op basis van realtime informatie uit het object.
• Ten bate van het OTO-proces een omgeving bouwen waarin zowel virtueel als in trainingsomgevingen getest, getraind en opgeleid wordt.
• Delen van objectinstallaties koppelen aan de digitale tunneltweeling ten bate van testdoeleinden.
• Wijzigingen eerst in de digitale tunneltweeling doorvoeren en hierna pas in het veld, waardoor overlast tot een minimum beperkt wordt.

2.3.2 Ambities [link id=”n04b6″]

• Leveren van een goed technisch integraal ontwerp.
• Modelanalyse uitvoeren op de samengevoegde actuele 3D-modellen.
• Clashrapportages.
• Consistente 2D-tekeningen en 3D-modellen.
• Leveren 3D-simulatie.
• Virtuele plaatsing camerasystemen in het 3D-model.
• Zichtstudies camerasysteem en validatie van cameraposities.
• Virtuele controle van het ontwerp op criteria ruimtelijke kwaliteit.
• Visualiseren van de samengevoegde actuele 3D-modellen.
• Visualisaties van delen van het ontwerp in de vorm van plaatjes of video.
• Centrale coördinatie van de maatvoering tijdens de uitvoering van het project.
• Een database voor 3D-model.
• Modelleren voor meerdere doeleinden.
• Aanleveren van gecontroleerde uitzetgegevens en 3D-modellen voor machineaansturing.
• 2D-maatvoeringtekeningen.
• 3D-datamodellen voor machineaansturing.
• 3D-uitzetgegevens.
• Integrale aanpak en snelle acceptatie van het as-builtdossier.
• Up-to-date houden en verwerken van as-builtdata middels een vastgestelde validatieprocedure op basis waarvan afwijkingen gecontroleerd worden en beheersinformatie aangeleverd wordt.
• As-builttekeningen, configuratiebeheer.
• Beheerinformatie van applicaties zoals KernGIS, IRIS, etc.
• Geschikt voor OTO-proces zowel tijdens renovatie als tijdens beheerfase.
• Multidisciplinair oefenen.
• Onderdeel van tunnelveiligheidsdossier.
• Voorzieningen ten bate van renovatie.
• Informatie t.b.v. beheer en onderhoud.

2.3.3 Methoden [link id=”qd9bf”]

Deze paragraaf beschrijft methoden voor drie onderdelen. Hierbij worden BIM en SE toegepast.

• Configuratiemanagement als basis voor de modellering
• Datamodellering voor systemen en processen
• Van data naar informatie

Bovengenoemde smelten samen in:

• Model-based systems engineering
• Configuratiemanagement (PDM, SCM)
• Interfacemanagement
• Concurrent engineering (parallel ontwerpen)
• Value engineering (aanpak trade-offstudies)
• SCRUM

2.3.4 Landschap van toegepaste tools [link id=”3p5nx”]

In de informatieleveringspecificatie (ILS) wordt aangegeven hoe het architectuurlandschap van het object er uitziet. In onderstaande tabel staan enkele voorbeelden van hulpmiddelen en dataformats zoals deze tot nu toe in Nederlandse projecten zijn toegepast. Dit overzicht geeft een indruk van de mogelijke hulpmiddelen en dataformats en heeft niet tot doel om volledig te zijn.

Figuur: Afhankelijk van het soort model zijn er verschillende tools.

2.3.5 Organisatie [link id=”vgbtl”]

De toegepaste software ontwikkelt zich doorgaans tijdens de doorlooptijd van het project. Om de rollen, taken en verantwoordelijkheden te bepalen, moeten de volgende vragen worden beantwoord:

• Welke database-aanpak we gaan aanhouden? De twee hoofdvormen zijn:
  • Central database, alle partijen werken ‘live’ in eenzelfde dataset/model.
  • Aggregate databases, alle partijen werken samen aan een dataset/model die (periodiek) geaggregeerd wordt vanuit verschillende disciplinaire datasets/modellen.
• Welke partijen moeten samenwerken?
• Wat is de meest efficiënte rolverdeling op basis van alle taken?
• Maak contractuele keuzes. Er zijn drie (juridische) hoofdaspecten te benoemen, waar verschillende aspecten onder vallen:
  • Eigendom van database/informatie, modellen, simulaties, niet-realtime systemen, gaming enz.
  • Zeggenschap informatiemodel en competenties bij selectie van software, platform en/of standaarden.
  • Management van werkprocessen.

2.4 Wat is het niet? [link id=”9g9g6″]

Digitale aantoning maakt het mogelijk om veel eisen vooraf te verifiëren of te valideren, maar kan de eindsituatie van een project niet volledig vervangen. Bepaald dynamisch gedrag en correcte aansluiting van hardware moet nog altijd worden getoetst in de praktijk. Het is geen volledige vervanging van technische SAT (zeker niet het functionele deel ervan) en/of integratietesten (SIT) (aansluiting van de hardware), en is zeker geen middel om alle fysische eigenschappen te kunnen aantonen (zoals timing, daadwerkelijke vermogens en functioneel regelgedrag van HVAC-systemen).

Het geïntegreerde en interoperabele informatiemodel is geen systeem of installatie dat je kunt vastpakken. Met digitaal aantonen (de integrale database en gekoppelde systemen/programma’s) is het niet zonder meer mogelijk om prestatie-eisen, zoals geëiste lucht- en waterdebieten, overdrukken, rookvrij houden van de veilige ruimte, verlichtingsniveaus, enz. aan te tonen. Dit is afhankelijk van de mate waarin de simulatietool is gevalideerd en geaccepteerd. In het testplan zal aangegeven moeten worden welke testen in de praktijk nog aangetoond dienen te worden.

2.5 Voordelen [link id=”qmql1″]

V&V-proces opdelen in kleine stukjes

Door het aanpassen van het proces kan de opdrachtnemer gezamenlijk met de opdrachtgever het V&V-proces in veel kleinere stukjes verdelen. Zo kan het toetsen of de operationele processen (UPP-scenario’s) kloppen met het ontwerp al tijdens het voorontwerp worden uitgevoerd. Specifiek voor projecten waar de (Landelijke) Tunnelstandaard wordt toegepast, kan bijvoorbeeld specifiek naar de projectspecifieke afwijkingen gekeken worden en kunnen deze al vroegtijdig (gedeeltelijk) geverifieerd en gevalideerd worden. Ook kan de functionaliteit van de 3B al eerder dan in de uitvoerings(ontwerp)fase worden getest. Deze toetsen kunnen worden herhaald naarmate meer details zijn ontworpen om te borgen dat het gedetailleerde systeem nog steeds aan de UPP-scenario’s en de functionaliteit voldoet.

Minder faalkosten

Het herstellen van fouten kost aan de voorkant (linkerkant van het V-model) veel minder tijd en dit geldt ook voor eventuele wijzigingen die in deze fases worden geïdentificeerd. Verifiëren en valideren aan de linkerkant van het V-model is lastig, maar wel noodzakelijk. Verifiëren in de vorm van functionele testen zal voor de opdrachtgever en de stakeholders inzicht geven in het eindresultaat. Er kan dus eerder worden bijgestuurd indien het systeem niet aan de verwachtingen voldoet, wat de kwaliteit ten goede komt. Dit stelt echter wel eisen aan de kennis en kunde van degene die valideert; men moet de betreffende modellen wel begrijpen.

Verbeterde communicatie en interactie met stakeholders (systeemvalidatie)

Bij complexe projecten worden veel eisen en documenten geproduceerd (denk aan duizenden eisen en honderden documenten). Een gemiddeld mens kan dit niet meer overzien. Systems-engineeringmethodieken helpen dit te structuren, maar voor de opdrachtgever en de stakeholders is vaak niet meer te doorgronden wat het eindresultaat gaat worden. Stakeholders vroeg inzicht geven in het eindresultaat door middel van digitale representaties kan hierbij helpen.

Aspecten zoals rookbeheersing en camerabeelden (cameradekking en -configuratie) en systeem-, verkeers- en menselijk gedrag worden al in allerlei scenario-analyses in de ontwerpfase inzichtelijk gemaakt. Hierdoor is vroegtijdige verificatie van de besturingssoftware mogelijk, zelfs voordat er installatiewerkzaamheden op de projectlocatie plaatsvinden. Ook kunnen tunnelbeheerders, wegverkeersleiders en tunneloperators met de digitale tunneltweeling vroegtijdig worden betrokken in het proces, waardoor hun feedback in de definitief-ontwerpfase kan worden meegenomen. Bevoegd gezag, veiligheidsbeambte en hulpdiensten krijgen inzicht in de (tunnel)processen en kunnen hierop reageren en anticiperen. De ontwikkelaar heeft de context om met de (eind-)gebruiker in gesprek te gaan en onduidelijkheden over specificaties en bruikbaarheid vroegtijdig aan het licht te brengen.

Digitaal aantonen kan een middel zijn om met de stakeholders het risico van operationeel testen te bepalen en daarmee een focus af te spreken.

Kortere niet-beschikbaarheid bij renovatie

Er kan al getest worden voordat werkelijk de bouw-/renovatiewerkzaamheden worden uitgevoerd waarmee de niet-beschikbaarheid van het kunstwerk wordt bekort. De testwerkzaamheden op de projectlocatie worden gereduceerd. De werkzaamheden on-site worden teruggebracht tot monteren, inbedrijfstellen en verifiëren van de prestatie-eisen. De validatie van processen en systeemgedrag heeft al eerder plaatsgevonden. De reguliere afstemming met bevoegd gezag, hulpdiensten, tunnelbeheerder en veiligheidsbeambte kan vroegtijdig plaatsvinden. Er is meer onderling begrip. De stremmingstijd van het object wordt aanzienlijk beperkt.

Single source of truth en eenduidige aanpak over de gehele levenscyclus

Er is één model waarin de ontwerp-, kwaliteits- en testcriteria worden vastgelegd. Genereren van software op basis van het model, maakt het model de ‘single source of truth’. Het toepassen van een geïntegreerd en interoperabel informatieplatform zorgt er bovendien voor dat er een eenduidige aanpak in alle fasen van het project is. Wijzigingen in een van de aangesloten gekoppelde systemen/programma’s worden verwerkt in het volledige systeem/programma.

Functionele werking ligt eenduidig vast

Nu komt het vaak voor dat de documentatie van besturing niet is bijgehouden en dat de functionaliteit veel in hoofden van mensen zit of verspreid is over allerlei documenten. Met een virtuele omgeving is de functionaliteit vrij gemakkelijk te achterhalen doordat de gehele tunnel virtueel kan worden gebruikt. Hiermee wordt het eenvoudiger om besturingssysteem na vijftien jaar te vervangen met nieuwe technieken omdat er virtueel getest/geverifieerd kan worden. In contracten kan er voor onderhoud standaard opgenomen worden dat alle ontwerpdocumenten omgezet moeten worden naar de dan geldende formats. Voorwaarde hierbij is wel dat de data bijgehouden zijn.

‘Continuous integration’ en eenvoudig terug

Aanpassingen/uitbreidingen kunnen in kleine stapjes in het model geïntegreerd worden op basis van digitale dossier. Bovendien is het vanwege structurering van releases mogelijk om een release terug te gaan indien dit nodig is. Het is mogelijk om kort-cyclisch te releasen.

Eenvoudig aantonen van integraliteit

Aantonen van integraliteit op basis van documenten is heel erg lastig, laat staan om dit te beoordelen. Door integrale modellen te maken, is de integraliteit eenvoudiger aan te tonen en te beoordelen.

Meer voordelen

• De verschillende faserings- en uitvoeringsstrategieën kunnen worden beproefd om te kijken welke het beste werkt.
• Het voordeel is wellicht ook de ‘fun factor’: voor een wegverkeersleider is het leuker en dus laagdrempeliger om te kijken wat er gebeurt, dan het wat abstracter testen op basis van de interface die hij gebruikt.
• Door met modellen te testen hoeft er minder met het daadwerkelijke systeem te worden getest, wat minder kosten en minder slijtage oplevert.

2.6 Nadelen [link id=”1kqg6″]

De nadelen van digitaal aantonen hebben betrekking op het proces en op de inhoud:

• Geen doel op zich

Het is belangrijk te benoemen dat digitaal aantonen een hulpmiddel is en geen doel op zichzelf. Het is een hulpmiddel om te gebruiken als het een relevante bijdrage heeft, anders bestaat het risico dat er zeer hoge kosten ontstaan voor de ontwikkeling terwijl het resultaat gering is.

• Gebrek aan data

De kwaliteit van de digitale tunneltweeling is sterk afhankelijk van de kwaliteit van de data waarmee het systeem wordt gevoed. Is er te weinig data of is de data onbetrouwbaar, dan kunnen mogelijk onjuiste conclusies worden getrokken.

• Problemen zijn te eenvoudig

Virtual reality is niet zaligmakend. Er zijn veel meer technieken en methodes op de markt die problemen eenvoudig kunnen oplossen, zonder dat je hier virtual reality voor nodig hebt. Als je bijvoorbeeld exact kunt uitleggen hoe een probleem kan worden opgelost door gebruik te maken van regels en vergelijkingen, dan is het probleem wellicht te eenvoudig voor een digitale tunneltweeling.

• Niet inzetbaar voor meer toepassingen

Een algoritme is vaak ontworpen voor één toepassing, bijvoorbeeld voor het vroegtijdig opsporen van slijtage nog voor de storing heeft plaatsgevonden. De algoritmes die voor een bepaalde machine zijn ontworpen, werken niet noodzakelijk ook elders in het bedrijf. Mogelijk zijn individuele elementen of componenten van het programma over te zetten, maar aangeleerde kennis overhevelen naar een andere situatie is op dit moment (bijna) niet mogelijk.

• Black box

Algoritmes verwerken in de digitale tunneltweeling kunnen uitkomsten bieden waarbij het voor de gebruiker onduidelijk kan zijn hoe een bepaalde uitkomst tot stand is gekomen. Dit hoeft geen beperking te zijn, maar voor alle voorkomende situaties dient een verklaring gegeven te kunnen worden. Een goede documentatie van de route die heeft geleid tot de oplossing is hierbij noodzakelijk.

• Professionals ontbreken

Om een digitale tunneltweeling te gebruiken, is kennis over virtual reality en algoritmes nodig. Veel bedrijven hebben moeite om talentvolle professionals te vinden die hen kunnen ondersteunen bij de implementatie van een digitale tunneltweeling. Technisch inhoudelijke kennis koppelen aan het businessmodel van bedrijven is niet eenvoudig.

• Juridische problemen en betrouwbaarheid

Wordt een digitale tunneltweeling toegepast, dan moet altijd worden gekeken naar de juridische aspecten en de betrouwbaarheid van data.

• Het vervangt niet het daadwerkelijk testen in het veld

Een gesimuleerde omgeving kan gebruikt worden voor de gebruikerstesten van de 3B-software om zo vroegtijdig te ervaren wat nu werkelijk gebeurt bij bepaalde handelingen. Dit is alleen een klein onderdeel van het totale testtraject dat uitgevoerd moet worden. Andere testen van fysieke componenten bij fabrikanten of op locatie moeten nog steeds worden uitgevoerd. De digitale tunneltweeling kan, mits goed ontwikkeld en met de juiste intenties, een instrument zijn om mínder te hoeven testen in het veld. Het is hierbij belangrijk om vooraf overeenstemming te krijgen wat aan de linker- en wat aan de rechterkant van het V-model aangetoond wordt. Hierbij dienen dubbelingen zoveel als mogelijk voorkomen te worden zonder hierbij de representativiteit van de test geweld aan te doen.

De hulpmiddelen zijn vaak nog niet gecertificeerd of gevalideerd waardoor het vertrouwen in de testen bij het ‘afdalen in het ontwerp’ (van grof naar fijn werken) niet altijd bij opdrachtgever aanwezig is. Daarom bestaat de kans dat deze testen meerdere keren worden uitgevoerd om zeker te zijn dat aan de verwachting wordt blijven voldaan. Door het automatisch laten uitvoeren van testen die eerder al positief zijn uitgevoerd (hertesten), kan worden beoordeeld of de aanpassingen die zijn uitgevoerd niet ten koste zijn gegaan van eerder goedgekeurde functionaliteit.

Digitaal aantonen helpt in elk geval zeker bij een eerdere acceptatie van de gebruikers. De digitale tunneltweeling zal een grotere rol spelen als met gestandaardiseerde koppelvlakken gewerkt wordt. Dan dient ‘in het veld’ alleen gecontroleerd te worden of na ingebruikstelling de instrumenten correct zijn aangesloten.

2.7 Effecten [link id=”xtdzm”]

2.8 Risico’s [link id=”0r8s9″]

• Doorslaan in functioneel testen. Ergens ligt het optimum, wat lastig te bepalen is.

Figuur: Testoptimum.

• ‘Poolse landdag’-sessies. Opdrachtgever en stakeholders worden betrokken en gaan steeds meer hierin geloven. Dit leidt vaak tot grotere groepen participanten die aanwezig willen zijn en iets ervan (willen) vinden. De taak van het projectmanagement zal moeten zijn om dit efficiënt en effectief te houden.
• Onduidelijk hoe de digitale data de komende 25 jaar kan worden bewaard. Mogelijk loopt de database uit zijn voegen of worden de databasetechnieken niet meer ondersteund.
• Modellen dienen goed te worden gevalideerd, anders wordt er fout op fout op fout gebouwd. Dit kan gedurende het project en over de projecten heen plaatsvinden. Hierbij is het belangrijk dat achteraf de werkelijke resultaten vergeleken worden met het model, en hieruit een conclusie getrokken wordt over de mate waarin het model de werkelijkheid representeert. Zaken als uitgangspunten, omgevingsomstandigheden, gebruikte (software) versies, etc. zijn hierbij van belang.
• Delen en beheer van kennis vergen een abstract denkvermogen en misschien ook wel een ander type engineer. Dit kan gestimuleerd worden door mensen te belonen als ze kennis delen.
• Actualisering van bestanden: draagvlak en actualiteit van gegevens zijn voor de gebruiker van essentieel belang voor een zo realistisch mogelijke weergave en herkenbaarheid van de werkelijkheid. Verificatie en validatie van gegevens is dan ook erg belangrijk. Dit geldt tevens voor de tussentijdse wijzigingen en aanpassingen.
• Een andere manier van werken, toetsen en verslaglegging dient te worden vastgelegd.
• Mogelijk andere competenties: het is aannemelijk dat een gewijzigde werkwijze zal leiden tot een andere vorm van werken. Dit kan zijn weerslag hebben op de competenties die als noodzakelijk worden beoordeeld om te werken in en met een nieuwe omgeving.
• Geen draagvlak: vooral bezien vanuit bevoegd gezag.
• Aantoonbaarheid van andere manier van opleiden, trainen en oefenen (OTO) wordt niet geaccepteerd. Aantoonbaarheid van kwaliteit van de gebruiker zal op een andere manier moeten plaatsvinden. Vanuit de systemen worden op basis van vooraf vastgestelde beoordelingscriteria de trainingen beoordeeld. Deze beoordeling kan volledig zijn geautomatiseerd of worden opgesteld aan de hand van geregistreerde prestaties. Vooraf dient te worden afgestemd op welke wijze de aantoonbaarheid mag worden aangeboden.
• Niet aansluiten op bestaande (reeds bestaande) virtuele oefenomgevingen.
• Uitwisselbaarheid en flexibiliteit zijn logische termen. Maar de praktijk is vaak wispelturiger. Systemen ten behoeve van OTO worden veelal voor meerdere jaren aangeschaft. De gebruikersgroepen omvatten ook verschillende organisaties. Iedere organisatie kent zijn eigen werkwijze en processen. Hieraan gekoppeld ligt ook de keuze voor het gebruik van hard- en software. Binnen de ontwikkeling dient tijdig rekening te worden gehouden met deze verschillen. Het is een groot risico om systemen te ontwerpen die in praktijk niet toepasbaar zijn

2.9 Wanneer wel, wanneer niet? [link id=”45tc9″]

In de vigerende c.q. reguliere contractvorming is digitaal aantonen nog geen standaard. Dat het voordelen oplevert is evident. Denk bijvoorbeeld aan tijdswinst of de toename van de voorspelbaarheid (meer testen in kortere tijd). Beide leiden tot een reductie van de faalkosten en wellicht nog belangrijker, minder hinder! Hinderreductie – lees minder (langdurige) stremmingen – is een van de belangrijke onderwerpen als het gaat om de renovatieopgave.

Digitaal aantonen is een middel dat kan bijdragen aan de hiervoor genoemde doelstellingen. Maar wanneer is digitaal aantonen mogelijk? In sommige gevallen is dat gesneden koek, in andere gevallen is het nu (nog) verstandig om op ‘conventionele’ wijze zaken aan te tonen. Ook hybride mogelijkheden bestaan. Ons uitgangspunt is het volgende; digitaal wat kan, conventioneel (‘fysiek’) wat moet. In onderstaande tabel proberen we daar enige helderheid en ordening in aan te brengen. We doen dat op grond van de volgende ingrediënten:

• Welke doelgroep betreft het?
• Wat is het doel dat deze doelgroep voor ogen heeft?
• Wat is de (juridische of contractuele) grondslag?
• Welke wijze van verificatie/validatie leent zich het beste ten aanzien van de domeinen techniek, processen/procedures of organisatie?

Over de uitwerking valt te twisten. Dat is ook precies het doel: om te komen tot consent in plaats van consensus. De tabel geeft aan wanneer wij als COB-werkgroep een volledige digitale, analoge of hybride proces van aantonen voorstaan (kleine x betekent kleine inbreng; grote X betekent grote inbreng). In enkele gevallen is de wettelijke verplichting bepalend voor de vorm en is digitaal aantonen nog niet toegestaan.

2.10 Inspiratie en achtergronden [link id=”qrpfv”]

• Lucht- en ruimtevaarttechniek: spaceshuttles en vliegtuigen worden vaak tegen modellen getest die gebaseerd zijn op gegevens van voertuigen in het veld.
• Ook Tesla genereert met auto’s op de weg veel data om via updates of nieuwe modellen verbeteringen door te voeren.
• Formule 1: updates aan de auto worden eerst getest op de simulator. vervolgens wordt de auto op de baan getest en aan de hand van de testresultaten wordt, indien noodzakelijk, het model bijgesteld.

Voorbeeld: Velsertunnel

Tussen de bouw en de renovatie van de Velsertunnel liggen bijna zestig jaren. De focus verschoof van ‘bouwproject’ naar ‘bouwproces’. Aangepaste ICT-oplossingen, zoals iBIM, dragen bij aan de verbetering van de kwaliteit en efficiëntie van het bouwproces. ICT vergroot de voorspelbaarheid van het bouwproces waardoor de afstemming op de omgevingsbehoeften kan verbeteren.

Bij de renovatie van de Velsertunnel werd de volgende complexiteit geconstateerd:

1. Organisatorisch: 3 disciplines verantwoordelijk voor 64 subsystemen. In totaal bevat de SE-database 326 unieke personen die verbonden zijn aan 17 organisaties.
2. Technisch: de verruiming van de doorrijhoogte in combinatie met de inpassing van allerlei nieuwe VTTI-installaties. Het project bevat 1.371 ‘as-designed’ objectinstanties, geclusterd in 67 verschillende disciplinemodellen.
3. Strategisch: de aanneemcombinatie deed veel ervaring op bij de renovatie van de Eerste Coentunnel (mei 2013 – juli 2014) en kon een ervaren multidisciplinair ontwerpteam inzetten op de Velsertunnel.
4. Tijd/dynamiek: slechts 9 maanden tijd voor het verwijderen van de bestaande inrichting het aanbrengen van nieuwe installaties, wegconstructie, vluchtruimten en het testproces.
5. Raakvlakken/interfaces: 99 raakvlakken gedefinieerd in de SE-database, waarvan 73 gevalideerd via een iBIM-connector.
6. Productiemiddelen: beperkte ruimte in de dienstgebouwen en de tunnelbuizen. Voorafgaand aan de tunnelsluiting werden zoveel mogelijk voorbereidende werkzaamheden uitgevoerd in de dienstgebouwen. Tijdens de afsluiting werden vanuit veiligheidsoverweging twee buizen tegelijk aangepakt. Bij een nachtelijke afsluiting zijn testen gedaan met het freesmaterieel.
7. Externe belangen: 10 regionale overheden, 12 landelijke overheden, 11 hulpdiensten, 3 vervoersbedrijven, 25 kabel-en leidingbeheerders, 7 belangenverenigingen, een druk nabijgelegen bedrijventerrein met zware industrie en 4 sportverenigingen.

De volgende tien iBIM-functies hebben de renovatie van de Velsertunnel vereenvoudigd:

1. Laserscaninput: scan bestaande bouwwerken via (statische) laserscans, zeker wanneer het ontwerp van de renovatie plaatsvindt terwijl het bouwwerk nog operationeel is.
2. Verbind functievervullende objecten: koppel CAD-objecten in het 3D-model aan de objectenboom in de SE-database, zodat een hechte verbinding ontstaat tussen alle kritieke geometrische objectinstanties en de expliciet, centraal vastgelegde eisen en specificaties.
3. Raakvlak is leidend voor het level of development (LOD): na de identificatie van de kritieke raakvlakken definieert de BIM-manager, in nauw overleg met de betrokken disciplines, de LOD-eisen per ontwerpfase in het BIM Excecution Plan.
4. Raakvlak-beheersmaatregelen volgen uit ontwerpsessies: leg de raakvlakbeheersmaatregelen, per discipline, vast tijdens de ontwerpvergaderingen in de SE-database.
5. Raakvlakidentificatie stuurt clashcontrole: de afhankelijkheden tussen de raakvlakken uit de N2-matrix worden hiërarchisch uitgewerkt in de SE-database. Dit bepaalt de logische volgorde van de uitvoering van de clashtests in het 3D-integratiemodel.
6. Sparingen modelleren en verbinden: modelleer alle sparingen in de betonconstructie na het vaststellen van de leidingtracés en koppel deze in de SE-database om status en afwerkingseigenschappen integraal te monitoren.
7. Geometrische validatie: werk de locaties waar meerdere raakvlakken samenkomen, uit in 3D-doorsnedes en aanzichten, ter controle van de inpassing. Dit biedt inzicht voor alle partijen en vereenvoudigt de validatie.
8. Clashcoördinatie clusteren in de SE-database als alternatief voor BCF: verzamel de clashes en wijzigingsacties in de SE-database, zodat de revisie van disciplinemodellen geclusterd kan worden en de wijzigingshistoriek centraal bewaard en traceerbaar blijft. Raakvlakidentificatie en modeldemarcatie borgen de consistentie van het ontwerp.
9. Camera pre-setinstellingen virtueel simuleren: virtuele camerasimulatie reduceert de bouw- en acceptatietijd van het CCTV-systeem.
10. Virtual reality als communicatie: het VR-model helpt bij de communicatie met uitvoerend personeel en andere stakeholders.

3 Digitale tunneltweeling [link id=”5g9b2″]

3.1 Introductie [link id=”drm94″]

De digitale tunneltweeling kan alle ontwikkelingen omvatten op het gebied van virtualisatie, bedieningsinterface, (dynamisch) gedrag, modellering, simulatie, gaming- en informatievoorziening ten behoeve van het object. Het startpunt is visualisering van het object in een 3D-model, dat met behulp van logische koppelvlakken, algoritmes en een modulaire opbouw groeit naar een digitale tunneltweeling. Een digitale tunneltweeling kent verschillende uitvoeringsvormen, afhankelijk van het doel. Zie 3.2 Wat is het wel, wat is het niet? voor een uitgebreidere uitleg van de verschillende uitvoeringsvormen van een digitale tunneltweeling.

De digitale tunneltweeling is een hulpmiddel om het fysieke object beter, sneller, met minder hinder en meer waarde te ontwerpen, te bouwen, op te leveren, te beheren, te renoveren en aan te passen. De digitale tunneltweeling wordt gebruikt en ontwikkeld in alle fasen van een project, en kent in iedere fase en voor iedere stakeholder een eigen toegevoegde waarde.

3.2 Wat is het wel, wat is het niet? [link id=”sm86h”]

Een digitale tunneltweeling is een kopie (in beeld en beleving) van het te realiseren en/of te renoveren tunnelsysteem. Onder meer test-, opleidings- en trainingsactiviteiten kunnen met een digitale tunneltweeling veiliger, met minder hinder en eerder (parallel met andere activiteiten) uitgevoerd worden.

Een onderdeel van een digitale tunneltweeling is de visualisatie van de omgeving, het 3D-model van het object. In de visualisatie zijn aanvankelijk nog geen andere systemen, algoritmes of besturingssoftware gekoppeld of geïntegreerd. Met een visualisatie kun je:

• ervaren hoe alles er momenteel uitziet;
• ervaren hoe in de toekomst alles eruit komt te zien, of kasten op de juiste plek zijn opgehangen, nooduitgangen correct zijn geplaatst, etc.;
• de vertaling van 2D-tekeningen naar de 3D-tekeningen ervaren;
• wanneer het 3D-model gekoppeld wordt aan de planning: ervaren hoe alles er op een bepaald momenteel in de tijd uitziet.

Een digitale tunneltweeling omvat echter meer dan alleen het 3D-model. Het is een virtueel model waarin de 3D-geometrie, de interactie van systemen en/of software samenkomen. Dat betekent dat je al ergens iets van kunt vinden nog voordat het werkelijk bestaat. Je kunt dus een omgeving virtueel weergeven, maar je kunt ook het ontwerp nog verbeteren door binnen die virtuele omgeving te simuleren hoe de verschillende onderdelen functioneren.

Alle aspecten die binnen de kaders van een organisatie vallen (processen, technologie, architectuur, infrastructuur, interacties met klanten, zakelijke mogelijkheden, strategieën, rollen, verantwoordelijkheden, producten, diensten, distributiekanalen) kunnen worden verbonden, gerapporteerd en gevisualiseerd in de digitale tunneltweeling. Dit helpt een organisatie om – in een gecontroleerde omgeving – het effect van veranderingen te beoordelen.

Na het bouwen van het daadwerkelijke object kun je met sensoren van alles gaan meten. Die data kun je vervolgens – in combinatie met de digitale tunneltweeling – gebruiken om voorspellingen te doen de vervanging van onderdelen. Je kunt dus de digitale tunneltweeling inzetten om te voorspellen, te testen, een project voor te bereiden, te beheren en personeel op te leiden.

Er zijn verschillende vormen van een tunneltweeling:

• We spreken van een digitale tunneltweeling (DTT) als de 3B-client en 3B-server gekoppeld worden aan geëmuleerde buis-PLC’s en complex-PLC’s (= soft-PLC’s). Het gedrag van de technische installaties en verkeersstromen (samen het dynamische tunnelgedrag genoemd) wordt gesimuleerd.
• We spreken van een fysieke tunneltweeling (FTT) als de 2B-server en 2B-client niet aan een soft-PLC maar aan een fysieke buis/complex-PLC en/of technische installatie (zoals verlichtings-, omroep- of ventilatie unit) wordt gekoppeld.
• We spreken van een visuele digitale/fysieke tunneltweeling (VDTT of VFTT) als er gebruikgemaakt wordt van 3D-modellen om de tweeling interactief en visueel te maken, waarbij interacties met de Scada/PLC ook effect hebben in een 3D-model waarin virtuele camerabeelden worden gerenderd en geprojecteerd op een videowall. Zodoende ziet een operator ook echt de resultaten van zijn acties via de gebruikersinterface.

In projecten wordt veelal eerst gestart met een digitale tunneltweeling waarna de fysieke componenten (clients, servers en beperkte hoeveelheid apparatuur) worden opgebouwd en aangesloten. Zo migreert een digitale tunneltweeling naar een fysieke tweeling.

De verschillende varianten zijn complementair en hebben een eigen doel. De fysieke en digitale tunneltweeling dragen bij aan ontwikkel- en testactiviteiten van software en hardware op het niveau van deelinstallaties. De visuele tunneltweeling richt zich op ontwerpen, verificatie en validatie van het systeem aan de hand van protocollen en procedures, en exploreren (onderzoeken) van systeemgedrag onder uiteenlopende (verkeers)omstandigheden. Ook kunnen in de visuele omgeving demonstraties en opleidingen worden gegeven. Een visuele digitale tunneltweeling is digitaal te instantiëren.

Onderstaande tabel laat zien wanneer het toepassen van een digitale tunneltweeling zinvol is, namelijk als één of meer projecteigenschappen zich in de rechterkolom bevinden. Dat betekent dat het altijd zinvol is voor nieuwbouwprojecten, en vaak zinvol voor grotere renovatieprojecten.

Figuur: Afweging inzetten digitale tunneltweeling.

3.3 Onderdelen [link id=”62232″]

De volgende subparagrafen geven een korte beschrijving van de verschillende onderdelen van de digitale tunneltweeling. Een aantal onderdelen worden in het hoofdstuk uitgebreider beschreven.

3.3.1 Informatieplatform [link id=”1xt9c”]

Centraal in de digitale tunneltweeling staat een informatiemodel; het geïntegreerde en interoperabele informatieplatform dat is opgebouwd uit een of meerdere (gekoppelde) databases/-bronnen. Voor een optimaal gebruik moeten model en de onderliggende database zodanig zijn ingericht dat deze toepasbaar zijn gedurende de gehele levenscyclus van het gebouwde object, dus van ruwe schets tot sloop. Omdat dat proces iteratief en circulair verloopt, moeten de koppelingen tussen de informatiedatabase en de toegepaste systemen en tooling bidirectionele informatie-uitwisseling ondersteunen. Aanpassingen worden in de bron doorgevoerd. Vanuit de bron wordt de informatie middels koppelingen of geëxporteerde bestanden overgebracht naar andere databases. Data wordt eenmalig vastgelegd in een zodanige structuur dat deze voor zoveel mogelijk informatietoepassingen herbruikbaar is (een ‘single source of truth’).

In onderstaande figuur is de opbouw geschetst van de digitale tunneltweeling met het geïntegreerde en interoperabele informatieplatform als bron. Alle tools (zie volgende paragrafen) maken bidirectioneel gebruik van deze bron.

Figuur: Digitale tunneltweeling met het geïntegreerde en interoperabele informatieplatform als bron.

Zoals in bovenstaande figuur is aangegeven, is het geïntegreerde en interoperabel informatiemodel de basis voor het digitaal aantonen. De integrale database moet gedurende de gehele levenscyclus van het object interoperabel (tweerichtingscommunicatie) zijn informatie uitwisselen met de gekoppelde systemen/programma’s, zoals:

• Statisch 3D-model (3D-BIM) en modellen zoals eisenboom, functieboom, scenariomodellen, energiebalansmodellen, enz.
• Realtime systemen (operationele proces) zoals bedien-, bewakings- en besturingssystemen waarbij de besturingssystemen wel of niet (volledig) geautomatiseerd reageren op de menselijke acties van zowel weggebruikers van en naar de tunneloperators. Ook actuele procesdata zoals energieverbruik, civiele vervorming (denk aan voegvervorming), prestatie- en conditiemeetsystemen, testomgevingen, enz.
• Niet-realtime systemen zoals managementsystemen/programma’s voor planning, financiën, personele inzet, beheer en onderhoud, geologische en civiele eigenschappen, enz.
• Simulaties van camerazicht, systeemgedrag, verkeersgedrag, menselijk gedrag, rookbeheersing, incidenten, bouw- en transportstromen, belasting/vervorming civiele constructie, ergonomische uitgangspunten, enz. De berekeningen rondom rook en licht zullen in externe systemen plaatsvinden, maar de resultaten kunnen wel opgenomen worden in het model.
• Serious gaming, zoals virtueel opleiden, trainen en oefenen (OTO). Dit is een simulatie waarbij een of meerdere mensen in verschillende maar samenhangende rollen een proces doorlopen en interacteren met een computermodel (gekoppeld aan andere simulaties en modellen).
• Codegeneratie. Het genereren van de software voor bediening, bewaking en besturing (3B) vanuit de gebruikte modellen. Met automatische codegeneratie borg je dat de softwarecode een-op-een overeenkomt met de modellen. Als de modellen akkoord zijn, is de software ook akkoord. Dit werkt alleen als elk stukje te genereren code volledig is gestandaardiseerd, geverifieerd en gevalideerd en getest.
• Documentatie (generatie en beheer). Dit kan zijn in schriftelijke vorm of digitaal.

De opzet van een geïntegreerd en interoperabele informatiemodel/database kent twee hoofdvormen, te weten:

• ‘Aggregate databases’: alle partijen werken samen aan een dataset/model die (periodiek) geaggregeerd wordt vanuit verschillende disciplinaire datasets/modellen.
• ‘Centrale database’: alle partijen werken ‘live’ in dezelfde dataset/model.

De aggregated opzet is op dit moment de meest haalbare variant, zowel technisch als organisatorisch. De centrale database is het domein van de opdrachtgever/tunnelbeheerder. De overige databases kunnen onder het beheer vallen van de opdrachtnemers.

In alle gevallen vereist het informatieplatform eenduidige afspraken over de interoperabele koppelingen, proces (wat), methoden (hoe), hulpmiddelen (wat en hoe) en organisaties/projectomgeving (rollen, taken en verantwoordelijkheden, maakt het ‘wat en hoe’ mogelijk?). In de schematische weergave hierboven is dit weergegeven binnen de kaders van het databasesymbool.

Opmerkingen:

Het informatiemodel is niet voor ieder object hetzelfde omdat de informatiebehoefte verschillend kan zijn. Een integraal informatiemodel kun je niet standaard kopen; je zult het moeten organiseren. De organisatie ervan kun je eventueel wel inkopen, daarbij dienen ook contractueel afspraken gemaakt te worden rond de levering van data en informatie.

De database en het informatiemodel worden toegepast over de gehele levenscyclus van het object. In de tijd gezien kunnen we stellen dat het model zich steeds verder vult en ontwikkeld. In onderstaande figuur is hiervan een voorbeeld gegeven.

Figuur: Ontwikkeling database/model in de tijd.

Validatie van het model en de simulaties kan gedurende het project en over de projecten heen plaatsvinden. Hierbij is het belangrijk dat achteraf de werkelijke resultaten vergeleken worden met het model en hieruit een conclusie getrokken wordt over de mate waarin het model de werkelijkheid representeert. Zaken als uitgangspunten, omgevingsomstandigheden, gebruikte (software) versies, etc. zijn hierbij van belang.

Randvoorwaarden voor gebruik

• De afspraken over het informatiemodel, de processen en taken, rollen en verantwoordelijkheden moeten vooraf duidelijk worden vastgelegd. Objecteigenaren en -beheerders zouden vooraf in generieke documenten (informatieleveringspecificatie, ILS) moeten vastleggen wat hun minimale informatiebehoefte is geldend voor alle objecten. Hierdoor wordt voorkomen dat systemen niet op elkaar aansluiten waardoor objectoverstijgend beheer niet mogelijk is.
• Benodigde kennis en competenties moeten beschikbaar zijn bij betrokken partijen.
• Het informatiemodel zelf dient ook beheerd te worden.

3.3.2 Statisch 3D-model [link id=”vhbh3″]

Statische 3D-modellering in de initialisatie-, ontwerp- en bouwfase is stilaan gemeengoed geworden. Op dit level betreft het de toepassing van het driedimensionaal modelleren en integreren van ontwerpoplossingen (3D-BIM). Het model bestaat uit parametrisch gemodelleerde objecten die de eigenschappen bevatten van het fysieke object. Aanpassing van de parameters resulteert ook in een update van alle views of datasets waarin het element voorkomt. Het model vormt de basis voor alle geometrie die toegepast wordt in het project. Doel is het voorkomen van bouwfouten (clashes tussen constructie, systemen en/of ruimtebehoeften).

Figuur: Een integraal model bevat zowel geometrische- als niet-geometrische informatie

3.3.3 Realtime en niet-realtime systemen [link id=”wb667″]

Operationele systemen zoals bedien-, bewakings- en besturingssystemen werken realtime. Deze systemen sturen actuele data naar de database voor verdere afhandeling door bijvoorbeeld niet-realtime systemen.

In alle projectfasen is ondersteuning door managementtooling een must, waarbij onder andere kan worden gedacht aan planning (werkzaamheden, bouwstromen, e.d), financiën en personele inzet. Deze systemen werken niet altijd realtime, maar verkrijgen wel regelmatig nieuwe input. Koppelingen tussen de geïntegreerde informatiedatabase en de toegepaste tooling moet dan ook bidirectionele informatie-uitwisseling ondersteunen.

Managementsystemen/programma’s voor planning, financiën, personele inzet, beheer- en onderhoud (assetmanagement), enz.:

• Bouwfasering/planning/personele inzet (4D)

Door de geometrische objecten te koppelen aan de activiteiten uit de planning kan de bouwfasering gesimuleerd worden. Voordelen: 4D-simulatie geeft inzicht in ruimtegebruik, clashes in fasering, werkvolgorde en planning en is een invulling op de 3D-omgeving. Met 4D kan de basis gelegd worden voor location-based planning en resourceoptimalisatie middels tijdwegdiagrammen (line of balance).

• Financiën/calculatie/kostenbeheersing (5D)

Door materiaalvolumes en bouwfasering te koppelen aan de kostendatabase kunnen de bouwkosten gesimuleerd worden. Materiaalvolumes geven inzicht in de cashflow en de pieken in de financiële planning van het project. Dit programma helpt bij het visualiseren van werkpakketten en betaalposten.

• Assetmanagement (6 en 7D)

Na openstelling van de tunnel is voor het beheer aanvullend informatie over de systeemonderdelen en leveranciersinformatie (beheer- en onderhoudsinstructies) noodzakelijk voor een gedigitaliseerd assetmanagement (asset information model, AIM, en facility information model, FIM).

3.3.4 Simulatie [link id=”ps3t9″]

Simulaties visualiseren bijvoorbeeld camerazicht, systeemgedrag, verkeersgedrag, menselijk gedrag, rookbeheersing, incidenten, bouw- en transportstromen en belasting/vervorming civiele constructie. Maar simuleren omvat ook het in een dynamisch model uitwerken (bijvoorbeeld Enterprise Architect) van het dynamisch gedrag van het systeem (scenario’s, happy- maar zeker ook de un-happy-flow). Voor bediening van systemen wordt daarbij ook gelet op het feit of de bediening (mens-machine-interactie) gebruiksvriendelijk en intuïtief is en voldoet aan de functionaliteit die hoort bij de functionaris die het systeem gaat bedienen. Doel is het onderkennen van fouten in scenario’s en ontwerp, het verbeteren/ondersteunen van de communicatie en afstemming met stakeholders.

Meer gedetailleerde informatie over dit onderwerp is te vinden in 4.2 Simulatie.

3.3.5 Serious gaming [link id=”7hf2s”]

Dit is een simulatie waarbij mensen in verschillende maar samenhangende rollen een proces doorlopen en interacteren met een computermodel (gekoppeld aan andere simulaties en modellen). Met het toevoegen van functionaliteit in de gaming-omgeving is het mogelijk om, zonder dat de tunnel fysiek beschikbaar is, scenario’s te testen en aan te scherpen, en op te leiden, te trainen en te oefenen. Daarnaast heeft de gaming-functionaliteit een positief effect op de incidentafhandeling, doordat hulpdiensten bekend raken met de specifieke kenmerken van de tunnel en voor de realisatie van de tunnel (virtueel) hebben kunnen oefenen. Doel is een hulpmiddel te bieden bij ontwerp (scenario’s), opleiding, training en oefenen.

Meer gedetailleerde informatie over dit onderwerp is te vinden in 4.3 Serious gaming.

3.3.6 Kunstmatige intelligentie – datawetenschap [link id=”dqwqn”]

Het onderwerp kunstmatige intelligentie (artificial intelligence, AI) is veel breder te trekken dan de term zelf en valt eigenlijk onder een groter geheel, genaamd datawetenschap. Het betreft alle onderwerpen die te maken hebben met data inwinnen, analyseren en presenteren. Het betreft alle data-gerelateerde technologie die ons kan helpen bij digitaal aantonen. Kunstmatige intelligentie is een klein toepassingsveld hierbinnen, dat afhankelijk is van veel andere elementen binnen het raamwerk.

Datawetenschap, waaronder kunstmatige intelligentie, kan digitaal aantonen ondersteunen. Te denken valt aan het opstellen van criteria (structuur, opmaak, bepaalde steekwoorden, verwijzing naar eis-nummers, etc.) waarop ontwerpen automatisch worden gecontroleerd. Indien het te controleren ontwerp voldoet aan deze gestelde criteria, is het akkoord en kan het worden goedgekeurd. Uiteraard zal dit nog wel steekproefsgewijs geverifieerd moeten worden, maar zelflerende systemen gaan ons daarin steeds meer helpen.

Daarnaast is datawetenschap cruciaal om te kunnen groeien richting voorspellend onderhoud. Deze groei is zeer gewenst. Immers, hoe kunnen we hinderarm renoveren en exploiteren indien we het benodigde onderhoud niet goed kunnen voorspellen en plannen? Het huidige onderhoud is vaak nog grotendeels reactief van aard (correctief onderhoud) waardoor de hinder onverwacht, onvoorspelbaar en frequenter is dan nodig. Voorspellend onderhoud helpt bij het aantoonbaar maken dat voldoende en juist onderhoud uitgevoerd wordt; wat een vereiste is vanuit de tunnelwetgeving.

Figuur: Maintenance maturity model.

Meer gedetailleerde informatie over dit onderwerp is te vinden in 4.4 Kunstmatige intelligentie – datawetenschap.

3.3.7 Engine en virtuele omgeving [link id=”1c93d”]

De engine is het zogenaamde hart van de simulator. Hiermee wordt bedoeld dat het mogelijkheden biedt om zowel dynamische als statische simulaties (via ‘functional mock-ups’) uit te voeren. De logica van de simulatoren wordt als het ware aangestuurd door de engine. De engine draait op een vast gedefinieerd hardware/software-platform.

De samenhang tussen de engine en andere onderdelen:

• De engine stuurt simulatoren aan d.m.v. de controle-interface.
• De simulatoren wisselen data onderling uit d.m.v. shared memory dat door de engine wordt gefaciliteerd.
• BIM is statische data die wordt gebruikt om een object mee op te bouwen.
• Visuals worden op dezelfde manier gekoppeld als simulatoren.
• Een leverancier van een simulator kan zijn intellectueel eigendom beschermen door alleen binaries te leveren die wel een voorgedefinieerde control- en data-interface hebben.

De simulatie-engine is in staat om alle typen dynamische simulatoren te integreren en aan te sturen. Afhankelijk van de toepassing zullen de simulatoren gedetailleerd meedraaien in een gecombineerde realtime simulatie.

Meer gedetailleerde informatie over dit onderwerp is te vinden in 4.5 Engine en virtuele omgeving.

3.3.8 Testen besturingssysteem in digitale omgeving [link id=”n5m4d”]

Een testomgeving is een samenstel van onderdelen zoals hard- en software, koppelingen, omgeving-specifieke kenmerken, beheertools en processen waarin een test wordt uitgevoerd. De opzet van de testomgeving wordt bepaald door het testdoel en is een hulpmiddel om het fysieke object beter, sneller, met minder hinder en meer waarde te ontwerpen, te bouwen, op te leveren, te beheren, te renoveren en aan te passen. Testen is een activiteit die niet alleen wordt uitgevoerd aan het einde van een project, vlak voor oplevering, maar heeft in alle fasen van een project, in elke fase van een object in exploitatie en voor iedere stakeholder een eigen toegevoegde waarde.

Bij renovatieprojecten is het te renoveren object over het algemeen zeer beperkt beschikbaar voor testen en zal daarom gezocht moeten worden naar een alternatief. Een alternatief waarbij de definitieve omgeving maar beperkt nodig is en zoveel mogelijk testen in andere omgeving uitgevoerd kunnen worden. Deze andere omgeving bestaat uit een oplossing waarbij het object, of onderdelen daarvan, zoveel mogelijk gevirtualiseerd worden. Dit wordt dat ook wel de ‘virtuele testomgeving’ genoemd. Belangrijk is om te stellen dat alle testactiviteiten in deze virtuele testomgeving ook gewoon volwaardige testactiviteiten zijn (en geen virtuele of iets dergelijks).

Een virtuele testomgeving omvat (afhankelijk van het doel) ontwikkelingen op het gebied van virtualisatie, bedieningsinterface, dynamisch gedrag, modellering, simulatie, gaming en informatievoorziening ten behoeve van het object. Het startpunt is visualisering van het object in een 3D-model, dat met behulp van logische koppelvlakken, algoritmes en een modulaire opbouw meegroeit of kan meegroeien.

Virtualisatie van de tunnel is het besturen van een (minimaal in 2D) gemodelleerde tunnel inclusief de technische installaties met exact dezelfde besturingssoftware als in de fysiek bestaande of fysiek gewenste tunnel. Het doel van deze opstelling is de statische kenmerken te toetsen en het dynamisch gedrag van het tunnelsysteem te simuleren.

Figuur: iFAT-opstelling t.b.v. testen m.b.v. digitale tunneltweeling RijnlandRoute.

Het doel van de testopstellingen is om statische kenmerken te toetsen en dynamisch gedrag te simuleren. Het is daarmee een hulpmiddel dat direct bijdraagt aan hinderarm renoveren. Het minimaliseert de sluiting van de fysieke tunnel ten behoeve van toetsen en testen. Het is goed mogelijk deze omgeving tevens te gebruiken voor opleidings-/trainingsactiviteiten.

Bij testen is het, afhankelijk van de gelijkwaardigheid van de virtuele omgeving en aanpalende systemen in de definitieve omgeving, mogelijk om zonder de beschikbaarheid van het fysieke object testen uit te voeren en delen van het ontwerp te verifiëren en te valideren. Op basis van testdoelstellingen dient te worden bepaald in welke mate het testen bijdraagt aan acceptatie van het ontwerp, testen van de besturing of totale systeem als mitigatie van risico’s in die betreffende fase.

Meer gedetailleerde informatie over dit onderwerp is te vinden in 4.6 Testen besturingssysteem in virtuele omgeving.

3.3.9 Geautomatiseerd testen [link id=”xmpm4″]

Binnen de werkgroep is ook aandacht besteed aan geautomatiseerd testen met scripts, het modelleren en genereren van software en het koppelen van diverse databases die binnen een project gebruikt worden (bijvoorbeeld met een advanced project generator). Hierbij wordt ook gebruikgemaakt van datawetenschap; er is immers veel informatie nodig om de juiste modellen en scripts te kunnen realiseren. Deze onderwerp zijn niet uitvoerig uitgewerkt, maar wel meegenomen in de beschouwing.

Meer gedetailleerde informatie over dit onderwerp is te vinden in 4.7 Geautomatiseerd testen.

3.4 Proces, methoden, hulpmiddelen en organisatie [link id=”0nm5s”]

Al bij start in de ontwikkelfase moet een functioneel beheerder worden aangesteld die de tools zoals 3D-database en systems engineering (SE) bewaakt en zorgt voor overeenstemming. Configuratiemanagement tijdens het gehele project is cruciaal voor het slagen ervan. Vragen als ‘wie is in welke fase geautoriseerd om configuratie-items (CI’s) binnen de database toe te (laten) voegen en/of te wijzigen?’ moeten beantwoord worden.

Voor het beheersbaar specificeren, ontwerpen, realiseren, testen, beheren, onderhouden en amoveren van een asset zullen alle betrokkenen informatie beheren. Informatie is data gestructureerd in een bepaald perspectief, zodat deze gebruikt kan worden voor een specifiek doel, zoals het beschrijven van een functie, het specificeren van een object of het uitvoeren van een activiteit.

Traditiegetrouw is informatie vastgelegd in een document dat voorziet in een bepaald perspectief op de informatie. De samenhang van de informatie over meerdere documenten van verschillende auteurs wordt veelal geborgd met standaarden en werkafspraken (al dan niet vastgelegd in templates). Daarbij is de consistentie van de informatie in conventioneel opgemaakte documenten afhankelijk van de communicatie tussen de auteurs, de gemeenschappelijke begripsvorming rond werkafspraken, het gebruik van standaarden en de volledigheid van de templates.

Door de opkomst van databasesystemen is het mogelijk om een datamodel te bouwen waarmee de informatie in verschillende perspectieven gegenereerd kan worden. De database maakt gebruik van eenmalig geïdentificeerde elementen die voor vele informatietoepassingen worden gebruikt door koppeling van relaties en verrijking met eigenschappen. Met filters, views en andere ‘doorsneden’ kunnen gebruikers de data uit de database presenteren in het perspectief dat zij nodig hebben voor de toepassing waarvoor zij verantwoordelijk zijn.

Het gebruik van database-oplossingen kan fouten als gevolg van gebrekkig informatiebeheer voorkomen. Het BIM gaat uit van een databasemodel van een asset waarin alle betrokkenen hun data verzamelen. Net als in de echte wereld dient de datastructuur die de asset representeert zorgvuldig te worden opgebouwd, zodat de data die verzameld wordt van realisatie tot sloop centraal kan worden vastgelegd. De verzamelde data vormt de basis voor de prestatiemeting van de asset en de specificatie van nieuwe systemen.

Een informatiemanager zorgt voor het opstellen van een informatiemodel dat bruikbaar is voor alle disciplines die betrokken zijn bij gebouwde object. Hij bewaakt bovendien de opvolging van de afspraken met betrekking tot informatiemodel en processen. Bij het opstellen van een informatiemodel dient de informatiemanager alle processen te identificeren. Van iedere discipline worden per proces de volgende aspecten geïdentificeerd (IDEF 1989):

• Het proces zelf, wie voert wat uit, hoe vaak, waarmee, wat kost het, welke besluiten volgen of liggen er aan ten grondslag.
• De input voor het proces: welke data en informatie gaat erin.
• De output van het proces: welke data en informatie komt eruit.
• De resources die gebruikt worden voor het uitvoeren van het proces zoals tools, personen, interne bibliotheken, etc.
• De controle of beheersinstrumenten waarmee het proces geborgd wordt conform normen en richtlijnen.

3.5 Onderzoek voorafgaand aan renovatie [link id=”r1dqh”]

De vraag dringt zich op of we een tunneltweeling per tunnel willen inrichten of dat we verder willen gaan: een uniforme mens-machine-interactie (MMI) staat al jaren op het verlanglijstje van de verkeerscentrales, want het blijft vreemd dat de MMI van de ene tunnel verschilt van de ander terwijl de tunnels uit één verkeerscentrale worden bediend. Op basis van dat gegeven kun je een passende virtuele testomgeving inrichten voor die oplossing, waarbij je mogelijkheid hebt om de standaard bediendesk te schakelen met een virtuele representatie van alle bediende objecten (tunnels).

Momenteel zijn veel tunnelbesturingen nog niet gescheiden en juist volledig geïntegreerd. Voor renovatie van deze complexere tunnels zal dus een oplossing gezocht moeten worden hoe deze ‘oude tunnel’ met bestaand verkeer op basis van de bestaande (verouderde) besturing, buis voor buis ontkoppeld kan worden en via een interfacestation gekoppeld kan worden met de nieuw te bouwen tunnel die ook gefaseerd functioneel gemaakt moet worden. Indien een complete renovatie (zoals van de Velsertunnel) niet mogelijk is, wordt de complexiteit nog veel groter.

Het geheel van de tijdelijke bestaande en nieuwe besturing zal nog steeds veilig moeten zijn. In overleg moet onderzocht worden welke tijdelijke beheersmaatregelen hiervoor nodig zijn om tot een verantwoord en acceptabel niveau te komen. Testomgevingen zijn bij deze transitie absoluut noodzakelijk om risico’s vroegtijdig te herkennen, erkennen en te mitigeren. Omdat verouderde besturingssystemen van tunnels zeer lastig na te bouwen zijn, zal hiervoor ook nog een oplossing gevonden moeten worden.

3.6 Inspiratie en achtergronden [link id=”rp280″]

Pilotproject Sluis IJmuiden

Bij dit project is een koppeling gemaakt tussen het virtuele model en de Ultimo-testomgeving bij Rijkswaterstaat (zie website). Informatie uit Ultimo wordt realtime ontsloten naar het virtuele model van het gemaal. Een ‘Mattertag’ in het virtueel model laat de relevante informatie zien van een fysiek object zoals deze in Ultimo is geadministreerd. In de Mattertag worden functies ontsloten voor het direct navigeren naar het bouwdeel in Ultimo of het direct uitzetten van een actie. De koppeling is aanpasbaar in Ultimo door bij het betreffende bouwdeel het nummer van de Mattertag in te voeren.

Figuur: Virtualisatie van gemaal IJmuiden.

Rijkswaterstaat verkenning tunnelvisualisatie.

Rijkswaterstaat is bezig met een verkenning voor het landelijk uitrollen van een tunnelvisualisatie. Het gaat om een webapplicatie met trainingsdoeleinde voor de wegverkeersleiders. Een eerste fysiek bezoek blijft verplicht, vervolgens kunnen zij de digitale versie gebruiken, bijvoorbeeld tijdens rustige uren. Daarnaast kan het voor weginspecteurs en hulpdiensten inzicht geven in aanrijroutes en de locatie van objecten in de tunnel (vooral belangrijk bij calamiteiten).

Innovatiepilot Rijkswaterstaat digitale tweeling legobrug

Rijkswaterstaat heeft een innovatiepilot uitgevoerd om van een reeds gebouwde legobrug een digitale tweeling te maken. De legobrug wordt aangestuurd door een PLC. Met OPC UA (een communicatieprotocol) is er een verbinding gemaakt tussen de digitale tweeling en de besturingssoftware. Vanuit de digitale tweeling worden de echte legobrug en de virtuele legobrug bediend.

Figuur: Visualisatie van koppeling besturingssoftware en gamingsoftware.

Afstudeeronderzoek digital twin MIVSP

Om nieuwe windparken op de Noordzee aan te sluiten op het hoogspanningsnet op land, zal TenneT platformen op zee gaan bouwen. Op deze platformen zal Rijkswaterstaat sensoren, radarsystemen en communicatiesystemen gaan beheren in een ‘maritiem informatievoorziening servicepunt’ (MIVSP). Omdat het beheer op de Noordzee erg lastig is (vaarbewegingen zijn duur), zou een digitale tweeling hierbij kunnen helpen. De status van een MIVSP kan dan veel gemakkelijker vanaf het land gecontroleerd worden en mogelijke reparaties kunnen voorbereid worden. Een student van de HZ University of Applied Sciences doet onderzoek naar de mogelijkheden hiervoor.

Figuur: Tennet-platform t.b.v. windenergie op de Noordzee.

4 Onderdelen digitale tunneltweeling [link id=”sf7t1″]

In Bijlage 1 Terminologie wordt een uitleg gegeven van de gebruikte termen en afkortingen.

4.1 Visualisatie [link id=”22rrl”]

Wat is/kan het wel?

• Het ontwerp van tunnelconstructies, wegen, installaties en voorzieningen inzichtelijk maken.
• Resultaten van complexe (ontwerp)berekeningen en numerieke simulaties toegankelijk en begrijpelijk maken voor interne en externe stakeholders.
• (Virtuele) testresultaten inzichtelijk maken voor interne en externe stakeholders.
• Werkelijke (berekende) resultaten presenteren, geen animaties.

Wat is/kan het niet?

• Vooralsnog geen vervanging van de wettelijk voorgeschreven tunnelveiligheidsdocumentatie, maar wel een waardevolle aanvulling daarop.

Voordelen project intern:

• Afstemming tussen de verschillende ontwerpdisciplines wordt eenvoudiger en verloopt beter doordat ontwerpvraagstukken en mogelijke (inpassings)problemen beter inzichtelijk worden gemaakt.
• Visualisaties geven ontwerpers inzicht in specifieke (calamiteiten)situaties, waardoor het ontwerp van installaties en voorzieningen verder geoptimaliseerd kan worden.
• De integraliteit van het ontwerp als geheel neemt toe door betere samenwerking tussen de verschillende ontwerpdisciplines.
• De aansluiting van de testen op het ontwerp verbetert doordat er meer inzicht is in de ontwerpbeslissingen en de bijbehorende risico’s.
• Het maken van mooie visualisaties laat zich goed automatiseren, waardoor er na een initiële tijdsinvestering snel veel output geproduceerd kan worden.
• Overtuiging van de opdrachtgever op grond van visualisaties wordt hierdoor ondersteund.

Voordelen project extern:

• Stakeholders begrijpen het ontwerp sneller en met meer diepgang en zijn beter in staat het ontwerp te beoordelen, doordat zij het niet alleen vanuit verschillende ruimtelijke perspectieven kunnen bekijken, maar het object ook kunnen ervaren alsof het al gerealiseerd is.
• Stakeholders begrijpen (virtuele) testresultaten beter en zijn beter in staat deze te beoordelen doordat zij deze kunnen koppelen aan het ontwerp.
• Dynamisch gedrag is lastig vast te leggen in documenten. De modellen die hiervoor gebruikt worden zijn eigenlijk alleen begrijpelijk voor specialisten. Door dit dynamisch gedrag te simuleren, is dit ook voor leken goed te begrijpen. Hierdoor zal bijvoorbeeld de besluitvorming en de vergunningverlening sneller en soepeler verlopen.
• Het maken van inhoudelijk goede en mooie visualisaties kost weliswaar tijd (en geld), maar doordat discussiepunten voor iedereen sneller en duidelijker inzichtelijk gemaakt kunnen worden, zijn er minder inhoudelijke discussies.

Nadelen

• Visualisaties zijn in veel gevallen niet interactief en tonen een vooraf vastgelegd scenario waarop de toeschouwer geen invloed kan uitoefenen. Noot: virtual reality wordt nog steeds beschouwd als een statische visuele weergave van een 3D-omgeving, alleen dan gezien vanuit een ander zichtveld/hoek (hoofd draaien en je ziet iets anders). Op het moment dat visualisaties interactief worden, praten we meer over serious gaming waarbij de toeschouwer wel invloed heeft op de virtuele omgeving en hetgeen er om hem heen gebeurt.
• Nog niet alle stakeholders zijn vertrouwd met de (nieuwe) technieken die bij de visualisaties gebruikt worden.
• Voor een complete VR-ervaring is een relatief dure en complexe uitrusting nodig, waarvoor in ieder geval VR-brillen, controllers en een krachtige pc/laptop nodig zijn.

Effecten

Risico’s

Visualisaties hebben mede als doel ontwerprisico’s inzichtelijk te maken, zodat deze in een vroeg stadium opgelost of beheerst kunnen worden. Tevens dragen visualisaties bij aan de integraliteit van het ontwerp, waardoor risico’s in relatie tot inpassing van voorzieningen en aansluiting van constructiedelen afnemen. Ook dragen visualisaties bij aan het reduceren van risico’s in relatie tot de planning, omdat externe stakeholders al in een vroeg stadium betrokken kunnen worden bij het ontwerp en het testen.

Overige afwegingen

Met visualisaties is het mogelijk om verschillende (ontwerp)alternatieven op een relatief eenvoudige en goedkope manier met elkaar te vergelijken. Alternatieven voor visualisaties zijn te vinden in de huidige praktijk, waarin vaak moeilijk te doorgronden 2D-plaatjes gebruikt worden om het ontwerp en de resultaten van ontwerpberekeningen te visualiseren. Dit is uiteraard kwalitatief geen gelijkwaardig alternatief.

Inspiratie en achtergronden

Visualisaties kunnen bijdragen aan een goede relatie met (externe) stakeholders, wat zeer belangrijk is voor de sfeer, de beleving en de voortgang van een project. Een goede relatie met stakeholders vraagt initieel een investering, maar betaalt zich vrijwel altijd uit (zowel materieel als immaterieel).

Figuur: Visualisatie CFD-simulatie rookontwikkeling.

Figuur: Gebruik virtual reality (VR).

Figuur: Visualisatie CFD-simulatie rookontwikkeling.

4.2 Simulatie [link id=”s5gdf”]

4.2.1 Introductie [link id=”m3zdg”]

Simulatiesoftware is gebaseerd op het modelleren van een echt fenomeen/gebeurtenis met een reeks wiskundige formules. Feitelijk gezien is het een programma dat de gebruiker in staat stelt om een ​​operatie of proces te observeren zonder de handeling(en) daadwerkelijk uit te voeren, waarbij men dus een deel van de werkelijkheid nabootst met een model in een computerprogramma. Denk hierbij bijvoorbeeld aan een vliegtuigsimulator, verkeerssimulatie en/of simulatie van vloeistofstromen of rook.

Simulatiesoftware wordt gebruikt om apparatuur te ontwerpen, zodat het uiteindelijke product zo dicht mogelijk bij de ontwerpspecificaties ligt, zonder dat er dure proceswijzigingen nodig zijn. Simulatiesoftware met realtime respons wordt vaak gebruikt bij gaming, maar het heeft ook belangrijke industriële toepassingen. Wanneer een onjuiste bediening een veiligheidsrisico en/of hoge kosten tot gevolg heeft, is een mock-up van het eigenlijke bedieningspaneel (Scada) verbonden met een realtime simulatie van de fysieke respons, cruciaal waardoor waardevolle trainingservaring wordt geboden.

In het geval van een ontwerp op papier kan eenvoudig zichtbaar gemaakt worden welke versie van welk ontwerp door wie is goedgekeurd of geaccepteerd. In het geval van een 3D/BIM-model of simulatie is dit niet mogelijk. Om er toch voor te zorgen dat het versie- en configuratiebeheer op orde is, is het van belang een goed documentmanagement- en/of configuratiemanagementsysteem te gebruiken. Het moet achteraf altijd mogelijk zijn om inzichtelijk te maken welk model, programma, simulatie, etc. door wie is gevalideerd/geaccepteerd.

4.2.2 Dynamisch gedrag installaties [link id=”ph4ct”]

Met het dynamisch gedrag van installaties wordt bedoeld de tijd-volgordelijkheid van een keten van acties en toestandsverandering van installaties op basis van input en de interacties tussen installaties en de terugkoppeling daarvan via de mens-machine-interface (MMI). Dit is het beste te illustreren aan de hand van een voorbeeld:

De overgang van een tunnel in bedrijfstoestand ‘Normaal’ naar bedrijfstoestand ‘Calamiteit’ kan automatisch geïnitieerd worden als er aan een aantal voorwaarden wordt voldaan. Deze voorwaarden zijn volgens de LTS bijvoorbeeld:

• Detectie van stilstaand verkeer EN;
• Detectie van rook EN;
  • Detectie gebruik hulppostkast EN;
  • Detectie gebruik brandblusmiddel (uit dezelfde hulppostkast).

De overgang is gedurende een bepaalde tijd nog te annuleren door de wegverkeersleider, maar indien deze aflooptijd verstrijkt, wordt deze bedrijfstoestand automatisch gestart.

Zodra de tunnelbuis overgaat naar de bedrijfstoestand ‘Calamiteit’ worden er automatisch een groot aantal acties uitgevoerd. Zo zal de tunnel afgesloten worden, de verlichting omhoog geschakeld worden, brandbluspompen gestart, overdrukventilatie gestart, etc.

Het hele proces om tot een toestandsverandering te komen en de acties die op basis van deze toestandsverandering worden geïnitieerd, noemen we ‘dynamisch gedrag’. Het is complex om dat gedrag vast te leggen op papier en dit vervolgens te begrijpen. Er is een grote kans dat iets over het hoofd wordt gezien of verkeerd wordt begrepen of geïnterpreteerd. Om te beoordelen en af te stemmen of het dynamisch gedrag voldoet aan de eisen en wensen van de stakeholders heeft het dan ook grote toegevoegde waarde om dit dynamisch gedrag aan de hand van simulaties toe te lichten.

Het 3D-ontwerp wordt statisch gemodelleerd met programma’s zoals AutoCAD, Solidworks, Microstation en Revit. Installaties en componenten kunnen hier als bibliotheekobjecten in opgenomen worden. In dit soort pakketten is het echter niet mogelijk om gedrag aan objecten toe te kennen. Met behulp van een game-engine kan dit wel. Veelgebruikte game-engines zijn Unity en Unreal engine.

Om dynamisch gedrag te kunnen modelleren, moet eerst het gedrag van de technieken, processen en procedures inzichtelijk worden gemaakt. Dit gedrag (veelal eerst statisch beschreven of in het hoofd van de expert aanwezig) wordt daarna dynamisch gemodelleerd in een softwaremodelleringspakket zoals Enterprise Architect (EA-model). In de game-engine worden de objecten geprogrammeerd alsof het componenten zijn. Door het EA-model te koppelen aan de game-engine wordt inzichtelijk gemaakt of het softwaremodel correct werkt. Commando’s vanuit het EA-model, zoals aan/uit, leiden tot een actie in de game-omgeving, met een simulatie als resultaat. In een volgende fase wordt de daadwerkelijk besturingssoftware aan het simulatiemodel gekoppeld.

Het simuleren van het dynamisch gedrag heeft meerdere doelen:

• Valideren van het dynamisch gedrag (UPP’s).
• Het testen van de correctheid van de besturingssoftware.

4.2.3 Statische computersimulatie [link id=”6g1mc”]

De statische computersimulaties worden veelal in aparte specialistische programma’s uitgevoerd. De resultaten hiervan kunnen verwerkt worden in de game-engine met een visualisatie/simulatie als doel. Denk aan rook- en lichtsimulaties die van belang kunnen zijn bij het gebruik voor opleiding, trainen en oefenen (OTO).

Daarnaast is het mogelijk dergelijke statische computersimulaties softwarematig te koppelen aan de game-engine waardoor er toch een dynamisch systeem ontstaat onder invloed van bijvoorbeeld de bewegingen van de gebruiker in de game-engine. Een voorbeeld hiervan is de koppeling met verkeerssimulatie. Nut en noodzaak hiervan kunnen in twijfel getrokken worden (los van financiële consequenties als gevolg van het programmeren). Het wordt daarom aanbevolen dit alleen te doen indien het strikt noodzakelijk is in het belang van het project.

4.2.4 Hergebruik 3D-BIM-ontwerp [link id=”lkfkl”]

Aanbevolen wordt om binnen de VR-content voor de simulaties zoveel mogelijk de output van het ontwerpen in 3D-BIM te gebruiken (3D-geometrische representaties van de te realiseren objecten). Het kan echter lastig zijn om direct alle ontwerp-/BIM-informatie te hergebruiken, doordat deze informatie vaak te veel detaillistische informatie bevat die noodzakelijk is voor de uitvoering van het bouwwerk. Hierdoor wordt de VR-omgeving te zwaar en niet soepel uitvoerbaar. De 3D-BIM-ontwerpinformatie zal daarom eerst ‘opgeschoond’ moeten worden.

Indien de ambitie is om VR toe te passen binnen het project, is het goed mogelijk om reeds bij de totstandkoming van een BIM Execution Plan hier rekening mee te houden. In het plan kan ingegaan worden op de wijze en het detailniveau (level of detail, LOD) van de te leveren informatie. Verdere opschoning van de informatie kan dan bijvoorbeeld gebeuren via een tussenstap (zoals het instantiëren van objecten in 3D Studio Max). Voordeel van deze werkwijze is de eenduidigheid in informatieverwerking en -verstrekking: tenslotte zijn dan 3D-ontwerp, BIM en VR-content op elkaar afgestemd.

4.2.5 Scenarioanalyse [link id=”2r05w”]

Conform artikel 7, lid 1 van de Warvw dient er een scenarioanalyse uitgevoerd te worden ten behoeve van het veiligheidsbeheerplan. Door middel van de scenarioanalyse dient getoetst te worden of de calamiteitenbestrijdings- en inzetplannen van de tunnelbeheerder en hulpdiensten goed op elkaar aansluiten en of er sprake is van een effectieve calamiteitenafhandeling.

In de Rarvw wordt als methode voor de scenarioanalyse de ‘Leidraad scenarioanalyse ongevallen in tunnels’ voorgeschreven. In deze methode wordt elk scenario in tijdstappen uitgewerkt. Met de huidige technische ontwikkelingen is dit echter een achterhaalde en tijdrovende bezigheid. Bij het uitvoeren van een scenarioanalyse is een groot aantal vertegenwoordigers van diverse organisaties betrokken. Het is dus zinvol om de scenarioanalyse zo effectief en efficiënt mogelijk uit te voeren om het tijdsbeslag op deze mensen zo klein mogelijk te houden. De diverse calamiteitenscenario’s die conform de leidraad geanalyseerd moeten worden, kunnen gesimuleerd worden. Dit kan zowel interactief als in een filmpje. Interactief heeft als voordeel dat het scenario ter plekke aangepast kan worden aan de wensen van de deelnemers. Nadeel is dat er simulatie-apparatuur beschikbaar moet zijn en iemand die deze apparatuur kan bedienen.

4.2.6 Voordelen [link id=”bhthm”]

• (Stakeholder)communicatie intern en extern: simulaties verschaffen meer inzicht in problematiek, specificaties, ontwerpen en interactie met omgeving.
• Validatie van het ontwerp.
• In beeld brengen van de raakvlakken met de omgeving.
• Projectrisico’s zichtbaar maken c.q. het gevoel van risico´s wegnemen.
• Toetsingen van (onderdelen in ) het integrale ontwerp t.o.v. aanbestedingsontwerp.
• Veiligheidstoetsingen.
• Gedragsanalyse.
• Virtueel inregelen van CCTV-camerasystemen.
• Faalkosten verminderen door functionele testen in virtuele omgevingen te verifiëren voordat de systemen worden gerealiseerd en/of worden ingebouwd in het uiteindelijke object. Hiertoe worden fabrikaat-specifieke tools gebruikt waarvan de resultaten in de game-engine worden gemodelleerd.
• OTO (opleiding, training en oefenen)-mogelijkheden voor alle stakeholders.
• Bij goed ingericht proces kun je vanuit 3D-ontwerp en/of BIM-data tot goede VR-content komen.

4.2.7 Nadelen [link id=”drmw8″]

• Kostbaar en tijdrovend:
  • Vaak nog maatwerk om tot een projectspecifieke totaaloplossing te komen.
  • Integratie met gevalideerde simulatietools nog niet altijd goed mogelijk en/of duurder dan niet-gevalideerde simulatietools (wel vaak als plug-in beschikbaar).
  • Hardware (high-performance gaming systemen + eventuele specifieke brillen).
• Motion sickness: een misselijkheidsgevoel dat je kunt krijgen doordat er ‘met je hersenen gespeeld wordt’. Niet iedereen heeft hier last van, bovendien zijn er technische mogelijkheden binnen VR om het misselijkheidsgevoel te verminderen.

4.2.8 Effecten [link id=”8x3ps”]

Effect op organisatie van tunnelbeheerder/eigenaar

Onderhoud:

• Objectbekendheid voor verkeersleiders, assetmanagers en onderhouds-/service- medewerkers: waar bevinden zich de diverse gebouwen, ruimtes, installaties, looproutes, etc.?
• Inzicht in de onderhoudbaarheid van het object: zijn ruimtes goed toegankelijk, zijn installaties goed bereikbaar en bevinden onderdelen zich op de goede hoogte?
• Dashboard-mogelijkheden door koppelingen met onder meer prestatie- of conditiemeetsystemen (PMS/CMS) waarbij al dan niet realtime actuele condities van objecten gesimuleerd kunnen worden in de game-engine. Op basis van sensorinformatie kan bijvoorbeeld een lamp aan of uit zijn, een vluchtdeur open of dicht zijn, etc. Ook kan door simulatie in de game-engine ná een calamiteit onderzocht worden wat de actuele conditie-status was van objecten tijdens de betreffende calamiteit door historische data in het PMS/CMS te raadplegen en te visualiseren.

Opleiden, trainen en oefenen (OTO):

Met behulp van een digitale tunneltweeling waarbij de gehele tunnel een-op-een digitaal beschikbaar is, is het mogelijk om de diverse gebruikers van de tunnelbeheerorganisatie (assetmanagers, verkeersleiders, tunneloparators, service-/onderhoudsmedewerkers, overheidshulpdiensten, etc.) voor te bereiden op het werken met de nieuwe of gewijzigde tunnel. Voorbeelden:

• Door het 3D-BIM-model te koppelen aan de (echte of gesimuleerde) besturing kan een realistisch beeld gegeven worden van de bediening van de tunnel. Bij het indrukken van de calamiteitenknop op de bediening komt niet alleen de terugkoppeling via de MMI, maar wordt ook de interactie met de tunnel via CCTV teruggekoppeld. Zo worden de (virtuele) camerabeelden van de incidentlocatie en beelden van de afsluitbomen opgeschakeld.
• Simulatie van calamiteitenscenario’s, het gehele verloop van calamiteitenscenario’s kan gesimuleerd worden:
  • Ontstaan van de calamiteit, bijvoorbeeld een brandende vrachtauto.
  • Instellen calamiteitenbedrijf (handmatig of automatisch).
  • Instellen evacuatiebedrijf.
  • Vluchten weggebruikers.
  • Aanrijden hulpdiensten.
  • Calamiteitenbestrijding en hulpverlening.
  • Herstel en normaliseren situatie.
• Door deze simulatie om te zetten in een video, kan deze bijvoorbeeld ook gebruikt worden voor de e-learning van de medewerkers van de tunnelbeheerder en voor de hulpdiensten.

Figuur: Instructiefilmpje calamiteitenscenario voor OTO.

• Door de digitale tweeling te gebruiken bij het OTO-traject kunnen de medewerkers van de tunnelbeheerorganisatie al vroegtijdig opgeleid worden. Veel activiteiten die voorheen ‘reallife’ gebeurden, kunnen nu buiten het werkgebied plaatsvinden. Daarnaast kan de samenwerking tussen de tunnelbeheerorganisatie en de overheidshulpdiensten (OHD) geoefend worden zonder dat daarvoor de tunnel buiten gebruik genomen hoeft te worden. Conform artikel 11, lid 2 van de Rarvw dient de tunnelbeheerder ten minste eenmaal in de vier jaar een realistische oefening en in elk tussenliggend jaar een gedeeltelijke of simulatieoefening uit te voeren. Het uitvoeren van een simulatie-oefening is eenvoudiger te organiseren en gaat niet ten koste van de beschikbaarheid van de tunnel.

Effect op contract- en aanbestedingsstrategie

Door de opdrachtgever zal goed duidelijk gemaakt moeten worden dat dit soort technieken onderdeel uitmaken van het project. Hij zal daartoe ook de nodige voorbereiding moeten doen in de voorfase. Denk hierbij niet alleen aan de tunnel die moet worden gerenoveerd, maar aan het hele areaal.

Effect op technisch management/projectbeheersing

Om tot een projectspecifieke maatwerkoplossing te komen teneinde simulatieprogramma’s te integreren in de VR-omgeving, wordt overwegend gebruik gemaakt van VR-contentspecialisten en game-ontwikkelaars. Dergelijke ontwikkeltrajecten vergen vaak een andere manier van projectaanpak en -beheersing omdat vaak de producten vooraf nog niet volledig zijn gespecificeerd. Hiervoor wordt met grote regelmaat de scrum-methodiek toegepast.

Het toepassen van scrum maakt het mogelijk om onderstaande te borgen:

• Scope van de producten, door alle stakeholders binnen het project te kunnen bedienen en in verschillende fases/iteraties mee te nemen naar het uiteindelijke resultaat.
• Overzicht te behouden over het budget in relatie tot de op te leveren producten terwijl de definitieve scope nog niet is vastgesteld (er dient nog een finaal functioneel en technisch ontwerp opgesteld te worden).
• Relatief snel en eenvoudig met veranderingen kunnen omgaan binnen het gestelde budget. Veranderingen zijn niet erg: wijzigingen kunnen op elk moment worden geïntroduceerd en in een volgende iteratie worden gerealiseerd.
• Geen gouden randjes: ontwikkel alleen wat nodig is. Daarna kunnen de gouden randjes of extra functionaliteit altijd nog toegevoegd worden als er budgetruimte blijkt te zijn.
• Regelmatige releases zorgen ervoor dat problemen snel zichtbaar worden en geadresseerd kunnen worden.
• Scrum dwingt een regelmatige communicatie tussen alle deelnemers van het project af. Communicatie, samenwerking, respect en begrip voor wat de opdrachtgever vraagt of wat het team ontwikkelt, is de basis voor een succesvol project.
• Het gezamenlijk en multifunctioneel werken en de besluitvorming binnen het team zijn belangrijke onderdelen van scrum. Scrum past bij wat software/productontwikkeling werkelijk is: een creatieve en multidimensionale activiteit die alleen goed kan werken als iedereen verantwoordelijkheid neemt.

In het kader van digitaal aantonen voert het te ver om scrum verder toe te lichten. Hierover is op internet veel informatie beschikbaar. De site van Thinglink geeft op een eenvoudige wijze aan hoe deze methodiek werkt.

Effect op omgevingsmanagement

Zowel bij tunnelrenovaties als bij nieuwbouwtunnels kan er sprake zijn van weerstand vanuit de omgeving of vanuit belangenverenigingen. Met 3D-visualisaties en augmented of virtual reality kan een getrouwe weergave van het te realiseren bouwwerk gegeven worden, zodat men een goed beeld krijgt van wat men kan verwachten.

Een goed voorbeeld hiervan is een verdiepte ligging door een natuurgebied zoals de verdiepte ligging Delft-Schiedam. Omwonenden en belangenverenigingen waren bezorgd dat het uitzicht vanuit de polder beïnvloed zou worden door de verdiepte ligging. Door in het 3D-ontwerp van de verdiepte ligging de gehele omgeving van de polder mee te nemen, kon goed inzichtelijk worden gemaakt in hoeverre de verdiepte ligging of objecten zoals verkeerssignalering te zien zijn vanuit de polder.

Het is hierbij wel zaak dat er een realistische weergave wordt gegeven en de situatie niet mooier wordt voorgedaan dan het in werkelijkheid gaat worden. Dit kan zich namelijk tegen je keren. Zodra het bouwwerk is gerealiseerd, kan tevens getoetst worden of datgene wat gebouwd is overeenkomt met datgene wat ‘beloofd’ is.

Effect op te nemen verkeersmaatregelen

Door simulaties uit te voeren waarin de aanpassingen van de maatregelen op het verkeer inzichtelijk worden gemaakt, kan visueel een inschatting worden gemaakt van de risico’s die omleidingsroutes hebben op de rest van de omgeving.

Effect op stakeholders

Om het dynamisch gedrag vast te leggen op papier, en dit ook nog te begrijpen, is complex. Er is een grote kans dat iets over het hoofd wordt gezien of verkeerd wordt begrepen of geïnterpreteerd. Om te beoordelen en af te stemmen of het dynamisch gedrag voldoet aan de eisen en wensen van de stakeholders heeft het grote toegevoegde waarde om dit dynamisch gedrag aan de hand van simulaties toe te lichten.

3D-visualisaties, VR en simulaties kunnen een belangrijke rol spelen bij het meenemen van stakeholders in het ontwerp. Stakeholders hebben, afhankelijk van hun rol, verschillende belangen, interesses en kennisniveau. Het ontwerp in 3D, met VR en/of met simulaties toelichten is een laagdrempelige manier om het ontwerp te doorgronden. Bovendien kan het heel verhelderend zijn om met verschillende partijen op hetzelfde moment elk met een eigen ‘bril’ naar het ontwerp te kijken. Het is een heel efficiënte manier om een ontwerp te laten beoordelen. Door het ontwerp zo realistisch mogelijk in 3D/VR-visualisaties te laten zien, kan elke stakeholder zich een goede voorstelling maken van wat er gebouwd gaat worden en worden onaangename verrassingen op een (te) laat moment voorkomen. Het is zaak om hier bij de start van het ontwerp mee te beginnen (schetsontwerp of VO). Hoe eerder ‘fouten’ worden ontdekt, hoe minder het kost om deze te herstellen.

Naast het statische ontwerp wordt er ook dynamisch gedrag ontworpen. Dit wordt onder andere gedaan aan de hand van softwaremodellen. Deze modellen zijn voor leken echter moeilijk te doorgronden. Bovendien is de samenhang van en interactie tussen verschillende systemen moeilijk weer te geven. Door dit dynamisch gedrag te simuleren, is het eenvoudiger om het af te stemmen met diverse stakeholders. Voorbeeld is de latency (vertraging) van videobeelden: als een wegverkeersleider een camera bedient met een joystick, hoe lang duurt het dan voordat het beeld verandert en welke vertragingstijd is dan nog acceptabel? Dit kan met simulatie eenvoudig getoetst worden.

4.2.9 Risico’s [link id=”lmx19″]

De tunnelbeheerder is verantwoordelijk voor het verkrijgen van de benodigde vergunningen om de tunnel te mogen (ver)bouwen en open te stellen. Met behulp van 3D-BIM-modellering en simulaties kunnen risico’s hiervoor naar voren gehaald worden. Het gaat hierbij met name om risico’s zoals:

• Niet voldoen aan de (wettelijke) eisen.
• Niet voldoen aan de verwachtingen van de stakeholders.
• Inpassings-/raakvlakproblemen.

Het interpreteren van ontwerpdocumentatie en het beoordelen of het ontwerp voldoet aan de (wettelijke) eisen vereist gespecialiseerde mensen en kost veel tijd. Bovendien is het niet altijd eenvoudig om een visuele voorstelling te maken van het ontwerp dat op papier staat. Een 2D-ontwerp kan ook leiden tot misinterpretatie. Zo kan bijvoorbeeld een lijn op een tekening die bedoeld is om de belijning op het wegdek aan te geven, makkelijk geïnterpreteerd worden als een wand. Door het ontwerp in 3D en eventueel met VR te visualiseren, is het ontwerp eenvoudiger te doorgronden en kunnen verkeerde interpretaties worden voorkomen.

Met name voor risico’s die grote impact hebben op ruimtebeslag of risico’s die zich pas laat in het bouwproces voordoen, is het zinvol om simulaties uit te voeren.

4.2.10 Inspiratie en achtergronden [link id=”hp5z9″]

Onderstaande afbeeldingen laten zien hoe simulaties kunnen ondersteunen in afstemmingsprocessen.

Figuur: Impressie van brandweerman in vluchtgang van een tunnel.

Figuur: Impressie van zicht van autobestuurder bij uitrijden tunnel.

Figuur: Impressie van weergave matrixborden.

4.3 Serious gaming [link id=”960tb”]

4.3.1 Wat is/kan het wel? [link id=”8f7l7″]

Serious gaming is het creatief inzetten van (nieuwe) mediatechnologie om verandering en/of verdieping bij mensen te bewerkstelligen. De verandering in deze context betekent het tot je nemen van inzichten en het aanleren van nieuwe vaardigheden. Serious gaming stelt de mens centraal in een virtuele leeromgeving, wat maakt dat professionals onafhankelijk van het tijdstip en de plaats waar zij zijn, kunnen trainen en oefenen. Door interactiviteit in deze virtuele omgeving te bouwen, worden de activiteiten van de mens (handelingen) zichtbaar evenals de reactie van de omgeving. Het geeft dus een beeld van de consequenties van het handelen. Het leert de mens wat (niet) te doen in praktijk. Het is een realistische oefenomgeving waarbinnen procedures kunnen worden ontwikkeld, getest en geëvalueerd. Deelnemers kunnen dit beschouwend doen maar ook belevend (van ‘achter’ het beeldscherm naar ‘in’ het beeldscherm).

4.3.2 Voordelen [link id=”62d7g”]

Grootste voordeel is dat er in een solitaire/autonome opstelling 24/7 kan worden getraind en geoefend. Door virtueel het tegenspel te organiseren, is er daadwerkelijk sprake van (virtuele) interactie. Naast de onafhankelijkheid van tijd is het ook onafhankelijk van locatie. Men hoeft niet per se in de tunnelbuis te zijn. Een willekeurige oefenruimte volstaat.

Afhankelijk van de behoefte, maar ook van de kennis en vaardigheden van de cursist en/of doelgroep, kan maatwerk worden aangeboden. Dat kan variëren van enkelvoudige handelingen – open de hulppostkast en gebruik de noodtelefoon – tot het draaien van eenvoudige dan wel ingewikkelde scenario’s (incident of calamiteit).

Gaandeweg een scenario kunnen aanvullende (onvoorspelbare) interventies worden toegevoegd. Daarmee is/wordt het trainingssysteem dynamisch. De tunnelbeheerder is wettelijk verplicht om eens in de vier jaar een realistische oefening te houden en elk tussenliggend jaar een gedeeltelijke of simulatieoefening (Rarvw, artikel 11). Door een oefening virtueel uit te voeren, wordt voorkomen dat de tunnel dicht moet en dus niet beschikbaar is.

4.3.3 Nadelen [link id=”7nq5n”]

Serious gaming vraagt een andere manier van werken en vooral een andere mindset. Bij dergelijke innovaties is er vaak sprake van ‘nieuw denken’ en ‘oud doen’. Deelnemers moeten wennen aan het feit dat er anders wordt getraind. Dit vergt ook geloof en acceptatie van de leermiddelen.

De geëigende en herkenbare werkwijze komen geheel of gedeeltelijk te vervallen. Het is daarbij moeilijker om zaken af te leren dan zaken aan te leren. Competenties dienen te worden geëvalueerd. Serious gaming en/of werken in een virtuele omgeving kent specifieke aandachtsvelden. Het is aan te bevelen om per doelgroep en/of functie de competenties voor het gebruik van deze werkwijze te evalueren. Mogelijk kan een persoonlijke bijscholing en/of instructie een voldoende basis bieden om te werken binnen een virtuele omgeving. Het is niet uitgesloten dat bepaalde personen het werken binnen een digitale omgeving niet kunnen beheersen.

4.3.4 Effecten [link id=”4zz43″]

Effect op duurzaamheidsdoelstellingen

Virtueel testen en oefenen is aantrekkelijk vanuit het oogpunt van duurzaamheid en met name vanuit het oogpunt dat er minder verplaatsingen naar en in de tunnel plaatsvinden door onder andere hulpdiensten. Er kan sneller worden gewerkt, dus zijn er minder voertuig-verliesuren (VVU’s). Digitaal trainen kan daarbij ook nog eens veel efficiënter; het kan vanuit huis of vanaf de werkplek in de verloren uren.

Effect op toekomstbestendigheid

Een virtuele omgeving biedt een grote mate van flexibiliteit. Het aantal testprotocollen is oneindig (al is dat ook weer niet wenselijk) en oefenscenario’s zijn snel aan te passen in de virtuele omgeving.

Effect op technisch management/projectbeheersing

4.3.5 Inspiratie en achtergronden [link id=”cw3wn”]

Vanuit oogpunt van continuïteit in de bedrijfsvoering is het in de procesindustrie onder andere bij grote chemical plants ondenkbaar dat een fabriek wordt stilgelegd om te oefenen of te testen. In dergelijke sectoren wordt al veel langer volledig digitaal getest en getraind. De geleerde lessen in dergelijke sectoren zijn uitermate waardevol om tegen het licht te houden.

Inspiratiebronnen:

• Rode baretten en virtuele suits – Hoe de Luchtmobiele Brigade in VR traint
• Rode Kruis traint medewerkers met VR – Ervaren hoe het is om in een conflictgebied te werken
• SMB Simulation Marin – Besturing wordt getest door koppeling aan een gesimuleerde machine
• Meet Prespective – Introductievideo van het platform dat Unity heeft ontwikkeld om digitale tweelingen te maken.

4.4 Kunstmatige intelligentie – datawetenschap [link id=”rqq5r”]

4.4.1 Introductie [link id=”pncg0″]

Het onderwerp kunstmatige intelligentie (artificial intelligence, AI) is veel breder te trekken dan de term zelf en valt eigenlijk onder een groter geheel, genaamd datawetenschap. Het betreft alle onderwerpen die te maken hebben met data inwinnen, analyseren en presenteren. Kunstmatige intelligentie is een klein toepassingsveld hierbinnen, dat afhankelijk is van veel andere elementen binnen het raamwerk.

Het vakgebied is relatief nieuw en nog volop in ontwikkeling. Het onderstaande plaatje schetst enkele onderdelen.

Figuur: Datawetenschaptechnieken.

Deze paragraaf gaat in op de verschillende onderwerpen binnen kunstmatige intelligentie en de onderlinge relaties. Ook is er een stappenplan (roadmap) opgesteld om deze technologie in te zetten binnen de tunnelsector.

4.4.2 Wat is het wel, wat is het niet? [link id=”3nv3c”]

Datawetenschap, waaronder kunstmatige intelligentie, kan digitaal aantonen ondersteunen. Te denken valt aan het opstellen van criteria (structuur, opmaak, bepaalde steekwoorden, verwijzing naar eis-nummers, etc.) waarop ontwerpen automatisch worden gecontroleerd. Indien het te controleren ontwerp voldoet aan deze gestelde criteria, is het akkoord en kan het worden goedgekeurd. Uiteraard zal dit nog wel steekproefsgewijs geverifieerd moeten worden, maar zelflerende systemen gaan ons daarin steeds meer helpen.

Daarnaast is datawetenschap cruciaal om te kunnen groeien richting voorspellend onderhoud. Deze groei is zeer gewenst. Immers, hoe kunnen we hinderarm renoveren en exploiteren indien we het benodigde onderhoud niet goed kunnen voorspellen en plannen? Het huidige onderhoud is vaak nog grotendeels reactief van aard (correctief onderhoud) waardoor de hinder onverwacht, onvoorspelbaar en frequenter is dan nodig. Voorspellend onderhoud helpt bij het aantoonbaar maken dat voldoende en juist onderhoud uitgevoerd wordt; wat een vereiste is vanuit de tunnelwetgeving.

Figuur: Maintenance maturity model.

In dit groeiboek doelen we met ‘datawetenschap’ daarom op alle datatechnologieën die inzetbaar zijn voor digitaal aantonen en voorspelbaar onderhoud.

Formeel start kunstmatige intelligentie daar waar menselijke intelligentie ‘tekortschiet’. Volgens de puristen vallen dus vooral technieken als machine learning en deep learning onder kunstmatige intelligentie, die dan onderdeel zijn van een systeem dat autonoom beslissingen neemt.

4.4.3 Randvoorwaarden [link id=”mnmsw”]

Om überhaupt aan de slag te kunnen met datawetenschap, is het hebben van betrouwbare data cruciaal. Onderwerpen als big data, datamining, data-betrouwbaarheid, data-analyse, sensorisering, etc. zijn dan ook aspecten die gerelateerd zijn aan kunstmatige intelligentie.

Technisch gezien kan er al erg veel, maar de achterliggende data is zeer bepalend. Een goed voorbeeld is virtual reality. Het tonen van de actuele situatie of het actuele ontwerp is goed mogelijk in virtual reality (VR), maar als de basisdata niet op orde is, zal de omgeving niet representatief zijn. Datzelfde geldt voor de toepassing van augmented reality (AR). Het toevoegen van de data en/of beelden aan de ‘werkelijke wereld’ is technisch al goed mogelijk. Zo kunnen bijvoorbeeld looproutes voor storingsmonteurs worden getoond in een Google Glass of Hololens. Ook hier geldt wederom: als de basisdata niet op orde, is zal hetgeen getoond wordt niet bruikbaar zijn.

Het is cruciaal om vooraf te bepalen wat de doelen zijn om de juiste datastrategie op te zetten. In deze context betreft dat dan subdoelen onder de beide hoofddoelen ‘aantoonbaarheid’ en ‘voorspelbaar onderhoud’. Anderzijds moeten we nu reeds data verzamelen voor de nog onbekende uitdagingen van de toekomst.

Het doorlopen van de gehele keten wordt in onze sector nog zelden gedaan. Ook in andere sectoren is het nog zelden geheel sluitend. Wel zwerven er vele filmpjes en figuren rond op internet die dit suggereren. Veel ervan is echter vooralsnog marketingmateriaal. Dit biedt dus volop kansen en tijd om in te stappen in de ontwikkelingen; daarvoor is het zeker niet te laat. Wel zijn de kosten voor dergelijke toepassingen nog relatief hoog. Leveranciers en kennis zijn schaars en de marktwerking daardoor mogelijk nog onvoldoende. Ook is de technologie nog volop in ontwikkeling waardoor het aantal COTS (commercial off the shelf)-producten en diensten beperkt is.

Als we aan de slag willen met datawetenschap, zullen we data moeten inwinnen. Als we de data vervolgens willen analyseren, moeten we eerst zeker zijn dat de data betrouwbaar is en de informatie bevat die we nodig hebben. Om vervolgens voorspellingen te kunnen doen, hebben we een combinatie van modellen en domeinkennis nodig. Kortom, er is een samenhang en logische volgorde in datawetenschap. De onderstaande figuur geeft dit weer. De blokken worden onder de figuur toegelicht.

Figuur: Samenhangend model ten aanzien toepassing van datawetenschap.

Connect

Verbinden van bestaande databases, devices en relevante externe bronnen. Belangrijk is om vanuit een businesscase te denken, zodat informatie wordt opgeslagen in de juiste granulariteit en met de juiste structuur.

Collect

Informatie verzamelen in een ‘data lake’, aggregeren waar nodig voor bijvoorbeeld KPI’s, dashboards en databronnen met elkaar in verband brengen, zoals externe weer- of verkeersdata gecombineerd met data uit tunnels. Tijdsynchronisatie is daarbij overigens essentieel om de juiste conclusies te kunnen trekken.

Control

Sturen op basis van de informatie uit data-analyse en visualisatie.

Change

Continu veranderingen en innovaties doorvoeren op basis van de verkregen informatie. Meer vooruit kijken dan reactief.

Use

Analyseresultaten vormen op zichzelf weer data die wordt opgeslagen. Dit alles verrijkt het bestaande ‘data lake’ om nieuwe analyse en inzichten mogelijk te maken.

Op basis van de ingewonnen data modellen en/of processen ontwikkelen die operators en beheerders voorzien van informatie om betere beslissingen te maken. De resultaten hiervan kunnen weer gebruikt worden om de functionaliteit verder te verbeteren. Verder in het proces is het ook mogelijk om bepaalde taken automatisch door modellen te laten sturen (bv. het optimaal regelen van luchtdoorstroom met een model speciaal voor de ventilatoren).

Diverse technieken en methodieken zijn onder te brengen in bovenstaande stappen. De onderstaande tabel geeft een groot aantal van dergelijke technieken en methodieken weer. Deze opsomming is zeker niet volledig maar enkel bedoeld om inzicht te geven.

4.4.4 Stappenplan [link id=”z2q8g”]

Om aan de slag te gaan met datawetenschap is een bepaalde volgorde noodzakelijk, zie voorgaande paragraaf. De werkgroep heeft een stappenplan opgezet specifiek voor de tunnelsector. Waar moeten we beginnen en wat zijn logische vervolgstappen? Ook is gekeken waar we binnen de sector momenteel ongeveer staan. Het is daarbij van belang hoe ‘data-volwassen’ een organisatie is. Hierin zijn een aantal gradaties te definiëren, die in de onderstaande figuur zijn weergegeven. Het is onze inschatting dat de tunnelsector zich momenteel ongeveer bij de pijl bevindt.

Figuur: Volwassenheid in inzet data.

In het omzetten van data naar informatie is wederom een aantal stappen qua volwassenheid identificeerbaar. Zo kunnen we data handmatig analyseren om achteraf te onderzoeken wat er gebeurde. Het is onze wens om op basis van data vooruit te kunnen kijken. Onderstaande figuur geeft deze groei in volwassenheid ten aanzien van analyses weer.

Figuur: Informatievolwassenheid.

Zoals eerder is gesteld, kunnen data en datawetenschap bijdragen aan een groei van correctief onderhoud naar voorspellend onderhoud. De relatie met de toepassing van datawetenschaptechnieken is in de onderstaande figuur weergegeven. De pijl geeft wederom aan waar wij denken dat de tunnelsector zich momenteel bevindt.

Figuur: De weg naar AI-gebaseerd beheer en onderhoud.

Op basis hiervan is een generiek stappenplan definieerbaar. Een stappenplan dat globaal aangeeft met welke datatechnieken gestart moet worden en welke stappen hierop volgen om in volwassenheid te groeien. De onderstaande figuur geeft dit stappenplan weer.

Figuur: Stappenplan ontwikkeling datagedreven assetmanagement.

Stap 1: Dit betreft het inwinnen van de data met alles wat daarbij hoort. Dat gaat van sensorisering en het ‘internet of things’ tot het vastleggen van onderhouds- en storingshistorie, externe verkeers- en weergegevens, etc. De opslag van data, cloudtechnologie, data lake en dataservers vallen hier ook onder. Deze stap is bijvoorbeeld te optimaliseren door de data te verrijken. Een monteur weet bijvoorbeeld al iets meer en vermeld dit in zijn rapportage. Bij een volgend storingsbezoek kan sneller tot de oplossing worden gekomen doordat er nu meer data beschikbaar is.

Stap 2: Dit betreft het valideren en analyseren van de ruwe data en de eerste slag om deze om te zetten naar bruikbare informatie. Het valideren van de data is essentieel om een betrouwbare analyse te ontwikkelen. Bij de analyse wordt op zoek gegaan naar trends, tijdspatronen en foutvolgorden (root-cause).

Stap 3: In deze stap worden modellen gebouwd. Het betreft modellen die de kans op verstoring gaan voorspellen op basis van historische data, verouderingspatronen, etc. Oorzaak en gevolg worden niet enkel gekoppeld, maar ook door het model voorzien van een oplossing. De daadwerkelijk te nemen acties worden nog door personen bepaald en uitgezet.

Stap 4: In deze stap genereren de modellen de acties en daar waar nodig voert het systeem deze zelf uit. De tussenkomst en betrokkenheid van een persoon is voor het definiëren en (laten) uitvoeren van een groot aantal taken niet meer nodig.

Het visualiseren en presenteren van data, informatie en acties is in iedere stap van groot belang. Naarmate we meer in modelmatige stappen terechtkomen, zullen complexere/intelligentere dashboards nodig zijn om overzicht te behouden.

4.4.5 Voor- en nadelen [link id=”llgk4″]

De inzet van datatechnieken en -methodieken biedt veel kansen en mogelijkheden. De inzichten leveren uiteindelijk een kostenbesparing op. Faalkosten worden voorkomen en onderhoudsactiviteiten worden geoptimaliseerd (‘just in time’) en geconsolideerd.

Datawetenschap vergt echter ook forse investeringen. Investeringen voor de data-inwinning, dataopslag, analyse en presentatie. Dit vergt veel ICT (hardware en software) en kennis (mensen). Hierbij lijkt opslag nu nog goedkoop, maar de dataopslag neem exponentieel toe, onder andere door de vele ‘internet of things’-toepassingen en sensorisering. De prognose van specialisten is dan ook dat de kosten voor dataopslag in de toekomst bepalend wordt voor de inrichting van ons data lake.

Daarnaast is de betrouwbaarheid van data cruciaal; ‘garbage in, is garbage out’. Een slechte datakwaliteit resulteert in niet-betrouwbare analyseresultaten en mogelijk foutieve keuzes. Een ‘data lake’ verandert dan al snel in een ‘data swamp’. Een oplossing zou kunnen zijn om alle data een kenmerk mee te geven over de betrouwbaarheid. In het begin geef je alle data het kenmerk ‘onbetrouwbaar’ mee en op basis van analyses wordt de data steeds betrouwbaarder gemaakt.

Figuur: Verschil data swamp en data lake.

Datawetenschap vraagt dus enerzijds een gestructureerde aanpak en vergt planvorming vooraf. Anderzijds kennen we nog niet al onze uitdagingen van de toekomst. Om die reden moeten we juist meer data verzamelen om de nog onbekende uitdagingen in de toekomst aan te kunnen. Dit resulteert in een dilemma: wat wel en wat niet in te winnen en op te slaan?

Daarnaast vergt datawetenschap ‘volhouden’. Data-inwinning, analyse en het ontwikkelen van intelligente modellen vergt een lange adem. Eens begonnen, dient volgehouden te worden om voldoende data te verkrijgen. Dit vereist dus ook dat vooraf nagedacht moet worden voor welke subdoelen het wel en welke niet verantwoord is om ze in dit traject op te nemen.

4.4.6 Effecten [link id=”69t5k”]

Het vakgebied kunstmatige intelligentie / datawetenschap is erg breed. De impact op BTO-keuzes is afhankelijk van de aspecten die worden ingezet. Op dit moment is de impact dan ook niet eenduidig op te schrijven.

Wel kan gesteld worden dat de afhankelijkheid van data steeds groter wordt. Beheerder, onderhouders, bestuurders, projectmanagers, veiligheidsbeambten en andere betrokkenen staan verder af van het fysieke tunnelobject. Zij zullen hun werk en hun besluitvorming steeds meer moeten baseren op informatie, die weer gebaseerd wordt op data.

Ook de operators, monteurs en inspecteurs die nog wel daadwerkelijk in en/of met de objecten actief zijn, zijn steeds afhankelijker van data. Weten wat de status is, wat het uitgevoerde onderhoud en voorheen ontstane storingen waren, wat de gebruiksintensiteit is en wat de omgevingscondities zijn, vraagt allemaal om data op basis waarvan deze betrokkenen hun werkzaamheden efficiënter kunnen uitvoeren. Om hinder te voorkomen en/of feiten aantoonbaar te maken is daarvoor informatie (lees: data) benodigd.

Het vergt dan ook een ontwikkeling van data- en informatie-gerelateerde competenties van al deze betrokkenen. De omgang met en het interpreteren van informatie en/of data, en het kunnen omgaan met virtualisaties en visualisaties is van groot belang. Dit heeft zijn weerslag op de eigen medewerkers, maar ook op inhuur of onderaanneming en de contracten die daarbij horen.

Daarnaast vergt het inwinnen, onderhouden en bestellen van data, modellen en digitale omgevingen veel van organisaties, medewerkers, contracten, aanbestedingen en samenwerkingsvormen. Dit vergt een verdere verdieping over vragen als eigendom van de data, data governance, houdbaarheidsduur, etc.

4.4.7 Inspiratie en achtergronden [link id=”grllr”]

Sectoren als industrie, automotive, defensie, gezondheidszorg en farmacie zijn op diverse vlakken verder dan de tunnelsector. Hier kunnen we dus veel van leren.

Figuur: Voorbeelden van toepassingen van kunstmatige intelligentie in andere branches

Ook zijn kennisinstituten als World Class Maintenance en NVDO dergelijke onderwerpen aan het uitdiepen, zowel theoretisch als erg praktisch (fieldlabs, living labs).

Recent is er een white paper geschreven over datagedreven assetmanagement. Het onderzoek en het opstellen van de paper is uitgevoerd door een aantal provinciën en de ingenieursbureaus Royal HaskoningDHV en DON Bureau. Het paper geeft een mooi en kritisch totaalbeeld van wat er is en wat er kan. De publicatie is gemaakt in Sway en bevat veel foto’s figuren en links naar filmpjes en achtergrondinformatie.

>> Naar white paper ‘(big) Data savy in de civiele infrastructuur’

4.5 Engine en virtuele omgeving [link id=”m6chw”]

4.5.1 Introductie [link id=”wnfnl”]

De virtuele omgeving wordt gecreëerd vanuit het 3D-BIM, de visualisatie en de simulaties; in principe statische delen die niet zijn gekoppeld en tot ‘leven gekomen’ zijn. Serious gaming is de toepassing van de virtuele omgeving, maar de omgeving kan niet functioneren zonder een motor; de engine. De engine verbindt de statische (of deels al dynamische) modellen met elkaar en laat het functioneren als één geheel.

4.5.2 Wat is het wel, wat is het niet? [link id=”zf6vd”]

De engine is het zogenaamde hart van de simulator. Hiermee wordt bedoeld dat de engine het mogelijk maakt om zowel dynamische als statische simulaties (via ‘functional mock-ups’) uit te voeren. De logica van de simulatoren wordt als het ware aangestuurd door de engine. De engine draait op een vast gedefinieerd hardware/softwareplatform.

Figuur: Functionele weergave engine t.o.v. applicaties.

De samenhang tussen de engine en andere onderdelen:

• De engine stuurt simulatoren aan d.m.v. de controle-interface.
• De simulatoren wisselen data onderling uit d.m.v. shared memory dat door de engine wordt gefaciliteerd.
• BIM is statische data die wordt gebruikt om een object mee op te bouwen.
• Visuals worden op dezelfde manier gekoppeld als simulatoren.
• Een leverancier van een simulator kan zijn intellectueel eigendom beschermen door alleen binaries te leveren die wel een voorgedefinieerde control- en data-interface hebben.

De simulatie-engine is in staat om alle typen dynamische simulatoren te integreren en aan te sturen. Afhankelijk van de toepassing zullen de simulatoren gedetailleerd meedraaien in een gecombineerde realtime simulatie.

De engine zal waarschijnlijk niet in staat zijn om alle type simulatoren in detail parallel te laten draaien. Beperkende factor hierin is waarschijnlijk de rekenkracht van het hardwareplatform waarop de engine draait. Van tevoren dient men na te denken over de toepassingen.

In onderstaand figuur zijn een aantal toepassingen geprojecteerd op de levenscyclus van een object:

• Zeer gedetailleerde ((i)FAT) testen, zodat er minder uitgebreid in de tunnel getest hoeft te worden.
• Trainen en oefenen op een gesimuleerde omgeving, zodat dit niet met een operationele omgeving gedaan hoeft te worden.
• Vroege V&V door bijvoorbeeld zware doorrekensimulaties (CFD, verlichting, CCTV, geluid, verkeer, human factors) uit te voeren in de ontwerp- en conceptfase.

Figuur: mogelijkheden Digitale Tweeling gedurende de lifecycle .

Door variabelen in de simulator te koppelen aan de 3D-omgeving kunnen objecten ‘levend’ gemaakt worden. De 3D-omgeving wordt geladen vanuit het BIM. Door bijvoorbeeld augmented of mixed reality toe te passen, zouden servicetechnici onderhoudshandelingen kunnen oefenen.

De engine verzorgt ook een koppeling met de virtuele omgeving. De virtuele omgeving omvat een visuele 3D-representatie en wordt dynamisch gemaakt door diverse objecten te koppelen aan variabelen in de simulator. Voorbeeld hiervan is het bewegen van een slagboom voor een tunnelmond op het moment dat in de simulator daadwerkelijk de slagboom aangestuurd wordt.

Het 3D-model wordt ingeladen vanuit BIM. Alle stakeholders zijn belangrijke gebruikers van de virtuele omgeving. Hierbij kan gebruikgemaakt worden van augmented reality (AR) en kunstmatige intelligentie (artificial intelligence, AI).

Mens-machine-interface (MMI)

Een andere vorm van een virtuele weergave die altijd voorkomt maar veelal alleen in een statische 2D-omgeving wordt gepresenteerd, is een schematisch principe-overzicht van de te installeren of geïnstalleerde werktuigbouwkundige en elektrotechnische installaties. Deze zogeheten principeschema’s worden gebruikt als input om de bediening van de installaties te creëren en vormen daarmee de mens-machine-interface (MMI). Deze MMI (vaak ook human machine interface, HMI, genoemd) wordt gebruikt bij bediening van veel gecomputeriseerde systemen zoals Scada, CCTV, omroep, intercom, brandmelding, verkeerstechnieken zoals SOS/SDS, HVAC (heating, ventilation, air-conditioning and cooling) en verlichting.

Feitelijk gezien zijn er twee soorten MMI te onderscheiden:

In het kader van tunnels (nieuwbouw en/of renovatie) kunnen simulatietools onder meer ingezet worden om:

• gedrag van installaties op zichzelf of de integrale samenwerking van een samenstel van installaties inzichtelijk te maken;
• de invloed van installaties of een bouwwerk op een extern element (lucht, rook, water, mensen, etc.) inzichtelijk te maken;
• de invloed van een externe element op een bouwwerk inzichtelijk te maken (temperatuur, licht, wind).

4.5.3 Voordelen [link id=”b818v”]

Door een en dezelfde engine te gebruiken, kunnen alle typen simulatoren met elkaar geïntegreerd worden. Dit heeft als voordeel dat het aantal toepassingen ook toeneemt.

4.5.4 Nadelen [link id=”5ks7z”]

• Kostbaar en tijdrovend.
• Vaak nog maatwerk om tot een projectspecifieke totaaloplossing te komen.
• Integratie met gevalideerde simulatietools is niet altijd mogelijk en/of is duurder dan niet-gevalideerde simulatietools (die wel vaak als plug-in beschikbaar zijn).
• Hardware (high-performance gaming systemen + eventuele specifieke brillen zijn kostbaar).

4.5.5 Effecten [link id=”6pxv7″]

Effect op project/programmamanagement

De engine dient als programma en een project ontwikkeld te worden. Dit betekent ook dat er vanuit de opdrachtgeversvisie ontwikkeld moet worden.

Effect op behalen doelen aanbesteder

Komend decennium worden veel tunnels in Noord- en Zuid-Holland gerenoveerd. Deze tunnels liggen allemaal in een dicht en drukbezet wegennet. Eigenlijk kunnen deze tunnels niet dicht. Maar ze dienen wel gemigreerd/gerenoveerd te worden.

Simulatietoepassingen bij testen en valideren zullen helpen bij het offline testen buiten de tunnel en daarmee de buitendienststellingstijd bekorten die nodig is voor de renovatie. Tevens zullen simulaties helpen bij het eerder in kaart brengen van problemen. Dit alles resulteert in minder hinder doordat er in een keer goed in bedrijf gesteld en geoefend in bedrijf genomen kan worden.

Effect op voorbereiding

De voorbereiding van migraties zal meer tijd kosten. Tevens dient er een testomgeving ontwikkeld en onderhouden te worden.

Effect op organisatie van tunnelbeheerder/eigenaar

De tunnelbeheerder dient de simulatoren en testomgeving in beheer te nemen en te onderhouden. Dit heeft een aanzienlijk effect op de organisatie, want in feite krijgt deze beheerorganisatie er een heel nieuw systeem bij. Ook het leren omgaan met de nieuwe middelen zal door alle medewerkers ruimschoots geoefend moeten worden.

Effect op contract- en aanbestedingsstrategie

Toekomstige civiele aanpassingen in de tunnel, de technische ruimten en de installatietechnische systemen zullen moeten worden meegenomen in de virtuele omgeving. Maar ook de engine zal moeten worden bijgehouden, zeker daar waar het om aanpassing van processen en procedures gaat. Dit vergt een aanpassing in de contract- en aanbestedingsstrategie.

Effect op technisch management/projectbeheersing

Er dient een extra traject opgezet te worden voor de ontwikkeling van de simulatie. Dit kan parallel aan het ontwikkelen van een object. De engine van de simulator dient echter dan al klaar/uit-ontwikkeld te zijn.

Duurzaamheid en toekomstbestendigheid

Het testen in de tunnel zal minder tijd vergen, waardoor personeel sneller inzetbaar is voor andere werkzaamheden. Er geldt daarmee voor alle partijen een win-winsituatie.

De engine dient gereed te zijn voor alle ontwikkelingen die er zijn op het gebied van de digitale tunneltweeling. Ook dient men mee te nemen dat er leergedrag (bv. machine learning, IOT en kunstmatige intelligentie) toegepast kan worden in de toekomst.

Effect op omgevingsmanagement

Een virtuele omgeving met bewegende beelden kan bij omgevingspartijen, zoals bewoners en andere weggebruikers, een positieve rol spelen doordat zij direct kunnen worden meegenomen in de ontwikkeling en ‘live’ kunnen ondervinden wat de impact van de ontwikkelingen zijn. Zo kan bijvoorbeeld het rijden op een nieuwe wegverbinding of omleidingsroute worden weergegeven (misschien zelfs in een game-vorm) en kan men dit al eerder ervaren. Bezwaren kunnen hierdoor worden weggenomen of juist worden meegenomen in het ontwerp.

Effect op te nemen verkeersmaatregelen

Wanneer men kan testen en oefenen buiten de tunnel (en ruim voordat deze echt gereed is), zal dit leiden tot een snellere openstelling van de tunnel doordat de betrokken partijen al voorafgaand aan het daadwerkelijk gereedkomen van de tunnel hebben kunnen testen en oefenen.

Effect op stakeholders

De relatie met de stakeholders kan aanzienlijk verbeteren doordat zij uitgebreid kunnen oefenen. Assetmanagement zal verbeteren doordat er meer en uitgebreid getest kan worden.

4.5.6 Risico’s [link id=”p280m”]

Als de virtuele omgeving en de engine niet bijgehouden worden, zal de bruikbaarheid ervan aanzienlijk afnemen en uiteindelijk verdwijnen. Daarom dient de omgeving actief onderhouden te worden als een volwaardig systeem.

4.5.7 Inspiratie en achtergronden [link id=”gn4df”]

In de machinebouw (bijvoorbeeld bij stoomgeneratoren), vliegtuigbouw, petrochemische en automotive industrie worden veel concepten onder de noemer ‘digital twin’ toegepast. We kunnen hiervan leren en daar waar mogelijk toepassen in onze tunnels.

Figuur: Digitale tweeling van een stoomgenerator.

4.6 Testen besturingssysteem in virtuele omgeving [link id=”p33bw”]

4.6.1 Introductie [link id=”ptsf6″]

Voor het dynamisch testen van een object is een passende omgeving nodig. De inrichting en samenstelling van zo’n testomgeving is afhankelijk van het doel van de test. Bepalend voor een goede testomgeving is de mate waarin kan worden vastgesteld in hoeverre het testobject aan de gestelde eisen en het ontwerp voldoet. Iedere test kan een ander doel hebben en daarom kan iedere test een andere testomgeving gebruiken. Zo vraagt bijvoorbeeld een functionele test van alleen de 3B een heel andere inrichting van de testomgeving dan de test van het koppelvlak tussen een verkeerssysteem en het stuurprogramma (als onderdeel van dezelfde 3B). Maar ook de test van bijvoorbeeld het ventilatieconcept stelt andere eisen aan de testomgeving dan die van de pompkelders. Belangrijk is dat elke testomgeving een middel is en nooit een doel op zichzelf mag zijn!

Omgevingen gekoppeld aan een virtuele wereld worden reeds gebouwd bij nieuwe tunnels en worden gebruikt om testen, trainingen en oefeningen uit te voeren. De besturing wordt in de meeste gevallen opgebouwd als eindsituatie. Deze omgevingen worden na openstelling van de tunnel helaas niet altijd meer onderhouden en sterven dan een stille dood. Zonde, want juist voor toekomstig onderhoud of grootschalige renovaties is een up-to-date digitale tunneltweeling een geweldig hulpmiddel om de veiligheid van personeel en weggebruikers tijdens testen te garanderen en de maatschappelijke kosten van een (gedeeltelijke) tunnelafsluiting voor testdoeleinden te minimaliseren. Het nut van een digitale tunneltweeling bewijst zich daarmee juist ook in de onderhoudsfase!

4.6.2 Wat is het wel? [link id=”vnfhm”]

Een testomgeving is een samenstel van onderdelen zoals hard- en software, koppelingen, omgeving-specifieke kenmerken, beheertools en processen waarin een test wordt uitgevoerd. De opzet van de testomgeving wordt bepaald door het testdoel en is een hulpmiddel om het fysieke object beter, sneller, met minder hinder en meer waarde te ontwerpen, te bouwen, op te leveren, te beheren, te renoveren en aan te passen. Testen is een activiteit die niet alleen wordt uitgevoerd aan het einde van een project, vlak voor oplevering, maar heeft in alle fasen van een project, in elke fase van een object in exploitatie en voor iedere stakeholder een eigen toegevoegde waarde.

Bij nieuwbouwprojecten wordt het uiteindelijk definitieve object uitgebreid gebruikt als testomgeving. Deze is beschikbaar en niks is zo waarheidsgetrouw als het definitieve object zelf. Daarbij moet gesteld worden dat deze omgeving niet altijd de meest ideale omgeving is voor iedere test. Want ook hier geldt, elke test kent zijn eigen doel en daarbij hoort een eigen ideale omgeving.

Bij renovatieprojecten ligt testen een stuk complexer. Het te renoveren object is over het algemeen zeer beperkt beschikbaar en daarom zal gezocht moeten worden naar een alternatief. Een alternatief waarbij de definitieve omgeving maar beperkt nodig is en zoveel mogelijk testen in andere omgeving uitgevoerd kunnen worden. Deze andere omgeving bestaat uit een oplossing waarbij het object, of onderdelen daarvan, zoveel mogelijk gevirtualiseerd worden. Dit wordt dat ook wel de ‘virtuele testomgeving’ genoemd. Belangrijk is om te stellen dat alle testactiviteiten in deze virtuele testomgeving ook gewoon volwaardige testactiviteiten zijn (en geen virtuele of iets dergelijks).

Een virtuele testomgeving omvat (afhankelijk van het doel) ontwikkelingen op het gebied van virtualisatie, bedieningsinterface, dynamisch gedrag, modellering, simulatie, gaming en informatievoorziening ten behoeve van het object. Het startpunt is visualisering van het object in een 3D-model, dat met behulp van logische koppelvlakken, algoritmes en een modulaire opbouw meegroeit of kan meegroeien.

Virtualisatie van de tunnel is het besturen van een (minimaal in 2D) gemodelleerde tunnel inclusief de technische installaties met exact dezelfde besturingssoftware als in de fysiek bestaande of fysiek gewenste tunnel. Het doel van deze opstelling is de statische kenmerken te toetsen en het dynamisch gedrag van het tunnelsysteem te simuleren.

Het doel van testopstellingen is om statische kenmerken te toetsen en dynamisch gedrag te simuleren. Het is daarmee een hulpmiddel dat direct bijdraagt aan hinderarm renoveren. Het minimaliseert de sluiting van de fysieke tunnel ten behoeve van toetsen en testen. Het is goed mogelijk deze omgeving tevens te gebruiken voor opleidings-/trainingsactiviteiten.

Bij testen is het, afhankelijk van de gelijkwaardigheid van de virtuele omgeving en aanpalende systemen in de definitieve omgeving, mogelijk om zonder de beschikbaarheid van het fysieke object testen uit te voeren en delen van het ontwerp te verifiëren en te valideren. Op basis van testdoelstellingen dient te worden bepaald in welke mate het testen bijdraagt aan acceptatie van het ontwerp, testen van de besturing of totale systeem als mitigatie van risico’s in die betreffende fase.

Voor de bepaling van de meerwaarde van een virtuele testomgeving zijn, op basis van de bijbehorende risico’s, globaal drie testgroepen gedefinieerd:

Doel van deze testen is het, in een zo vroeg mogelijk stadium van het project, aantoonbaar maken van de juiste werking van het te leveren (deel)systeem.

Figuur: Koppelvlakken in een virtuele omgeving.

Met virtueel testen in een gedigitaliseerde omgeving komt een testomgeving tot ‘leven’ en is het mogelijk om scenario’s, functionaliteiten en bedieningen waarheidsgetrouw en zorgvuldig te testen en aansluitend operators en hulpdiensten te trainen en te laten oefenen.

Voorbeelden van bestaande testomgevingen:

Testomgevingen kennen vele stakeholders in de vorm van gebruikers, beheerders, eigenaars, toezichthouders en bijvoorbeeld acceptanten. Hiervoor kan het OTAP-model een oplossing bieden. OTAP staat voor ontwikkeling, testen, acceptatie en productie. Het OTAP-model heeft als uitgangspunt dat iedere gebruiker van de omgeving ongestoord zijn werk wil doen en van niemand anders last wil hebben. Zo wil de eindgebruiker geen last hebben van de tester en deze wil op zijn beurt weer geen last hebben van de programmeur. Voor ieder van deze partijen is daarom een eigen type omgeving gedefinieerd. Deze vier typen omgevingen zijn analoog aan de vier stadia die door software wordt doorlopen: de software wordt ontwikkeld, getest, geaccepteerd en gebruikt.

Het OTAP-model ziet er in eerste instantie uit als een technische oplossing, maar dat is het niet. Het is feitelijk een methodiek die niet beschrijft dat er vier omgevingen moeten zijn, maar dat er vier typen omgevingen zijn, namelijk een ontwikkel-, test-, acceptatie- en productieomgeving. Ieder type omgeving heeft zijn eigen kenmerken. In een project kunnen dus gerust zeven omgevingen gebruikt worden volgens het OTAP-model. Zo kan het zijn dat er twee ontwikkelomgevingen zijn (lokaal bij leverancier en lokaal op projectlocatie), één testomgeving, twee acceptatieomgevingen (gebruikersacceptatietest voor UPP-scenario’s en het definitieve object als testomgeving) en twee productieomgevingen (definitieve object na openstelling en de digitale tunneltweeling).

4.6.3 Wat is het niet? [link id=”4d542″]

Virtueel/digitaal testen is geen vervanging van alle testen in de tunnel zelf. Ieder model is een abstracte representatie van de werkelijkheid en moet ook als zodanig worden benaderd. ‘The proof of the pudding is in the eating.’ Hoe beter (hoe natuurgetrouwer) de installatie en processen worden gesimuleerd, hoe betrouwbaarder de testresultaten in de digitale en fysieke tunneltweeling zullen zijn.

Ervaring leert dat elke bestaande tunnel fysiek anders is opgebouwd. Digitale modellering van deze bestaande tunnels is, zeker in combinatie van de huidige mogelijkheden van 3D-scanning en soft-PLC’s, te realiseren. Maar het realiseren van een fysieke tunneltweeling van een oudere (te renoveren) tunnel is van totaal andere aard. Het functioneren van installaties in oudere tunnels blijkt vaak nauw met elkaar verweven; van een autonome werking is dan ook veelal nog geen sprake. Los daarvan moeten vraagtekens worden geplaatst bij het realisme om een deels verouderde configuratie na te willen bouwen voor testdoeleinden. Wanneer een tunnel volledig wordt gerenoveerd (eerst gestript en daarna opnieuw opgebouwd met nieuwe hard- en software) is feitelijk sprake van een volledig nieuwe 3B en kunnen dezelfde uitgangspunten worden gehanteerd als bij nieuwbouw.

Door de functionaliteit van de bestaande bediening en besturing in zo vroeg mogelijk stadium in beeld te krijgen, kan de vraag worden gesteld of dit in de toekomst (bij een renovatie en/of vervanging) nog steeds de gewenste wijze van functioneren is.

4.6.4 Voordelen [link id=”43w1c”]

• Acceptatie van werkprocessen en (UPP-)scenario’s worden al in een vroeg stadium uitgevoerd en dienen als input voor de ontwikkeling van techniek en dus als input voor het voorontwerp.
• Bij standaardisatie van koppelvlakken en werken met simulatoren valt er winst te behalen met testen die ver naar voren kunnen worden gehaald. Dit kan bijvoorbeeld worden bereikt met het certificeren van koppelvlakken, zodat gedrag reeds in een vroeg stadium met simulatoren kan worden aangetoond. Bijkomend voordeel zou zijn dat on-site alleen nog IBS noodzakelijk is en beperkte integratietesten.
• Bij standaard koppelvlakken zou het mogelijk moeten zijn om het 3B-platform of de installaties later te vervangen met minimale impact voor het object en daarmee minder hinder voor de omgeving.
• Theoretisch blijven er alleen nog civiele raakvlakken over, en raakvlakken met energievoorziening en netwerk. Dit zijn er aanzienlijk minder dan bij de huidige werkwijze.
• Naar links schuiven (shift left): het in eerder stadium signaleren van fouten, gebreken en aandachtspunten in het ontwikkeltraject.
• Een plaatje/model zegt meer dan duizend woorden.
• Minder tunnelafsluiting t.b.v. testen (financiele en organisatorisch voordelen).
• Flexibilisering van het testproces (agility).
• Effecten van nieuwe versies of geheel vernieuwde besturingssoftware (en/of TTI-onderdelen) op alle aangesloten tunnels kunnen makkelijker worden getest (regressietesten).
• Voordelen van geautomatiseerd testen (automatisch uitvoeren van testscenario’s) kunnen optimaal benut worden (unattended uitvoeren buiten kantooruren).
• Voordelen van ‘application containerization’: duplicaat van een computersysteem op een wijze dat dit systeem platformonafhankelijk kan draaien (ook wel virtual machine genoemd).
• Testen meer gericht op dynamisch gedrag van het tunnelsysteem (incl. besturingssoftware) in plaats van ‘eisen aftikken’.
• Meer ruimte om te experimenteren met uitzonderlijke testsituaties (of systeemgedrag te beoordelen tijdens experimenten).
• Een volwaardige testomgeving inclusief virtualisatie zal met de complexiteit van renovatie draagvlak creëren bij de beheerder, veiligheidsbeambte en wegverkeersleider.
• Met een testomgeving kan tijdens de voorbereiding verder nagedacht worden over de roll-out naar het productiesysteem (lees: tunnel).
• Bij complexe renovatie kan gedacht worden over de wijze van migratie van oud naar nieuw bij verschillende situaties.
• Ontwikkelen, testen en opleiden, trainen en oefenen van nieuwe functionaliteit is mogelijk terwijl deze nog niet is ingevoerd in de echte tunnelbesturing.

4.6.5 Nadelen [link id=”xml30″]

• Extra investering in een model t.b.v. testen/toetsen. Bij renovatietrajecten zal de gehele tunnel gemodelleerd moeten worden en niet alleen de aanpassingen (reversed engineering). Is alle documentatie up-to-date, beschikbaar en betrouwbaar?
• Het model moet ook onderhouden worden.
• Model versus werkelijkheid: testen en toetsen in de tunnel blijft (deels!) noodzakelijk.
• Opbouwen van een betrouwbaar model is zeker geen sinecure (in dezelfde tijd dat een ogenschijnlijk simpele applicatie gebouwd wordt, verrijst er een compleet nieuw gebouw). Zeker bij renovatietrajecten moet de tijd die ‘reversed engineering’ vraagt, niet onderschat worden.
• De suggestieve werking van behaalde testresultaten in een virtuele omgeving kunnen een overdreven enthousiasme/pessimisme tot gevolg hebben.
• Oude en nieuwe besturingssystemen lopen bij renovatie mogelijk door elkaar; dit maakt het erg complex. Hoe gaan we om met de oude besturing als deze nog deels beschikbaar dient te zijn? Digitaal aantonen/virtueel testen van ‘tussenperioden’ lijkt vooralsnog een station te ver.
• Zoals elke omgeving (zo ook de definitieve) moeten testomgevingen beheerd worden. Er moet te allen tijde duidelijk zijn uit welke onderdelen deze omgeving bestaat en van welke versies deze gebruikmaken (configuratiemanagement). Daarnaast moet de introductie van wijzigingen gestructureerd en gecontroleerd plaatsvinden (change management). Dit zijn processen die absoluut ingeregeld moeten zijn, met dezelfde aandacht als die voor een definitieve omgeving, anders verdwijnt de meerwaarde per direct.
• De mate en zekerheid waarin de testomgeving aansluit op de werkelijkheid is regelmatig een punt van discussie. Hiervoor moet een modus operandi gevonden worden waarin de belangen van de verschillende partijen enerzijds en de risico’s anderzijds in balans zijn. Ook hiervoor geldt: het verifiëren en valideren van een testomgeving moet geen doel op zichzelf zijn maar een middel om vertrouwen te krijgen in de resultaten van de testen uitgevoerd in deze omgeving. Hiervoor moet er anders naar deze problematiek gekeken worden dan bij een ‘reguliere’ aantoning. Zo kan ervoor gekozen worden te werken met impliciete aantoning. Hierbij worden alleen bepaalde delen van de testomgeving diepgaand onderzocht en andere delen alleen bij ‘opmerkelijke’ testresultaten. Het gaat voor dit moment te ver om deze problematiek uit te werken, maar het is wel een belangrijk aandachtspunt.

4.6.6 Effecten [link id=”9lqdt”]

Effect op project/programmamanagement

• Virtueel testen heeft organisatorische en financiële voordelen (tunnel minder dicht voor ad hoc en klein onderhoud, maar ook tijdens grotere renovatieprojecten en toevoeging van aangepaste of nieuwe functionaliteit).
• Testen wordt van het kritieke pad gehaald.
• Eerder feedback van stakeholders (niet pas bij beschikbaarheid van fysieke tunnel).
• Betrokkenheid van stakeholders meer continu en niet alleen in de eind (test)fase.
• Aanzienlijke risicoverlaging door eerder beheersen van risico’s.

Sommige testen (duurzaamheidstesten materiaal, performancetesten, etc.) kunnen al met simulaties en berekeningen worden aangetoond (aannemelijk gemaakt) tijdens de ontwerpfase. In dat geval spreken we over digitaal aantonen. Dit is noodzakelijk omdat dit soort testen uiteraard niet met de fysieke onderdelen kunnen worden uitgevoerd.

Effect op behalen doelen aanbesteder

• Aanbesteder krijgt eerder inzicht in de kwaliteit en aansluiting op praktijk. Dat is natuurlijk niet een compleet beeld, maar wel een goede indicatie.
• Ook bruikbaar tijdens de onderhoudsfase.
• Opbouwen van vertrouwen heeft tijd nodig. Acceptatie door stakeholders is het logisch gevolg daarvan. Een gemodelleerde testomgeving biedt de mogelijkheid om het vertrouwen langzaam te laten opbouwen.

Effect op voorbereiding

• Testen worden naar voren gehaald (shift left).
• Testscenario’s zelf kunnen ook getoetst worden (geen onnodige sluiting of ‘vals alarm’ bij foutieve testscenario’s). Tunnelgedrag met hoge risicoklassering wordt met meer (nagenoeg volledige) zekerheid met behulp van goede testscenario’s getest.
• Meer werk in voorbereiding, minder in uitvoering.

Effect op organisatie van tunnelbeheerder/eigenaar

• Tunnelbeheerders en -eigenaars moeten bereid zijn om ook echt bij te dragen in het voortraject (integrale betrokkenheid). Dat kost tijd en komt bovenop de al bestaande werkzaamheden. Het karakter van de inzet van tunnelbeheerders en -eigenaars tijdens het testen zal waarschijnlijk ook meer ad hoc zijn. Zo zal de beheerder een grotere rol krijgen op gebied van configuratiemanagement en wijzigings- en releasebeheer. Mogelijk dienen hiervoor andere competenties te worden verkregen. Hij zal meer regie krijgen en meer kennis van het proces opdoen.
• Het vereist een zekere mate van abstract denken om het speelse karakter van een gemodelleerde omgeving te beschouwen als serieuze testomgeving (roken van een elektronische sigaret schijnt toch een andere onvergetelijke ervaring te zijn dan het roken van ‘een echte’).
• Beheerders kunnen hun processen eerder afstemmen, inrichten en voorbereiden.
• Tunnelbeheerder, verkeersleiders en hulpdiensten zullen eerder opgeleid en getraind worden.
• Voordelen voor de beheerder zijn dat de effecten van wijzigingen op de productiesystemen tijdens de exploitatie voorafgaand op de testomgeving in beeld worden gebracht, waarmee de impact voor hem veel duidelijker in beeld komt en dus beter te beheersen is.

Effect op contract- en aanbestedingsstrategie

• Opbouwen van een betrouwbaar en volledig (representatief) testmodel zal tegen dezelfde integratieproblematiek aanlopen als in de realiteit. Dat is niet per se een nadeel.
• Opbouwen van een representatief model kost tijd en zal dus deel uitmaken van de contract- en aanbestedingsstrategie.
• Er zou zelfs bepaald kunnen worden dat het verifiëren en valideren van eisen en gedrag door middel van een tunnelmodel (inclusief TTI) de eerste fase is in de uiteindelijke gunning (en dus fungeert als een quality gate of go/no-go-besluit).
• Alternatieve oplossingen (zoals voorgesteld door opdrachtnemers) kunnen beter (en sneller) met elkaar vergeleken worden.
• Door het zichtbaar maken van verbetermogelijkheden in het ontwerp en/of onderliggende documenten in de fasen na de contractvoorbereiding kunnen contractdocumenten en/of ontwerp nog aangepast worden. Dit voorkomt (extreem) hoge meerwerkkosten en claims.

Effect op exploitatie

De scope van projecten is beter vast te stellen en te beheersen.

Effect op technisch management/projectbeheersing

Omdat het model waarde heeft in alle fasen van het project (voorbereiding, uitvoering en onderhoud) is er een duidelijk incentive om het model (living specification) op orde te houden. Iets dat in de huidige projecten nog wel eens in het gedrang komt, omdat de waarde ervan niet wordt gezien (door zowel opdrachtgever als opdrachtnemer).

Duurzaamheid verbeteren

De effecten op duurzaamheid en circulariteit leiden met de nodige creativiteit tot een vrijwel eindeloze lijst van voordelen. Directe voordelen op de verkeerscirculatie is natuurlijk het meest voor de hand liggend. Maar ook het doortesten van meer milieuvriendelijke oplossingen in een gemodelleerde omgeving, of het hergebruik van onderdelen uit andere tunnels is denkbaar. Voorwaarde is natuurlijk altijd dat de gemodelleerde omgeving waarin de testen worden uitgevoerd representatief is voor de werkelijkheid. Hoe meer verschil, hoe onbetrouwbaarder de testresultaten.

Hergebruik van (standaard) koppelvlakken vergt minder (mens)capaciteit bij volgende projecten of renovaties. Een virtuele testomgeving zorgt voor minder/niet investeren in een fysieke testomgeving, want het is bijvoorbeeld niet meer nodig om een slagboom vijfhonderd keer te bewegen, wat zou leiden tot meer slijtage (eerder vervangen), energiekosten en menselijke inzet. Hergebruik en standaardisatie van een 3B-tunneltestomgeving vergt minder aanschaf- en investeringskosten bij volgende projecten of renovaties.

Effect op stakeholders

De gemodelleerde testomgeving draagt bij aan het vertrouwen dat over het algemeen langzaam wordt opgebouwd. Testen in de fysieke tunnel moet eigenlijk met een optimistische kijk worden gestart en afgerond; slechts het bevestigen van een al aanwezig vertrouwen (‘aftik-mindset’).

Stakeholders die het tunnelsysteem moeten valideren, accepteren of beoordelen of het tunnelsysteem voldoet aan de wettelijke eisen, zullen goed meegenomen moeten worden in de testaanpak. Dit om te voorkomen dat er geen waarde wordt gehecht aan de testen die met de digitale tunneltweeling zijn uitgevoerd en de testen in het veld alsnog volledig overgedaan moeten worden.

Effect op te nemen verkeersmaatregelen

Als gevolg van de verminderde hoeveelheid testen die in de tunnels zelf plaatshebben, zullen ook de noodzakelijke verkeersmaatregelen minder zijn. Gebruik van gevirtualiseerde omgevingen zal de tunnelafsluitingen (en de daarbij horende verkeersmaatregelen) minimaliseren.

4.6.7 Risico’s [link id=”s8c3m”]

Het grootste risico is dat het model zelf als norm genomen wordt om testresultaten te beoordelen. Het gevaar ligt dan op de loer om het model als eindproduct te beschouwen, en het testen van de tunnel zelf als marginaal af te doen (de slag winnen, maar de oorlog verliezen).

De OTAP-straat (ontwikkeling, test, acceptatie en productie) zal op een bepaald moment moeten worden overgedragen aan de beheerorganisatie. Dan dient beheer voor de langere termijn te zijn ingericht. Op het gebied van de onderhoudbaarheid zijn er zeker risico’s, omdat de toegevoegde waarde van de OTAP-straat niet als zodanig wordt erkend. Om deze risico’s te duiden, zal zowel voor het project als vanuit beheer een trade-offmatrix met bijbehorende businesscase opgesteld moeten worden waarin de toegevoegde waarde wordt beschreven (het onderhoud en up-to-date houden van dit deelsysteem afgezet tegen voordelen als gecontroleerde en geteste update van nieuwe of aangepaste functionaliteit alvorens deze worden ingevoerd in het live-tunnel-3B-systeem e.d.).

4.6.8 Overige afwegingen [link id=”66480″]

Alternatieven

Alternatief is de huidige werkwijze van ontwerpen, bouwen en valideren te handhaven. Dit brengt kwalitatief de beste testen met zich mee, maar is een langer traject waarin de risico’s met name aan de achterkant dienen te worden beheerst. Langere afsluiting is dan automatisch het gevolg en daarmee een groot risico.

Daarnaast zal, met de beschikbaarheid van een virtuele tunnel (gemodelleerde tunnel), naar verwachting het onderzoeken en afwegen van alternatieven makkelijker zijn. In elk geval zal de hinder verminderd worden. Testen kan zo ook meer een explorerend karakter krijgen waardoor de ‘plan-do-check-act’-cirkel sneller en vaker kan worden doorlopen. Dit komt de wendbaarheid van het project ten goede. Ook kunnen gedoogfasen ondersteund worden met effectieve aanvullende maatregelen.

Effect op duurzaamheidsdoelstellingen

Diverse duurzaamheidsoplossingen kunnen in het model zonder hinder worden getest in een gemodelleerde omgeving.

Toekomstbestendigheid

• Risico m.b.t. onderhoudbaarheid over de duur van het object.
• De testomgeving dient doorlopend te worden bijgewerkt zodat ‘buiten en binnen’ gelijk blijven.

Mits goed onderhouden (up-to-date) is een virtuele testomgeving (gemodelleerde testomgeving) een investering in de toekomst, omdat nieuwe- en regressietesten als gevolg van onderhoud (vernieuwing) op bestaande installaties tot minder hinder zal leiden, omdat dit voorafgaand aan de daadwerkelijke tunneltesten (on-site testen) al getest kan worden.

4.6.9 Inspiratie en achtergronden [link id=”gbqw0″]

In de softwarewereld zijn wel best practises beschikbaar, maar die dekken de lading niet helemaal. Er bestaat ‘model testing’ en ‘model-based testing’, dus pas op met parallellen. Model testing is de testactiviteit die nodig is om fouten in het model aan te passen. Model-based testing komt dichter in de buurt en is bedoeld om met hulp van een model testscenario’s op te stellen.

Daarnaast zijn er ook al succesverhalen te benoemen in de tunnelwereld, zoals:

4.7 Geautomatiseerd testen [link id=”6nk4w”]

Geautomatiseerd testen is ook een vorm van digitaal aantonen. De onderstaande tabel geeft kort weer wat hieronder verstaan wordt, wat het wel en niet kan en welke BTO-effecten van belang zijn.

Bijlage 1 Terminologie [link id=”v99mw”]

B1 Veelgebruikte termen [link id=”085nd”]

B2 Samenhang begrippen [link id=”rbqxw”]

Voor een aantal belangrijke onderdelen beschrijft de tabel hieronder de relatie met het middelpunt van het systeem, namelijk het virtueel/dynamische model van het object.

B3 Afkortingen [link id=”wvs4h”]

Bijlage 2 BIM volgens PAS 1192-2 versus Wikipedia [link id=”d39zh”]

B2.1 Overzicht [link id=”mv2z4″]

B2.2 BIM volgens PAS 1192-2 [link id=”34hz2″]

Ter ondersteuning zijn onderstaand enkele figuren en teksten uit de PAS 1192-2 overgenomen.

B2.3 7D-BIM volgens Wikipedia [link id=”wlhz2″]

Bron: BIMPanzee .

BIM draait om een ​​geïntegreerd datamodel waaruit verschillende belanghebbenden zoals architecten, civiel ingenieurs, bouwkundig ingenieurs, MEP-systeemingenieurs, bouwers, fabrikanten en projecteigenaren kunnen putten en meningen en informatie genereren op basis van hun behoeften.

Met de visualisatiemogelijkheden van 3D-BIM kunnen deelnemers het gebouw niet alleen in drie dimensies zien voordat de grond wordt beroerd, maar ook om deze weergaven automatisch bij te werken langs de levenscyclus van het project, van de vroegste conceptie tot de sloop. 3D-BIM helpt deelnemers om hun multidisciplinaire samenwerking effectiever te beheren bij het modelleren en analyseren van complexe ruimtelijke en structurele problemen. Verder omdat accurate gegevens kunnen worden verzameld gedurende de levenscyclus van het project en opgeslagen in het BIM.

Voordelen:

3D-BIM zorgt voor betere visualisatie van het project (met minder nabewerking) en verbetert de communicatie van de ontwerpintentie. Ook ondersteunt het multidisciplinaire samenwerking.

4D-BIM wordt gebruikt voor activiteiten op het gebied van bouwplaatsplanning. De vierde dimensie van BIM stelt deelnemers in staat om de voortgang van hun activiteiten tijdens de levensduur van het project te extraheren en te visualiseren.

Het gebruik van 4D-BIM-technologie kan leiden tot een betere controle over conflictdetectie of over de complexiteit van wijzigingen die optreden tijdens een bouwproject. 4D-BIM biedt methoden voor het beheren en visualiseren van sitestatusinformatie, het wijzigen van impacts en het ondersteunen van communicatie in verschillende situaties, zoals het informeren van medewerkers van de site of het waarschuwen voor risico’s.

Voordelen:

Het integreren van BIM met 4D-CAD-simulatiemodellen biedt voordelen voor deelnemers in termen van planningsoptimalisatie. Daarnaast kunnen bouwers en fabrikanten hun bouwactiviteiten en teamcoördinatie optimaliseren.

5D-BIM (modelarchitectuur voor de vijfde dimensie) wordt gebruikt voor activiteiten met betrekking tot budgettracking en kostenanalyse. De vijfde dimensie van BIM geassocieerd met 3D en 4D (tijd) stelt deelnemers in staat om de voortgang van hun activiteiten en gerelateerde kosten in de loop van de tijd te visualiseren.

Het gebruik van 5D-BIM-technologie kan resulteren in een grotere nauwkeurigheid en voorspelbaarheid van projectschattingen, wijzigingen in het bereik en materialen, apparatuur of mankrachtveranderingen. 5D-BIM biedt methoden voor het extraheren en analyseren van kosten, het evalueren van scenario’s en de gevolgen van wijzigingen.

Voordelen:

Integratie van BIM met 5D CAD-simulatiemodellen maakt de ontwikkeling van efficiëntere, kosteneffectievere en duurzamere constructies mogelijk.

6D-BIM helpt bij het uitvoeren van analyses van het energieverbruik. Het gebruik van de 6D-BIM-technologie kan eerder in het ontwerpproces resulteren in vollediger en nauwkeuriger energieschattingen. Het maakt ook metingen en verificaties mogelijk tijdens het bouwen en verbeterde processen voor het verzamelen van lessen die zijn geleerd in hoogwaardige faciliteiten.

Voordelen:

Integratie van BIM met 6D CAD-simulatiemodellen leidt tot een algehele vermindering van het energieverbruik.

7D-BIM wordt door managers gebruikt bij de werking en het onderhoud van de faciliteit gedurende zijn hele levenscyclus. De zevende dimensie van BIM stelt deelnemers in staat om relevante activadata te extraheren en te volgen, zoals componentstatus, specificaties, onderhouds- / bedieningshandleidingen, garantiegegevens, enz.

Het gebruik van de 7D-BIM-technologie kan leiden tot eenvoudiger en sneller vervangen van onderdelen, geoptimaliseerde compliance en een gestroomlijnd asset life cycle management in de tijd. 7D-BIM biedt processen voor het beheren van gegevens van onderaannemers / leveranciers en faciliteiten gedurende de volledige levenscyclus van de faciliteit.

Voordelen:

Integratie van BIM met 7D CAD-simulatiemodellen optimaliseert activabeheer van ontwerp tot sloop.