Digitale aantonen en simulaties in de bouwsector: Toepassing in tunnels en renovatieprojecten

Inleiding

De bouwsector is steeds vaker betrokken bij digitale methoden om processen te optimaliseren, risico's te beheersen en kwaliteit te verbeteren. Een van de recente ontwikkelingen is digitale aantonen, waarbij modellen worden gebruikt om systemen of deelmodellen te testen vóór de daadwerkelijke realisatie. Deze techniek wordt vaak toegepast in complexe projecten, zoals de renovatie van tunnels of nieuwbouw. Digitale aantonen maakt gebruik van simulaties, 4D- en 5D-BIM-modellen, en virtuele omgevingen om het gedrag van systemen te voorspellen, risico’s te analyseren en communicatie te verbeteren.

In dit artikel wordt ingegaan op de concepten van digitale aantonen, simulaties en het gebruik van 4D- en 5D-BIM in de bouwsector. Het artikel richt zich op de praktische toepassing van deze technologieën in tunnelprojecten, met een focus op hoe digitale aantonen de planning, testen en communicatie kan verbeteren. Daarnaast worden de voordelen en uitdagingen van digitale aantonen besproken, evenals mogelijke risico’s en alternatieven.

Wat is digitale aantonen?

Definitie en doel

Digitale aantonen is het proces waarbij systemen of deelmodellen worden getest op basis van digitale modellen of simulaties, nog vóór dat de daadwerkelijke fysieke realisatie begint. Dit proces maakt het mogelijk om vroegtijdig te beoordelen of een systeem voldoet aan de gestelde eisen en functies, wat het risico op fouten en vertragingen tijdens de realisatie vermindert. Digitale aantonen is een vorm van vroegtijdige teststrategie, waarbij de nadruk ligt op het gebruiken van representaties van de werkelijkheid in plaats van fysieke testen.

Toepassing in bouwprojecten

In bouwprojecten, zoals tunnelrenovaties en nieuwbouw, is digitale aantonen van groot belang. Bij dergelijke projecten is het vaak lastig om fysieke testen uit te voeren vanwege de beperkte tijd of logistieke beperkingen. Daarom wordt het verplaatsen van de zwaarte van testen naar de fabriek (FAT of I-FAT) aanbevolen. Hierbij worden testen uitgevoerd op bouwonderdelen of systemen vóór dat ze op de bouwplaats worden geïnstalleerd.

Doelen van digitale aantonen

De voornaamste doelen van digitale aantonen zijn:

• Het verlagen van risico's en fouten tijdens de realisatie.
• Het verkorten van de testtijd en de projectduur.
• Het verbeteren van de communicatie en samenwerking tussen stakeholders.
• Het beoordelen van het gedrag van systemen in verschillende scenario's.
• Het optimaliseren van planning en kosten.

Digitale aantonen maakt gebruik van verschillende modellen en simulaties om deze doelen te bereiken. De modellen moeten realistisch zijn en de werkelijkheid zo nauwkeurig mogelijk weerspiegelen. Dit is belangrijk, omdat het anders kan leiden tot foute aannames of onjuiste beoordelingen.

4D- en 5D-BIM: Het bouwen in de vierde en vijfde dimensie

4D-BIM en bouwplaatsplanning

4D-BIM is een uitbreiding van 3D-BIM (Building Information Modeling) waarbij de tijd als vierde dimensie wordt toegevoegd. Deze technologie wordt gebruikt voor activiteiten op het gebied van bouwplaatsplanning. Het geeft bouwers en projectdeelnemers de mogelijkheid om de voortgang van activiteiten tijdens de levenscyclus van een project te visualiseren en te beheren.

Voordelen van 4D-BIM:

• Conflict detectie: Het helpt bij het identificeren van mogelijke conflicten tussen activiteiten of materialen tijdens de planning.
• Planningsoptimalisatie: Het maakt het mogelijk om de planning te optimaliseren op basis van realistische simulaties.
• Communicatie: Het ondersteunt de communicatie tussen projectdeelnemers en helpt bij het informeren van medewerkers over veranderingen of risico’s.

4D-BIM is een waardevolle tool bij complexe projecten zoals tunnelbouw. Hierbij kan het worden gebruikt om de bouwactiviteiten in een virtuele omgeving te testen en te optimaliseren, wat leidt tot een efficiëntere uitvoering op de werkvloer.

5D-BIM en kostenanalyse

5D-BIM is een uitbreiding van 4D-BIM waarbij de kosten als vijfde dimensie wordt toegevoegd. Deze technologie wordt vooral gebruikt voor activiteiten met betrekking tot budgettracking en kostenanalyse. Het stelt deelnemers in staat om de voortgang van hun activiteiten en gerelateerde kosten in de loop van de tijd te visualiseren.

Voordelen van 5D-BIM:

• Kostencontrole: Het helpt bij het beheersen van kosten door het visualiseren van kostenontwikkelingen in relatie tot de voortgang van activiteiten.
• Transparantie: Het biedt inzicht in het verband tussen kosten en planning, wat de transparantie verhoogt.
• Besluitvorming: Het ondersteunt projectleiders bij het nemen van beslissingen op basis van realistische kostenmodellen.

5D-BIM is vooral nuttig in grote projecten waar kostencontrole van essentieel belang is. Door het combineren van tijd en kosten in één model, wordt het eenvoudiger om risico's en kosten te beoordelen en te beheersen.

Integrale aanpak met 4D- en 5D-BIM

Het combineren van 4D- en 5D-BIM kan leiden tot een integrale aanpak van planning, uitvoering en kostencontrole. Deze aanpak helpt bij het optimaliseren van projectvoortgang, het verlagen van risico's en het verbeteren van de samenwerking tussen projectdeelnemers.

In tunnelprojecten is deze integrale aanpak van groot belang, omdat dergelijke projecten vaak complex zijn en veel risico's met zich meebrengen. Door het gebruik van 4D- en 5D-BIM kunnen projectleiders beter inzicht krijgen in de voortgang en kostenontwikkeling, waardoor het project efficiënter en effectiever kan worden uitgevoerd.

Digitale simulaties en het modelleren van dynamisch gedrag

Wat is dynamisch gedrag?

Dynamisch gedrag verwijst naar het gedrag van een systeem dat verandert in reactie op externe of interne stimuli. In de context van tunnelprojecten betreft dit bijvoorbeeld het overgaan van een bedrijfstoestand ‘Normaal’ naar ‘Calamiteit’ bij een incident. Dit proces kan automatisch worden geïnitieerd onder bepaalde voorwaarden en leidt tot een reeks acties, zoals het afsluiten van de tunnel, het schakelen van de verlichting, het starten van brandbluspompen en overdrukventilatie.

Het is complex om het dynamisch gedrag van een systeem vast te leggen op papier en te begrijpen. Er is een grote kans dat iets over het hoofd wordt gezien of verkeerd wordt geïnterpreteerd. Om dit te voorkomen en om te beoordelen of het dynamisch gedrag voldoet aan de eisen van stakeholders, is het gebruik van simulaties van groot belang.

Het gebruik van simulaties

Simulaties worden gebruikt om het dynamisch gedrag van systemen toe te lichten en te testen. Deze simulaties maken het mogelijk om het gedrag van het systeem in verschillende scenario’s te visualiseren en te beoordelen. Dit is vooral nuttig bij tunnelprojecten, waarbij het gedrag van het systeem bij calamiteiten en noodherstel belangrijk is.

Voorbeelden van simulaties in tunnelprojecten:

• CFD-visualisatie (Computational Fluid Dynamics): Om het gedrag van luchtstromen en brandproducten in een tunnel te analyseren.
• Vluchtgedragsimulaties: Om het gedrag van personen tijdens evacuaties te simuleren.
• Cameravisualisaties en speakers: Om communicatie en waarschuwingssystemen te testen.
• Virtuele tests: Om wijzigingen in systemen virtueel te testen vóór de fysieke implementatie.

Deze simulaties helpen bij het beoordelen van de effectiviteit van veiligheidmaatregelen en het verbeteren van de communicatie tussen stakeholders. Ze maken het mogelijk om procedures en systemen te testen en aan te passen vóór de realisatie, wat leidt tot een betere kwaliteit en efficiëntie.

Serieuze games en virtuele realiteit

Een ander middel dat wordt gebruikt voor het testen en beoordelen van dynamisch gedrag is serieuze games (serious gaming). Deze technologie maakt gebruik van virtuele leeromgevingen om professionals te trainen en procedures te testen. Hierbij wordt de mens centraal gezet in een interactieve omgeving waarin het effect van handelingen zichtbaar is.

Voorbeelden van toepassing van serieuze games in tunnelprojecten:

• Training van tunnelbeheerders: Om procedures bij calamiteiten te oefenen in een virtuele omgeving.
• Testen van noodherstelprocedures: Om de reactie van het systeem op verschillende scenario’s te testen.
• Simulaties van evacuaties: Om het gedrag van personen tijdens evacuaties te analyseren en te verbeteren.

Serieuze games zijn een waardevolle aanvulling op traditionele testmethoden. Ze bieden een realistische en interactieve omgeving waarin professionals procedures kunnen ontwikkelen, testen en verbeteren. Daarnaast zijn ze geschikt voor gebruik in combinatie met virtual reality (VR) en augmented reality (AR), waardoor omgevingsfactoren zoals geluid, warmte en ventilatie kunnen worden gesimuleerd.

Risico’s en uitdagingen bij digitale aantonen

Hoewel digitale aantonen veel voordelen biedt, zijn er ook risico’s en uitdagingen die moeten worden overwogen. Een van de grootste risico’s is dat het model zelf als norm wordt genomen om testresultaten te beoordelen. Hierbij ligt het gevaar op de loer om het model als eindproduct te beschouwen en het testen van de fysieke realisatie als marginaal af te doen. Dit kan leiden tot fouten en tekortkomingen die pas op latere momenten worden ontdekt.

Risico’s bij digitale aantonen

• Verkeerd model: Als het model niet accuraat is, kunnen de testresultaten onjuist zijn en leiden tot foutieve beslissingen.
• Onvoldoende testen: Het verplaatsen van testen naar de digitale omgeving kan ervoor zorgen dat fysieke testen worden genegeerd, wat leidt tot tekortkomingen in de realisatie.
• Risico’s op lange termijn: Bij tunnelprojecten is het belangrijk om rekening te houden met de onderhoudbaarheid van het systeem. De toegevoegde waarde van digitale testen moet worden afgezet tegen de langdurige kosten en risico’s van het systeem.

Alternatieven

Een alternatief voor digitale aantonen is de huidige werkwijze van ontwerpen, bouwen en valideren te handhaven. Deze aanpak levert kwalitatief de beste testen op, maar is een langere traject met hogere kosten. Het nadeel van deze aanpak is dat de risico’s vooral aan de achterkant moeten worden beheerst, wat leidt tot langere afsluiting en een groter risico op vertragingen.

Trade-offmatrix en businesscase

Om de risico’s en voordelen van digitale aantonen te beoordelen, is het aanbevolen om een trade-offmatrix en een businesscase op te stellen. In deze matrix kunnen de toegevoegde waarden van digitale aantonen worden afgezet tegen de kosten en risico’s. De businesscase moet duidelijk maken hoe digitale aantonen bijdraagt aan het beheersen van risico’s, het verbeteren van de kwaliteit en het verlagen van de kosten.

Conclusie

Digitale aantonen is een waardevolle technologie in de bouwsector, vooral bij complexe projecten zoals tunnelrenovaties en nieuwbouw. Het maakt het mogelijk om systemen en processen te testen vóór de fysieke realisatie, wat leidt tot een efficiëntere uitvoering, een betere kwaliteit en een verlaagde risico. Door het gebruik van 4D- en 5D-BIM, simulaties en serieuze games kunnen stakeholders beter inzicht krijgen in het gedrag van systemen en procedures.

Toch zijn er ook risico’s en uitdagingen verbonden aan digitale aantonen. Het is belangrijk om het model nauwkeurig te maken en fysieke testen niet volledig te vervangen. Daarnaast moet rekening worden gehouden met de langdurige kosten en risico’s van het systeem. Door een trade-offmatrix en een businesscase op te stellen, kan de toegevoegde waarde van digitale aantonen worden beoordeeld en verdedigd.

Digitale aantonen is een ontwikkeling die de bouwsector verder moet ontwikkelen en uitbreiden. Het biedt een waardevolle aanvulling op traditionele testmethoden en draagt bij aan een efficiëntere en betere bouwpraktijk.

Bronnen

1. Digitaal aantonen