Constructies beheren met de hulp van hun digitale tweeling

BIM – Building Information Modeling – heeft een grote waarde in de ontwerp- en bouwfase van een constructie. Maar in het zog van BIM is er een tool bijgekomen: de digitale tweeling of digital twin. Deze begint stilaan zijn nut te bewijzen tijdens het gebruik van een constructie en aan het einde van de levenscyclus.

at is een digital twin? We besparen u de juiste maar omslachtige beschrijving, want intuïtief is het begrip duidelijk. Een digitale tweeling is een digitale voorstelling van zoveel mogelijk aspecten van een constructie. In het ideale geval is een digital twin een altijd upto-date kopie van de constructie – maar dan een digitale, virtuele kopie.

Een digitale tweeling beschrijft dus de originele constructie maar ook alles wat daaraan in de loop der tijd verandert: slijtage, energieverbruik, vervangingen enzovoort. Het wordt allemaal bijgehouden en opgeslagen. De digital twin is dus dynamisch, het geheugen van een constructie. Het kan bijvoorbeeld up-todate gehouden worden door sensoren, die in real-time data van de constructie naar het digitale model sturen. Maar de informatie kan ook in de andere richting stromen, wanneer een aanpassing van de digitale tweeling iets verandert in de constructie.

Een digital twin hoeft overigens geen heel gebouw te zijn. Het kan ook gaan om een deelconstructie zoals de HVAC-installatie.

In de bouw

Het idee komt oorspronkelijk uit de ruimtevaartindustrie, maar het is intussopgepikt door de maakindustrie. Ook in de bouw is het begonnen aan een – voorlopig voorzichtige – opmars. Het is daar bezig zijn nut te bewijzen voor zaken als inspectie, onderhoud en beheer. Het principe van de digital twin heeft bovendien links met andere zaken die in

Wopmars zijn zoals smart buildings en het Internet of Things.

Onderhoud

Het volledige potentieel van een digital twin bespreken zou ons te ver leiden, dus focussen we op enkele mogelijkheden. Onderhoud is er daar een van. Vaak gaat men voor het onderhoud op gezette tijdstippen een constructie inspecteren. Het onderhoud vertrekt dan niet van de concrete toestand van de constructie. Het is tijdgebaseerd, men doet het omdat het nu eenmaal zo gepland was.

Maar je kunt ook conditiegebaseerd onderhoud doen, door te vertrekken van de staat van een installatie of van apparatuur. In een smart building wordt de informatie daarover grotendeels of volledig automatisch verzameld. Met behulp van artificiële intelligentie (AI) kunnen parameters bepaald worden die aangeven wanneer in een concrete situatie onderhoud nodig is.

Het ultieme doel is een autonoom gebouw waar klimaatregeling, toegangscontrole, liftbeheer enzovoort automatisch en in real time aangepast worden zonder menselijke tussenkomst. De digital twin vormt de basis voor dit beheer.

Energie en duurzaamheid

Energieleveranciers houden niet van verrassingen. Ze zullen scherpere prijzen aanbieden als ze vooraf weten hoeveel energie een gebouw nodig heeft. Aangezien de digital twin het geheugen van een constructie is, kunnen ook op dit gebied met AI goede voorspellingen gedaan worden, voorspellingen die rekening houden met zaken als de bezetting en de weersvoorspellingen. De digital twin is de basis voor het beheer van al deze data. Bovendien kan hij gebruikt worden om simulaties te maken met het oog op een hogere energie-efficiëntie.

Comfort en gebruik

Niet alleen onderhoud en energiegebruik zijn aspecten van duurzaamheid, maar ook het welzijn van de gebruikers van een gebouw. Op basis van de data kan een digitale tweeling voorspellen wat zij wensen, en automatisch het gebouw daarop afstemmen. Het gaat dan over zaken als luchtkwaliteit en temperatuur maar ook de beschikbaarheid van lokalen en parkeerplaatsen, het veiligheidsgevoel en de netheid.

Het belang van deze factoren zal toenemen met de opmars van het flexibele werken in een post-corona tijdperk. De koppeling van de digital twin aan het gebouwbeheersysteem (Facility Management System) kan de beleving en het comfort van de gebruiker positief beïnvloeden.

Virtual reality

Digital twins kunnen ook gekoppeld worden aan een andere innovatie technologie, augmented en virtual reality (AR/VR). Deze staan dan toe om wijzigingen en aanpassingen vooraf te simuleren, bijvoorbeeld wanneer renovatie of verbouwingen nodig zijn. Het spreekt voor zich dat deze aanpak kostenbesparend en efficiënt is. Maar ook op het vlak van onderhoud en herstellingen is de combinatie van een digital twin met AR en VR een meerwaarde.

Het idee van de digital twin komt oorspronkelijk uit de ruimtevaart- en luchtvaartindustrie, maar is intussen opgepikt door de maakindustrie. Nu komt de bouw aan de beurt.

Langetermijnvisie

Een digital twin wordt niet gecreeerd omdat men trots is op een technologisch hoogstandje. Hij moet nuttig zijn voor specifieke behoeften zoals onderhoud, energie en comfort. In het algemeen worden innovatieve technologieën pas ingevoerd wanneer er een duidelijke return-on-investment (ROI) tegenover staat. Bovendien vraagt een digital twin een langetermijnvisie op het gebouwbeheer en last but not least heel wat technologische kennis.

Wat dat laatste betreft, staat Vlaanderen er niet slecht voor. We hebben talrijke bedrijven, vaak kleine startups, die de nodige technologische knowhow in huis hebben. Ze kunnen de bouwsector begeleiden richting digital twins en de daaraan gekoppelde winsten.

Obstakels

Toch is de vooruitgang van de digital twin in Vlaanderen eerder moeizaam. Dat contrasteert met de opmars van BIM. Maar verwacht wordt dat het toenemende gebruik van BIM de opkomst van digital twins zal versnellen. Ze zijn in zekere zin een vervolg op BIM.

Bij de obstakels voorlopig nog de kostprijs voor het opzetten en beheren van het platform. Daarbij is het essentieel dat digital twin en BIM compatibel zijn. De digitale tweeling moet de meest courante BIM-softwarepakketten ondersteunen en compatibel zijn met IFC, de gestandaardiseerde manier om bouwaspecten te beschrijven. De platforms hiervoor bestaan, bijvoorbeeld het Nederlandse Pillr3 (vroeger BLDN360) of het Franse TwinOps4 (Vinci Facilities). Maar in het algemeen kan men stellen dat er in de bouwsector nog een gebrek aan protocollen en standaardisering bestaat voor digital twins.

Data

Ook de dataverzameling kan een drempel zijn. Een platform zonder data is waardeloos. De digital twin moet gevoed worden met real-time data die grotendeels verzameld wordt door IoT-sensoren, CAD-data enzovoort. De eerste vraag hierbij luidt: welke data heb ik nodig en hoe kan ik die verkrijgen? Met een projectmatige aanpak moeten de noden en de hulpmiddelen in kaart gebracht worden vóór men deze kan implementeren.

Tot slot

Het is cruciaal dat een duidelijke usecase vastgelegd wordt en dat de digital twin daarop wordt afgestemd. Het is aangewezen om daarbij de scope van het project te beperken en duidelijke af te lijnen, terwijl de mogelijkheid voorzien wordt om later uit te breiden.

In een eerste stap dient de behoeftebepaling gedefinieerd te worden, gevolgd door het oplijsten van de data die gekoppeld zijn aan die behoefte. Daarna kunnen de nodige sensoren, meetapparaten en andere hulpmiddelen bepaald worden, net als de software en de andere technologie.

De digitalisatie in de bouwsector neemt met rasse schreden toe. BIM vormt daarbij een belangrijke schakel. Vanuit een visie op de volledige levenscyclus van een bouwproject zullen digital twins ovanwege hun duidelijke meerwaarde aan belang toenemen en in de toekomst steeds vaker voorkomen in de bouwsector.

INFO: Nog vragen over digitale tweelingen? Stel ze aan benedikt.declercq@ embuild.be.

Het idee oorspronkelijk luchtvaartindustrie, opgepikt komt

Aliplast Aluminium Systems biedt een totaalpakket aan duurzame aluminium systemen aan: ramen, deuren en schuiframen, maar ook glasgevels en aluminium gevelbekleding, en natuurlijk veranda’s, lichtstraten, terrasdaken met glas of aluminium lamellen, ja, zelfs binnenschrijnwerk. Een team van ervaren ontwerpers en ingenieurs staat klaar om u te assisteren bij alle mogelijke projecten.