Rijkswaterstaat neemt regie bij digital twins

Digital twins zijn erg in trek, er zijn veel experimenten. Zoals gebruikelijk met nieuwe ontwikkelingen in de IT-sector dreigt een kakafonie van onderling niet te verbinden systemen. Rijkswaterstaat wil dit tegengaan en heeft een visie en roadmap opgesteld. “Wij willen de regie nemen”, zegt Jaap Bakker, Coördinerend Specialist Adviseur Assetmanagement en Data-integratie bij Rijkswaterstaat.

Tijdens het gesprek weet Bakker zich gesteund door Tessa Eikelboom, deskundige op het vlak van digital twins. Zij is Teamleider Advies en Toetsing Geodata bij Rijkwaterstaat en opsteller van de visie en roadmap.

“Een groeiend aantal zaken vraagt om aandacht bij het beheer en herstel van kunstwerken als bruggen en tunnels. Vanuit de markt zagen wij dat steeds meer in 3D-modellen wordt gewerkt.  Bedrijven werken met puntenwolken waardoor de IT-afdeling over steeds meer data beschikt en ze verwerkt tot een 3D-model, wat een digital twin feitelijk is”, vertelt Eikelboom.

Een puntenwolk is een massa aan data; het zijn miljoenen puntjes met XYZ-coördinaten die eventueel aangevuld worden met een intensiteits- of kleurwaarde. Ze vormen de basis voor een 3D-model en worden gebruikt binnen een Bouw Informatie Model (BIM). Bij grote infrastructuurprojecten maken aannemers vrijwel altijd een BIM op voordat ze iets fysiek gaan bouwen, hoewel Rijkswaterstaat het werken met een BIM niet verplicht bij aanbestedingen. Desondanks is het digitale broertje van een nog te realiseren fysiek object niet meer weg te denken bij projecten.

“Een BIM-model is slechts één toepassing van een digital twin, waar de markt al best lang mee bezig is, maar bij ons is het nog een vrij nieuwe ontwikkeling”, gaat Eikelboom verder, “en we zien dat er enorm veel pilots zijn ontstaan om met digital twins te werken. En dan bedenkt iedereen ook nog eens zelf wat ze precies bedoelen met een digital twin. Om die verwarring tegen te gaan hebben we een onderscheid gedefinieerd tussen unieke digital twin toepassingen en het generieke begrip ‘Digital Twin’.”

Eikelboom merkte dat bij de pilots nog niet zo goed is nagedacht over het opschalen van de technologie en de toepassing ervan. “Bovendien zagen wij vendor lock-ins ontstaan. Als opdrachtgever vrezen wij het risico dat bij elk project een ander softwarepakket gebruikt gaat worden. Die situatie willen we vermijden.”

Veel verwarring
Bakker beaamt dat er veel verwarring is over digital twins. “Wij maken een onderscheid tussen het fenomeen zelf en de toepassingen. Je zou het kunnen vergelijken met een mobiele telefoon en de apps, waarbij de apps de toepassing vormen. Een voorbeeld van een toepassing is een predictive twin die eigenlijk alleen maar wordt ingezet om tijdig te kunnen bepalen of en welk onderhoud nodig is aan de fysieke broer. Een ander toepassingsvoorbeeld is een digitale trainings- en simulatieplek voor de bedieners van een stormvloedkering. Het zijn twee vrijwel totaal verschillende toepassingen, maar bij allebei wordt data, al dan niet ondersteund door modellen, via een visuele interface gebruiksvriendelijk gepresenteerd om een proces te ondersteunen. Soms in 2D (dat deden we eigenlijk allang in de GIS-wereld), maar steeds vaker in 3D of 4D.”

Het werken met digital twins bij Rijkswaterstaat heeft veel voordelen: je kunt een kunstwerk digitaal van meerdere kanten bekijken en je kunt bijvoorbeeld zien of er conflicten in het ontwerp zijn ontstaan, zoals een pijler die niet goed aansluit op een sloof. Op een platte kaart is het vrij lastig om te bepalen of bijvoorbeeld kabels in een brug wel door een betonnen pijler heen kunnen of daar juist omheen geleid moeten worden. In een 3D-model van dezelfde brug is dit heel eenvoudig te zien of te bevragen. Digital twins kunnen ook een belangrijke bijdrage leveren aan datakwaliteit. Zo kan AI ingezet worden om inconsistenties tussen de aan de twin gelinkte databronnen te herkennen, en bijvoorbeeld een rood lampje tonen in de twin waar data inconsistent is. Tijdens het gebruik van bruggen, wegen en dergelijke verandert er altijd iets in de fysieke wereld. Dan klopt de data in de twin soms niet meer. Ook dan kan een digital twin een uitkomst bieden, bijvoorbeeld door uit scanbeelden objecten te herkennen. Met AI is dan te bepalen waar de data in de systemen niet meer overeenkomt met de situatie buiten en een verbetering te suggereren.

“3D is niet meer weg te denken en wordt al vaak toegepast. Het heeft ontegenzeggelijk voordelen. Toch zijn er veel vragen: waar gaan we dit toepassen, hoe komen we aan informatie, aan welke eisen moet het voldoen, hoe slaan we het op en hoe gaan we het onderhouden? Daarnaast is het duidelijk dat de markt al volop in beweging is, en dat Rijkswaterstaat al op allerlei plaatsen geconfronteerd wordt met 3D-informatie.”

Tussenlaag
Eikelboom legt uit dat een uiterst belangrijke laag wil invoeren tussen de digital twin (de data) en de toepassingen. Die tussenlaag noemt Rijkswaterstaat de Basisvoorziening 3D. Hierin komen allerlei bouwblokken die het mogelijk maken dat de toepassingen hun werk kunnen doen.

Die bouwblokken hebben verschillende functies en zullen met elkaar overweg moeten kunnen. Er zullen bouwblokken ontstaan die zich richten op visualisaties, rekenkracht, opslag, security en rechten, verbindingen met (externe) data, kunstmatige intelligentie, archivering.

“Wij kunnen die niet alleen invullen. Daarom werken we nauw samen met de markt en IT-bedrijven. We willen gestructureerd achterhalen wat de sector heeft te leren op het vlak van digital twins”, stelt Eikelboom.

Hierbij verwijst ze naar een initiatief Geonovum: de Digitale Tweeling van de Fysieke Leefomgeving DTFL. Geonovum is een overheidsstichting met veel kennis en een rijk netwerk. Het initiatief bevindt zich nog in de opstartfase, maar is voornemens om tien fieldlabs in te richten om in de praktijk na te gaan wat het betekent om met digital twins te werken. “Doel is om kennis die wordt opgedaan rond het maken van en werken met digitale tweelingen te delen. Door data, rekenmodellen, visualisatie en participatiemodellen meer 'open' te maken, willen we de potentie ervan breed maatschappelijk bereikbaar maken. Dit alles met het uiteindelijke doel om bij ruimtelijke opgaven de standpunten vanuit verschillende stakeholders inzichtelijk te kunnen maken. Of om verschillende afwegingen in scenario's te kunnen testen, voordat je een definitief besluit neemt”, meldt Geonovum op zijn site.

Rijkswaterstaat is een van de partijen die in het programma Digitale Twin Fysieke Leefomgeving van Geonovum participeert.

De aanvraag van subsidie uit het Europees herstelfonds voor het onderzoek naar gebruik van digital twins bij de inzet van nationale (onderling verweven) vraagstukken is afgewezen. “Maar we vinden het wel belangrijk, dus we zoeken nu naar alternatieve financiering”, zegt Bakker hierover.

Kwaliteit van data
Inmiddels voert Rijkswaterstaat een kleine veertig experimenten uit met digital twins, soms met een aannemer, soms met een universiteit. Bijvoorbeeld het gebruik van digital twins bij de renovatie van de IJsselbruggen, om ervoor te zorgen dat de aannemer aan de voorkant alle informatie op een interactieve, inzichtelijke manier meekrijgt. “Dit beperkt de transactiekosten bij de aanbesteding, verbetert de samenwerking en verdient zich ruim terug in de uitvoering”, aldus Bakker.

Ook ProRail oefent met digital twins. “En op Europees vlak gebeurt eveneens het nodige. Daarbij komt dat Microsoft in Azure digital twin-diensten wil aanbieden. Dit levert maatschappelijke dilemma’s op. Meeliften op de grote spelers gaat sneller, maar hoe afhankelijk wil een overheid zich hiervan maken? En wat spreek je daarover af?  Alles is volop in beweging. Als je niet voldoende anticipeert, overkomt het je. Niet alleen Rijkswaterstaat, maar ook andere lagere en hogere overheidsorganisaties moeten zich daarop voorbereiden en zorgen dat we gesteld staan”, licht Bakker toe.

“De data moeten de juiste kwaliteit hebben”, vult Eikelboom aan. “Daar moet je dus onderling afspraken over maken. Dergelijke aspecten benoemen wij in onze visie en roadmap.”

Auteur: Teus Molenaar