Wat is een digital twin in de bouw?

Een brug meldt zelf dat een voeg begint te slijten, nog voordat een inspecteur er met een zaklamp onder kruipt. Dat is wat een digital twin in de bouw mogelijk maakt: een digitale kopie van een gebouw, brug of tunnel die via sensoren gegevens uit de werkelijkheid krijgt en daardoor met het echte bouwwerk meeverandert.

Waar een BIM-model vastlegt hoe iets is ontworpen en gebouwd, laat een digital twin zien hoe het bouwwerk zich in de praktijk gedraagt. Met die gegevens plan je onderhoud op het juiste moment en reken je vooraf door wat een ingreep oplevert.

Een digitale kopie die meeloopt met het echte bouwwerk

Het idee achter de digital twin komt van Michael Grieves, die het in 2002 presenteerde (bron: Bouwend Nederland). Hij gebruikte toen nog andere namen. De naam digital twin stelde John Vickers van NASA later voor, toen de twee samen aan een NASA-project werkten (bron: Diginomica). De ruimtevaart omarmde het idee al snel, en ook in de auto-industrie en de vliegtuigbouw zetten bedrijven de techniek al langer in (bron: Bouwend Nederland).

Een digital twin is meer dan een 3D-tekening. In het model komen steeds nieuwe gegevens uit de werkelijkheid binnen, zodat het model verandert wanneer het bouwwerk verandert. Weersinvloeden en slijtage tellen daardoor ook mee. Omdat het model actueel blijft, zie je er niet alleen de huidige toestand in, maar kun je er ook voorspellingen mee doen (bron: Bouwend Nederland).

Een digital twin bestaat in de bouw meestal uit drie lagen:

• een digitaal model van het bouwwerk, vaak een BIM-model zoals het uiteindelijk is gebouwd;
• sensoren en andere meetbronnen die gegevens uit het echte bouwwerk aanleveren, zoals temperatuur, trillingen of energieverbruik;
• software die deze gegevens aan het model koppelt, analyseert en er simulaties mee draait.

Het verschil tussen een digital twin en BIM

Een digital twin en BIM werken allebei met een digitaal model van een bouwwerk. Daardoor lijken ze op elkaar. Het verschil zit in de richting waarin de gegevens stromen. In een BIM-model leggen ontwerpers en bouwers vast wat er gemaakt gaat worden: elke wand, vloer en leiding met zijn eigenschappen. Dat model is vooral het werkdocument tot en met de oplevering. Een digital twin draait die richting om: het echte bouwwerk levert via meetbronnen gegevens aan het model, zodat je ziet wat er nu gebeurt.

De twee vullen elkaar aan. In zijn praktijkcase wees Bouwend Nederland erop dat het brede gebruik van BIM een basis legt voor digital twins, maar dat het verzamelen en verrijken van de gegevens voor veel bedrijven de lastige stap is. Klopt het BIM-model na de oplevering met wat er werkelijk gebouwd is, dan heb je een model waar je later sensoren aan kunt koppelen.

Waar je een digital twin in de bouw voor gebruikt

De meeste toepassingen liggen in de periode na de oplevering, als het bouwwerk jarenlang beheerd en onderhouden moet worden. Bouwend Nederland noemt onder meer deze toepassingen:

• Beheer van gebouwen: facilitymanagers zien hoe een gebouw presteert, en de gegevens helpen om volgende gebouwen beter te ontwerpen.
• Infrastructuur: problemen aan installaties, bruggen, viaducten en tunnels voorspellen voordat ze ontstaan.
• Ontwerp: in een model van bijvoorbeeld een ziekenhuis bepalen waar behandelkamers en wachtruimtes het beste passen.
• Uitvoering: meten hoe lang activiteiten duren, met camera’s op de bouwplaats en software die de beelden analyseert, zodat knelpunten eerder zichtbaar worden.

Een Nederlands voorbeeld is de Tankinkbrug. De Universiteit Twente werkte van 2018 tot 2020 in een consortium met onder meer Rijkswaterstaat en de provincie Overijssel aan een raamwerk voor een digital twin van bruggen en viaducten, met deze brug als proefgeval. Het project leverde een rekenmodel en meetinstrumenten op waarmee beheerders onderhoudsbeslissingen onderbouwen. Dat rekenmodel is de basis voor een digital twin die met sensormetingen op de brug de toestand bijna in realtime volgt (bron: Universiteit Twente).

Een digital twin is een van de manieren waarop digitalisering de bouwsector verandert: gegevens uit het gebruik van een bouwwerk komen terug in het ontwerp van het volgende. Tijdens de bouw of een verbouwing maak je de gegevens uit het model bovendien zichtbaar op locatie, bijvoorbeeld met augmented reality bij renovatie.

Wat je nodig hebt voor een digital twin

Aan een digital twin begin je niet met het kopen van een platform. Je begint bij de vraag die je met het model wilt beantwoorden: wanneer moet deze brug onderhoud krijgen, waarom verbruikt dit gebouw meer energie dan berekend, waar loopt de planning op de bouwplaats vast? Die vraag bepaalt welke gegevens je nodig hebt.

Daarna heb je vier dingen nodig:

1. Een betrouwbaar model van het bouwwerk. Bij nieuwbouw is dat het BIM-model zoals het gebouwd is. Bij een bestaand gebouw zonder model meet je de situatie eerst in, bijvoorbeeld met een 3D-scan.
2. Meetbronnen die de gegevens aanleveren waar je vraag om draait. Dat kunnen sensoren zijn, maar ook camera’s of drones op de bouwplaats.
3. Een plek waar de gegevens samenkomen en waar je genoeg rekenkracht hebt voor simulaties. Bouwend Nederland noemt een cloudplatform als voorbeeld van zo’n voorziening.
4. Afspraken over wie welke gegevens levert en wie het model bijhoudt. Voor die afspraken en de techniek eronder is ICT-ondersteuning in de bouw een vast onderdeel van het traject.

Drie drempels voor een digital twin in de bouw

In zijn praktijkcase uit de reeks “Nu bouwen aan morgen” noemde Bouwend Nederland drie redenen waarom de techniek in de bouw nog niet breed werd toegepast:

• Kosten: het opzetten en beheren van een digital twin is duur, onder meer door de rekenkracht die je voor de modellen en simulaties nodig hebt.
• Kennis: voor een goed model is specifieke kennis nodig, en er zijn weinig kant-en-klare modellen.
• Gegevens: het kost veel tijd om de juiste gegevens uit de praktijk te verzamelen. Zonder die gegevens heeft een digital twin minder waarde.

Door die drempels is een digital twin vooral de moeite waard bij bouwwerken waar veel van afhangt en die lang meegaan, zoals bruggen, tunnels en gebouwen met veel technische installaties. Bij een eenvoudig bouwwerk is het de vraag of sensoren en een dataplatform genoeg opleveren om die kosten te dragen. Begin daarom met één bouwwerk en één vraag: zo zie je snel welke gegevens je mist en of uitbreiden loont.