April 2023
Data-integratie is cruciaal voor succes van digital twins
Experimenten en projecten leveren eerste praktijkervaringen op
Er wordt al heel lang gesproken over digitale modellen van gebouwen en gebouwgebonden installaties. Maar hoe staat het er eigenlijk voor met de ontwikkeling van digitale modellen in de praktijk? CAD-tekeningen en BIM-modellen worden steeds vaker toegepast, maar de stap naar digital twins blijkt nog groot. De eerste, voorzichtige praktijkvoorbeelden laten zien dat met name data-integratie tussen het fysieke gebouw of installatie en het digitale model een bepalende factor is voor het succes van een digital twin.
Na een aantal jaren van onderzoeken, bekijken en vooral veel praten staat de digital twin nu echt op doorbreken. Dat is althans het beeld dat ontstaat als we naar de (internationale) media kijken. Als we onderzoeken op dit gebied mogen geloven, dan worden digital twins zelfs al veel meer gebruikt dan veel mensen denken. Daarbij gaat het dan vaak wel om toepassingen in bijvoorbeeld de industrie. Ook in de installatiesector zijn nu de eerste stappen gezet – zij het nog voorzichtig – met digital twins.
Definitiekwestie
Laten we het echter eerst even hebben over definities. Wat zijn nu precies de verschillen tussen CAD-tekeningen, BIM en digital twins? Bij het BIM-loket heeft men dit op een rijtje gezet: ‘Een CAD-tekening visualiseert een asset, meestal in 2D, maar steeds vaker in 3D. Het BIM-model vertegenwoordigt een asset in 3D en geeft meer inzicht in de verbindingen tussen assetonderdelen. Vanuit een BIM-model kunnen vervolgens 2D-tekeningen worden gegenereerd.’
Men definieert een digital twin vervolgens als: ‘Een digital twin is een virtuele, digitale weergave van de asset of een complex van assets. De digital twin representeert op unieke, digitale wijze de echte, fysieke asset, vaak in 2D, 3D, 4D of 5D. De digital twin verbindt real-time gegevens (Internet of Things) van de geïnstalleerde sensoren van de fysieke asset met die van het virtuele model. Deze verzamelde gegevens helpen bij het optimaliseren, bewaken en analyseren van de prestaties van fysieke assets.’
Een digital twin is dus een digitaal model van bijvoorbeeld een gebouw, waarbij de data over het functioneren van dat gebouw in real-time in het digitale model kan worden ingevoerd. In dit model wordt deze data geanalyseerd en gebruikt voor bijvoorbeeld simulaties met de hulp van what if-analyses en dergelijke. Dit maakt het bijvoorbeeld mogelijk om als gebruiker van het gebouw met de hulp van een digital twin de overstap te maken van correctief onderhoud naar voorspellend onderhoud.
BIM is bedoeld voor het vastleggen van het ontwerp- en bouwproces, zodat tekeningen, documenten en andere gegevens in de gebruiksfase kunnen worden benut door de eigenaar van het object en de partij die voor het onderhoud en beheer daarvan verantwoordelijk is. Een digital twin daarentegen is vooral – of misschien beter gezegd: ook – gericht op het verder verbeteren van het beheer en onderhoud van een object terwijl het wordt gebruikt. Dit is mogelijk doordat het fysieke broertje van een digital twin voorzien is van sensoren. Deze genereren data over het gebruik van het object in de praktijk.
Een BIM-model helpt om in 3D inzicht in ontwerp en uitvoering te krijgen en vroegtijdig fouten vast te stellen en te voorkomen.
Hierdoor ontstaan uiteraard interessante mogelijkheden om het gebruik van het object te optimaliseren. Het voordeel hierbij is dat tot nu toe het beheer en onderhoud van een installatie vaak is gebaseerd op aannames die tijdens de ontwerp- en bouwfase zijn gedaan. Het object kan zich in de praktijk echter anders gedragen dan vooraf was ingeschat. Door real-time meetdata in de digital twin op te nemen, wordt het mogelijk om te zien hoe het object of de installatie zich in de praktijk daadwerkelijk gedraagt. Hierdoor kan het beheer en onderhoud dus nauwkeurig afgestemd worden op dit feitelijke gedrag en niet op inschattingen die achteraf wellicht niet helemaal correct blijken.
We zien de laatste jaren dat BIM bij gebouwen en gebouwgebonden installaties vaker wordt toegepast en dat sommige bedrijven inmiddels zover zijn dat zij eerste stappen zetten op het gebied van digital twins. Hoewel BIM al sinds de jaren zeventig bestaat, is pas sinds een aantal jaren sprake van een brede(re) acceptatie. In veel gevallen is men dus nog altijd ervaring aan het opdoen met BIM. Krijgt men eenmaal grip op het maken en gebruiken van BIM-modellen, dan kan het ook aantrekkelijk zijn om de digitalisering van de werkprocessen nog een stap verder door te trekken en informatie over het feitelijke gedrag van een object of installatie toe te voegen.
Digital twin laat zien hoe gebouw of installatie zich in de praktijk daadwerkelijk gedraagt
Praktijksituaties
Bij een bedrijf als Hoppenbrouwers – geen onbekende in de wereld van BIM – ziet men een digital twin als de virtuele gebouwde situatie ten opzichte van de fysieke gebouwde situatie. Het digitale gebouwdossier speelt hierbij een hoofdrol tijdens de gehele levenscyclus van het gebouw. Hierbij kunnen de virtuele onderdelen als assets gekoppeld worden aan de fysieke assets van een installatie.
Fysiek bouwen en installeren doet Hoppenbrouwers natuurlijk al jaren. Daarnaast is het bedrijf al een aantal jaren ook virtueel aan het bouwen, zoals zij dat noemen. Een BIM-model helpt ten eerste om in 3D inzicht in ontwerp en uitvoering te krijgen en vroegtijdig fouten vast te stellen en te voorkomen. Daarnaast helpt de informatie in de modellen om processen of analyses te automatiseren met behulp van het groeiende aantal softwaretools.
In de praktijk blijkt bij Hoppenbrouwers dat het gezien de complexiteit van een gebouw en zijn installaties, cruciaal is dat we in de hele bouwketen goed afspreken wie welk deel van het gebouw modelleert, wie er welke informatie op welke manier en op welk moment in het model plaatst. Ook cruciaal: welk geometrisch detailniveau heeft elk onderdeel nodig om problemen te kunnen herkennen?
Door fysieke objecten en digital twins aan elkaar te koppelen, ontstaat een situatie waarin gegevens uit de praktijk voortdurend in het digitale model worden geladen.
In de praktijk lukt het echter nog niet altijd even goed om eenduidig af te spreken welke informatie in de BIM-modellen wordt opgenomen, heeft het bedrijf inmiddels vastgesteld. Er zijn namelijk verschillende principes van categorieën en coderingen en niet alle delen kunnen op het gewenste moment en op de gewenste manier los of als samenhangend systeem in de BIM-modellen worden opgenomen.
Dat is volgens Hoppenbrouwers dan ook meteen een belangrijke reden waarom we in de praktijk nog weinig virtuele gebouwen (digital twins) zien waarvan de data in het BIM-model ook wordt gebruikt voor het onderhouden van het fysieke gebouw tijdens de resterende levenscyclus. Het digitale gebouwdossier is hier (nog) niet geschikt voor. De virtuele installatieonderdelen zijn niet op dezelfde manier gesystematiseerd als in de fysieke installatie, zodat een digital twin vaak niet mogelijk is.
Veel potentie
Desondanks ziet Hoppenbrouwers wel degelijk de potentie van digital twins als het wél lukt om de fysieke en virtuele situatie te koppelen tijdens de gehele levenscyclus. In dat geval spreken we dus wel van een digital twin, omdat dan data over het functioneren van het gebouw in het digitale model kan worden ingevoerd en analyses en simulaties mogelijk zijn. Momenteel bouwt het bedrijf het fysieke gebouw echter zodanig dat het BIM-model ‘as-built’ kan worden opgeleverd. Dit model geeft het bedrijf bovendien inzichten die er voor zorgen dat de onderdelen uit een fysiek gebouw continu optimaal gebruikt kunnen worden. Er wordt echter geen real-time data over de conditie van het gebouw in het model ingevoerd. Er is dus nog geen sprake van digital twins zoals hiervoor gedefinieerd.
Toch werkt men daar wel naar toe en heeft men hier ook al de eerste ervaringen mee opgedaan. Hoppenbrouwers lukt het naar eigen zeggen in veel projecten goed om een digitaal gebouwdossier te gebruiken in de ontwerp- en uitvoeringsfase. Het bedrijf gebruikt Autodesk Revit om BIM-modellen te maken. De opleveringsrapportage wordt vervolgens gekoppeld aan het gebouwdossier. De BIM-modellen worden tussen alle essentiële engineeringsfases gecontroleerd met Solibri, terwijl Dalux wordt gebruikt voor het beheren van de verzamelde informatie. Er loopt momenteel een proefproject – bij een gebouw van online retailer VidaXL – waarbij het met Revit gemaakte digitale gebouwdossier wordt overgepakt in de onderhouds- en beheermodule van Dalux. Er is nu echter nog onvoldoende ervaring opgedaan met het benutten van de mogelijkheden van het digitale model van dit gebouw in de gebruiksfase om hier conclusies aan te kunnen verbinden.
Digital twins kunnen bij het beheer van gebouwgebonden installaties interessante voordelen bieden.
In een ander project stelt men vast wat er voor nodig is om zowel het fysieke als het virtuele gebouw te onderhouden. Daarmee wil men met de hulp van digital twin-technologie inzicht krijgen in de status van het gebouw, zodat men voorspellingen kan doen ten aanzien van onderhoud. Hoppenbrouwers werkt hierbij wederom samen met Dalux. Het bedrijf heeft in dit project een adviserende rol hoe de installatiecomponenten die onderhoud behoeven in het BIM-model worden opgeleverd, met de juiste categorisering en structuur voor onderhoud en beheer.
Daarmee krijgt de opdrachtgever voor elke deeldiscipline snel in kaart wat de onderhoudsbehoefte is en kunnen de werkorders van alle reguliere onderhoudswerkzaamheden tot het einde van de levensduur van het gebouw geautomatiseerd worden. De gecontracteerde onderhoudspartij heeft hierbij de verantwoordelijkheid om de werkorders in Dalux te verwerken. Dat resulteert in een overzichtelijk dossier, heeft Hoppenbrouwers vastgesteld, en legt ook meteen de actuele zwakke plekken in de installatie bloot. Tenslotte wordt ook het gemelde correctief onderhoud in hetzelfde systeem vastgelegd, zodat de opdrachtgever volledig kan overstappen van reactief naar proactief onderhoud.
Bij eerste projecten digital twin-technologie wordt nu vaak nog gewerkt met BIM-modellen
Data-integratie
Digital twins van installaties spelen echter niet alleen bij gebouwen een rol. Ook bij machines of installaties in bijvoorbeeld de waterzuivering biedt deze technologie interessante mogelijkheden. Waarbij men weer met hele andere uitdagingen te maken krijgt. Een voorbeeld hiervan is het rioolgemaal in Maassluis. Hier wil men door het analyseren van data uit zowel IT- als OT-systemen de doelmatigheid van de operationele processen kunnen beoordelen. Hierdoor verwacht men op termijn over te kunnen stappen van reactief naar proactief beheer en onderhoud.
Ook bij dit project speelt het probleem van integratie. De data die nodig is voor de analyses in een digitaal model dient te worden opgehaald uit vaak zeer verschillende software-applicaties. Hoe doe je dat op een efficiënte en betaalbare manier? Het installeren van speciaal hiervoor ontwikkelde integratiesoftware is uiteraard een mogelijkheid, maar dat brengt veel kosten en inspanningen met zich mee. In veel gevallen kan echter gebruik worden gemaakt van bestaande technologie, in dit geval een technisch protocol als MQTT (message queuing telemetry transport). Met dit protocol is het mogelijk om data uit onder andere ERP-, MES- en Scada-toepassingen te verzamelen en naar een centrale plek te brengen – bijvoorbeeld een digitaal model – voor analyse. Ook veel plc’s kunnen overigens met dit protocol uit de voeten. Door al dit soort gegevens te koppelen in een digitaal model, zet men een flinke stap op weg naar het toepassen van een digital twin van de fysieke omgeving.
Inmiddels beginnen digital twins ook in de gebouwde omgeving een rol te spelen.
Deeloplossingen
De eerste projecten waarbij digital twin-technologie wordt toegepast, beginnen in Nederland dus langzaam op gang te komen. Vaak wordt daarbij echter nog voornamelijk met BIM-modellen gewerkt. Invoering gebeurt stap-voor-stap, waarbij BIM soms eerst voor deelprojecten wordt toegepast. Niet voor niets bleek tijdens een vorig jaar gehouden event van Dalux dat praktijkvoorbeelden van het gebruik van BIM nog wel eens betrekking hebben op specifieke onderdelen van het bouwproces. Zoals het gebruik van een digitaal model voor het vergroten van de veiligheid op de bouwplaats. Een bedrijf als UBA Bouw is hier bijvoorbeeld mee aan de slag gegaan. Bij SPIE hanteert men digitale 3D-modellen voor onder meer het beheer van technische installaties in gebouwen. Daarbij kijkt men onder andere naar het digitaliseren van werkregistraties en goedkeuringen.
In al de voorbeelden valt op dat het kernbegrip niet zozeer ‘digital twin’ is als wel ‘digitalisering’ van werkprocessen. Het is ook duidelijk dat toeleveranciers – waaronder installateurs – nog volop aan het leren zijn hoe het beste met digitale modellen gewerkt kan worden. Ook valt te horen dat opdrachtgevers nog niet altijd zover zijn dat zij op basis van een 3D-model zowel ontwerp-, bouw- als gebruiksfase van een gebouw aan elkaar willen koppelen.
Toch wordt meer en meer in die richting gewerkt. De ervaringen die tot nu toe zijn opgedaan laten zien dat digitalisering en digital twin-technologie interessante kansen biedt, maar dat invoering ervan nog een flinke uitdaging is. Met name op het gebied van het bij elkaar brengen van alle relevante data.
Tekst: Robbert Hoeffnagel
Fotografie: Hoppenbrouwers, Siemens