Dynamische data in de steigers

Foto: Bart van Overbeeke
Foto: Bart van Overbeeke
Het lijkt zo makkelijk, een digitale kopie maken van het gebouw dat je ontwikkelt of restaureert, zodat iedereen altijd up-to-date is van de nieuwste informatie en aanpassingen. Maar in de bouwwereld zijn ’digital twins’ nog niet zo gangbaar. TU/e-onderzoeker Alex Donkers onderzocht waarom en zette de eerste stappen voor een dynamisch digitaal systeem dat de bouw efficiënter moet gaan maken. Dinsdag 29 oktober verdedigde hij zijn onderzoek aan de faculteit Built Environment.

Bron: Cursor / Nicole Testerink

Diep verborgen in het proefschrift van Alex Donkers staat een afbeelding van het Nationaal Monument op de Dam, in Amsterdam. Een korte case study, wuift Donkers weg. Maar het geeft wel precies de noodzaak van zijn onderzoek weer. Want de 22 meter hoge pyloon bestaat uit blokken natuursteen, die gevoelig zijn voor het ontstaan van scheuren.

Van tijd tot tijd is daarom (grootschalige) restauratie nodig, legt Donkers uit. Tot veler frustratie gaat dat nog steeds niet efficiënt genoeg.

"Iemand gaat naar de Dam voor een inspectie, loopt een rondje rond de pyloon, maakt foto’s en vervolgens een rapport. Maar er zijn meerdere verschillende betrokken partijen die dat doen, allemaal op hun eigen manier. Dan wordt het zijaanzicht van het Monument levensgroot uitgeprint, tekent er iemand met de hand lijnen in om de blokken te onderscheiden, die allemaal een nummertje krijgen. En wordt er doorgegeven dat blok 228 een scheur bevat en naar de bouwplaats moet. Ter plekke is het dan maar hopen dat het goede blok eruit gehaald wordt - er zijn al enkele blokken verwijderd, tellen die ook mee’ - en gaat het met een wapperende post-it erop naar de restaurateur. Ergens op een harde schijf staat nog een foto, ’228.jpg’." Bijna verontschuldigend haalt Donkers zijn schouders op. "Het is ongelofelijk, maar zo gaat het dus nog echt in de bouw."

De juiste taal

Om de bouw efficiënter en transparanter te maken, dook Donkers in de wereld van ’digital twins’ en ontwikkelde een framework hoe je in de bouw met meerder partijen kunt samenwerken met dynamische data. Dankzij allerlei technologische ontwikkelingen, zoals het Internet of Things en Artificiële Intelligentie, is ook het concept ’digital twinning’ in opkomst.

Dat is simpel gezegd een virtuele weergave van een fysiek object, proces of systeem. Maar het is méér dan een 3D-model, want continue kan het worden bijgewerkt met data uit de ’echte’ wereld. Ook in de bouwwereld wordt met digital twins geëxperimenteerd, maar volgens Donkers is dat nog weinig succesvol.

"Eigenlijk gaat het in alle stappen binnen de zogenoemde digital twin cyclus mis: het data verzamelen, het maken van een bruikbare representatie, daar informatie uithalen om uiteindelijk de fysieke omgeving te kunnen aanpassen. We zijn dus maar terug naar de basis gegaan om een model te ontwerpen dat wél werkt."

En het lijkt nogal een open deur, maar een van de belangrijkste voorwaardes voor een werkende digital twin is dat gebruikers elkaars taal spreken, zegt Donkers. "Daar beginnen de problemen al. Neem een muur. Een architect ziet dat als een binnenblad, isolatielaag en buitenblad. De constructeur kijkt voornamelijk naar de hartlijn van het binnenblad vanwege de dragende constructie; een stedenbouwkundige denkt bij een muur aan de buitenkant en hoe deze aansluit op de omgeving en een bouwfysicus maakt van een muur grafieken met materiaaleigenschappen en diktes. En dat is dan alleen nog maar een muur. Als eerste stap zijn we een bruikbare taal gaan definiëren. Dat begint bij het maken van een soort woordenboeken - ontologieën - met eenduidige definities. Pas dan kun je verder."

Opbouwen

Om op een juiste manier data aan elkaar te knopen, gebruikte Donkers nieuwe methodes die binnen Computer Science ontwikkeld worden. Dat is voor hardcore bouwkundigen soms wel even schrikken, glimlacht hij. "Ik definieer een muur als w3id.org/beo met een hele website erachter, leg dat maar eens uit aan de tekentafel."

Naast zijn werk als ’vertaler’ heeft Donkers zich in zijn modellen vooral gericht op het centraal stellen van de gebouw-gebruiker. Kunnen ervaringen van mensen in een gebouw meegenomen worden zodat we kunnen leren hoe we voor de eindgebruiker het best kunnen ontwerpen’

Na het ontwikkelen van meerdere digital twin tools, ging Donkers in zijn thuisbasis Vertigo aan de slag met een praktijkexperiment. Hij onderzocht hoe dynamische data het binnenklimaat voor medewerkers kunnen optimaliseren.

"Daar is veel informatie over de ’schil’ van het gebouw voor nodig. Of het binnen lekker warm is, hangt bijvoorbeeld af van hoe de buitenmuur is opgebouwd. We hebben een smartwatch applicatie ontwikkeld, waarmee we real-time data van proefpersonen konden verzamelen. De kantoorruimte zelf zat vol sensoren zodat we het binnenklimaat in beeld konden brengen. En konden aanpassen. Want als te veel mensen het te donker in de kantoorruimte vonden, dan kon de digitale twin toetsen of de lampen aanstonden en als het nodig was actie ondernemen."

Chatbot voor je gebouw

Natuurlijk gaat het hier om experimentele studies, benadrukt Donkers, en is het niet zo dat binnenkort elke TU/e-medewerker een slim horloge krijgt om de werkruimte te optimaliseren.

"Het gebruik van een semantisch web - een framework waarmee je data kunt delen en (her)gebruiken - is in de bouwwereld nog vrij nieuw. Wij lopen voorop met het ontwikkelen van methodes om de gebruiker van een gebouw centraler te zetten. Door mijn tools open aan te bieden, kunnen ook andere onderzoekers hier nu verder aan bouwen. Zodat we nog meer kunnen interacteren met een gebouw, zeker nu er steeds meer mogelijkheden zijn door AI-technologie. Wat denk je van een chatbot voor je gebouw, waar je echt vragen aan kunt stellen’ En ook hier zijn de juiste woordenboeken cruciaal. Want uiteindelijk draait het erom dat je allemaal dezelfde taal spreekt, maar ook durft te omarmen dat er tussen mensen verschillen zijn."

PHD IN THE PICTURE

Wat zien we op je proefschriftkaft’
"In mijn ogen zie je hier een weergave van de ideale digital twin. Water is een mooie metafoor voor wat wij proberen te doen. Je ziet een exacte kopie van een prachtig vakantiehuis, waarin alles klopt. Als je een licht aandoet, zie je dat ook in de weerspiegeling. Maar het is er niet echt, Midjourney maakte het doordat ik de juiste input leverde. En is het water troebel, of is er teveel wind, dan zie je niets. En daar zitten precies de problemen bij het ontwikkelen van digital twins, het is een ontzettend kwetsbaar systeem."

Je bent op een verjaardagsfeestje. Hoe leg je in één zin uit wat je onderzoekt’
"Dat ik alles wat je om je heen ziet digitaal aan elkaar probeer te knopen om er een digitale kopie van te maken. Of dat ik The Sims speel - waar je vroeger achter de computer de leefomgeving voor je poppetjes moest optimaliseren om ze gelukkig te houden. Dat doe ik dus in het echt."

Hoe kun je naast je onderzoek stoom afblazen’
"Ik heb niet zoveel moeite om me los te koppelen van mijn onderzoek. Een rondje met mijn hondje, veel familie en vrienden om me heen, een goeie pot voetbal..."

Welke tip had je als beginnende PhD-student willen krijgen’
"Zoek zo snel mogelijk andere onderzoekers op die ongeveer hetzelfde doen. Als een soort computer scientist tussen de bouwkundigen heb ik het eerste jaar veel gepionierd. Maar ik vond in Gent iemand die ook woordenboeken voor gebouwen maakt. Heel fijn om samen te kunnen sparren, en zulke discussies leiden vaak tot nieuwe inzichten."

Wat is je volgende hoofdstuk’
"Daar ben ik al een tijd mee bezig, begin dit jaar ben ik gestart als postdoc binnen dezelfde onderzoeksgroep. Ik focus me nu op brandveiligheid van nieuwe gebouwen. Kunnen we met een digital twin sneller toetsen of een gebouw voldoet aan de wetgeving’ En hoe ontwikkelen we een manier om daar al in een vroege fase van het ontwerp rekening mee te kunnen houden’"