Tunnelinstallaties ontwerpen en testen in een digitale tweeling

Tunnels zijn zeer complexe kunstwerken. In een gemiddelde uitvoering zitten al gauw veertig of meer verschillende installatiesystemen, die elk weer uit talloze componenten bestaan. Denk aan ventilatie- en overdruksystemen om de rook bij brand weg te halen, signalering om mensen de juiste weg op te sturen, omroepsystemen om informatie over te dragen, camera’s, luchtkwaliteitsmeters, hulppostkasten, verlichting en daarnaast een reeks sensoren en triggers die voor veiligheid en doorstroming zorgen. Hoe kom je er als tunnelbouwer achter of je al die systemen goed functioneren? Achteraf constateren dat zaken niet kloppen, is een kostbare aangelegenheid.

Soltegro heeft hier een mooie oplossing voor, namelijk het bouwen van een digitale tweeling van de tunnel waarin je alle systemen virtueel kunt testen. “Je wilt zo vroeg mogelijk alle functionaliteit getest hebben, zodat je bij de oplevering alleen maar de puntjes op de i hoeft te zetten.”

Faalkosten naar beneden halen

Voor consortium De Groene Boog zijn er genoeg redenen om de technische installaties van de tunnel in een virtuele omgeving te onderzoeken op beschikbaarheid, veiligheid en betrouwbaarheid. Franc Fouchier, Manager Systems Engineering & Innovation voor Soltegro: “Hiermee haal je bijvoorbeeld de faalkosten naar beneden. Bij een tunnel ben je al gauw zeven jaar bezig met de contractfase, ontwerpen, bouwen en inregelen. Onderweg verandert er nog van alles en in de testfase blijkt het systeem vaak anders te werken dan verwacht. Als je die veranderingen pas doorvoert als het systeem er al staat, is dat erg kostbaar. Als je conflicten en fouten al in de ontwerpfase kunt elimineren, bespaar je daarmee veel kosten en moeite. Daarbij komt dat croonwolters&dros als onderdeel van het consortium ook voor 20 jaar onderhoud heeft getekend. Systemen die niet werken, betekenen oponthoud of, na ingebruikname, inkomstenverlies door een verminderde beschikbaarheid van de tunnel.”

Digital twin

De oplossing is om een digital twin te bouwen van de tunnel, waarin het dynamisch gedrag van de hardware getest en gesimuleerd kan worden. Fouchier: “Normaal wordt er een complete mock-up gemaakt van een tunnel met alle installaties. Dat is zeer kostbaar en de daarin gebruikte installaties slijten al. Als je 20 jaar onderhoud doet, wil je installaties zo laat mogelijk aanschaffen. Ons digitale model is gebaseerd op de Landelijke Tunnel Standaard, gesprekken met leveranciers en de documentatie van alle hardware die deel uitmaakt van het tunnelontwerp. Daarvan maken wij een simulatie die we koppelen aan een digitale tunnel. We hebben hier ook een visualisatie van gemaakt, zodat de klant nog meer gevoel krijgt bij de digitale testomgeving.”

Hart

Het belangrijkste onderdeel is het bedienings- en besturingssysteem dat door croonwolters&dros geleverd wordt. Fouchier: “Dit is het hart van alle installaties, dat zorgt dat alle componenten die ingekocht worden elkaar begrijpen. Het omroep-systeem heeft bijvoorbeeld tweehonderd speakers, een ventilatiesysteem zestien ventilatoren. Het camerasysteem telt 75 camera’s. Eén camera testen heeft geen zin; het gaat erom dat het juiste camerabeeld tevoorschijn komt wanneer je dat nodig hebt. Of dat als een ventilator uitvalt, de anderen de ventilatie voldoende overnemen. Daar zit functioneel gedrag achter dat in de simulatie is verwerkt. Klopt het in de simulatie niet, dan kan dat aan de documentatie liggen of aan de simulatie. Dit passen we dan aan, net zo lang totdat de simulatie de werkelijkheid echt benadert. In de digitale tweeling kun je dan alle mogelijke scenario’s, situaties en calamiteiten simuleren.”

Aanpassingen

Het digitale model heeft daarom na de ingebruikname van de tunnel veel waarde voor het consortium en de opdrachtgever. Fouchier: “Reken maar dat er aanpassingen komen aan de installaties. Dat geldt evengoed voor het besturingssysteem, waar je zeker kunt zijn van updates. Zonder dat je de tunnel hoeft af te sluiten, kun je ook deze wijzigingen eerst digitaal testen. Ik vergelijk het met Windows of iOS, daarvoor hebben ze ook simulatieprogramma’s voor alle verschillende platformen, met crashtest voor updates.”

Zelfrijdende auto’s

Fouchier heeft ook een missie: “Bij Soltegro ondersteunen we met onze dienstverlening de infrawereld in deze snel veranderende digitale tijd. Rijkswaterstaat zal de gesloten netwerken in de toekomst toch open moeten stellen voor bijvoorbeeld zelfrijdende auto’s. Hierdoor wordt de beveiliging extra belangrijk, zodat hackers en andere kwaadwillenden geen toegang krijgen. Windows is ook van een gesloten systeem naar meer open gegaan. Die handelen razendsnel als er problemen zijn. Daar moeten we ook naartoe in de infrawereld.”