De haven van Rotterdam liet een digitale tweeling ontwikkelen van zichzelf. Ook steeds meer gebouwen, tunnels, bruggen en gemalen hebben zo’n replica. Zelfs van gebouwbeheersystemen, cv-ketels en luchtbehandelingskasten worden digital twins gemaakt. Wat is een digital twin? En hoe worden bouwers en installateurs er beter van?
Wat is een digital twin?
Een digital twin is een digitale replica van een echt object, in dit geval een stukje (bouw)techniek dat is voorzien van sensoren die metingen verrichten. Met de digital twin wordt de werkelijkheid gevangen in nullen en enen (lees: actuele data). Dit gebeurt met sensoren, die continu monitoren wat het object doet en hoe het reageert. Dat kan handig zijn. Sturen op data kan voordelen opleveren als lagere faalkosten en lagere onderhoudskosten.
Wat kun je ermee?
Steeds meer slimme apparatuur is voorzien van sensoren. Die meten alles wat je je maar voor kunt stellen: temperatuur, luchtkwaliteit, CO₂-niveau, de bezettingsgraad van ruimtes, het gebruik van liften, toiletten en draaideuren, de toegangscontrole, het gebruik van parkeerplaatsen en de opbrengst van pv-panelen. Zo geven de sensoren inzicht in het ‘gedrag’ van het gebouw. Lekt de schil? Wordt er te veel gestookt? Is het licht te vaak aan? Zijn er ruimtes of toiletblokken die niet schoongemaakt hoeven te worden (omdat ze niet gebruikt zijn)? De digital twin maakt het allemaal zichtbaar.
Digital twins voor de warmtetransitie
Hogeschool Windesheim gaat samen met bewoners en bedrijven aan de slag met het project Twomes: digital twins for homes. Data uit slimme meters, thermostaten en cv-ketels moet inzicht geven in het ingewikkelde samenspel van woning, installatie, instellingen en comfortbehoefte van individuele huishoudens. Dit najaar start een pilot in de Zwolse wijk Assendorp, waar naar verwachting enkele tientallen huishoudens gaan deelnemen aan het monitoringonderzoek.
Het lectoraat Energietransitie van Hogeschool Windesheim heeft sterke bondgenoten gevonden in BDR Thermea Group, Enpuls, installatiebedrijf Breman, ingenieursbureau Witteveen+Bos, Denk aan Morgen, bewonerscollectief 50 Tinten Groen Assendorp en Centre of Expertise TechForFuture. Samen gaan ze data verzamelen uit slimme meters, thermostaten en cv-ketels om nieuwe inzichten te halen uit het samenspel van woning, installatie, instellingen en comfortbehoefte van individuele huishoudens. Zo moet een basis gelegd worden voor screeningtools en adviesmodules, waarmee huishoudens door energiecoöperaties, overheden en bedrijven op weg geholpen worden om slimme stappen te zetten richting warmtetransitie.
Aan Twomes ligt een idealistisch motief ten grondslag. Initiatiefnemer Henri ter Hofte: “Het doel van het internationale Parijs-akkoord en het Nederlandse Klimaatakkoord is gevaarlijke klimaatverandering te voorkomen. De verwarming van zo’n zes miljoen bestaande woningen in Nederland moet daarvoor op de schop. Dat betekent niet dat iedereen direct de cv-ketel van de muur moet trekken. Wel is het tijd om serieus aan de slag te gaan.”
Elke woning is anders, elk huishouden vertoont ander gedrag. Maar het sturen van een deskundige energieadviseur kost veel tijd en is duur. Of beter gezegd: onbetaalbaar. Het gaat immers om zes miljoen woningen. Met Twomes onderzoekt Ter Hofte of zo’n eerste inventarisatie met digitale hulpmiddelen aangepakt kan worden. “We hopen met ons project een nuttige aanvulling te vormen in het voortraject, zodat we de unieke kennis van energieadviseurs efficiënter kunnen inzetten.”
Op het hobbelige pad naar een CO₂-neutrale gebouwde omgeving in 2050 hebben huishoudens “onnoemelijk veel vragen”, volgens Ter Hofte. Wat kunnen we besparen met isolatie? Kunnen we zonder na-isolatie de woning warm krijgen met een (hybride) warmtepomp? Hoeveel kunnen we besparen met nachtverlaging? Hoeveel kunnen we besparen door niet meer te stoken als er niemand thuis is? Is het zinvol om kieren te dichten en de verwarming beter in te stellen? Kunnen we eigenlijk niet beter gewoon een slimme thermostaat nemen? Een flink deel van die vragen is volgens Ter Hofte prima te automatiseren.
Enkele maanden voor ‘de aftrap’ is Ter Hofte druk met de voorbereidingen om basaal inzicht te krijgen in de vijf bepalende parameters: de woning, de installatie, de instellingen (de combinatie van techniek en gedrag), de comfortbehoefte en de weersomstandigheden.
Ter Hofte: “Op comfortbehoefte en weersomstandigheden hebben we weinig invloed. Het samenspel van de woning, installatie en instellingen is een ander verhaal. Dat kan scherper. Aan drie van de vijf knoppen kunnen we dus draaien. Door het uitlezen van de data verwachten we een goed beeld te krijgen van de eigenschappen van de installatie, de instellingen en comfortbehoefte van het huishouden. Comfortbehoefte en instellingen gaan we ‘uit elkaar trekken’. Misschien blijkt wel dat we met betere instellingen kunnen besparen en toch dezelfde comfortbehoefte kunnen realiseren.”
Medio 2021 moet duidelijk zijn wat Twomes heeft opgeleverd in Assendorp. Als het daar werkt, werkt het volgens Ter Hofte waarschijnlijk op veel meer plekken in Nederland, want computers kunnen nu eenmaal goed imiteren. “In principe kan voor elke individuele woning een digital twin worden gemaakt.
Waar komt de naam ‘digital twin’ vandaan?
Digital twin is een modeterm binnen de procesindustrie sinds onderzoeksbureau Gartner het in 2017 in de top tien van strategische technologietrends plaatste. Als theoretisch concept hanteerde de NASA de digital twin allang. Maar het was Michael Grieves van de University of Michigan die de term in 2002 bedacht.
Wat moet ik erover weten?
Belangrijk om te weten is dat de digital twin een aanvulling kan zijn op het BIM, waarin installateurs, aannemers, architecten, adviseurs en constructeurs samen realtime kunnen ontwerpen en bouwen. BIM en de digital twin grijpen in elkaar. De digital twin legt een extra laag sensordata over het BIM heen. In BIM zie je het gebouw en de technische installaties in 3D. Met de digital twin worden de technische prestaties van het gebouw en de installaties inzichtelijk gemaakt.
‘Gebouwen nieuw leven inblazen’
Marc Hopman, revitalisatiedirecteur van technisch dienstverlener Croonwolter&dros, heeft een missie: gebouwen nieuw leven inblazen. Hopman heeft ook een methodiek (data monitoren) en een stip op de horizon (prestaties vastleggen in businessmodellen). De digital twin sluit daarop aan. “Straks kunnen we er ons BIM-model mee vullen.”
Hopman: “Gebouwen duurzaam, slim, gezond, flexibel en toekomstbestendig maken, daar zijn we continu mee bezig. Met sensoren kunnen we leren van het gebouw en onze technische installaties bijsturen wat betreft temperatuur, ventilatie, CO₂-niveau, luchtvochtigheid, verlichting, etc. Daarnaast monitoren we het gebruik van de toiletten en liften en bezettingsgraad van de ruimtes. Door te meten, komen we erachter hoe de ruimtes gebruikt worden. De sensoren geven aan wanneer storingen optreden. Zulke inzichten maken het gebouw waardevoller voor de gebruikers en brengen de onderhoudskosten naar beneden. Voor installateurs en technisch dienstverleners biedt dit kansen op nieuwe verdienmodellen. Voor aannemers ligt het anders. Zij kunnen data uit sensoren niet direct toepassen op hun dagelijkse werkzaamheden. Zij hebben vooral bouwkundige data nodig. En beleggers hebben vooral gebruikersdata nodig, wat weer lastig is vanwege de privacy. Maar goed, de kansen liggen er. Wij focussen vooral op de p van people, omdat daar de meeste besparingsmogelijkheden liggen. De bedrijfskosten van een onderneming bestaan voor negentig procent uit personeelskosten. Uit tal van onderzoeken blijkt dat een gezond gebouw een positieve invloed heeft op de productiviteit van de gebruiker en verlaging van het ziekteverzuim. Als mensen gezonder, vitaler, creatiever en productiever worden, zijn de investeringen in een gezond gebouw snel terugverdiend. Daarop willen we nieuwe businessmodellen gaan baseren. We willen beleving, vitaliteit en gezonde werkplekken verkopen en kunnen bijvoorbeeld in een prestatiecontract vastleggen dat het ziekteverzuim van vijf naar vier procent gaat als de kwaliteitsnormen voor licht, lucht, temperatuur, geluid en beleving worden gehaald. Vanwege datamonitoring weten we vrij nauwkeurig welke beloftes we kunnen waarmaken. Een gezond gebouw kunnen we ook nog eens inzetten voor marketingdoeleinden. Zo’n gebouw is bijvoorbeeld gemakkelijker te verhuren en heeft een positieve invloed op het aannemen van (jong) personeel. We zien dat vooral jongeren kritische vragen beginnen te stellen. Wat doet dit bedrijf voor mij en voor de wereld? In dit hele verhaal past de digital twin, waarmee we straks ons BIM-model kunnen vullen. We zien hoe het gebouw functioneert en sturen continu bij, zodat het gebouw zich aanpast aan de behoeftes van de gebruikers.”
Kunnen digital twins kosten besparen?
Mogelijk kan de digital twin kosten besparen, omdat voorspellingen voor de toekomst binnen bereik komen. Wanneer is de onderhoudsbeurt nodig? Wanneer moeten de kabels vervangen worden? Wanneer moet de cv-ketel onderhanden worden genomen? Wanneer zijn de liftdeuren op de vijfde etage aan vervanging toe? Naderende storingen worden gedetecteerd en de monteur gaat pas op pad als het nodig is. Niet eerder, niet later.
Met dank aan Colin van Kooten van softwareleverancier CAD & Company.
Dit artikel is eerder gepubliceerd in Aannemer 2020-06.
Discussie zien we graag op Aannemervak, maar wel met respect voor elkaar. Wij vragen daarom om onder volledige naam te reageren. Lees onze andere regels voor discussie hier. Met het plaatsen van een reactie verklaart u zich akkoord met deze regels.