Cyber-physical bridges: The new age of infrastructure.

Inleiding

De civiele infrastructuur in Nederland is meer dan € 300 miljard waard. Een onderdeel hiervan zijn bruggen, waarvan de meesten in de jaren ’60-80 van de vorige eeuw zijn gebouwd. Destijds werden de meeste bruggen van staal en/of beton gemaakt, met een geschatte technische levensduur van 80-100 jaar. TNO heeft een prognose gemaakt van de vervangingswaarde van bruggen, welke circa € 56 miljard is. Een groot deel van deze bruggen staat op de planning om binnenkort vervangen te worden, terwijl de berekende levensduur veel langer is.

Probleemstelling

Doordat er geen materiaalpaspoorten en weinig tot geen documentatie van de ontwerpen van de bruggen beschikbaar zijn, is het lastig de restlevensduur te bepalen. Deze restlevensduur wordt bepaald aan de hand van visuele inspecties en proefbelastingen. Visuele inspecties zijn gebonden aan subjectiviteit waarmee alleen de buitenkant van de brug in kaart gebracht kan worden. Proefbelastingen worden wegens de hoge kosten alleen op de grootste en meest kritische bruggen toegepast. De huidige methodieken zijn allemaal momentopnamen. Hierdoor zijn overheden genoodzaakt om terughoudende, voorzichtige conclusies te trekken over de staat van de bruggen en deze vroegtijdig te vervangen.

Klimaatdoelstellingen

Gelijktijdig dienen deze overheden zich te houden aan steeds strenger wordende klimaateisen om internationale doelstellingen te kunnen behalen. Zodoende is er een concrete en grote vraag ontstaan naar innovatieve oplossingen voor levensduurverlengende maatregelen en circulaire bruggen vanuit:

• 174 gemeentes
• 13 waterschappen
• 12 provincies
• Rijkswaterstaat (circa 80.000 stuks)

Doelstelling van het Consortium

Hoe kan deze vervanging en renovatieopgave in goede banen geleid worden binnen de kaders van de klimaatdoelstellingen en met de ambitie om een slimme en circulaire economie te realiseren? Dit consortium gaat een betaalbaar en schaalbaar systeem ontwikkelen om van bestaande bruggen cyber-fysieke bruggen te maken. Deze bestaan uit:

• De brug met hardware (sensoren)
• Software (AI en machine learning technieken)
• Theoretische-, AI- en ML-modellen
• Praktijkervaring

Hiermee kan real-time data gegenereerd en geanalyseerd worden over materiaaleigenschappen en constructies.

Voordelen van het Systeem

Met dit systeem kan de planning van onderhoud, vervanging en het hergebruik van bruggen geoptimaliseerd worden, waardoor de levensduur verlengd wordt en kosten, uitstoot, verstoring en overlast van het mobiliteitssysteem significant beperkt worden. Tevens biedt ons systeem inzage in het potentiële hergebruik van de brug, brugonderdelen en/of materialen, waardoor hoge kosten en doorlooptijd door dure en tijdrovende materiaalonderzoeken verleden tijd worden en de circulaire economie bevorderd wordt.

Hiermee bieden wij diverse eigenaren van infrastructurele werken de volgende voordelen:

• De planning van onderhoud en vervanging wordt geoptimaliseerd; het (te) vroegtijdig vervangen van bruggen, dan wel het te laat onderhouden van bruggen, wordt hiermee verleden tijd.

  • De levensduur van een brug wordt verlengd.
  • Onderhoudskosten worden gereduceerd.
  • Significante vermindering van verstoring van het mobiliteitssysteem.

• Onnodige destructie van bruggen, brugonderdelen of materialen wordt vermeden door kennis te vergaren over de kwaliteit van de onderdelen en materiaal, en daarmee het potentieel voor hergebruik inzichtelijk gemaakt. Hierdoor kunnen ook bruggen een onderdeel worden van de circulaire economie.

• Bruggen worden onderdeel van smart cities en slimme mobiliteitssystemen, waardoor er sneller ingegrepen kan worden.

• Versnelling van circulaire materialen en vermindering van materiaalgebruik wordt mogelijk doordat deze in de operationele omgeving kunnen worden gemonitord.