Samenvatting onderzoek
Samen met Ingenieursbureau Rotterdam onderzochten wij in hoeverre single-mode glasvezeltechnologie kan worden ingezet voor de grootschalige en real-time monitoring van bruggen en kades in Rotterdam.
Tijdens het onderzoek richtten wij ons op de toenemende druk op de Rotterdamse infrastructuur. Veel bruggen, kades en andere civiele kunstwerken naderen het einde van hun technische levensduur, terwijl zij intensiever worden gebruikt dan bij het oorspronkelijke ontwerp was voorzien.
Door technisch onderzoek, praktijkanalyses, gesprekken met experts en een financiële, ecologische en maatschappelijke haalbaarheidsanalyse brachten wij in kaart hoe glasvezelkabels kunnen worden gebruikt om rek, trillingen en temperatuurverschillen in constructies te meten.
Tijdens het onderzoek werd zichtbaar dat glasvezel niet alleen geschikt is voor het versturen van data. Reflecties in de kabel kunnen ook informatie geven over de toestand van het materiaal waarin de kabel is aangebracht. Hierdoor kan schade eerder worden gesignaleerd en kan onderhoud nauwkeuriger worden gepland.
Op basis van de inzichten ontwikkelden wij een plan van aanpak voor de mogelijke invoering van een stedelijk monitoringsnetwerk. Daarbij onderzochten wij de toepassing in bestaande en nieuwe bruggen en kades, de aansluiting op het aanwezige glasvezelnetwerk en de koppeling met digital-twintechnologie.
“Het onderzoek laat overtuigend zien hoe een bestaande technologie kan worden vertaald naar een vernieuwende en praktisch toepasbare oplossing voor het beheer van onze infrastructuur.”
Ingenieursbureau Rotterdam
Over de casus
Wanneer gesproken wordt over bruggen en kades, lijken deze bouwwerken vaak vaste onderdelen van de stad. Achter deze vertrouwde infrastructuur bevindt zich echter een voortdurend proces van slijtage, belasting en beweging.
Juist die grotendeels onzichtbare verandering vormde het vertrekpunt van het onderzoek dat wij samen met Ingenieursbureau Rotterdam uitvoerden.
Na de Tweede Wereldoorlog werd in Rotterdam op grote schaal gebouwd. Veel bruggen en andere civiele kunstwerken stammen uit de jaren zestig en zeventig en naderen inmiddels het einde van hun oorspronkelijk berekende levensduur.
Tegelijkertijd worden deze constructies zwaarder en intensiever belast dan bij de bouw werd voorzien. Zwaar verkeer, werkzaamheden in de omgeving, klimaatverandering en veranderende waterstanden kunnen invloed hebben op de toestand van bruggen en kades.
De gemeente weet dat de infrastructuur verandert, maar beschikt niet altijd over voldoende actuele informatie om precies te bepalen waar schade ontstaat en wanneer onderhoud noodzakelijk is.
Wat begon als een technisch onderzoek naar glasvezel groeide daardoor uit tot een bredere analyse van hoe Rotterdam haar infrastructuur veiliger, duurzamer en slimmer kan beheren.
Het onderzoeksteam
Het project werd uitgevoerd binnen een 3-O-samenwerking, waarin studenten van verschillende onderwijsniveaus en instellingen samenwerkten.
De eerste onderzoeksfase werd uitgevoerd door:
- Joos Vrijdag – MSc Electrical Engineering, TU Delft.
- Tesla Visser – BSc Civil Engineering and Geosciences, TU Delft.
- Raphael Kurun – Bachelor International Business, Rotterdam Business School.
- Thomas Meijer – Bachelor International Business, Rotterdam Business School.
- Ryan van der Wijde – Expert IT Systems and Devices, Techniek College Rotterdam.
- Wessel Janssens – Mechatronica, Techniek College Rotterdam.
Voor de tweede, verdiepende fase werd het team versterkt door:
- Florian Cascino – BSc Industrieel Ontwerpen, TU Delft.
- Jean Ghesquière – MSc CEMS/International Management, Rotterdam School of Management.
Het onderzoek werd begeleid door Justin Brands vanuit Creativity Pools. De technische begeleiding werd verzorgd door Pieter Boersma en John Schilt.
Daarnaast leverden onder andere de TU Delft, YES!Delft, BREM, ProRail, de gemeente Rotterdam en Ingenieursbureau Rotterdam kennis en praktijkinzichten.
Juist de samenwerking tussen studenten uit techniek, civiele bouwkunde, bedrijfskunde, IT, mechatronica en industrieel ontwerp maakte het mogelijk om de technologie vanuit meerdere perspectieven te beoordelen.
“Door technische kennis te combineren met bedrijfskundige en maatschappelijke analyse konden we niet alleen onderzoeken óf de technologie werkt, maar ook hoe Rotterdam haar daadwerkelijk kan toepassen.”
Team Creativity Pools
Onderzoeksvraag & context
Binnen het onderzoek stond de volgende vraag centraal:
“In hoeverre is het haalbaar om glasvezel als meetapparatuur op grote schaal te gebruiken voor real-time monitoring van civiele kunstwerken in de stad Rotterdam?”
Daarbij onderzochten wij zowel de technische toepasbaarheid als de financiële, ecologische en maatschappelijke haalbaarheid.
De gemeente Rotterdam beheert een omvangrijke infrastructuur, waaronder honderden bruggen, viaducten, onderdoorgangen en ongeveer dertig kilometer aan kademuren.
Veel inspecties worden momenteel handmatig uitgevoerd. Medewerkers bezoeken de constructies met specialistische apparatuur en voeren visuele inspecties, deformatiemetingen en mechanische tests uit.
Deze methoden leveren waardevolle informatie op, maar zijn arbeidsintensief en worden soms slechts één keer per jaar uitgevoerd. Hierdoor kan schade tussen twee meetmomenten ontstaan zonder dat deze direct wordt waargenomen.
Ook kunnen verschillen in registratie en handmatige gegevensverwerking het moeilijk maken om patronen over langere perioden te herkennen.
Methode & Aanpak
Het project bestond uit twee samenhangende fasen.
Tijdens de eerste fase stond de technische toepasselijkheid en haalbaarheid van single-mode glasvezel centraal.
In de tweede fase werden deze inzichten vertaald naar een bedrijfskundige en maatschappelijke analyse voor mogelijke implementatie in Rotterdam.
Tijdens het onderzoek analyseerden wij onder andere:
- De huidige inspectiemethoden voor bruggen en kades.
- De kosten van beheer, onderhoud, vervanging en inspectie.
- De technische werking van single-mode glasvezel.
- Het meten van rek, trillingen en temperatuur.
- De levensduur van glasvezelkabels en meetapparatuur.
- Toepassingsmogelijkheden in bestaande constructies.
- Toepassingsmogelijkheden bij nieuwe bruggen en kades.
- Het bestaande glasvezelnetwerk in Rotterdam.
- Mogelijke netwerk-, meet- en kennispartners.
- De financiële haalbaarheid en terugverdientijd.
- De ecologische effecten.
- De maatschappelijke waarde.
- De koppeling met digital twins en smart-citytoepassingen.
Een belangrijk onderdeel van het onderzoek was het onderscheid tussen bestaande en nieuwe infrastructuur.
Bij nieuwe constructies kan glasvezel tijdens het bouwproces in beton of andere materialen worden geïntegreerd. Bij bestaande constructies moet worden onderzocht of bevestiging aan de buitenzijde voldoende betrouwbare informatie oplevert.
Belangrijkste inzichten
De huidige inspecties geven slechts periodiek inzicht
Een van de belangrijkste inzichten uit het onderzoek was dat de huidige inspectiemethoden vooral momentopnamen opleveren.
Bruggen en kades worden periodiek visueel en technisch onderzocht. Tussen deze inspecties kunnen zich echter veranderingen voordoen die niet direct worden geregistreerd.
Dit speelt vooral wanneer in de directe omgeving bouwwerkzaamheden plaatsvinden of wanneer een constructie onverwacht zwaarder wordt belast.
Real-time monitoring kan veranderingen continu zichtbaar maken en maakt het mogelijk om sneller verbanden te leggen tussen bewegingen, belasting en externe gebeurtenissen.
Glasvezel kan meer meten dan alleen dataverkeer
Glasvezel is vooral bekend als technologie voor snel internet. De kabel kan echter ook functioneren als een lange, doorlopende sensor.
Wanneer licht door de kabel wordt gestuurd, ontstaan kleine reflecties. Veranderingen in deze reflecties kunnen informatie geven over rek, trillingen en temperatuur.
Wanneer de kabel aan of in een constructie is bevestigd, kunnen deze metingen worden gebruikt om veranderingen in het omringende materiaal te volgen.
Hierdoor hoeft niet op ieder meetpunt een afzonderlijke elektronische sensor te worden geplaatst.
Single-mode glasvezel is geschikt voor grote afstanden
Single-mode glasvezel kan signalen over tientallen kilometers transporteren en is daardoor geschikt voor een stedelijk meetnetwerk.
Afhankelijk van de toegepaste meetmethode en apparatuur kan een kabel over een afstand van ongeveer 25 tot 150 kilometer worden uitgelezen.
De grootste hemelsbrede afstand binnen Rotterdam bedraagt volgens het rapport ongeveer twintig kilometer. Bovendien is in alle woonwijken al glasvezel aanwezig.
Dit betekent dat mogelijk met een beperkt aantal centrale meetstations een groot deel van de stad kan worden bereikt.
De kabel heeft een lange levensduur
Onder geschikte omstandigheden kan glasvezel vijftig jaar of langer meegaan.
De kabel zelf hoeft waarschijnlijk veel minder vaak te worden vervangen dan de bijbehorende software en meetapparatuur.
De actieve apparatuur heeft naar verwachting een kortere levensduur en software zal regelmatig moeten worden vernieuwd. Bij de financiële en technische planning moet daarom niet alleen naar de kabel worden gekeken, maar naar de volledige meetketen.
Nieuwe constructies bieden de beste toepassingsmogelijkheden
Bij nieuwe bruggen en kades kan glasvezel tijdens de bouw in de constructie worden verwerkt.
Hierdoor kan de kabel diep in het beton of langs kritieke constructieonderdelen worden geplaatst. Dit levert nauwkeurige informatie op over de ontwikkeling van spanning, trillingen en temperatuur.
Omdat de kabel tijdens de bouw wordt aangebracht, blijven de aanvullende installatiekosten relatief beperkt.
Daarom adviseert het rapport om de toepassing van glasvezel standaard te overwegen bij nieuwe infrastructuur en grote vervangingsprojecten.
Bestaande constructies vragen om maatwerk
Het volledig openbreken van een bestaande kade uitsluitend om glasvezel te plaatsen is meestal niet haalbaar.
Wel kan glasvezel mogelijk aan de buitenzijde van een kade of brug worden bevestigd. Wanneer de kabel voldoende wordt beschermd, kunnen daarmee bewegingen en trillingen worden gemeten.
Deze toepassing kan op termijn een deel van de huidige deformatiemetingen vervangen of aanvullen.
Bij kades die toch worden opengebroken of vervangen, wordt aanbevolen om glasvezel direct in de nieuwe constructie te integreren.
Een digital twin maakt de data bruikbaar
Losse meetgegevens leveren nog geen volledig beeld van de infrastructuur op.
Door de glasvezelmetingen te koppelen aan digital-twintechnologie kan een digitale versie van een brug of kade worden opgebouwd.
Deze digitale tweeling kan actuele metingen combineren met constructiegegevens, belasting, eerdere inspecties en omgevingsfactoren.
Hierdoor kan de gemeente niet alleen zien wat er op dat moment gebeurt, maar ook voorspellen hoe een constructie zich waarschijnlijk verder zal ontwikkelen.
Samenwerking met externe partners is noodzakelijk
De invoering van een stedelijk monitoringsnetwerk vraagt om samenwerking tussen verschillende typen organisaties.
Het rapport benoemt onder andere mogelijke netwerkpartners zoals KPN, Primevest, Open Dutch Fiber, DELTA en Glaspoort.
Daarnaast beschikken organisaties zoals BREM, ProRail en YES!Delft over relevante ervaring met glasvezelmetingen in funderingen, spoorinfrastructuur en kades.
Ook universiteiten, technologiebedrijven en assetmanagers spelen een belangrijke rol bij het ontwikkelen en interpreteren van de meetgegevens.
Financiële haalbaarheid
De gemeente Rotterdam geeft jaarlijks aanzienlijke bedragen uit aan beheer, onderhoud en vervanging van civiele kunstwerken.
Daarnaast wordt volgens het rapport jaarlijks ongeveer €660.000 besteed aan inspecties van circa 1.850 kunstwerken.
Real-time monitoring kan handmatige inspecties niet direct volledig vervangen, maar kan wel helpen om deze gerichter in te zetten.
Onderhoud kan worden uitgevoerd wanneer metingen daar aanleiding toe geven, in plaats van uitsluitend volgens vaste intervallen.
De verwachte terugverdientijd van het voorgestelde systeem ligt volgens de analyse tussen de 15 en 33 jaar.
Daarbij zijn mogelijke aanvullende financiële opbrengsten uit het delen of benutten van verzamelde data nog niet volledig meegenomen.
Ecologische haalbaarheid
Nauwkeurigere monitoring kan helpen om materialen en constructies langer te gebruiken.
Wanneer de werkelijke toestand van een brug of kade bekend is, hoeft deze niet te vroeg te worden vervangen. Tegelijkertijd kan tijdig worden ingegrepen wanneer schade zich sneller ontwikkelt dan verwacht.
Hierdoor kan het systeem bijdragen aan:
- Minder onnodige vervanging van constructies.
- Efficiënter gebruik van beton, staal en andere grondstoffen.
- Minder uitstoot door inspectie- en onderhoudsverkeer.
- Behoud van habitats rondom kades en waterwegen.
- Betere planning van werkzaamheden.
Deze effecten sluiten aan op de duurzaamheids- en klimaatdoelstellingen van Rotterdam.
Maatschappelijke haalbaarheid
De maatschappelijke waarde van het systeem ligt vooral in veiligheid, betrouwbaarheid en beschikbaarheid.
Door afwijkingen eerder te signaleren, kan de kans op onverwachte afsluitingen of constructieve problemen worden verkleind.
Betere informatie maakt het daarnaast mogelijk om werkzaamheden nauwkeuriger te plannen en hierover tijdig met bewoners, bedrijven en weggebruikers te communiceren.
Hierdoor kan verkeershinder worden beperkt en blijft belangrijke infrastructuur langer beschikbaar.
Het systeem versterkt bovendien de positie van Rotterdam als innovatieve stad en kan nieuwe samenwerking en economische activiteit rondom slimme infrastructuur stimuleren.
Resultaat & Impact
Het onderzoek resulteerde in een technisch en bedrijfskundig onderbouwd plan voor de mogelijke toepassing van glasvezel als meetinstrument voor Rotterdamse bruggen en kades.
Het rapport laat zien dat grootschalige real-time monitoring technisch mogelijk en op lange termijn financieel aantrekkelijk kan zijn.
Daarnaast biedt de technologie ecologische en maatschappelijke voordelen. Constructies kunnen langer en gerichter worden gebruikt, onderhoud kan nauwkeuriger worden gepland en risico’s kunnen eerder zichtbaar worden.
Hoewel verdere ontwikkeling en praktijkonderzoek nodig zijn, adviseert het team de gemeente Rotterdam om in deze vroege fase het voortouw te nemen.
Door te starten met pilots en glasvezel te integreren bij geplande nieuwbouw en vervanging, kan Rotterdam kennis en ervaring opbouwen voordat de technologie breder wordt toegepast.
Zo kan een netwerk ontstaan waarin bruggen en kades niet langer uitsluitend periodiek worden geïnspecteerd, maar continu informatie geven over hun eigen toestand.
Meer weten over onze aanpak of benieuwd wat Creativity Pools voor jouw organisatie kan betekenen of wil je inzage in het volledige rapport? Neem dan contact met ons op.
