- Hoe AI het onderhoud van bruggen kan stroomlijnen
- Geavanceerde technologie monitort de ‘structurele gezondheid’ van civiele infrastructuur
- Mixed reality tilt constructietraining naar een hoger niveau
Digitale technologie heeft de afgelopen jaren een steeds prominentere rol gekregen in allerlei aspecten van ons leven. Bovendien heeft het de een na de andere sector opnieuw vormgegeven. Hoewel de bouwsector van oudsher zeer terughoudend is als het gaat om verandering, staat ook deze branche nu steeds meer open voor nieuwe technologieën en erkent het de talloze voordelen ervan. Dit geldt met name als het gaat om de inspectie van fysieke infrastructuur, een werkgebied dat van oudsher wordt gedomineerd door handmatige processen en dat vrijwel uitsluitend afhankelijk is van menselijke expertise — wat niet alleen arbeidsintensief maar ook tijdrovend en erg duur is. Dit begint nu echter te veranderen. In plaats van reactief te handelen en gebouwinspecties pas op basis van beoordelingen achteraf uit te voeren, pakt de bouwsector zaken steeds vaker proactief aan. Denk bijvoorbeeld aan de implementatie van geavanceerde technologieën die potentiële uitdagingen identificeren voordat er problemen ontstaan.
Deze transformatie van het inspectieproces wordt voor een groot deel veroorzaakt door de groeiende adoptie van innovatieve technologieën als kunstmatige intelligentie, augmented & virtual reality, drones en het Internet of Things (IoT). De voordelen van integratie van deze technologieën in het inspectieproces zijn dan ook talrijk. Ten eerste is de nauwkeurigheid van de verzamelde gegevens verbeterd, wat preciezere beoordelingen mogelijk maakt. Bovendien kunnen geavanceerde technologieën de inspectietijden aanzienlijk verkorten, wat de operationele efficiëntie weer verbetert. Daarnaast kan de implementatie van verschillende nieuwe technologieën de veiligheid van het personeel ook aanmerkelijk vergroten — bijvoorbeeld door de menselijke betrokkenheid in potentieel gevaarlijke situaties te minimaliseren. Maar het allerbelangrijkste is dat inspecteurs, door gebruik te maken van realtime gegevens en voorspellende analyses, potentiële problemen in een vroeg stadium kunnen identificeren, waardoor snelle, preventieve maatregelen mogelijk zijn. Dit verlaagt niet alleen de reparatiekosten, maar verlengt ook de levensduur van gebouwen. In dit artikel gaan we een aantal van deze innovaties nader bekijken en ontdekken we op welke manieren ze gebouwinspecties transformeren.
Alleen al in de VS zijn er ruim 600.000 bruggen, die elk elke twee jaar moeten worden geïnspecteerd. Dit betekent dat er meer dan 300.000 bruginspecties per jaar uitgevoerd moeten worden.
Hoe AI het onderhoud van bruggen kan stroomlijnen
Bruggen vervullen een centrale rol in ons dagelijks leven. Zonder bruggen zouden veel regio’s door fysieke obstakels als rivieren en ravijnen afgesneden zijn van de rest van de wereld. Ze brengen dus een essentiële verbinding tussen regio’s tot stand en vergroten de efficiëntie en continuïteit van onze transportnetwerken. Ze faciliteren de beweging en uitwisseling van mensen, goederen en ideeën, wat belangrijk is voor culturele en economische groei. Maar hoewel bruggen zo gebouwd worden dat ze erg lang meegaan, zijn ze niet immuun voor de tand des tijds. Naarmate de jaren verstrijken, gaan de duurzaamheid, de functionaliteit en de structurele veiligheid van bruggen natuurlijk achteruit. Als de onvermijdelijke schade die daar het gevolg van is niet binnen een redelijke termijn wordt hersteld, kunnen ze zelfs volledig instorten. Gewapend beton wordt algemeen beschouwd als de grootste boosdoener in deze aftakeling, vanwege een fenomeen dat bekendstaat als betoncarbonatatie. Na verloop van tijd infiltreren verschillende stoffen uit de omgeving — zoals kooldioxide en zeewater — het beton en veroorzaken chemische reacties met andere stoffen in het materiaal. Hierdoor ontstaat corrosie van de ingebedde stalen wapeningen, wat weer scheuren in het beton veroorzaakt. En omdat het repareren van deze scheuren een zeer duur en tijdrovend proces is, is de sector op zoek gegaan naar manieren om de verslechtering van deze structuren in de loop van de tijd te monitoren en hierop — voordat zo’n brug onveilig wordt — actie te ondernemen.
Alleen al in de VS zijn er ruim 600.000 bruggen, die elk elke twee jaar moeten worden geïnspecteerd. Dit betekent dat er meer dan 300.000 bruginspecties per jaar uitgevoerd moeten worden, wat een enorm kostbare en tijdrovende taak is, vooral als deze handmatig worden uitgevoerd, wat tot dusver het geval is geweest. Maar onlangs heeft een team van onderzoekers van het Jerome J. Lohr College of Engineering van de South Dakota State University, onder leiding van de professoren Mostafa Tazarv en Kwanghee Won, AI-aangedreven tools ontwikkeld, de zogenaamde BrDATs. Deze tools maken gebruik van computer vision en technische analyses om de structuur en de veiligheid van bruggen automatisch te beoordelen. De tools identificeren bijvoorbeeld scheuren en andere soorten schade in de belangrijkste structurele componenten van een brug, zoals de kolommen. Dankzij deze tool kunnen gebruikers dus bepalen of een brug veilig is of niet — simpelweg door een foto van de constructie te maken en deze naar de app te uploaden. De app is zo gebruiksvriendelijk dat zelfs mensen zonder eerdere technische ervaring er goed mee overweg kunnen. “Zodra een foto is geüpload, checkt de AI-software of er sprake is van scheuren of afbrokkeling, of dat er een staaf zichtbaar is”, legt Tazarv uit. “Vervolgens bepaalt de app of de brug al dan niet veilig is. De gebruiker van de beoordelingstool heeft geen AI-kennis nodig en hoeft ook geen bouwkundig ingenieur te zijn. Wij hebben een app gemaakt waarbij achter de schermen alles voor je wordt gedaan”. Hiermee kunnen we veel tijd en geld besparen en zal de manier waarop we bruginspecties uitvoeren voor altijd veranderen.
“Er is internationaal veel behoefte aan structurele monitoring. Het is niet veel anders dan het monitoren van onze gezondheid. Naarmate we ouder worden, wordt het steeds belangrijker om onze gezondheid in de gaten te houden”.
Necati Catbas, professor aan de afdeling Civiele Techniek, Milieu- en Bouwtechniek van UCF
Geavanceerde technologie monitort de ‘structurele gezondheid’ van civiele infrastructuur
Uiteraard zijn het niet alleen bruggen die voortdurend geïnspecteerd en onderhouden moeten worden; hetzelfde geldt ook voor andere soorten civiele infrastructuur, zoals wegen en gebouwen. Al deze structuren gaan in de loop van de tijd achteruit en hun ‘structurele gezondheid’ moet dan ook voortdurend gemonitord worden om ervoor te zorgen dat mensen er veilig gebruik van kunnen blijven maken. Om dit proces te stroomlijnen heeft een team van onderzoekers van de University of Central Florida verschillende tools ontwikkeld die gebruikmaken van kunstmatige intelligentie en virtual reality-technologieën om inspecteurs bij deze belangrijke inspecties te helpen. “Er is internationaal veel behoefte aan structurele monitoring. Het is niet veel anders dan het monitoren van onze gezondheid. Naarmate we ouder worden, wordt het steeds belangrijker om onze gezondheid in de gaten te houden”, zegt Necati Catbas, professor aan de afdeling Civiele Techniek, Milieu- en Bouwtechniek van UCF. De eerste van deze tools is het Comprehensive Structural Health Monitoring System. De camera’s in dit systeem zijn strategisch rond het bouwwerk geplaatst om allerlei gegevens over het gebruik ervan vast te leggen. De verzamelde gegevens worden vervolgens door de computervisiesoftware verwerkt en geanalyseerd om te bepalen of de constructie nog steeds veilig te gebruiken is. Naast het opsporen van eventuele schade waar direct aandacht aan besteed moet worden, geeft de tool ook informatie over structurele veranderingen en zwakke punten. “Door de camerabeelden te analyseren kunnen we allerlei belangrijke informatie over deze bruggen en gebouwen verkrijgen”, legt Catbas uit.
Het team ontwikkelde ook het Immersive Visualisation System, waarmee inspecteurs een constructie in een computergesimuleerde omgeving kunnen controleren, het draagvermogen ervan nauwkeurig kunnen beoordelen en tekenen van schade kunnen identificeren. Het systeem maakt gebruik van technologieën als sensoren, robots, drones, LiDAR-scanners en infrarood-thermografiecamera’s, om de nodige informatie over de structuur te verzamelen en deze in een virtuele omgeving precies na te bootsen. “Met deze technologie kun je experts virtueel naar gebouwen en bruggen in rampgebieden ‘transporteren’, zoals na een orkaan”, voegt Catbas toe. “Ik kan virtueel op een beschadigde brug in Florida staan en beslissingen bespreken met collega’s die zich bijvoorbeeld in Californië bevinden”. Dankzij deze beide innovaties hoeven inspecteurs niet meer fysiek op locatie aanwezig te zijn, wat het inspectieproces aanzienlijk efficiënter en veiliger maakt. De derde innovatie is het Collective Intelligence Framework, waarmee het inspectieproces dankzij een combinatie van AI en mixed reality-technologieën — beduidend versneld kan worden. Allereerst moet een inspecteur een hoofdtelefoon opzetten en het bijbehorende draagbare apparaat gebruiken om de beschadigde structuur te scannen. Vervolgens analyseert het systeem de toestand van de constructie in realtime en projecteert de informatie als het ware over het gezichtsveld van de inspecteur. Met het systeem kan de inspecteur bovendien inzoomen en gevaarlijke of moeilijk bereikbare delen van de constructie op afstand inspecteren, wat het hele proces een stuk veiliger maakt.
Mixed reality tilt constructietraining naar een hoger niveau
Met mixed reality-technologie kun je ook de efficiëntie van constructie-opleidingen aanzienlijk verbeteren. Zo heeft het AR/VR-ontwikkelingsbedrijf VeeRuby Technologies onlangs een nieuwe MR-trainingsapplicatie onthuld met de naam Construction Inspection. Dit systeem is ontworpen om werknemers in de bouwsector te trainen op het gebied van gebouwinspectie, brandveiligheid en andere veiligheidsmechanismen. Met de app kunnen gebruikers structurele blauwdrukken van hun gebouwen importeren en die vervolgens over echte omgevingen projecteren om te controleren op eventuele verschillen. Zodra duidelijk wordt dat een deel van de structuur afwijkt van het oorspronkelijke plan, kun je direct een rapport genereren met details over deze bevindingen. Hierdoor kun je de voortgang van de bouw veel nauwkeuriger volgen en gebieden waar ingegrepen moet worden meteen identificeren, wat het inspectieproces efficiënter maakt en het bedrijf veel tijd, geld en middelen bespaart. Alle 3D-modellen, animaties en ontwerpen binnen de applicatie zijn gemaakt met tools als Maya en Blender, wat resulteert in hoogwaardige digitale content. Het systeem is bovendien compatibel met verschillende besturingssystemen, platforms en apparaten, waardoor deze door zoveel mogelijk mensen gebruikt kan worden.
Een laatste overweging
De manier waarop we de inspectie van de fysieke infrastructuur uitvoeren ondergaat een belangrijke transformatie, grotendeels gedreven door de toenemende adoptie van innovatieve technologieën als kunstmatige intelligentie, augmented & virtual reality, drones en het Internet of Things (IoT). Deze technologieën beloven inspectieprocessen te optimaliseren, waardoor de nauwkeurigheid van de gegevens aanzienlijk verbetert, de inspectietijden korter worden en er minder risico is op blootstelling aan gevaarlijke omgevingen. Misschien wel het allerbelangrijkste: deze technologieën zorgen ervoor dat we onderhoud steeds proactiever kunnen benaderen, waardoor we potentiële problemen kunnen identificeren en aanpakken voordat ze escaleren en tot ongelukken leiden. Zo kunnen we storingen voorkomen, kosten besparen en de levensduur van onze infrastructuur aanzienlijk verlengen. Deze ontwikkelingen zijn bovendien geen tijdelijke trends, maar vormen de basis voor een nieuwe standaard in de bouwsector. Het tijdperk van digitale transformatie in deze sector is nu echt begonnen en dit zal ongetwijfeld leiden tot een veiligere, efficiëntere en duurzamere toekomst voor ons allemaal.
