T-Systems, bouwbedrijf DuraVermeer en provincie Noord-Holland hebben de nieuwe Kogerpolderbrug (onder Alkmaar) voorzien van betonsensoren, die met behulp van narrowband-iot, een dataplatform en dashboard onder andere vochtigheid, temperatuur en corrosie gaan meten. Dit biedt inzicht in de ‘gezondheid’ van de brug. De eerste ‘pratende brug’ van Nederland krijgt wat T-Systems betreft veel broers en zussen. 'We willen opschalen naar nieuwe en bestaande bruggen.'
De infrastructuur in veel Europese landen is er slecht aan toe. We kennen allemaal het verhaal van de Morandi-brug in Genua, die de stadsdelen Sampierdarena en Cornigliano met elkaar verbond. In 1967 werd de brug opgeleverd en 51 jaar later, op 14 augustus 2018, stortte het bouwsel volkomen onverwacht in elkaar met een ultieme genadeklap. Daarbij lieten 43 mensen het leven. Het is misschien een extreem voorbeeld maar desalniettemin exemplarisch voor de ongewisse staat van onze bruggen en viaducten. Hoe lang ze nog mee gaan? We weten het niet precies.
Nederland telt maar liefst veertigduizend bruggen, waarvan een groot deel ruim een halve eeuw geleden is gebouwd. Over de meeste bruggen heeft veel meer verkeer gereden dan ooit voor mogelijk werd gehouden. Hoe het is gesteld met hun gezondheid? Zijn er misschien een paar bij die de Morandi-brug naar de kroon steken? Daarover kunnen we meer te weten komen met behulp van betonsensoren, die in bestaande en nieuwe bruggen kunnen worden geplaatst. Met de nieuw opgeleverde Kogerpolderbrug wordt nu ervaring opgedaan.
Batterijloze sensoren
Gert-Jan Bruinsma en Coen van Puffelen van T-Systems (de it-dochter van Deutsche Telekom) zijn nauw betrokken bij dit project. Bruinsma vertelt: ‘Het moment waarop bruggen groot onderhoud moeten krijgen, of vervangen moeten worden, is lastig te bepalen. Te vroeg ingrijpen zorgt voor verkeersoverlast en is niet duurzaam. Tot nu toe werd alleen bij visueel zichtbare schade actie ondernomen. Maar bij betonnen constructies is dat vaak juist te laat. Grote reparaties en hoge kosten worden voorkomen als tijdig wordt ingegrepen. Dit project speelt daarop in.’
De batterijloze sensoren (twaalf stuks in totaal) zijn in de wapening van het beton geplaatst. Ze worden aangestraald met inductie en worden daardoor actief. Ze maken gebruik van het narrowband-iot-netwerk van T-Mobile. Zo kan vanuit de brugconstructie gecommuniceerd worden met het dataplatform en dashboard voor de beheerder. Het dashboard is dusdanig ingericht dat verschillende types datastromen vanuit verschillende sensoren van diverse fabrikanten geïntegreerd kunnen worden. (Vendor lock-ins zijn dus niet aan de orde.) Het dashboard geeft waarschuwingen op het moment dat bepaalde grenswaardes worden overschreden.
Afstand brugdelen meten
Voor T-Systems is de Kogerpolderbrug een investering in een ontwikkeling op de markt waar het bedrijf sterk in gelooft: het samenkomen van cloud, connectiviteit, beveiliging en digitalisering in projecten. De brug is daarvan een mooie representatie. Van Puffelen ziet allerlei praktische toepassingen: ‘De brug moet open en dicht kunnen en heeft dus beweegbare delen. Met de sensoren kunnen we de afstand meten tussen de beweegbare brugdelen. In de zomer is dat hard nodig. Door de hoge temperaturen kan het beton uitzetten en kunnen de delen vast komen te zitten. Ons dashboard toont de afstand en de eigenaar kan zo nodig zorgen voor koeling van de brugdelen.’
Geld besparen op onderhoudskosten is een samenspel van digitalisering en connectiviteit. Bruinsma licht toe: ‘De dataset geeft de beheerder relevante informatie over corrosie, temperatuur en vochtigheid. Op tijd ingrijpen voorkomt hoge kosten voor de provincie Noord-Holland want de beheerder heeft zijn kengetallen paraat. Zo is uit onderzoeken in Duitsland gebleken dat door te laat ingrijpen de onderhouds- en reparatiekosten exponentieel stijgen.’ Van Puffelen vult aan: ‘Met de data kunnen we er bijvoorbeeld ook achter komen dat een oude brug nog vijftig jaar mee kan. Dan ga je besparen.’
Betonrot opsporen
Tijden veranderen. En het onderhoud aan beton verandert mee. Ooit, nog niet zo lang geleden, werd een onderhoudsmonteur op pad gestuurd om de staat van beton te meten en betonrot op te sporen. Dat was een helse klus van gaten boren en boorkernen analyseren. De brug werd afgezet en het verkeer moest wachten. Al met al een bloed, zweet en tranen kostende operatie. En toen kwam het internet of things (iot), met betonsensoriek als jongste loot aan de stam. Betonrot kan voortaan worden ontdekt als het met visuele inspecties nog niet zichtbaar is.
Over narrowband-iot zegt Van Puffelen dat het ‘een strak gereguleerd connectiviteitsmedium’ is. Het aan het netwerk gekoppelde beheerplatform wordt 24/7 gemonitord. De betonsensoren sturen één keer per week een signaal door. Dat is voor beton genoeg, volgens Van Puffelen. Voor de meting van de beweegbare brugdelen geldt dat die ieder kwartier gedaan moet worden. Verder is het geen ingewikkeld verhaal, ook niet qua beveiliging. Hackers die de brug open willen zetten? Die maken volgens Van Puffelen geen kans: ‘Het security-deel is afgeschermd. Verder valt dit project onder ons standaard security-protocol. Hier zijn geen speciale maatregelen voor nodig, zoals bijvoorbeeld voor het beveiligen van fabrieken of grote bedrijven. De mogelijkheden om in te breken worden gemonitord en iedere vorm van niet-geautoriseerde toegang wordt geregistreerd.’
Verkeersstromen
Het project is eerder dit jaar opgeleverd. Het systeem is in bedrijf, het platform is ingericht en er vindt datacommunicatie plaats tussen de sensoren in de betonconstructie en het dataplatform van de beheerder. En nu? Wat zijn de plannen? Bruinsma: ‘Ons doel is opschalen. We staan op het punt om het tweede deel van het project in te gaan en leerervaringen te delen. Als we met DuraVermeer en andere bouwbedrijven kunnen aantonen dat we de onderhoudskosten van meer bruggen en viaducten kunnen terugdringen, is dat een interessant verdienmodel. Eigenlijk alles waar onderhoud aan zit en wat gemonitord kan worden, komt voor ons in the picture. Met digitale oplossingen maken we bestaande processen slimmer.’
Behalve de toestand van het beton, mechanische slijtage, temperatuur, corrosie en vochtigheid kunnen de sensoren straks misschien ook de belasting van de brug gaan meten. Bruinsma ziet het wel voor zich: ‘Meten hoe vaak en op welke tijdstippen de brug open en dicht gaat, en hoeveel verkeer eroverheen en onderdoor gaat, is zeker interessant. Maar dat is niet aan ons. De eigenaar, provincie Noord-Holland, beslist over de gebruikers van het platform.’
Dit artikel staat ook in Computable-magazine #01/2021.
Narrowband-iot dringt door dikke muren heen
Sigfox, LoRa en Nb-IoT (narrowband-iot) worden gezien als ‘vooroplopers’ in het verbinden van internet of things-projecten. Onder andere Vodafone en T-Mobile kiezen voor NB-iot, dat in goedkope hardware twaalf tot vijftien jaar op één batterij kan functioneren en compatibel is met bestaande netwerken. NB-iot kan zelfstandig worden gebruikt op verschillende kanalen met een bandbreedte van niet meer dan 200kHz.
Volgens een whitepaper van Vodafone biedt Nb-iot een betere dekking dan alternatieve technologieën: ‘Vergeleken met de normale GSM/GPRS-zenders is het verschil zelfs 20dB, wat gelijk staat aan een bereik dat zeven keer groter is. Tijdens onze testen kon Nb-iot zelfs doordringen in twee of drie lagen dikke muren, wat betekent dat ook apparaten in kelders en ondergrondse parkeergarages bereik hebben.’
