Hoogwaardige 3D-modellen als basis voor tunnelrenovaties

Satellietdata, scans, 360⁰-foto’s, oude tekeningen, gegevens uit KLIC. In de 3D-modellen die Rijkswaterstaat laat ontwikkelen komt véél informatie samen. Movares bouwt deze ‘digital twins’ samen met GeoNext en Grondradar voor vijf Zuid-Hollandse tunnels die moeten worden gerenoveerd. Als eerste is een pilot uitgevoerd in de langzaamverkeerbuis van de Beneluxtunnel.

“Als Rijkswaterstaat zien we al langer de waarde van 3D-modellen en ‘digital twins’. Zo passen we ze bij de nieuwbouw van tunnels al veelvuldig toe. Bij tunnelrenovaties waren we echter tot voor kort nog wat terughoudend op dit gebied”, zegt Jan Verbrugge van Rijkswaterstaat. “Het renovatieproject Heinenoordtunnel heeft daar verandering in gebracht. Voor de tender van dit project hebben we een 3D-model van de bestaande situatie gemaakt. Dat bleek een gouden greep. Toen we namelijk met de aanbesteding wilden starten, brak de covid-epidemie uit en mochten we geen mensen in de tunnel ontvangen om de situatie ter plekke te bekijken. Dat had heel vervelend kunnen uitpakken, omdat aannemers niet geneigd zijn om een aanbieding te doen als ze het werk niet zelf kunnen zien en beoordelen. Het 3D-model bood uitkomst, omdat we hiermee belangstellende partijen virtueel konden rondleiden. Onder andere door deze ervaring zijn we inmiddels doordrongen van de meerwaarde van dit soort modellen.”

“Voor ons was het dan ook vanzelfsprekend dat we 3D-modellen willen voor de eerste vijf tunnels die we gaan renoveren als onderdeel van het Project Tunnelrenovaties Zuid-Holland (PTZ). Voor de aanbesteding van deze modelleringsklus – die ik samen met mijn collega Alen Halilovic vanuit de techniek begeleid – hebben we de ervaringen benut van de Heinenoordtunnel. Een voorbeeld. Voor het maken van dit soort modellen worden zowel 3D-scans als 360^°-foto’s gemaakt vanaf een statief op de tunnelvloer. In de Heinenoordtunnel waren de installaties aan het tunneldak op deze foto’s slecht te zien door het sterke tegenlicht van de tunnelverlichting. Daarom hebben we bij deze aanbesteding de eis opgenomen dat voor het maken van de foto’s moet worden bijgelicht vanaf de vloer.”

Halilovic vult aan: “We hebben nu ook statische scans voor de tunnelbuizen geëist, omdat rijdende scans niet de gewenste nauwkeurigheid blijken te hebben. Verder hebben we op aanraden van aannemerscombinatie Savera, die de renovatie van de Heinenoordtunnel uitvoert, opgenomen dat de 3D-modellen met Revit-software moeten worden gemaakt. In de praktijk is deze software ondertussen de standaard voor de inframarkt.”

‘We hebben eerst een pilot gedaan in de langzaamverkeertunnel van de Beneluxtunnel.’

“Om er zeker van te zijn dat de 3D-modellen straks helemaal voldoen aan de wensen van Rijkswaterstaat, hebben we eerst een pilot gedaan in de langzaamverkeertunnel van de Beneluxtunnel”, legt Judith Hoetelmans van Movares uit. “Dat is onderdeel van onze kwaliteitsaanpak. Voor de pilot heeft GeoNext eind januari 3D-scans en 360^°-foto’s gemaakt. Op basis van de verzamelde puntenwolken en informatie van gedigitaliseerde tekeningen hebben wij voor dit stuk tunnel een 3D-model gemaakt. Rijkswaterstaat gebruikt dit pilotmodel om te beoordelen of dit overeenkomt met hun wensen. Pas als we groen licht krijgen en duidelijk is aan welke eisen de modellen moeten voldoen, starten we met het daadwerkelijke scannen en modelleren van de vijf tunnels. Deze werkwijze voorkomt onder andere dat we bij een tunnel voor extra scans terug moeten komen en de tunnel een extra nacht moet worden afgesloten.”

Het maken van de 3D-scans vergt een zorgvuldige voorbereiding. “Voordat we gaan scannen, bepalen we eerst met het Global navigation satelite system (GNSS) en waterpasmetingen buiten de tunnel het grondslagnetwerk. Dit bestaat uit een aantal vaste punten, ook wel SMG-punten genoemd”, legt projectleider Daisy Sparla van GeoNext uit. “Deze punten zijn nodig als referentie voor de metingen in de tunnel. Als we de SMG-punten hebben, voeren we vanaf een statief een reeks laserscans uit, bijvoorbeeld om de twintig meter. De scans leiden tot heel veel meetdata in de vorm van puntenwolken, waaruit we de geometrie van een tunnelbuis, inclusief alle installaties heel nauwkeurig kunnen afleiden. De scans combineren we met 360^°-foto’s om te bepalen om welke specifieke installaties het gaat. Wat is bijvoorbeeld een camera, wat een zichtmeter en wat een ventilator. Movares verwerkt al deze gegevens vervolgens in een 3D-model, waarbij elk installatieonderdeel een specifiek nummer krijgt, conform de zogeheten SATO-lijst. Deze lijst sluit volledig aan op het bestaande onderhoudsmanagementsysteem Ultimo van Rijkswaterstaat.”

Minimale hinder

“De scans beperken zich tot de geometrie van de tunnelbuizen”, licht Hoetelmans toe. “Voor de renovatie is het handig om ook te zien wat er achter wanden of een plafond zit: hoe dik is bijvoorbeeld het beton van de tunnelwand? We scannen daarom ook allerlei oude tekeningen in, waarna we deze informatie toevoegen aan het model. Ook informatie over bijvoorbeeld kabels en leidingen buiten de tunnel stoppen we in het model. Bij wat oudere tunnels is er vaak sprake van ‘weeskabelbedden’ en zijn er soms nog resten van civiele constructies aanwezig die niet in KLIC zijn opgenomen. Onze partner Grondradar verzamelt al deze gegevens. Verder maken we scans vanuit een vliegtuig met Lidar voor een model van het gebied buiten de tunnel en meten we aansluitende en toeleidende weginfrastructuur in met een speciale uiterst nauwkeurige scanauto.”

Hoetelmans vervolgt: “Samen met Rijkswaterstaat hebben we gekeken hoe we de scans kunnen maken met minimale hinder voor het verkeer. We zijn erop uitgekomen dat we bij elke tunnel tijdens een nachtafsluiting voor regulier onderhoud gelijktijdig met de onderhoudsaannemer de tunnel in mogen. Tijdens deze nachtafsluiting brengen we de benodigde meetbouten aan. Vervolgens hebben we per tunnel slechts één nachtafsluiting nodig om alles volledig in te scannen.”

Beheer en onderhoud

Verbrugge verwacht veel van de 3D-modellen: “We willen ze primair gebruiken voor de aanbesteding van de tunnelrenovaties. Bij PTZ hebben we gekozen voor parallel renoveren. Hierbij brengen we de nieuwe tunneltechnische installaties aan, terwijl de bestaande nog in gebruik blijven voor de bediening en bewaking. Door deze werkwijze komt een tunnel tijdelijk echt heel vol te hangen met spullen. Dat vereist dat de renovatieaannemer goed kan zien waar er ruimte is voor de nieuwe installaties. Daarom stellen wij strenge voorwaarden aan de nauwkeurigheid van de modellen.”

“Behalve voor de aanbesteding willen we de modellen ook gaan gebruiken voor training en opleiding. Verder zijn ze voor beheer en onderhoud heel geschikt. Als de modellen gereed zijn, willen we ze dan ook meteen beschikbaar stellen aan de beheerder en de onderhoudsaannemers voor het lopende onderhoud. Een belangrijk afspraak daarbij is dat ze elke wijziging direct in het model verwerken, evenals operationele gegevens zoals toegepaste materialen en onderhoudsinformatie. Dat zorgt ervoor dat we straks bij de renovaties niet voor verrassingen komen te staan.”

Verbrugge vervolgt: “Overigens ben ik ervan overtuigd dat we de werkwijze op termijn moeten omdraaien. Dus niet aan de onderhoudsaannemers vragen om na aanpassingen de wijzigingen toe te voegen aan het model, maar vragen om de wijzigingen eerst door te voeren in het model, dan nieuwe tekeningen te maken en pas daarna de ombouw te doen. Op die manier hebben we de actuele situatie altijd goed in beeld.”