door Michel Grothe | 20 april 2022
Grote bouwprojecten in een binnenstedelijke omgeving, zoals de Rotterdamse Zalmhaventoren, vergen zorgvuldige voorbereiding. Bij het bouwen en ontwikkelen van dit complex spelen bodem en ondergrond een grote rol als het gaat om bodemenergie, fundering, bestaande ondergrondse elementen en infrastructuur. Dit raakt niet alleen de ontwikkelaar van het gebouw, maar ook tal van andere stakeholders. In de Digital Twin van de Zalmhaventoren in Rotterdam wordt rekening gehouden met de ondergrond.
In 1693 is de Zalmhaven in Rotterdam als haven aangelegd voor zalmvisserij. Bij de aanleg van de Erasmusbrug in 1991 is de haven gedempt. In 2018 is in het gebied gestart met de bouw van het hoogste wooncomplex van de Benelux: de Zalmhaventoren. Dit project bestaat uit drie verbonden woontorens midden in het centrum van Rotterdam. De hoogste toren, Zalmhaven I, telt 58 verdiepingen en wordt 215 meter hoog. Zalmhaven II en III worden met 21 verdiepingen 70 meter hoog. Het hele complex heeft een oppervlakte van 15.541 m².
De Rotterdamse Zalmhaventoren wordt gerealiseerd in een binnenstedelijke omgeving. Dat is een complexe situatie die om een zeer zorgvuldige voorbereiding vraagt. Bij de ontwikkeling en bouw van het complex spelen bodem en ondergrond een grote rol. Want het is druk onder de grond. Er zijn bestaande heipalen in de grond, er liggen al de nodige kabels en leidingen in de grond, er moet rekening worden gehouden met bestaande ondergrondse objecten zoals tunnels, maar ook mogelijke restanten van bombardementen uit WOII. Bovendien moet er worden gekeken naar funderingsmogelijkheden, grondwaterdynamiek en duurzame verwarming.
Hoe fundeer je een 215m hoge woontoren?
De ondergrond speelt een grote rol bij het ontwerp en de realisatie van de Zalmhaventoren. Mede door de grondwaterdynamiek en de nabijheid van de Maas is ervoor gekozen om geen parkeerkelders te bouwen, maar parkeervoorzieningen op de begane grond tussen de woningen te plaatsen.
Het ontwerp van de fundering van de Zalmhaventoren is een zeer zorgvuldig traject geweest. De fundering is niet geslagen, maar gedraaid. De techniek van draaien is hier zinvol vanwege de kleiige ondergrond. De kleving van de klei draagt zo mee in de fundering. Bijkomend voordeel is dat deze techniek minder geluidsoverlast geeft.
Bij zo’n hoge toren is de diepte van de fundering ook een wezenlijk aandachtspunt. Voor het hoogste deel, Zalmhaven 1, is gekozen om de fundering extra diep te doen tot aan het tiende dragende laag: de formatie van Peize en Waalre zand 2 (zie figuur 1). Omdat de Zalmhaven pas in 1991 gedempt is, is het aannemelijk dat er weinig ondergrondse objecten zijn die in de weg kunnen zitten voor de bouw. Toch is besloten om ook een grondradar-scan te maken.
Figuur 1 - De fundering van het hoogste deel is tot 65m diep geschroefd tot op de formatie van Peize en Waalre Zand 2
Grondradarscan van de ondiepe ondergrond
Een gebouw als de Zalmhaven gebruikt ook ruimte in de ondergrond. Denk aan leidingen voor elektriciteit en data, riolering en verwarming. En er ligt natuurlijk al het nodige aan ondergrondse infrastructuur die wordt gebruikt door panden in de buurt. Ook boomwortels zijn een factor om rekening mee te houden. Alle ondergrondse objecten bepalen mede de ruimte voor nieuwe aansluitingen. En soms liggen ze op plekken waar je ze niet verwacht. Bijvoorbeeld op het bouwvlak. Een verkeerd beeld van waar deze infrastructuur ligt, kan leiden tot graafschade, meerkosten, onveilige situaties en vertraging van de bouw.
In Nederland kennen we natuurlijk het Kabels en Leidingen Informatie Centrum (KLIC). Naast deze data heeft ook de gemeente Rotterdam een eigen registratie voor ondergrond data. Desalniettemin, bestaat er met registraties altijd een risico op onvolledigheid, of dat liggingsgegevens niet (meer) kloppen. Met een grondradar kan de ondiepe ondergrond in kaart gebracht worden.
Gelukkig kwamen daarin weinig bijzonderheden naar boven. Alleen bleek dat de funderingspalen van het pand dat er eerst stond, zijn blijven zitten. Gelukkig was deze fundering goed gedocumenteerd. Daarna was het de kunst om de nieuwe heipalen om de oude palen heen te leiden (figuur 2).
Figuur 2 - De nieuwe heipalen(grijs afgebeeld) zijn om de oude heipalen(geel) heen geplaatst
Energie uit de ondergrond
Voor de bewoners en gebruikers van het Zalmhaventorencomplex is het vanzelfsprekend van het grootste belang dat zij 24/7 het hele jaar door een comfortabele warmte- en koudevoorziening hebben. Voor de Zalmhaventoren was het gewenste scenario om via open bodemenergie-systemen het gebouw te koelen en verwarmen. Deze systemen, ook wel WKO's genoemd, slaan warmte en koude op in waterhoudende grondlagen. In het REGISII-model van de BRO is goed te zien welke lagen dit zijn.
Aangezien steeds meer gebouwen in steden via energieopslag met behulp van waterhoudende grondlagen worden verwarmd, is de ruimte voor nieuwe WKO's soms beperkt. De WKO-tool laat zien dat er behoorlijk wat bodemenergiesystemen in Rotterdam zijn, voor zover geregistreerd in deze tool.
Het opslaan van energie in de bodem in de vorm van warmte of koude is populair. Tot nu toe leveren de installateurs van WKO’s rapporten op van vele tientallen pagina’s. Met digitale visualisatie zie je in één oogopslag de juiste installatieplek, zodat de nieuwe WKO en alle WKO’s in de omgeving de maximale opbrengsten geven. Vergunningen voor WKO's worden verstrekt door de provincie.
Voor de WKO-aanvraag van de Zalmtoren heeft IF Technology een analyse gemaakt van de benodigde energievraag en beschikbare capaciteit in de ondergrond. Zij vullen de de data uit de WKO-tool aan met eigen data over andere WKO's uit de buurt. Zo ontstaat een meer volledig beeld van de open energiesystemen in de Rotterdamse ondergrond. In een storymap is een vereenvoudigde visualisatie te zien van de invloedssferen van de WKO's in Rotterdam, gemaakt met behulp van IF-technology. Het laat ook meteen zien dat de meeste WKO’s uit dezelfde watervoerende pakketten van bodem gebruik maken. Voor de Zalmhaventoren is gezien de beperkte ruimte, gekozen voor positionering van de warmte- en koudereservoirs onder elkaar te positioneren in verschillende aardlagen.
Ingrediënten
De druk op de gebruiksfunctie van de ondergrond in een stad als Rotterdam neemt toe. Ruimte voor klimaatadaptatie en energiestrategie en bijvoorbeeld de binnenstedelijke verdichting met woningbouw spelen daarbij een rol. Daarom is het belangrijk om de ondergrond nauwkeurig in kaart te brengen. Er is veel informatie beschikbaar en het is de kunst om de beschikbare data van verschillende partijen bij elkaar te brengen en vervolgens de gecombineerde gegevens inzichtelijk te maken.
De digital twin wordt in verschillende applicaties gebruikt op basis van steeds dezelfde 3D scene services. De verschillende apps - Microsoft Hololens 2 en Ipad – roepen dus dezelfde 3D-data op basis van 3D scene services. Als gegevens aangepast worden, dan zijn de gewijzigde data in alle applicaties zichtbaar. Dat is van belang als diverse mensen en organisaties samenwerken.
In de Zalmhaven zijn GIS-datastandaarden (cityGML, I3S, SGY, XML), BIM-datastandaarden (IFC, AutoCad) en overige 3D-datastandaarden (onder andere OBJ) geïntegreerd uit verschillende domeinen. Dit levert een digital twin op van de ondergrond, een digitale kopie in 3D van de daadwerkelijke situatie (zie figuur 3).
Figuur 3 - Overzicht van de ingrediënten van de digital twin Zalmhaven
Dit alles is ook gekoppeld aan technische hulpmiddelen, zoals de AR-bril (zie figuur 4). Hiermee blijf je de echte wereld zien en voeg je via technologie extra informatie toe. Dat is heel handig voor multidisciplinaire teams die betrokken zijn bij de bouw van de Zalmhaventoren. Iedereen kan de Digital Twin zien, van ontwerpers en bouwers tot bestuurders en burgers. Met de huidige computertechnologie maken we de ondergrond transparant. Deze video laat zien hoe het mogelijk is met een Microsoft Hololens II-applicatie van vGIS om het Zalmhaven-project augmented te projecteren op een willekeurige plek. Daardoor kunnen gebruikers interactief om het geprojecteerde tafelmodel heen lopen en interacteren met het gebied en de objecten daarin. Hiermee kan ook effectief worden gekeken hoe het staat met bodem en ondergrond. Zo wordt bijvoorbeeld met het GeoTOP model goed zichtbaar in welke ondergrondlagen de heipalen terecht komen. Ook de interferentiegebieden van verschillende Warmte Koude Opwek-installaties in de omgeving worden goed zichtbaar.
Het platform van vGIS consumeert de scene layers uit ArcGIS rechtstreeks als webservices. Naast de tafeltop-applicatie van hierboven, kan de data ook op straat met augmented reality worden getoond, zowel met een Ipad, als ook met de Hololens II. Daarmee helpt het visualiseren van data uit de ondergrond om meer inzicht te krijgen in de situatie (figuur 4).
Soms is het wenselijk om ook eenvoudig met burgers in 3D te communiceren. Dat kan met de applicaties, zoals een web scene, die vervolgens vaak in een storymap wordt geplaats om verhalend uit te leggen over analyses en ontwerpkeuzes. Daarbij zijn ook meer mogelijkheden om een lezer een specifieke view voor te schotelen. Er is echter de mogelijkheid om dezelfde data via ArcGIS CityEngine software naar 360VR te brengen. Dat is een eenvoudige Virtual Reality-oplossing die voor zowel websites, mobile devices en VR-brillen goed te gebruiken is. In feite wordt een panoramisch beeld gemaakt dat in VR te gebruiken is. Erg eenvoudig te maken en te gebruiken en daarom geschikt voor toepassingen waarbij gebruikers weinig instructie nodig hebben. Maar beperkter qua functionaliteit.
Figuur 4 - De ondergronddata van de gemeente helpt om meer integraal naar het gebied te kijken
De waarde
Ruimte voor klimaatadaptatie en energiestrategie spelen in de bouwopgave een belangrijke rol. Zo ook voor De Zalmhaven. In de basis hebben we hier te maken met vragen over onder meer warmte, elektriciteit, fundering, infrastructuur en de afvoer van afvalstoffen. In de ondergrond liggen al kabels, leidingen, rioleringen, boomwortels, et cetera. Deze objecten bepalen mede de ruimte voor nieuwe aansluitingen en kunnen ook op plekken liggen waar je ze niet verwacht. Een verkeerd beeld kan leiden tot graafschade, meerkosten, onveilige situaties en vertraging van de bouw. Allemaal scenario's die onwenselijk zijn.
Alles bij elkaar is Zalmhaven een digital twin casus, die laat zien hoe visualisatie en analyse met behulp van AR en VR kan helpen bij woningbouw en het oplossen van complexe ondergrondvraagstukken.
Betrokken partijen
De digital twin ondergronds in de zalmhaven Rotterdam is een tot stand gekomen via een samenwerking tussen de gemeente Rotterdam, bouwconcern BAM, het ministerie van Binnenlandse Zaken en Koninkrijksrelaties en Esri Nederland.