Leontien Spoelstra en Michel Grothe | december 2022
Gemeente Groningen zet een integraal 3D model in om slimmer om te gaan met de inrichting van de stad en andere gemeentelijke vraagstukken. Voor Groningen is haar 3D digital twin een logische stap in de optimalisatie van de volledige bouwketen; voor betere en snellere besluitvorming; communicatie naar en met inwoners (participatie); het met slimme toepassingen ondersteunen van beleidsvraagstukken; en aansluiten bij innovatieve ontwikkelingen in overheidsland, op de markt en bij onderwijsinstellingen.
De 3D digital twin is een gemeentedekkend, objectgericht 3D model van de ondergrond, het maaiveld en de bovengrond van gemeente Groningen. De data van het 3D model wordt actief beheerd: elke 2 jaar vind er een update plaats van de gebouwen en van het terreinmodel. Andere datasets zijn gelinkt aan de gemeentelijke beheerapplicaties. De bovengrondse gebouwen in het model zijn fotorealistisch door ze via een geautomatiseerd proces te beplakken met een scherpe (obliek)foto (figuur 1).
3D digital twin is half 2022 opgeleverd en heeft nu de potentie om uit te groeien naar een volwaardige digital twin waarin 3D digital twin het platform is voor simulaties en real-time data visualisatie.
Figuur 1 - Visualisatie van 3D digital twin met de fototexturen op de gebouwobjecten
Visie 3D digital twin
De realisatie van de 3D digital twin is voortgekomen uit een visie, die gestoeld is op het gedachtegoed van BIM. Hierbij staat de M in BIM, wat 3D digital twin betreft, voor Model èn voor Management. De hele ruimtelijke keten voedt en gebruikt de 3D digital twin namelijk; zij staat centraal in zowel organisatorische processen als in het datamanagement. Om in de uitvoering aan te tonen hoe een 3D digital twin zou kunnen bijdragen aan de gemeentelijke vraagstukken zijn parallel aan het vaststellen van de visie twee pilots uitgevoerd. Hierbij is bewust voor pilots in verschillende beleidsvelden gekozen.
- Het in 3D brengen van ondergrond in relatie tot bovengrond
In deze pilot staat clash detectie en ruimtelijke analyse centraal. Locatie voor deze pilot was het voormalige fabrieksterrein met vloeivelden van de voormalige Suikerunie. Deze pilot werd ondersteund door het Programmabureau BRO. - De meerwaarde van (bovengrondse) 3D in ontwerp, participatie, communicatie en besluitvorming
Deze pilot betrof de herinrichting van het dorp Ten Post; een karakteristiek dorp in het gasbevingsgebied wat versterkt moet worden. Deze pilot werd ondersteund door het European Regional Development Fund: Interreg project Like!
In beide pilots is samenwerking gezocht met externe overheids- en commerciële partijen om de markt te verkennen en de kennis aan beide zijden te vergroten. De inzichten uit de pilots en de gesprekken met diverse stakeholders en samenwerkingspartners zijn verwerkt in een presentatie en promotiefilm voor ons gemeentelijke bestuur. De pilots en de visie samen hebben geleid tot de opdracht om 3D digital twin te realiseren.
In de praktijk
Een mooie praktijktoepassing is de visualisatie van een nieuw civiel kunstwerk in onze gemeente. Inputdata voor de stedenbouwkundig tekenaar is de LiDAR puntenwolk, terrein, 3D gebouwmodellen en beheerdata. Output is een virtuele dynamische visualisatie in Twin Motion (figuur 2). De nauwkeurige, betrouwbare 3D data ondersteunt de communicatie en participatieprocessen naar bewoners toe.
Figuur 2 - Visualisatie van ruimtelijk ontwerp met 3D digital twin in Twin Motion
Een tweede praktijktoepassing is de bouw van een nieuwe woontoren in de stad Groningen. Om bewoners mee te nemen in het proces is een projectomgeving gemaakt waarin bewoners het nieuwe ontwerp vooraf kunnen bekijken en de impact kunnen beleven. Analyses als zichtlijnanalyse, zonlicht- en schaduwanalyse staan hier centraal.
Onder de grond, blijkt de kaart ‘Pleistoceen dekzand’ interessant voor verschillende vakspecialisten. Geotechnische boringen, milieukundige boringen en archeologische boringen, zijn via een ruimtelijke analyse bij elkaar gebracht in een verdicht ondergrondmodel (figuur 3). Hierop kunnen archeologen kansberekeningen uitvoeren op steentijdarcheologie, ingenieurs de diepte van funderen bepalen en waterbeleid de doorlaatbaarheid van de bodem baseren.
Figuur 3 - Visualisatie van ruimtelijke analyse pleistoceen dekzand
Ingrediënten
Om de 3D digital twin van Groningen te realiseren heeft een aanbesteding plaatsgevonden voor de projectcoördinatie, data-inwinning, modellering van gebouwen, hosting van de data en ontsluiting van de data in een cloud-omgeving. Een consortium van Future Insight, Kavel10 en Avineon is samen met Gemeente Groningen met het project aan de slag gegaan. De datasets worden nu in een cloud-omgeving beheerd door Future Insight en ontsloten via Nederlandin3D (viewer Cesium).
3D digital twin bestaat uit beheerde datasets. Enerzijds zijn dit statische datasets die periodiek worden geüpdatet, anderzijds zijn dit datasets die naar 3D zijn getransformeerd vanuit de gemeentelijke beheerapplicaties en open datasets (figuur 4). Met oog op de toekomstige 3D Samenhangende Objecten Registratie (SOR) is bij de ontwikkeling van 3D digital twin nadrukkelijk gekozen voor opbouw vanuit de basisregistraties. De BGT is gebruikt als basis voor de visualisatie van zowel de kunstwerken als de gebouwen. Alle 3D gebouwmodellen hebben de BGT-pandgeometrie als footprint. Elke 2 jaar wordt een nieuwe LiDAR puntenwolk ingewonnen, en deze wordt vergeleken met de procesmatige BGT-BAG mutatiedetectie. Enerzijds wordt hierdoor grip gehouden op mutaties, anderzijds toont het ons waar de pijnpunten van de informatiemodellen BGT en BAG zitten voor de toekomstige 3D SOR.
De interne gebruikers van de 3D digital twin, kunnen de datasets met gebruik van OGC-standaarden downloaden en (her)gebruiken in eigen applicaties. Via een plannerfunctionaliteit kunnen gebruikers zelf ook datasets opgemaakt conform OGC-standaarden uploaden. Het is momenteel nog niet mogelijk om zonder tussenkomst van de hostende partij data te muteren. Dit is wel een wens voor de toekomst.
Figuur 4 – Ingrediënten 3D digital twin Groningen
In de viewer zijn een aantal slimme tools gebouwd. Analysetools, zoals zichtlijn berekening, zonlicht- en schaduwanalyse, water-op-straat analyse (3Di Nelen&Schuurman), profiellijnen, 2D en 3D metingen, en dwarsdoorsnedes. Simulatie en analyse toepassingen worden zowel in deze omgeving als in andere applicaties uitgevoerd.
Naast de 3D digital twin viewer wordt gebruik gemaakt van andere visualisatietools. Voor projecten wordt binnen de organisatie veel gebruik gemaakt van ArcGISonline, Twin Motion, Bentley, AutoCAD en Sketch-up. Het mooie aan 3D digital twin is dat de data in alle gewenste formaten is te downloaden en uploaden. De OGC-standaarden maken uitwisseling mogelijk met architectenbureaus, onderwijsinstellingen, overheden en inwoners.
De (verwachte) waarde
De gemeente Groningen staat voor een opgave op het gebied van ruimtelijke ontwikkeling. Bouwprojecten worden steeds complexer. Zowel de ondergrond als de bovengrond wordt steeds voller. Het verkeer wordt drukker. Bouw veroorzaakt hinder in de openbare ruimte. Er zijn steeds meer externe partijen betrokken bij het ontwerp, realisatie en beheer. Het risico op faalkosten wordt daardoor groter. In Nederland worden faalkosten ingeschat op bijna 11% van de omzet van een bouwproject. Dit zijn onnodige kosten die voorkomen kunnen worden door samen slimmer gebruik te maken van datatechnologie.
De combinatie van datalagen in één model zorgt er voor dat iedereen naar dezelfde uniforme data kijkt. De data wordt beheerd bij de bron. Er is dus geen sprake meer van conversie, synchronisatie en kopiëren van gegevens, met alle risico op fouten van dien. Eenmalig inwinnen, meervoudig gebruik. Dit vermindert de proceskosten. Dit komt tot uiting in figuur 5. In dit zaagtandmodel verbeeldt de blauwe lijn de traditionele manier van werken, waarbij elke nieuwe fase slechts een klein deel van de informatie (schetsen/modellen/kennis) overneemt om mee verder te gaan in zijn eigen proces. De groene lijn verbeeldt het werken in de 3D digital twin waarbij de hele keten gebruik maakt van dezelfde informatie. Dit vergt een investering in het begin van het ketenproces in de vorm van overleg, afstemming, opwerken van kwantitatief en kwalitatieve informatieproducten voor de hele keten. In het vervolgtraject levert deze werkwijze juist tijdwinst op en vermindert het de kans op faalkosten.
Figuur 5 - Zaagtandmodel. Dit model geeft de traditionele manier van werken aan (blauwe lijn) ten opzichte van de nieuwe manier van werken (ketensamenwerking met 3D digital twin en BIM)
Betrokkenen
De 3D digital twin is tot stand gekomen dankzij een aantal partners, die net zoals wij geloven dat digital twin de toekomst is. In de pilotfase hebben we subsidies ontvangen vanuit Programma BRO, ministerie van Binnenlandse Zaken en European Regional Development Fund: Interreg project Like! De samenwerkingspartners in de uitvoering waren voor pilot 1 Geomaat, Geodan en Esri. Voor pilot 2 Geomaat, Eyefly en Kavel10. De uitvoering van 3D digital twin is een samenwerking geweest van Kavel10, Future Insight en Avineon.
De oplevering van de 3D digital twin , half 2022, is het begin. De ambitie is om nu door te groeien naar een volwaardige digital twin in eigen beheer, die een proeftuin kan zijn voor interne en externe vraagstukken van de gemeente. In het uitvoeringsplan 3D is nadrukkelijk de wens tot samenwerking opgenomen met zowel landelijke als regionale partners uit overheden, markt en onderwijsinstellingen. Hier wordt op dit moment al uitvoering aan gegeven. Gemeente Groningen is bij het landelijke VNG programma Totaal 3Dimensionaal aangesloten door deelname in de klankbordgroep. In Totaal 3Dimensionaal wordt de 3D keten Inwinnen-Registreren-Gebruiken beproefd en doorontwikkeld tot een 3D Samenhangende Objecten Registratie.
Vanuit het Programma Innovatie van het ministerie van BZK wordt uitvoering gegeven aan een Dynamic digital twin. In dit project staat standaardisatie van 3D rioleringsdata centraal, en worden vier proeftuinen ingericht om de meerwaarde in beeld te brengen en toepassing te verkennen. Gemeente Groningen is penvoerder van het project wat wordt geleid door Nelen&Schuurmans. Overige deelnemende partijen zijn Stichting Rioned, Future Insight, gemeente Den Haag, gemeente Rotterdam en gemeente Breda.
Daarnaast is er vanuit gemeente Groningen, gemeente Het Hogeland en Provincie Groningen een initiatief gestart om te komen tot een regionale digital twin. In dit programma wordt een laagdrempelig stappenplan ontwikkeld voor gemeenten en overheidspartijen om aan te sluiten op de 3D OGC-standaarden om gezamenlijk toe te werken naar een regionale digital twin. Hiervoor zal aansluiting gezocht worden met de Geonovum Werkplaatsen.