PIUJS € 8,00
ONDERZOEKSRAPPORT
INTEGRAAL BOOR BEHEERS SYSTEEM (IBBS) PLAN VAN AANPAK fASE II: ONTWIKKELING PROTOTYPE IBBS
L70003
COB
-
CENTRUM
ONDERGRONDS
BOUWEN
Het Centrum Ondergronds Bouwen wil als kennlsnetwerk oog en oor zljn voor alles wat met ondergronds bouwen te maken heeft. Vanult de vlsle dan ondergrond rulmtegebrulk en essentl!He bljdrage levert aan een moo I, leefbaar en slagvaardlg Nederland, stimuleert het COB de dlaloog tussen aile mogelljke partljen die een rol spelen bij de verkennlng van belemmerlngen mogelljkheden van het bouwen onder de grond. Naast het (mede) ultYoeren van onderzoeken,
en Is
het COB actlef op het gebled van communlcatle, kennlsmanagement en onderwljs, onder meer door de ondersteunlng van een leerstoel ondergronds bouwen aan de TU Delft en het lectoraat ondergronds rulmtegebrulk aan de Hogeschool Zeeland. Meer dan honderd organlsatles ult het bedrljfsleven, de overheld alsmede kennislnstltuten bundelen In het COB hun krachten en expertise. Het COB maakt deel uit van het CUltNET en stemt zljn activitelten af met andere deelnemers aan dat netwerk, zoals CUR, Hablforum en SKB. Durnaast heeft het COB een Memorandum Of Understanding met de Japan Tunneling Association (JTA) en stimuleert het internationale uitwlsselingen met andere ianden. COB Is mede inltlatiefnemer van het nleuwe onderzoeksprogramma ECON en werkt nauw samen met Delft Cluster.
COB NA 2003 In 2003 loopt de tweede onderzoeksperiode van het COB af. In nauw overleg met de partlclpanten Is een businessplan opgesteld voor de perlode 2004-2007. Hlerln wordt ook een aangepaste programmeerwijze voorgesteld waarbij een grote nadruk op afstemmlng tussen vraag en aanbod zal worden gelegd. De In het businessplan genoemde speerpunten, voortgekomen ult een brede consultatle van het COB netwerk, vormen het ultgangspunt voor de programmering van onderzoeksprojecten. De speerpunten bieden een focus voor de programmerlng en doen recht aan de vlsle van de komende jaren: 'Samenwerken aan het verantwoord ontwlkkelen, bouwen en beheren van ondergrondse ruimte'
COB COMMISSIE
700
Integraal Boor Beheers Systeem (IBBS)
PLAN VAN AANPAK PROTOTYPEIBBS
Ref.nr. Versie B
Opgesteld Controle Vrijgave
FASE
II : ONTWIKKELING
: 4925000XlJHalDS/R012263
~-
,,~~...,
Boor Beheers
Integraal
, , ,-,
-
Titel en subtltel:
Plan van
,.
fase II:
Ir. JK Haasnoot, Ir. F.J. Kaalberg
... J
IBBS rapport:
Datum 22 oktober 2001
Concept 2
Rapportnummer
COB-document
4925000XlJHa/DSI Projectleider(
nummer:
R012263-B Projectbege!eider
s)
opdrachtgever:
ir. F.J. ...
Naam en adres
Naam en adres opdrachtgever:
. ".."......
Centrum
TEC Postbus 3900
Postbus
747
2800
AS Veenendaal
Opmerkingen:
Ondergronds
Bouwen
420
AK Gouda
geen
Samenvattlng rapport: Hel doel van dil rapport is om op basis van de rasullalen uil de haalbaarheidssludle een Plan van Aanpak Ie maken dal de opstap geef! near de ontwikkeling van een prolotype van heIIBBS. Voor de deelcomponenlen wear nag onderzoek en ontwikkelingswerk voor nodig is. is een ltapstok gegeven hoe 101een raalisalie van daze componenlen gekomen ltan worden. wearbij zowel een lechniscl1 inhoudelijk als een prakliscl1 prooesmalig gedeelle behandeld wordt In eersle inslenlie worden de begrippen en onderdelen van hellBBS in context geprasenleerd. Een opfrissing van hel geheugen over hellBBS jargon, wearbij de stalus van relevanle onderdelen geaclualiseerd is. In de haalbaarheidstudie zijn drie dealprojeclen eangewezen die nader uilgewerkl dienen Ie worden om 101een prototype IBBS Ie komen. Daze dealprojeclen zijn: Onlwikkelen van een TBM instellingenvertalingssysteem; Onlwikkelen van ean IBBS kennissysteem; Onlwikkelen gegevens opslagsysteem met inlegralie subsystamen, alsmede de gebruikersinlerface. Voor daze dealprojeclen wordt hel plan van aanpak geprasenleerd. Stappan die in aile deelprojeclen voorzien zijn. zijn een funclionele analyses of inventarisalie van de componenlen, studies bij voorkeur op basis van praklijkgegevens en sofIwaremalige implementalie. Tenslolle wordt de praklische procesmalige ltant van het plan van aanpak besproken. Hoe zijn de deelprojeclen Ie raaliseren op het gebled van kosten en planning. Tevens wordt er doorgekeken naar Fare III, evalualie van hel prototype in een {proef}projecl. Daamaasl wordt oak ingegeen op evenlueie valkuilen of drempels die hoogstwaarscl1ijnJijkgenomen moelen worden bij de daadwerkelijk ontwikkeling en implementalie van heIIBBS. Er zijn echter!wee crudale knelpunlen aan Ie wijzen bij onlwikkeling van het prolotype in COB verband, Ie welen: 1. De bescI1ikbara geldeJijkemiddelen voor de raaJisalievan fase II; 2. Het delen en ontwikkelen van kennis van hoog detailniveau tussen concurrerende parlijen; Naast de evidente voorwaarde 1, geld! bij voorwaarde 2 dal voor bepaalde onderdelen in hel plan van aanpak uitwerking binnen COB verband nlel wenselijk is omdal de indruk bestaal dal de effeclivileil dan laag zal zijn. hetgeen de daadwerkelijke onlwikkaling van een prolotype in de weg ltan staan. Een effeclieve en efficienle onlwikkeling van een prototype IBBS is gebaal bij inbedding in een concreel tunnelprojecl Een aantal voor de hand liggende ltandidalen worden in het rapport genoemd. Het COB ken daarbij de slerke rol vervullen die geed bij de organisalie aansluil. namalijk facililarende 00 de ondardelan die niel concurrenlie oevoelio ziin an adviserand omlrenl hel welVen van middelen in een breder varband. Reiationele
rapporten:
L700-01.
L700-02 Verspreiding:
Trefwoorden: Boortechniek,
monitoring,
predictiemodellen Classificatie
Classificatie:
atum
4925000XlJHalDSI
Prijs:
Aantal biz: 29
nee
COB-rapport
Definitief
deze
24-10-2001
R012263-B
Namens
opdrachtnemer
Ir. F.J. Kaalberg
Paraaf
k
1-
Namens
opdrachtgever
Paraaf
H.Dekker
TEC
Inhoudsopgave SAM ENVATTI NG SUMMARY
5 5 5
1 1.1 Kader , """""""'" 1.2 Doelstelling .. 1.3 Leeswijzer, onderdelen in het rapport 2
Het concept
,.
"""" """""""""""""""""'"
"""""""""""""""""'"
""""""""'"
"""'"
"""""""'" """""""""""""""""""'"''''''''''''''
,.
IBBS
5
"""""""""""'"
""""'"'''''''''''' """"'" 2.1 Aigemeen 2.2 Structuur van de IBBS componenten 2.3 Functies van de IBBS componenten
""'"''''
6 7 7
""""",,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,
""'"''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''
2.3.1
Meetsystemen
2.3.2
Predictiemodel
2.3.3
Instellingenvertalingssysteem Kennissystemen
2.3.5 2.3.6
"""""""""""""""""""""" Gegevensopslagsysteem
""""""""""""""'"
.."
""""""
Gebruikersinterface
""""""
""""""""""'"
,.
,... 7 """
"""""""""""""""""" """"""""""'"
"""""""""'" """""""""
""""'"
"""""'" ""'"
""""
''''''''''''''
""""""""'"
''''''
8 ''''''
9 """'''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''
3.1 Update relevant onderzoek 3.2 Update status componenten IBBS '"
9
""""""""""""'" """"""
"""""""'"
'"'''''''''''''''''''' ''''''''''''''
'"''''''
3.2.1
het on-line effect meetsysteem
3.2.2
het predictiemodel
3.2.3
het instellingenvertalingssysteem
3.2.4
het kennissysteem
3.2.5
""'''''''''''''''' inrichten van een gegevensopslagsysteem inclusief integratie met subsystemen
3.2.6
gebruikersinterface
10
,
"""'''''''''''''''''''''''''''''''
''''
"""'"''''''''''''''''''''''''''''''''''''''
"""""'"''''''''''''''''
'"''''''''''
"'"''''
""""''''''''''''''''''''''
'"''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''
5.5.1
Inteme
analyse
5.5.2
Interactie deelsystemen
" ,
"""" """ ,
""'"
""""""""'"
15
"""""""""'"
16 """"'"
""""""""""
""""""""""" , ""'"
"""""""""'" """"""""'" """""""""'" """"""""""""""""""""""'"
"""'"''''''
,..
"""""'''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''' ,
18
"'''''''''''''''''''''''''''''''''''''''' '"''''''''''''
'"''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''
17 17 17 18
18
'"''''''''''''''''''''''''''''''
"'"''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''
- 1-
14
16 """""""'"
6.5 Actie - reactie Processtudies " """"" 6.6 Interviews 6.7 Vastleggen van de Kennis, software
14 14
...
""""'"
Kennissystemen , '"'''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''' Functionele analyse '"'''''''''' ''''''''''''
4925000XlJHalDSI R012263-B
14 14
,
15
Deelproject 11-2,ontwikkelen van een IBBS kennissysteem Inleiding """"'" """"""""""" Beoogd Resultaat """""""'" """"" """" """""'" Stappenplan '" """"'" """" 6.4.1 6.4.2
12 12 13 13
""''''''''''''''''''''''''
"""""""
""""""''''''''''''''
""
""""""""
""""""""""""'"
5.6 Softwarematigeimplementatie
Inventarisatie
...
""''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''
Deelproject 11-1,ontwikkelen TBM instellingenvertalingssysteem (IVS) """"'''''''''''''''''''''' ..". 5.1 Inleiding """"""""'" 5.2 Beoogde Resultaat.. '" """"""""""" """""""""" """""""""" """""""""'" """"" """"""""""" 5.3 Stappenplan.. """""""""'" 5.4 Functionaliteit TBM en Actuatoren 5.5 Deelsysteem Analyse """""""""" """"""""""""""
6.1 6.2 6.3 6.4
11 11 11
'"''''''''''
Aanbevelingen fase I """"""""'" ""'" """""""""""" """""""""""'" 4.1 Deelproject 1: Ontwikkeling TBM instellingenvertalingssysteem """'''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''' 4.2 Deelproject 2: Ontwikkeling IBBS ..kennissystemen 4.3 Deelproject 3: Inrichten van een gegevensopslag systeem inclusief integratie met subsystemen """""""""'" '"''
6
10
11
"''''''''''''''
"''''''''''''''''''''''''
.."
9
"''''''''''''''
"""'"
5
8
"""'"
"""""""""""'"
Update relevant onderzoek en status componenten
3
7 7 7
""""""'"
'"''''''''''''''''''''
4
6
""""""'"
'"''''''''''''''''''''''''''
"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
19 ,
20
20 20
TEC
Deelproject 1I~3,gegevens opslagsysteem met integratie subsystemen, gebruikersinterface
7 7.2 7.3 7.4
Beoogd Inventarisatie Functioneel
7.5
Ontwikkeling
8.1
Introductie
8.2
Partijen.
21
21 21
.
""""'" """" ... """ """"'" """"""""""" """""""""""""""""'" " """""""""'''''''''''''''''''''' """"""""""""'"'''''''''''''''''' Ontwerp .. "'"'''''''''''''''''''''''''''''''''''' """"""""'"'''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''' prototype.. "'''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''' '"''''''''''''''''''''''''''''''''''
Praktischaspectenrealisatiedeelprojectenfase II
8
21 """''''
7.1
''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''
21 22
23
"""""""""'"''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''
23
'''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''' ''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''
"''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''
23 23 23
8.3 Financiering en Projecten 8.4
Knelpunten
"""'"
9
'"''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''
""'"''''''''''''''
...
"""""""""'"
"""""""""'"
"""" """""""""""""
""""'"
""""""""""""
25 25 25
Doorkijk naar fase III, evaluatie prototype in proefprojecten """''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''' 9.1 Evaluatie op basis van reeds uitgevoerde projecten '"'''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''' 9.2 Toepassing en evaluatie in toekomstige projecten '"''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''
10
Planning..
,
,
"'"
.,
"""""""'"
"""
...
"""""""""""""
...
27
...
28
"""""'"
11
Kostenraming
12
Aanbevelingen
"""""""""""""""
,
R012263-B
29
""""""""""""""'"
""""""""
4925000XlJHalDSI
""""
""""""'"
~2-
""""""""""""""
"""'"
TEC
SAMENVATTING Het doel van dit rapport is om op basis van de resultaten uit de haalbaarheidsstudie een Plan van Aanpak te maken dat de opstap geeft naar de ontwikkeling van een prototype van het IBBS. Voor de deelcomponenten waar nag onderzoek en ontwikkelingswerk voor nodig is, is een kapstok gegeven hoe tot een realisatie van deze componenten gekomen kan worden, waarbij zowel een technisch inhoudelijk als een praktisch procesmatig gedeelte behandeld wordt.
In eerste instantie worden de begrippen en onderdelen van het IBBS in context gepresenteerd. Een opfrissing van het geheugen over het IBBS jargon, waarbij de status van relevante onderdelen geactualiseerd is. In de haalbaarheidstudie zijn drie deelprojecten aangewezen die nader uitgewerkt dienen te worden om tot een prototype IBBS te komen. Deze deelprojecten zijn: Ontwikkelen van een TBM instellingenvertalingssysteem; Ontwikkelen van een IBBS kennissysteem; Ontwikkelen gegevens opslagsysteem met integratie subsystemen, alsmede de gebruikersinterface. Voor deze deelprojecten wordt het plan van aanpak gepresenteerd. Stappen die in aile deelprojecten voorzien zijn, zijn een functionele analyses of inventarisatie van de componenten, studies bij voorkeur op basis van praktijkgegevens en softwarematige implementatie. Tenslotte wordt de praktische procesmatige kant van het plan van aanpak besproken. Hoe zijn de deelprojecten te realiseren op het gebied van kosten en planning. Tevens wordt er doorgekeken naar Fase III, evaluatie van het prototype in een (proef)project. Daarnaast wordt ook ingagaan op eventuele valkuilen of drempels die hoogstwaarschijnlijk genomen moeten worden bij de daadwerkelijk ontwikkeling en implementatie van het IBBS. Er zijn echter twee cruciale knelpunten aan te wijzen bij ontwikkeling van het prototype in COB verband, te weten: 1. De beschikbare geldelijke middelen voor de realisatie van fase II; 2. Het delen en ontwikkelen van kennis van hoog detailniveau tussen concurrerende partijen; Naast de evidente voorwaarde 1, geldt bij voorwaarde 2 dat voor bepaalde onderdelen in het plan van aanpak uitwerking binnen COB verband niet wenselijk is omdat de indruk bestaat dat de effectiviteit dan laag zal zijn, hetgeen de daadwerkelijke ontwikkeling van een prototype in de wag kan staan. Een effectieve en efficiente ontwikkeling van een prototype IBBS is gebaat bij inbedding in een concreet tunnelproject. Een aantal voor de hand liggende kandidaten worden in het rapport genoemd. Het COB kan daarbij de sterke rol vervullen die goed bij de organisatie aansluit, namelijk faciliterende op de onderdelen die niet concurrentie gevoelig zijn en adviserend omtrent het werven van middelen in een breder verband.
4925000XlJHalDSI
R012263-B
-3
TEC
SUMMARY Based on the results of the feasibility study, the objective of this report is to describe the framework for the development of the IBCS prototype. An outline is given for the different components that still require research and development in order to accomplish these elements. Both a technical as well as the practical process side of the development of an IBCS prototype is discussed.
To refresh the memory, first the terminology and components of the Integral Boring Control System are discussed. The status of the components is also brought up-to-date. In the feasibility study three subprojects are identified that require further research and development in order to complete the IBCS prototype. These subprojects are: Development of the TBM tuning-translation system; Development of an IBCS information system; Development of the database system, integration of subsystems and user interface. For each of the subprojects an outline is given. The outline generally consists of a functional analysis or inventory of the components, studies based on trial data and software implementation. Finally the practical process side of phase II is discussed. How can the subprojects be executed cost and programme wise. Phase III, evaluation of the prototype in a tunnel project, is also explored. Obstacles that may frustrate the prototype development are discussed, making a distinction between development within and outside COB. Two cruciaHtems can be pointed out in the development of an IBCS prototype within COB: 1. The available funds for phase II; 2. Share and develop knowledge at detailed level between competing parties; Besides the obvious item 1, follows from item 2 that for certain items, development within the COB framework would not be advisable. Because the impression exists that the efficiently will then be low, possibly obstructing the actual development of the prototype.
For an effective and efficient development of a IBCS prototype it would be beneficial when it is part of an actual tunnel project. Candidate tunnel projects are mentioned in the report. COB can fulfil the role fitting the organisation, that is facilitating the items that are not sensitive to competition and consulting on ways of acquiring funds in a wide perspective.
4925000X/JHa/DSI
R012263-B
-4-
TEC
1 1.1
Inleiding Kader
Begin 1999 is door de COB commissie L700 de haalbaarheidsstudie voor een Integraal Boor Beheers Systeem (IBBS) afgerond. De belangrijkste conclusie van deze studie is dat een IBBS haalbaar is. Aansluitend heeft de onderzoekscommissie aangegeven dat een IBBS in potentie enorme voordelen biedt en een substantiele verbetering van procesbeheersing magelijk maakt. In de haalbaarheidsstudie wordt het IBBS concept uitvoerig besproken, de verschillende componenten zijn hier gerdentificeerd alsmede de onderlinge interactie. Een korte samenvatting van de gehanteerde begrippen en componenten wordt in hoofdstuk 2 van dit rapport gegeven. In de Haalbaarheidsstudie zijn tevens de stappen gedefinieerd die moeten leiden tot de realisatie van een functionerend IBBS. De volgende ontwikkelingsfasen zijn voorzien: I. Haalbaarheidsstudie Deze fase is afgerond en verwoord in COB rapport L700-01 "Integraal Boor Beheers Systeem (IBBS), fase I: Haalbaarheidsstudie", d.d. 14 januari 1999; Ontwikkeling Prototype IBBS II. Het doel van fase II is de ontwikkeling van benodigde, maar nog niet beschikbare componenten en integratie tot een geheel prototype IBBS systeem. Toepassing IBBS in praktijkprojecten III. Het doel van fase III is om met het prototype IBBS systeem dat in fase II ontwikkeld is, te testen in praktijkprojecten. Omdat del en van de IBBS componenten sterk project gerelateerd zijn moet bij de ontwikkeling van het prototype (fase II) een doorkijk zijn richting fase III. Dit rapport vormt het plan van Aanpak voor fase II: ontwikkeling van het prototype.
1.2
Doelstelling
Doelstelling van dit rapport is om op basis van de resultaten uit de haalbaarheidsstudie een Plan van Aanpak te maken dat de opstap geeft naar de ontwikkeling van een prototype van het IBBS. Voor de deelcomponenten waar nag onderzoek en ontwikkelingswerk voor nodig is, wordt een kapstok gegeven hoe tot een realisatie van deze componenten gekomen kan worden, waarbij zowel een technisch inhoudelijk als een praktisch procesmatig gedeelte behandeld wordt. 1.3
Leeswijzer,
onderdelen
in het rapport
Het plan van aanpak is uit de volgende onderdelen opgebouwd: Deel1, hoofdstukken 2 tlm 4 zijn vooral beschrijvend van wat reeds bekend is. In eerste instantie worden de begrippen en onderdelen van het IBBS in context gepresenteerd. Deze opfrissing van het geheugen is dus gedeeltelijk een herhaling uit het "haalbaarheidsstudie" rapport. Omdat deze haalbaarheidsstudie inmiddels twee jaar oud is, wordt een aanvulling gegeven ten aanzien van de ontwikkelingen die er voor de verschillende componenten sindsdien hebben plaatsgevonden. . Deel 2, hoofdstukken 5 tlm 7. Deze hoofdstukken vormen de kem van het Plan van Aanpak. Hierin
.
worden de drie deelprojecten Deze deelprojecten zijn: (hoofdstuk 5) Ontwikkelen (hoofdstuk 6) Ontwikkelen (hoofdstuk 7) Ontwikkelen gebruikersinterface;
.
besproken die als aanbeveling
uit de haalbaarheidstudie
van een TBM instellingenvertalingssysteem; van een IBBS kennissysteem; gegevens opslagsysteem met integratie subsystemen,
zijn gekomen.
alsmede de
Deel 3, hoofdstukken 8 tlrn 11. In het laatste deel wordt de praktische procesmatige kant van het Plan van Aanpak besproken. Hoe zijn de deelprojecten te realiseren op het gebied van kosten en planning. Daamaast wordt ook ingegaan op eventuele valkuilen of drempels die hoogstwaarschijnlijk genomen moeten worden bij de daadwerkelijk ontwikkeling en implementatie van het IBBS.
4925000X/JHalDSI
R012263-B
-5-
TEC
2
Het concept IBBS
In de haalbaarheidstudie wordt het Integraal Boor Beheers Systeem uitvoerig gesproken. In dit hoofdstuk worden de basisbegrippen en de verschillende deelcomponenten van het IBBS samengevat. Hiermee is het mogelijk om dit rapport te lezen zonder dat er hoeft worden teruggevallen naar de haalbaarheidsstudie. 2.1
Aigemeen
Voor boortunnel projecten in een Nederlandse stedelijke omgeving is het van eminent belang dat de deformaties die door het boorproces veroorzaakt worden tot een minimum beperkt blijven. In de huidige praktijk van het boren van tunnels bestaat deze directe terugkoppeling van deformatiegegevens naar de TBM operator (n09) niet. Het primaire doel van een IBBS is dan ook om deze beheersparameter in de regelkringloop van het boorproces te integreren. De mate van automatisering die in een tunnelboormachine nodig is om dit primaire doel te bereiken speelt hierbij een faciliterende rol. Dit onderscheid komt ook tot uiting in de verschillende generaties van IBBS die gedefinieerd zijn in de haalbaarheidsstudie: In een eerste generatie IBBS worden de deformaties en boorprocesinstellingen in samenhang inzichtelijk gemaakt voor een deskundigen team, c.q. de TBM piloot. Met behulp van deze informatie wordt door de groep van specialisten geadviseerd met welke boorprocesinstellingen verder te boren, zodat een beter boorprestatie geleverd wordt of dat de hoge boorprestatie gehandhaafd blijft. In een derde generatie IBBS beschikt de tunnelboormachine over een systeem dat vergeleken kan worden met een automatische piloot in een vliegtuig. De rol van het "menselijke" deskundigenteam wordt vervuld door een kennissysteem. Het IBBS is in staat om aile boorprocesparameters te beheersen en aan te sturen, en wel op een zodanig wijze dat de TBM met minimale deformaties het juiste trace boort.
voorspelde ~
inhO d
orrgevings eI ". "it* v
t*
~
~. v
"L-
@
voo boorpr kenms sysIeem
boop~
insi!lIingen suggesie
predidiemodel
deskundigen
1eam prediclie-analyse
op1im:Ile boorprocesiinsBllingen
Figuur 1: Conceptueel ontwerp voor een derde generatie IBBS
4925000XlJHalDSI
R012263-B
- 6-
TEC
2.2
Structuur
van de IBBS componenten
Het diagram in Figuur 1 toont het totale beeld (architectuur) van het conceptuele ontwerp van een derde generatie IB8S. De belangrijkste componenten in de architectuur zijn: . meetsysteem voor registratie van effecten in T8M, boorproces, bodem en gebouwen; . predictiemodel om voorspellingen te maken; . instellingen-vertalingssysteem; . het kennissysteem heeft twee functies: beoordelen c.q. aanpassen van de suggesties voor de boorprocesinstellingen; beoordelen c.q. aanpassen van de omgevingsparameters om predicties en waarnemingen met elkaar in overeenstemrning te brengen; . gegevensopslagsysteem; . gebruikersinterface voor interactie tussen het 18BS en het boorproces deskundigen team, deze functie is in een eerste en tweede generatie IBBS van primair belang, in een derde generatie IBBS vervult de gebruikersinterface idealiter een controle functie. 2.3
Functies van de IBBS componenten
2.3.1 Meetsystemen Voor het IBBS meetsysteem kunnen drie gebruiksstadia onderscheiden worden, afhankelijk van de relatieve ligging van een meetpunt ten opzichte van de TBM. Deze drie gebruiksstadia zijn: pre-passagefase passagefase post-passagefase.
. . .
In de passagefase worden de hoogste eisen aan het meetsysteem gesteld. Deze hoge eisen hebben voornamelijk betrekking op de dichtheid van het meetpuntennet en op de meetfrequenties. In de pre-en postpassage fase kan worden volstaan met een veel grover meetpunten raster en rnet veellagere meetfrequenties. De passagefase wordt gedefinieerd als een schuivend '\tenster" dat zich een bepaalde afstand rondom het boorfront uitstrekt. De grootte van dit venster is afhankelijk van de diameter en diepte van de tunnel. Men moet echter denken aan ca. 25 m voor het boorfront, ca. 75 m achter het boorfront en ca. 80 m breed. De afmetingen van het passagefase venster zijn afhankelijk van de verhouding tussen tunneldiameter en diepte van de tunnel.
2.3.2
Predictiemodel
Het predictiemodel komt in de systeem architectuur slechts een maal voor maar het heeft twee functies, namelijk de boorprocesoptimalisering en de effectanalyse. Het predictiemodel dient de reele wereld zo goed mogelijk te beschrijven. Hiervoor is begrip vereist van de processen en mechanismen die zich in de TBM, de bodem en in gebouwen afspelen. Daarnaast is het ook noodzakelijk dat de juiste waarden bekend zijn van de materie-eigenschappen die van invloed zijn op de processen en mechanismen. In welke mate van nauwkeurigheid een model de werkelijkheid kan beschrijven is van groot belang voor het functioneren van het IBBS.
2.3.3
Instellingenvertalingssysteem
Het kennissysteem bewerkt het boorproces integraal. Dit betekent dat het de interactiegebieden boorfrontondersteuning, schild, staartspleetondersteuning en tunnelwandconstructie onderling en met de grond conform tysische wetten wordt beschouwd, ongeacht de technische details. Voor de optimalisatie van het boorproces worden modificaties van de maatgevende boorprocesparameters gegenereerd, ongeacht de machinetechnische functie-eenheden en mogelijkheden in de eenheden van de TBM. Het hierachter geschakelde instellingenvertalingssysteem evalueert deze parameterinformatie en geeft in afhankelijkheid van de machinetechnische mogelijkheden, commando's ter bijstelling van de mogelijke actuatoren (stelinstrumenten) in de TBM. 2.3.4
Kennissystemen
Het IBBS kennissysteem zoals gepresenteerd in Figuur 1 omvat twee subsystemen, te weten het instellingen suggestiesysteem en het predictie-evaluatie systeem. De functie van de eerste is om optimale boorprocesinstellingen te "bedenken". De functie van het predictie-evaluatiesysteem is om aanpassingen op de omgevingsparameters te "bedenken" zodanig dat de voorspellingen en waarnemingen van boorproceseffecten met elkaar in overeenstemming zijn. 4925000XlJHalDS/
R012263-B
- 7-
TEC
Idealiter omvatten de kennissystemen het inzicht en de kennis aanwezig bij de mensen in het deskundigenteam. Deze kennis en expertise bestaat o.a. uit: . een goed interpretatievermogen van de gemeten effecten . knowhow over de invloed van boorprocesstuurparameters op de boorproceseffecten (inzicht in de relaties tussen stuuractie en effectresultaat) . inzicht in de wisselwerkingen tussen effecten onderling . inzicht in de wisselwerkingen tussen boorprocesstuuracties (graafkamer druk, voortstuwingskracht) In de luchtvaart is inmiddels geaccepteerd dat een automatische pUoot een vliegtuig veel rustiger en nauwkeuriger kan besturen dan een menselijke piloot. Ook in het tunnelboorproces zal er een tijd komen dat de kennissystemen zichzelf bewijzen bij betrouwbare en nauwkeurige besturing van het boorproces. Een derde generatie ISSS kan namelijk (in potentie) veel meer aspecten en parameters frequent evalueren dan dat een mens dat kan. Daarom wordt veronderstelt dat een 3e generatie ISSS een op lange termijn een "musf' is. Toezicht door mensen blijft uiteraard wel gewenst voor controlerende en beleidsbepalende activiteiten.
2.3.5
Gegevensopslagsysteem
Het gegevensopslagsysteem moet de volgende verschillende soorten gegevens bewaren : meetwaarden (uit TSM, bodem en gebouwen) waargenomen boorproceseffecten (= analyse resultaten afgeleid uit meetwaarden) voorspelde boorproceseffecten (= resultaten uit predictiemodel) bodemopbouw (a-priori gegevens en herziene inzichten) bodemeigenschappen gebouweigenschappen
. . . . . .
De informatie in het gegevensopslagsysteem heeft interactie met bijna aile andere deelsystemen van het ISSS. De meetwaarden en analyseresultaten van het meetsysteem dienen in het gegevensopslagsysteem bewaard te worden. Het predictiemodel moet al zijn informatie over de TSM, de bodem en gebouwen uit het gegevensopslagsysteem kunnen opvragen. Ook dient het predictiemodel de predictieresultaten in het gegevensopslagsysteem te kunnen opbergen. De waargenomen en voorspelde boorproceseffecten en de omgevingsinformatie moet door de gebruikersinterface uit het opslagsysteem kunnen worden opgevraagd om aan de deskundigen getoond kunnen worden. Tenslotte moet het mogelijk zijn om via de gebruikersinterface omgevingsinformatie in te voeren en of te wijzigen. 2.3.6
Gebruikersinterface
De deskundigen communiceren met het ISSS via een gebruikersinterface. De gebruikersinterface omvat een vijftalonderdelen: 1. presentatiesysteem van waargenomen en voorspelde effecten met verschillen daartussen De effecten van het boorproces, zowel de voorspelde als de waargenomen effecten dienen op een duidelijke en overzichtelijke wijze aan het deskundigenteam te worden gepresenteerd. Mogelijk kunnen de presentatie mogelijkheden van een GIS gebruikt worden om effecten te presenteren. 2. presentatie van boorprocesinstellingen zoals ze door het kennissysteem geadviseerd worden 3. invoersysteem voor boorprocesinstellingen voor het predictiemodel en voor de TSM 4. presentatie van de omgevingsparameter waarden zoals ze in het predictiemodel gebruikt worden en hoe mogelijk aangepast dienen te worden. 5. invoersysteem voor omgevingsinformatie mogelijkheid voor het deskundigenteam om omgevingsparameters in te voeren c.q. te wijzigen
4925000XlJHalDSI
R012263-B
- 8-
TEC
3
Update relevant onderzoek en status componenten
De definitieve versie van de haalbaarheidstudie is inmiddels bijna twee jaar geleden verschenen. In de aanbeveUngen van deze studie zijn een aantal aanbeveUngen gedaan met betrekking tot synergie bestaand en vervolgonderzoek L700 (paragraaf 3.1). In deze paragraaf worden een aantal COB onderzoekscommissies genoemd waar voor het IBBS relevant onderzoek uitgevoerd wordt. Van de status van dit onderzoek wordt kort een update gegeven. Verder zijn in deze paragraaf van de haalbaarheidsstudie een aantal stappen besproken voor de reaUsatievan een compleet IBBS prototype. De status en recente ontwikkeling bij deze stappen wordt in dit hoofdstuk geOpdate
3.1
Update relevant onderzoek
In de reeds afgeronde COB projecten K100 (onderzoek Tweede Heinenoordtunnel), K300 Botlekspoortunnel en L500 (rekenmodellen voor boortunnels) is veel relevante kennis en inzicht opgedaan op boortunnelgebied. In verschillende lopende (ontwikkeUngs)projecten in Nederland wordt kennis opgedaan die van belang is voor de verdere ontwikkeling van een IBBS. Deze projecten zijn: . F200 Praktijkonderzoek Sophia Spoortunnel Trefwoorden: 4D predictiemodel, monitoring aan bebouwing, predictie groutstroming, groutdrukmeting, subsurface monitoring Status: lopend . NoordlZuidlijn Amsterdam Trefwoorden: 4D predictiemodel, monitoring, staartspleet injectie proef, 1egeneratie IBBS Status: Onderhandelingen met een aannemer zijn gaande . ITM (Industriele Tunneling Methode) Trefwoorden: tunnelboormachine, ter plaatse gestorte lining, groutdrukken, innovatief. Status: Doorgaan ITM bij de bouw van de Hubertustunnel in Den Haag is uiterst onzeker . Ondergronds Logistiek Systeem (OLS) Schiphol Aalsmeer Trefwoorden: geboorde tunnel, boezemkruising, Status: Het project wordt, na een periode van relatieve stilte, nog steeds kansrijk geacht. Tijdspad is vooralsnog onduidelijk. . Delfts Cluster: Trefwoorden: sectorbreed onderzoeksprogramma Status: lopend . 12DOS(Intelligent Integrated Drilling Operating System) Trefwoorden: Boor Management systeem, black box, zelflerende neurale netwerken, boorproces optimalisatie 12DOSsysteem is door Ballast Nedam gepatenteerd (International Publication Number: Status: WO 01/34941 Ai), implementatie op TBM; voortgang onbekend; Opmerking: In een artikel in het tijdschrift Geotechniek Oanuari 2001) claimt het systeem veel te kunnen, maar onduidelijk is hoe de genoemde prestaties tot stand gekomen zijn. . Onderzoeksprogramma TU Delft op gebied kunstmatige Intelligentie technieken; Trefwoorden: tunnelboormachine, geotechnische modellering, boorprocestechnologie, controle technologie, fuzzy logic, neuraal netwerk, on-line voorspellingen; STW aanvraag Status: Een voorbeelden van een vergelijkbare ontwikkeling in het buitenland is: CATSBY, Bouygues Frankrijk Trefwoorden: stabiliteit graaffront, zettingen voorspelling Status: tweede generatie CATSBY zal onder andere toegepast worden bij de Groene Hart tunnel.
.
3.2
Update status componenten
IBBS
Om een compleet prototype IBBS te verwezenlijken moeten de volgende componenten beschikbaar zijn: 1. Het on-line effect meetsysteem; 2. Het predictiemodel; 3. Het instellingenvertalingssysteem; 4. Het kennissysteem; 5. Het gegevensopslagsysteem inclusief integratie met subsystemen; 6. Gebruikersinterface;
4925000XlJHalDSI
R012263-B
-9-
TEC
De bovenstaande componenten kunnen deels parallel ontwikkeld worden en komen samen in het testen van een prototype IBBS in een praktijkproject. Door voort te bouwen en gebruik te maken van beschikbare resultaten uit (COB) onderzoeksprojecten lijkt het mogelijk om een prototype, eerste generatie IBBS te realiseren zonder dat op aile onderdelen nieuwe theoretische kennis behoeft te worden ontwikkeld. Een belangrijke volgende stap, die eigenlijk in fase III van het ontwikkelingstraject thuishoort, is het testen van het prototype IBBS in een praktijkproject. In de onderstaande subparagrafen wordt de status van de IBBS componenten besproken. 3.2.1
het on-line effect meetsysteem
Voor het on-line effect meetsysteem wordt op dit moment vervolgonderzoek uitgevoerd in het kader van K300. Ter plaatse van de Botlektunnel worden on-line deformatiemeetsystemen getest. De hierbij te gebruiken instrumenten zijn afgestemd met commissie L700. Bij de NoordlZuidlijn zal vanaf 1 januari 2001 het monitoringssysteem ge'installeerd worden en operationeel zijn. De softwareapplicaties waarmee de data beheerd en gevisualiseerd kan worden is nagenoeg operationeel. Aan de verdere ontwikkeling van een on-line effect meetsysteem hoeft in fase II geen tijd te worden besteed. Grand monitoring NoordlZuidlijn
Gecombineerde !ndinolextensometer on line meting van vertikale en holizontale grondvefVOfmingen
Figuur 2: monitoring gebouwen Noord/Zuidlijn
3.2.2
F~uw~grondmooooMgNooro/Zwd~
het predictiemodel
De ontwikkeling van een predictiemodel (zie Figuur 4) is uitgevoerd binnen de onderzoekscommissies L500 en K100 waar de resultaten van de meetvelden van het COB en de NoordlZuidlijn ter plaatse van de tweede Heinenoordtunnel zijn gebruikt voor de validatie van de binnen commissie L500 ontwikkelde predictiemodellen. In het onderzoeksprogramma van de commissie F200, Sophia Spoortunnel, wordt het predictiemodel ook gevalideerd. In fase II van L700 hoeven geen verregaande ontwikkelingen te worden uitgevoerd aan het predictiemodel.
Figuur 4: 40 predictiemodel
4925000Xl J HalDS! R012263-B
Figuur 5: test opste/ling staartspleetinjectieproef
- 10-
(SIP)
TEC
3.2.3
het instellingenvertalingssysteem
Voor de ontwikkeling van een instellingenvertalingssysteem zijn de resultaten van de onderzoekscommissies "boortechnologie" van K100 en K300 zeer bruikbaar. Met name de onderdelen "krachtenbalans" en "groutdruk(metingen) in staartspleef' spelen hierbij een cruciale rol. In de COB commissie F220 worden metingen uitgevoerd en modellen opgesteld voor de groutdruk in de staartspleet bij de Sophia Spoortunnel. De ontwikkelingen rond ITM bieden tevens interessante aanknopingspunten. De Staartspleet Injectie Proef SIP (zie Figuur 5), die ten behoove van de Noord/Zuidlijn uitgevoerd wordt, zal ook een belangrijke bijdrage leveren aan de ontwikkeling van een instellingenvertalingssysteem. Deze bijdrage zal met name gericht zijn op het groutsysteem gedeelte. Omdat de ontwikkeling van een TBM procesbesturingssyteem nog niet in een andere COB commissie opgepakt is dit een onderdeel dat bij uitstek voor fase II van L700 in aanmerking komt.
3.2.4
wordt
het kennissysteem
Voor de ontwikkeling van een kennissysteem is deels kennis ten aanzien van de softwarematige opbouw van dergelijke systemen benodigd. Voorzover bekend wordt dit niet reeds binnen het COB onderzocht, mogelijk is dergelijke kennis binnen het LWI programma van het CUR gernventariseerd. De "kennis" die in dit systeem dient te worden opgeslagen bestaat voor een groot deel uit inzichten met betrekking tot de interactie tussen proces en omgeving. Deze "kennis" kan met behulp van de binnen L500 ontwikkelde modellen deels worden gegenereerd door middel van het opslaan van de evaluatie van allerlei procesinteractiestudies die tijdens het validatietraject van L500, K 100, K300, F200 zijn en worden uitgevoerd. Binnen fase II van L700 zal deze kennis, met aanvullende procesinteractieberekeningen, dienen te worden geformaliseerd en in een daartoe te ontwikkelen kennissysteem te worden opgeslagen.
3.2.5
inrichten van een gegevensopslagsysteem inclusief integratie met subsystemen
De ontwikkeling van een gegevenopslagsysteem kan gerealiseerd worden met behulp van bestaande, gangbare, (database en GIS) applicatiesoftware. In principe is dit een geografisch georienteerde database die waarschijnlijk ook gebruikt dient te worden voor het kennissysteem. Deze werkzaamheden worden als zodanig nog niet binnen COB verband uitgevoerd. Wel zijn er COB projecten gedefinieerd die analogieen vertonen. In fase II van L700 zal hier specifiek aandacht aan dienen te worden besteed. Het accent dient hierbij niet op ontwikkeling, maar op integratie van bestaande applicaties te liggen.
3.2.6
gebruikersinterface
De gebruikersinterface moet de mogelijkheid bieden om op een correcte en coherente wijze de verschillende componenten van het IBBS te kunnen evalueren en aansturen. Speciale aandacht verdient de wijze waarop de verschillende vormen van data gepresenteerd worden.
4925000Xl JHalDSI R012263-B
- 11 -
TEC
4
Aanbevelingen fase I
In dit hoofdstuk worden de aanbevelingen uit de Haalbaarheidsstudie gegeven. Het betreft de aanbevelingen voor drie te onderscheiden deelprojecten. Deze herhaling van de aanbevelingen is bedoeld om een aaneensluitend beeld te krijgen van de overgang van fase I naar fase II, waarbij dit rapport de brug vormt. Fase II betreft de ontwikkeling en realisatie van een IBBS prototype. De ervaringen met een eerste prototype IBBS zullen aan het licht brengen welke "witte vlekken" nog bestaan. Het is niet realistisch om te veronderstellen dat een complex systeem zoals een IBBS in een iteratieslag ontwikkeld kan worden. Ook zullen de praktijkervaring met een IBBS de meerwaarde aan de belanghebbenden (de aannemers en de opdrachtgevers) kunnen tonen. Teneinde een prototype te kunnen bouwen moeten in fase II de volgende drie deelprojecten opgestart worden: Deelproject 1: Ontwikkeling TBM instellingenvertalingssysteem Deelproject 2: Ontwikkeling IBBS kennissystemen Deelproject 3: Inrichten van een gegevensopslag systeem inclusief integratie met subsystemen Van elk van de deelprojecten
4.1
voigt nu een toelichting.
Deelproject 1: Ontwikkeling TBM instellingenvertalingssysteem
Hetvertalingssysteem,metzijn functieom de boorprocesinstellingenin stelgrootteveranderingenvan de TBM-actuatorente vertalen,kan op twee manierenwordenontwikkeld. 1. De optimale boorprocesinstellingen, door het IBBS bepaald, worden met de aanwezige TBM-actuatoren de hedendaagse TBM-technologie gerealiseerd. 2. De boorprocesinstellingen worden met actuatoren gerealiseerd, die specifiek op de eisen vanuit het proces en daarmee ook op de functionaliteit van het IBBS zijn afgestemd.
in
Voor het toekomstgeorienteerde IBBS is alleen de tweede manier als doelgericht te beschouwen. Met behulp van het voorbeeld van het stuurproces van een auto is duidelijk gemaakt (zie rapport L700-01 Integraal Boor Beheers Systeem (IBBS), fase I : Haalbaarheidsstudie), dat het voor de optimale beheersing van het boorproces van essentieel belang is, dat de relevante procesparameters met werkzame actuatoren kunnen worden bernvloed. Indien de procesparameter direct door de desbetreffende actuator is te bernvloeden, is de vertaling van het IBBS naar het boorproces meer eenduidig. In het kader van de ontwikkeling van een vertalingssysteem voor boorprocesparameters moet in eerste instantie een analyse van de maatgevende boorprocesparameters en de bijbehorende actuatoren worden uitgevoerd. Eerst nadat de beste uitgangssituatie voor de boorprocesbeheersing is ontwikkeld, voigt de volgende stap voor de ontwikkeling van het instellingenvertalingssyteem. Het IBBS met zijn vertaalsysteem zou in ieder geval niet eenvoudigweg aan de hedendaagse TBM-technologie moeten worden aangepast, omdat deze nog niet voor de integrale boorprocesbeheersing is geconcipieerd. Daar waar dit uit de analyse blijkt, zal moeten worden aangegeven welke modificaties aan de huidige generatie TBM's moeten worden uitgevoerd. Om een algemeen geldig instellingenvertalingssysteem te kunnen ontwikkelen is het noodzakelijk, dat de TBM's van verschillende leveranciers universele basisuitgangspunten I principes voor de boorprocesbeheersing kunnen hanteren. Voor het gewenste algemeen toepasbare gebruik van een IBBS in de TBM's van verschillende leveranciers, dient een standaard interface te worden ontwikkeld die de communicatie tussen een TBM onafhankelijk instellingenvertalingssyteem en verschillende TBM's bewerkstelligd Teneinde deze systeemontwikkeling goed te kunnen uitvoeren dienen deze werkzaamheden bij voorkeur in samenwerking met een machinebouwer met uitgebreide referenties op het gebied van systeemontwikkeling te worden uitgevoerd. Het blijft vervolgens de taak van de TBM leverancier voor iedere specifieke TBM, de informatie van het instellingen vertalingssysteem via een gestandaardiseerde interface met de procesbesturing individueel verder uit te werken.
4925000XlJHalDSI
R012263-B
-12
TEC
4.2
Deelproject 2: Ontwikkeling IBBS kennissystemen
Een IBBS-onderdeel waarvan de haalbaarheld nog niet vaststaat is het kennlssysteem waarmee een IBBS ook volledlg automatisch het boorproces kan besturen. Hoewel een dergelijk kennissysteem In een eerste generatle IBBS nlet direct noodzakelljk is, worden de potentiele voordelen van een goed kennlssysteem zodanig hoog ingeschat dat nader onderzoek zeer aanbevelenswaardig is. In een derde generatie IBBS met kennissystemen kunnen veel meer aspecten van de boorprocesbesturlng meegenomen worden. Ook kunnen meer afweglngen gemaakt worden. Julst In het toepasslngsgebled van boortunnels, namelijk de stedelijke omgeving, is de meerwaarde van een derde generatle IBBS, de verhoging van de kwaliteit en betere beheerslng van risico's, van uiterst grote maatschappelijke waarde. Daarnaast is het met name vanuit de door het COB gernitieerde brede kennisontwikkeling van belang dat de kennis ten aanzien van procesomgevingsinteracties niet langer voornamelijk op "gevoel" berusten , maar dat deze expliciet worden gemaakt in regels, formules en dergelijke, zodat ze reproduceerbaar worden. De inbreng van een deskundigenteam blijft in eerste instantie onvermijdelijk omdat volledig automatische sturing van de TBM op korte termijn waarschijnlijk een stap te veel is voor menselijke acceptatie. Een essentiele voorwaarde voor de ontwikkeling van een kennissysteem is dat (1) de benodigde kennis beschikbaar is, (2) deze kennis expliciet gemaakt kan worden, en (3) dat de kennis in een systeem (met regels) ingebouwd kan worden. Op dit moment is misschien nog niet aile benodigde kennis beschikbaar, maar het Is toch reeel om te veronderstellen dat vrijwel aile kennis aanwezig is. Er kunnen op dit moment immers toch ook boortunnels worden gereallseerd. Of de kennls in de hoofden van de TBM operators ook expliciet gemaakt kan worden Is misschien nog een probleem.
Voor de ontwikkeling van de IBBS kennissystemen worden de volgende drie onderzoekstrajecten voorzien: 1. actie-reactie processtudies met behulp van gevalideerde predictiemodellen en aan de hand van COB praktijkprojecten (K100, K300, L500 en F200); 2. interviews, observaties en discussles van/met TBM operators; 3. vastleggen resultaten actie-reactle processtudies in kennissysteem.
4.3
Deelproject 3: Inrichten van een gegevensopslag subsystemen
systeem inclusief integratie met
In dit deelproject dient in eerste instantie te worden gernventariseerd op welke wijze de meetsystemen, predictiemodellen, het instellingenvertalingssysteem en het kennissysteem gekoppeld kunnen worden aan een geografisch georienteerde database. Daarbij moet aile data inzichtelijk worden gemaakt via de gebruikersinterface. Het Is hierbij niet de bedoeling een multifunctionele softwareapplicatle te ontwlkkelen die voor aile nog komende projecten zou kunnen worden toegepast. Het accent dient te liggen op een op maat gesneden softwareapplicatie die uitsluitend bedoeld is om de integratie van de subsystemen te toetsen voor een specifieke testsituatie. Omdat de koppeling van de subsystemen voor ieder project weer anders zullen zijn, is de verwachting dat een multifunctionele softwareappllcatie zijn doel voorbij schiet. Indien het testproject bekend is (afhankelljkheid) dient de integratie binnen dlt deelproject te worden ontwikkeld.
4925000XlJHafDSI
R012263-B
- 13-
TEC
5
Deelproject 11-1,ontwikkelen TBM instellingenvertalingssysteem
5.1
(IVS)
Inleiding
De definitie en het doel van het instellingenvertalingssysteem (lVS) is reeds gegeven in paragraaf 2.3.3. In Figuur 6 is het IVS uit het IBBS geheel gelicht om te iIIustreren welke schakel het IVS vervult binnen het IBBS. Om gericht het IVS te realiseren zal aansluiting gezocht worden bij een productontwikkeling management systeem. OUTPUTIVS
INPUT IVS 16 generatie IBBS
36 generatie IBBS
Boorproces instellingen (deskundigenteam)
Boorproces instellingen (kennissysteem)
INSTELLINGEN VERTALINGS SYSTEEM (IVS)
TBM aktuatoren
Figuur 6: in- en output van het instellingenverlalingssysteem
5.2
Beoogde Resultaat
In eerste instantie moot de machine onafhankelijk componenten van het instellingenvertalingssysteem ontwikkeld worden op basis van een gangbaar TBM-systeem. Voor de beperkingen die een gangbaar systeem met zich meebrengt mooten passende alternatieven verzorgd worden. Indien een concreet boortunnelproject in beeld is kunnen de TBM afhankelijke componenten ontwikkeld worden. Bij een concreet boortunnelproject moet dus een werkend prototype beschikbaar zijn.
5.3
Stappenplan
Om het gestelde doel te realiseren zijn de volgende stappen voorzien: 1. Een van de belangrijkste motieven om een IBBS te ontwikkelen is het verminderen en adequaat kunnen beheersen van de gronddeformaties. De ontwikkeling van het IVS zal zich dus in eerste instantie op die deelsystemen van de TBM mooten richten waarmee de deformaties gestuurd kunnen worden. Het is natuurlijk niet zo dat in een TBM een deelsysteem volledig verantwoordelijk is voor de beheersing van de deformaties. Er bestaat een grote mate van interactie tussen de verschillende deelsystemen. De verschillende deelsystemen en de onderlinge interactie in een TBM moeten dus gedefinieerd worden. Dit vraagt om een functionele analyse van de TBM. 2.
In de functionele analyse zullen enkele deelsystemen van de TBM gei'dentificeerd worden. De volgende stap is dat er per deelsysteem een analyse van het IVS gedaan wordt.
3.
Naast het kijken binnen het deelsysteem (intern) is een analyse van de interactie tussen de deelsystemen van eminent belang. Deze analyse stap zal vervlochten zijn in de interne deelsysteem analysestap, hetgeen een goede communicatie vergt tussen de partijen die binnen een deelsysteem actief zijn.
4.
Tenslotte zal de software implementatie aan bod komen. Om dit doelmatig te realiseren zal de software specialist vroeg in het proces betrokken moeten zijn.
5.4
Functionaliteit TBM en Actuatoren
Het IVS moet de actuatoren in de TBM zodanig instellen dat een bepaalde gewenste evenwichtstoestand rond de TBM gecreeerd wordt. Deze toestand is gedefinieerd door het deskundigenteam c.q. kennissysteem met behulp van het predictiemodel. In de onderstaande opsommingen wordt een schot voor de boeg gegeven voor deelsystemen die in de functionele analyse kunnen worden gei'dentificeerd. Binnen het deelproject zal die functionele analyse op een hoog detailniveau moeten worden uitgevoerd. Een tunnelboormachine heeft interactie met de omgeving op de volgende locaties: 4925000XlJHa/DSI
R012263-B
- 14-
TEC
1. Het graaffront; 2. Het schild; 3. De staartspleet; Binnen de tunnelboormachine zijn enkele deelsystemen actief die invloed op de interactie met omgeving en zeker ook met elkaar hebben. Grofweg zijn er vier relevante deelsystemen binnen de TBM aan te wijzen: A. Boorfrontsysteem; B. Schlldsysteem; C. Staartspleet groutsysteem; D. Voortgangsysteem; Elk van de deelsystemen is aan te sturen met een of meerdere actuatoren. Bij de invloed van een deelsysteem op de spanningstoestand rond de TBM kan onderscheid gemaakt worden tussen een directe en indirecte werking. Een voorbeeld hiervan is het staartspleet groutsysteem. Injecteren van een hogere druk heeft uiteraard een verhoogde spanning in de staartspleet tot gevolg (directe werking), het drukt echter de TBM ook in meer of mindere mate "naar voren" waardoor een drukverandering aan het graaffront plaats kan vinden (indirecte werking). Om een gelijke spanningssituatie aan het graaffront te behouden zullen de andere deelsystemen dus moeten reageren. Hoe groot de invloed van een drukverandering in de staartspleet op de spanningstoestand aan het graaffront daadwerkelijk is, is aan een nadere analyse onderhevig. Met andere woorden, er kan onderscheid gemaakt worden tussen het primaire en secundaire belang van een deelsysteem voor een interactiegebied rond de TBM. Deze kennis zal gebruikt moeten worden bij de ontwikkeling van het instellingenvertalingssysteem.
5.5 5.5.1
Deelsysteem Analyse Interne analyse
De analyse binnen ieder deelsysteem bestaat uit de volgende stappen, deze opsomming is toegelicht aan de hand van een voorbeeld:
Stap
II/ustratief
voorbee/d groutinjectie in de
staarts leet 1. Input van het IVS (nagenoeg TBM onafhankelijk) Welke input kan het IVS verwachten, met andere woorden welke output levert het kennissysteem of het deskundigenteam. De gewenste situatie wordt hiermee gedefinieerd. Deze gegevens zijn onafhankelijk van het TBM systeem, het type TBM is wel enigszins van belang. Van de mogelijke inputs voor een IVS moet een inventarisatie gemaakt worden, zowel voor wat met de huidige technologie mogelijk is als wat vanuit rocesbeheersin technisch 0 unt ewenst is. De interne beschrijving van het IVS (gedeeltelijk TBM afhankelijk). Met welke technieken kan het proces binnen een IVS beschreven worden (meet- en regeltechniek, analytisch, statistiek of kunstmatige intelligentie methoden). Het is de bedoeling dat het proces in stroomschema's wordt vastgelegd en de techniek wordt afgewogen waarmee het IVS zal werken. De elementen waaruit een proces is opgebouwd zijn voor de meeste TBM's vergelijkbaar. Dit betekent dat bepaald kan worden met welke technieken dergelijke processen het effectiefst beschreven kunnen worden.
Uit het predictie model is een optimale spanningsituatie bepaald waarmee de zettingen tot een gewenst minimum beperkt blijven. Deze waarde is tot stand gekomen door een iteratief proces waarin of het deskundigen team of het kennissysteem betrokken is. Deze optima Ie boorproces instelling wordt aan de relevant deelsystemen van het IVS doorgegeven
2.
4925000X/JHalDSI
R012263-B
Het groutinjectiesysteem bestaat grofweg uit een groutpomp, een groutslang, groutinjectiepunt en een drukopnemer waarmee de gewenste druk gecontroleerd kan worden. Er zijn verschillende technieken voorhanden waarmee de relatie tussen de pompsnelheid (actuator) en druk in de staartspleet beschreven c.q. uitgeregeld kan worden. Het IVS moet deze relatie weten om voor een gewenste druk in de staartspleet een passende actuator te genereren.
- 15-
TEC
3. Output van het IVS (volledig TBM afhankelijk) Op basis van 1 en 2 wordt de waarde van de actuatoren gedeftnieerd. Deze is volledig afhankelijk van de individuele componenten van het systeem dat in de TBM toegepast wordt. Van de mogelijke outputs voor een IVS moet een inventarisatie gemaakt worden, zowel voor wat met de huidige technologie mogelijk is als wat vanuit procesbeheersing technisch oogpunt gewenst is.
De output van het IVS, dus eigenlijk de instelling van de actuator is geheel TBM afhankelijk. Om de output van een IVS te kunnen bepalen moeten de karakteristieken van het groutsysteem exact bekend zijn. Het type pomp, de lengte en type slang, eigenschappen grout, locatie drukopnemer, etc.
Het presenteren van de informatie dient bij voorkeur aan de hand van stroomschema's te gebeuren. Bij de in- en output dient onderscheid gemaakt te worden tussen huidige technologie en wat vanuit de functie van het deelsysteem wenselijk is (toekomstige technologie).
5.5.2
Interactie deelsystemen
Zoals eerder vermeld staan de deelsystemen niet op zichzelf, maar hebben de aanpassingen in de instellingen van een deelsysteem invloed op de andere deelsystemen. Deze interactie moet beschreven worden, waarbij onderscheid gemaakt moet worden naar de mate van invloed. 5.6
Softwarematige
implementatie
Voor wat de softwarematige implementatie van het IVS betreft zijn er twee belangrijke componenten te onderscheiden: . Platform voor de interne beschrijving van het IVS . Communicatie binnen het IBBS, de in- en output van het IVS. De afweging welk platform te gebruiken voor de softwareontwikkeling zal in samenspraak met IT specialisten en de andere deelprojecten moeten worden gemaakt. Zoals is aangegeven in paragraaf 4.1 is het van belang om bij het onderdeel communicatie onderscheid te maken in TBM onafhankelijk en TBM afhankelijke informatie. Initieel moet geconcentreerd worden op de TBM onafhankelijke componenten. Ook bij ontwikkeling binnen een tunnel project moet, om een universele component te bewerkstelligen, dit onderscheid nadrukkelijk in acht genomen worden.
4925000XlJHa/DSI
R012263-B
- 16-
TEC
6 6.1
Deelproject 11-2,ontwikkelen van een IBBS kennissysteem Inleiding
De definitie en het doel van het kennissysteem is reeds gegeven in paragraaf 2.3.4. In Figuur 7 is het kennissysteem uit het IBBS geheel gelicht om te iIIustreren welke schakel het vervult binnen het IBBS. Aan dit deelprojact zit een sterke inventarisatie kant, zowel in de kennis als in de kennissystemen. Vervolgens wordt de kennis in software germplementeerd
Kennissysteem boorprocesi nstellingen
Instellingen suggestie
Voorspelde boorproceseffecten
Predictie
Waargenomen boorproceseffecten
Optimale boorprocesinstell
-
ingen
Aangepaste omgevi ngsi nformatie
analyse
Figuur 7: in- en output Kennissysteem
Het IBBS kennis systeem valt uiteen in twee subsystemen (zie Figuur 7): 1. Instellingsuggestie systeem Dit sub-systeem moet de meest optimale boorproces instellingen "bedenken" en levert zowel aan het predictiemodel als aan het instellingen vertalingssysteem, de aan het boorproces gerelateerde invoer. Bij de meest optimale boorproces instellingen moet er, vanuit het licht van deformatie beheersing, gedacht worden aan de meest optimale spanningsevenwichtsituatie rond de TBM. 2. Predictie-analyse systeem Het predictie-evaluatie systeem moet op basis van de instellingen van het boorproces en de gemeten effecten, het omgevingsmodel kunnen herijken. Dat wi! zeggen dat bij een predictie model, zoals een 3D eindige elementen model, de eigenschappen van het model (invoerparameters, laagscheidingen, stijfheid belendingen) zodanig aangepast worden dat een best-fit verkregen wordt tussen de gemeten en voorspelde waarden. Uit de beschrijving van de twee subsystemen blijkt dat het resultaat van de optimalisatieloop van een systeem als uitgangspunt dient voor het andere subsysteem. In Figuur 8 en Figuur 9 is dit schematisch ge'11lustreerd.Het instellingensuggestie systeem optimaliseert de instellingen van de TBM, de omgeving (het predictiemodel) dient hierbij als uitgangspunt. Het predictie-analyse systeem optimaliseert de omgeving (het predictiemodel), waarbij de instellingen van de TBM als uitgangspunt dienen.
.. ...+.+
.wa
.+.. :
. ....
.....
6
a...............
,.
.+. .+. .. ...
.+. ... . : :
.. ...+ ."
... .+ .. .. ......
~
Figuur 8: Instellingensuggestie systeem, levert de meest optima/e boorprocesinstellingen
6.2
.. ." '.. ... ...
::
...
~ +..
.. "" ;.+
.... ...
Figuur 9: Predictie-analyse omgevingsmodel
systeem, herijkt het
Beoogd Resultaat
Het IBBS kennissysteem zal in een 3e generatie IBBS in staat moeten zijn de functie van het deskundigen team over te nemen. Het moet dus tenminste de taken van dit team kunnen uitvoeren. Het beoogde resultaat moet relevante kennis voor de beide sub-systemen van het kennissysteem zowel kwalitatief als kwantitatief expliciet maken. Deze kennis moet in geschikte kennissystemen germplementeerd worden zodat een prototype kennissysteem operationeel is.
4925000XlJHalDSI
R012263-B
-17 -
TEC
Stappenplan
6.3
In de aanbevelingen van de haalbaarheidsstudie zijn drie onderzoekstrajecten voorzien (zie paragraaf Enerzijds gericht op het expliciet maken van kennis door middel van interviews en actie-reactie studies met predictiemodellen. Anderzijds op het vastleggen van de daarmee gegenereerde kennis met behulp van geschikte softwaresystemen. Om het beoogde resultaat te realiseren is het volgend stappenplan gedefinieerd: 1. Inventarisatie kennissystemen algemeen, Instellingensuggestie en Predictie-evaluatie systeem 2. Actie-reactie processtudies met behulp van gevalideerde predictiemodellen en aan de hand van COB praktijkprojecten; 3. Interviews, observaties en discussies van/met TBM operators; 4. Vastleggen van Kennis, Software
Inventarisatie
6.4
Het deelproject begint met een inventarisatie fase. In deze fase dienen kennissystemen in het algemeen gernventariseerd te worden. Wat voor typen zijn er en voor welk soort toepassingen zijn die geschikt. Daarnaast zal er een functionele analyse moeten worden gemaakt van de onderdelen waarvan de kennis moet worden vastgelegd. Door deze te koppelen zal duidelijk moeten worden op welke wijze de kennis het meest effectief kan worden vastgelegd.
6.4.1
Kennissystemen Problem
~ Knowledge data
,
,
"
Expert Systems
Genetic Algorithms
Neural Networks
,
Statistics & Probabil ity
Fuzzy Logic & approximate reasoning
Fuzzy systems
, ...
Neurofuzzy systems
,
,r
Approximate solution
Figuur 10: overzicht technieken om kennis vast te leggen (in Alvarez-Grima in Engineering Geology)
Mo, 2000, Neuro-fuzzy
modeling
Het navolgende overzicht van technieken om kennis vast te legen is overgenomen uit het promotieonderzoek van Alvarez-Grima (2000) "Neuro-fuzzy modeling in Engineering Geology". Het geeft een richting aan de inventarisatie van kennissystemen die in fase II uitgevoerd dient te worden.
4925000XlJHalDSI
R012263-B
- 18-
TEC
In Figuur 10 is een overzicht gegeven van de mogelijke kennissysteem technieken in de interactie. Na het definieren van het probleem is het lastigste gedeelte om de juiste techniek te kiezen om de oplossing voor het probleem te benaderen. Deze keuze wordt met name bepaald door de volgende factoren: . De hoeveelheid kennis; . De hoeveelheid data . Het type onzekerheid dat in het systeem aanwezig is. Er kunnen twee typen onzekerheid onderscheiden worden, namelijk objectieve onzekerheid (probabilistische onzekerheid) en subjectieve onzekerheid (niet-probabilistische onzekerheid). Objectieve onzekerheid kan worden gevat met behulp van probabilistische technieken. Voor subjectieve onzekerheid biedt fuzzy logic uitkomst. Met fuzzy logic is het mogelijk om subjectieve begrippen, binnen een bepaalde context, te definieren. De definitie hoeft niet strikt zwart/wit te zijn, want binnen de fuzzy logic is er ruimte voor een overgangsgebied (grijs). In feite is dit dezelfde manier waarop ingenieurs denken (de zettingen zijn groot, de zettingen zijn klein), uiteraard binnen de context van het probleem. Expert systemen zijn toepasbaar wanneer de kennis kan worden opgeschreven met behulp van strak gedefinieerde als-dan (if-then) regels. Dit gegeven herbergt ook de beperking van de methode. Veel problemen in de techniek zijn namelijk niet direct met strak gedefinieerde regels te vangen. Neurale netwerken zijn die door middel van trainingsdata oplossingen voor nieuwe vergelijkbare vraagstukken kunnen aandragen. Een neuraal netwerk bestaat uit een groot aantal onderling verbonden processing units (neurons) en heeft de capaciteit typische patronen in data vast te leggen. Dit wordt gerealiseerd door een neuraal netwerk te trainen met trainingsdataset. Deze dataset bevat zowel de vraag als het antwoord van het probleem. Het neuraal netwerk (in feite het gewicht van de verbinding tussen de neurons) kan zich zo aanpassen en bij een bekende vraag hetjuiste antwoord benaderen. Op basis hiervan kan het antwoord op nieuwe vragen benaderd worden. Ais vervolgens de antwoorden van nieuwe vragen ook tot de beschikking komen, kan het netwerk blijven leren en zich dus continu aanpassen aan veranderende omstandigheden. Een belangrijk nadeel van een neuraal netwerk is dat het een black box is, met als gevolg dat de kennis die in het systeem aanwezig is doorgaans moeilijk expliciet te maken is. Naast het vastleggen van kennis met de individuele technieken zijn er ook hybride systemen mogelijk: Fuzzy
- Systems
en Neuro
- Fuzzy
systems zijn in Figuur 10 aangegeven.
Het idee achter dergelijke combinaties
is dat de zwakke punten van de ene techniek worden opgevangen door sterke punten van de ander. 6.4.2
Functionele analyse
Van het Instellingensuggestie- en het Predictie-evaluatie systeem moet een functionele analyse gemaakt worden. In deze analyse moet tot uitdrukking komen hoe de beide systemen op functioneel niveau zouden moeten werken. Aan de hand van een of meer typen predictiemodellen kan een verdieping plaatsvinden door te analyseren of er voldoende gegevens voorhanden zijn om de beide systemen convergerend te laten werken. Er zal dus beschouwd moeten worden of het kennissysteem wel voldoende metingen en gegevens ter beschikking heeft om gefundeerd het proces te kunnen beheersen. Met andere woorden: zijn met de huidige technologie voor ieder deelproces de juiste en relevante invoerparameters aanwezig. Ter iIIustratie worden de grondgegevens ter hand genomen. In de huidige benadering zit er mogelijk een relatieve discrepantie tussen de dichtheid van gegevens afkomstig uit het grondonderzoek (a-priori omgevingskennis) en de benodigde kwaliteit van de gegevens ten behoeve van het predictie model. Er zou onderzocht kunnen worden ofer meer sensoren in de TBM geplaatst moeten worden die de kwaliteit en dichtheid van gegevens over het grondlichaam direct rond de TBM vergroot. Gelet op het belang van de relatie met de groutdrukmeting in de staart spleet zou misschien gedacht moeten worden aan Menard pressiometers (zowel actief als passief) aan de buitenzijde van het schild. Wanneer deze met eenzelfde dichtheid als het aantal groutinjectiepunten geplaatst worden wordt de regelkring rond de groutinjectie gesloten. De vraag kan ook omgekeerd worden: hebben we gegevens omtrent het TBM proces voorhanden, die nog niet ten volle benut worden, of met de huidige TBM technologie nog niet benut kunnen worden. Door de analyseren welk type kennis er in welk systeem benodigd is, kan worden vastgesteld kennissyteem het meest bruikbaar is voor (de onderdelen van) het Instellingensuggestie- en het Predictie-evaluatie systeem.
4925000XlJHalDSI
R012263-B
- 19-
TEC
6.5
Actie - reactie Processtudies
Actie-reactie processtudies hebben in tot op zekere hoogte plaatsgevonden binnen de onderzoekscommissies van het COB (K100, l500, etc.). Hoewel er een grote mate van projectafhankelijkheid bestaat, kunnen er uit actie-reactie processtudies de grove tendensen van het procesgedrag gehaald worden: 1e graad. Tweede graads tendensen zijn geheel projectafhankelijk en worden in sterke mate bepaald door afmetingen, geo-omstandigheden, etc. Deze categorie dient voor of gedurende projecten bepaald te worden.
6.6
Interviews
Om de, vooral kwalitatieve, kennis van TBM operators inzichtelijk en expliciet te maken worden interviews uitgevoerd. 6.7
Vastleggen
van de Kennis, software
Ten eerste is het van belang om het juiste platform te kiezen waarmee de kennis vastgelegd wordt. Dit is in belangrijke mate afhankelijk van het type kennissysteem er gekozen wordt. Daarnaast geldt ook hier dat de wijze van communicatie in overleg met de overige deelprojecten bepaald wordt. Zoals is aangegeven in paragraaf 4.1 is het van belang om bij de communicatie onderscheid te maken in TBM onafhankelijk en TBM afhankelijke informatie. Initieel moet geconcentreerd worden op de TBM onafhankelijke componenten. Ook bij ontwikkeling binnen een tunnelproject moet, om een universele component te bewerkstelligen, dit onderscheid nadrukkelijk in acht genomen worden.
4925000XlJHa/DSI
R012263-B
- 20-
TEC
7
7.1
Deelproject 11-3,gegevens opslagsysteem
met integratie subsystemen,
gebruikersinterface
Inleldlng
De definitie en het doel van het gegevensopslagsysteem is reeds gegeven in paragraaf 2.3.5. In Figuur 11 is de in- en output van het gegevens opslag systeem grafisch weergegeven. Omdat het om een gegevensopslag systeem gaat zijn de in- en output gelijk. Het kan wet zo zijn dat, afhankelijk van het subsysteem dat de gegevens aanbiedt of oproept, de data in verschillende formats aangeboden wordt. Strikt genomen is dit bewerking van data, hetgeen niet tot de functionaliteit van een database behoort. Deze bewerking van data is echter van groot belang bij de integratie van de subsystemen. Omdat in dit deelproject op data gebied integrerend gewerkt wordt, dient de gebruikersinterface ook hierin meegenomen te worden. Het succes van het IBBS wordt in belangrijke mate bepaald door de wijze waarop de mogelijkheden in de uitvoering benut worden. Hierbij geldt dat het op een transparante wijze inzichtelijk maken van grote hoeveelheden informatie voor personeel in een quasi industriele omgeving extra aandacht behoeft.
Waargenomen effecten
Gegevensopslagsysteem
Voorspelde effecten
geoGIS database
(veranderde) omgevi ngsi nformatie
Waargenomen effecten Voorspelde effecten
(veranderde) omgevingsinformatie
Figuur 11: in- en output gegevensopslagsysteem
7.2
Beoogd Resultaat
In eerste instantie moet een functioneel ontwerp van het database
systeem gemaakt worden, waarbij
aandacht uit moet gaan naar de communicatie (data-formats) van de verschillende componenten (integratie sub-systemen). Vervolgens kan voor een concreet project het ontwerp gerealiseerd worden, zowel voor het inrichten van de database als de applicaties waarmee de data leesbaar gemaakt kan worden voor de verschillende componenten van het IBBS, inclusief de gebruikersinterface. Het deelproject wordt afgesloten met een werkend prototype van het gegevensopslagsysteem dat kan communiceren met aile sub-systemen van het IBBS (integratie).
7.3
Inventarisatie
In de inventarisatie wordt de data, afkomstig uit aile componenten van het IBBS, getypeerd en geclusterd (temporal data, spatiele data, meta data). Tevens dient er een inventarisatie van de uitwisselbaarheid van data, dataopslag- en presentatiemogelijkheden plaats te vinden.
ledere IBBS deelcomponent zal naar verwachting een grote hoeveelheid data produceren, waarvan maar een gedeelte relevant is voor de toepassingen in het IBBS. Uit de inventarisatie zal dus moeten blijken welke data van de verschillende IBBS componenten noodzakelijk is welke van minder belang. 1.4
FunctioneelOntwerp
In het functioneel ontwerp dient de databasestructuur te worden vastgelegd. Het ontwerp dient een bepaalde mate van flexibiliteit in zich te hebben. Deze flexibiliteit zal zowel binnen een tunnel project benut worden als tussen verschillende tunnelprojecten. Dit betekent dat de database niet puur dataopslag functie heeft, maar ook nadrukkelijk de mogelijkheid moet hebben om verschillende dataformats met elkaar te laten communiceren. Voor de gebruikersinterface moet het ontwerp worden gemaakt welke data op welke wijze data in samenhang met elkaar gepresenteerd kan worden. Hierbij dienen het beoogde gebruikersprofiel als uitgangspunt genomen te worden.
4925000XlJHalDSI
R012263-B
- 21 -
TEC
7.5
Ontwikkeling prototype
Wanneer een concreet tunnelproject in beeld is kan op basis van het functioneel ontwerp het prototype van het gegevensopslagsysteem en de gebruikersinterface ontwikkeld worden.
4925000XlJHalDSI
R012263-B
- 22-
TEC
8 8.1
Praktisch aspecten realisatie deelprojecten fase II Introductie
In dit hoofdstuk worden de praktische aspecten gernventariseerd die van belang zijn voor de realisatie van de in dit rapport beschreven deelprojecten. Hierbij moet gedacht worden aan het profiel van de betrokken partijen, hoe financiering tot stand zou kunnen komen en wat de knelpunten zijn. In het hoofdstuk wordt een verkenning gemaakt van hoe partijen en projecten elkaar zouden kunnen vinden bij de ontwikkeling van de IBBS deelprojecten. Deze inschatting wordt gemaakt op basis van de ervaring die in de afgelopen jaren is opgedaan bij het (samen)werken in COB verband en de (ondergrondse)bouwwereld in het algemeen. 8.2
Partijen
In algemene zin zullen voor de uitvoering van de deelprojecten drie partijen vertegenwoordigd zijn: 1. De Tunnelboormachine (TBM) fabrikant; 2. De Aannemer; 3. De Opdrachtgever, doorgaans in de vorm van een (extem) Ingenieursbureau; Gezien het innovatieve karakter van de deelprojecten zullen ook de kennisinstituten bij de ontwikkeling benodigd zijn. Deze zijn buiten de opsomming gelaten omdat ze primair in een tunnel project geen rol hebben. In de ontwikkelingsfase kan de positie van een Kennisinstituut uiteraard welleidend zijn, hetgeen dan via een van de drie partijen zal gebeuren.
De rol van de TBM fabrikant is van groot belang bij de ontwikkeling van het IBBS. De fabrikant levert immers de machine waar de aannemer en opdrachtgever eisen en wensen aan stellen en die in geval van een IBBS extra inzet van de fabrikant vergt. De kennis van de fabrikant is benodigd om de TBM fysiek en besturingstechnisch zo uit te rusten dat het IBBS verwezenlijkt wordt. Hoe hager het detailniveau van het IBBS ontwerp wordt, des de groter de inspanning van de TBM fabrikant zal moeten zijn. De aannemer beschikt over belangrijke operationele kennis van het TBM proces en voortgang. Van de aannemer zal inzicht gevraagd worden op het besturingsgebied. Onderdeel van het kennissysteem is het expliciet maken van kennis die bij de TBM piloot aanwezig is; hoe reageert hij op bepaalde signalen en waarom. De aannemer zal bereid moeten zijn om deze kennis te delen. Een andere sleutelrol van de aannemer is dat hij voor een belangrijk deel het succes van het IBBS bepaalt. Het succes van het IBBS is immers afhankelijk van de mate waarin er mee gewerkt zal worden en in hoeverre het vermagen voor de boorprocesbeheersing benut worden. Aan de opdrachtgeverzijde zal het IBBS voomamelijk een beheersfunctie vervullen. Vanuit de monitoring functie van het IBBS heeft de opdrachtgever de mogelijkheid de effecten van het boorproces te volgen en, indien de contractvorm het toelaat, samen met de aannemer in het deskundigenteam te werken. In de ontwikkeling van de rekenregels voor boortunnels (L500) is een belangrijke bijdrage geleverd door de ingenieursbureaus, eenzelfde inbreng van specialismen zal bij de ontwikkeling van het IBBS van de ingenieursbureaus verwacht worden. 8.3
Financiering
en Projecten
In hoofdstuk 11 wordt een begroting voor fase II gegeven. Omdat de financiele situatie van het COB op dit moment minder ruim is dan in het verleden, is het niet waarschijnlijk dat er vanuit het COB een substantiele financiele bijdrage te verwachten is. Bij het doorgaan van fase II in het IBBS ontwikkelingsproces is het dus waarschijnlijk dat de middelen 6f sterk project gerelateerd zijn 6f uit een productontwikkeling subsidieregeling afkomstig zijn. De kansrijke projecten voor de toepassing van een prototype worden in hoofdstuk 9 opgesomd. 8.4
Knelpunten
In paragraaf 8.3 is vanuit COB perspectief het knelpunt financiering benoemd. Een ander punt waar een belemmerende werking van uit zou kunnen gaan, is dat bij ontwikkeling binnen COB verband de eigen en te ontwikkelen kennis door de partijen gedeeld moet worden. Ervaring heeft geleerd dat concurrenten terughoudend zijn in het uitwisselen van informatie, zeker wanneer het detailniveau toeneemt. Hetgeen 4925000XlJHa/DSI
R012263-B
- 23-
TEC
vanuit een competitie perspectief ook zeer begrijpelijk is. Deze openheid van informatie-uitwisseling is bij een project uitgevoerd in COB verband een belangrijke voorwaarde. Gezien het voorgaande zou een ontwikkeling binnen COB verband minder effectief en efficient kunnen verlopen. Het gebrek aan COB kan in dit licht als minder hinderlijk worden opgevat als in eerste instantie het geval zou zijn (het nadeel kan een voordeel zijn - principe). Vanuit het ontwikkelingsperspectief van het IBBS in het algemeen is het dus meest effectief als dit voomamelijk buiten het kader van het COB gebeurt. Er zijn echter natuurlijk altijd onderdelen die wel goed binnen COB verband plaats kunnen vinden. Voorbeelden zijn onderdelen waarvan de gevoeligheid van de informatie laag is (inventarisatie en functionele beschrijving), onderdelen waarvan een evaluatie in een breed verband wenselijk is of onderdelen die zo nieuw zijn, dat uitwerking het best bij een kennisinstituut (universiteit) plaats kan vinden (kennissysteem). Uiteraard geldt ook hier het knelpunt dat het COB dan fondsen beschikbaar moet hebben.
4925000XlJHalDSI
R012263-B
- 24-
TEC
9
Doorkijk naar fase III,evaluatie prototype in proefprojecten
Voor het testen van een prototype IBBS dienen geschikte feite pas in fase IIIvan het IBBS ontwikkelingstraject aan Bij de evaluatie van een prototype IBBS kan onderscheid (onderdelen van) het IBBS met behulp van data uit reeds evalueren van IBBS in toekomstige projecten.
9.1
projecten voorhanden te zijn. Deze stap komt in bod, in dit hoofdstuk wordt al een doorkijk gegeven. gemaakt worden tussen het testen van uitgevoerd projecten en het toepassen en
Evaluatie op basis van reeds uitgevoerde projecten
Uiteraard kan het IBBS geen actieve evaluatie rol vervullen bij projecten die reeds uitgevoerd zijn. Het is echter wel zo dat er bij (gedeelten van) de uitgevoerde boortunnel projecten in Nederland uitgebreide meetcampagnes zijn uitgevoerd. Hiervan zijn dus zowel de gegevens van boorprocesinstellingen en de gevolgen (deformaties) beschikbaar. Parallelle analyse van deze gegevens kunnen een belangrijke bijdrage leveren aan het verwezenlijken van de kennissystemen binnen het IBBS. Goede empirie wordt in dit kader als zeer waardevol beschouwd. De tunnelprojecten die primair aan deze voorwaarde voldoen zijn de Tweede Heinenoordtunnel en de Botlekspoortunnel. Daarnaast zullen de lopende projecten Westerscheldetunnel, Sophiaspoortunnel, Groene Hart tunnel en Boortunnel Pannerdensch Kanaal ook waardevolle informatie opleveren, indien beschikbaar. Hierbij kan aangetekend worden dat de deformaties vanwege de voornamelijk agrarische omgeving waarschijnlijk een minder dominante rol vervullen, waardoor de contractmatige hindemissen voor het vrijgeven van informatie wellicht klein zijn. 9.2
Toepassing
en evaluatie
in toekomstige
projecten
Projecten die hiervoor in aanmerking komen zijn de Noord/Zuidlijn in Amsterdam, het OLS SchipholAalsmeer, Hubertustunnel Den Haag en de boortunnel bij Rotterdam CS. Een belangrijke factor die een IBBS bij deze projecten noodzakelijk maakt is de gevoelige stedelijke omgeving waarin het project uitgevoerd wordt.
Figuur 12: Trace boortunnel Rotterdam CS (gestippeld) ten behoeve van Randstadrail
Binnen het project Noord/Zuidlijn bestaan concrete plannen voor de inzet van een 1egeneratie IBBS. Van een aantal van voornoemde deelsystemen zijn reeds functionerende prototypes ontwikkeld. De komende jaren zullen door het Adviesbureau Noord/Zuidlijn worden gebruikt om verschillende deelsystemen verder te 4925000XlJHa/DSI
R012263-B
- 25-
TEC
ontwikkelen en te integreren tot een operationeel systeem. Hoewel de synergetische mogelijkheden van de werkzaamheden van commissie L700 en het Adviesbureau Noord/Zuidlijn van beide zijden worden onderkend, is er echter een zeer belangrijke complicatie bij een directe samenwerking tussen L700 en het Adviesbureau NoordlZuidlijn. Namelijk dat gedurende de aanbestedingsfase (precontractuele fase) geen directe informatieoverdracht in de richting van L700 mogelijk is, omdat dit de contractvorming kan be'invloeden. Ook tijdens de uitvoering lijkt een samenwerking niet eenvoudig te realiseren in verband met de vertrouwelijkheid van de informatie (o.a. zettingen van gebouwen) die het IBBS herbergt. Daarnaast is de daadwerkelijke beproeving van het systeem nog relatief ver weg (2004-2005). Bij het project Ondergronds Logistiek Systeem Schiphol (OLS) spelen aanbestedingstechnische, contractmatige, publicitaire en andersoortige hindemissen waarschijnlijk minder een rol van betekenis. Met name omdat het ontwerp van het OLS in samenwerking met het COB tot stand is gekomen, lijkt het OLS project derhalve zonder meer als proefproject voor een IBBS van commissie L700 in aanmerking te komen.
De Hubertustunnel in Den Haag, die wellicht nog met de boortunneltechniek uitgevoerd gaat worden, zou ook een goode kandidaat kunnen zijn om een prototype van IBBS te testen. Deze mogelijkheid zou nader beschouwd moeten worden. De Boortunnel Rotterdam CS maakt onderdeel uit van de bereikbaarheidsoffensief plannen van de regio's Rotterdam en Haaglanden. De Hofpleinlijn wordt in Rotterdam vanaf de Kleiweg door middel van een geboorde tunnel verbonden met het metrosysteem bij het Centraal Station. Deze tunnel zal voomamelijk het stratenpatroon volgen, maar zal ook de sporen van Rotterdam CS kruisen alsmede de rijksweg A20. Deze gevoelige stedelijke omgeving maakt beheersing van het boorproces en minimalisering van deformaties noodzaak.
4925000XlJHalDSI
R012263-B
- 26-
TEC
10 Planning Afhankelijkvan de inzetvan mensenkunneneen deelprojecten11-1 en 11-2in een tijdsspannevan 10 maanden afgerond worden. Deze twee projecten kunnen parallellopen. Deelproject 11-3zal in principe aansluitend, met gedeeltelijke overlap, aan de overige twee deelprojecten gerealiseerd kunnen worden. Deelproject 11-3 kan in een tijdstermijn van 6-8 maanden gerealiseerd worden, afhankelijk van de inzet van personeel. De planning is grafisch weergegeven in Figuur 13.
otie subs\ISIemen
;
@
!@
Figuur 13: Planning IBBS fase /I
4925000Xl JHalDSI
R012263-B
- 27-
TEC
11 Kostenraming
40.000 10
1.400
90
en
6 software ontwikkelin
126.000
90
1400
126.000
30
1.400
42.000
180
1.400
252.000 50.000
7 COB- erelateerde k05ten commissie, ed.
TOTAAl: deelproject ontwikke
14.000
650.000
11.2
an een IBBS kenniss steem
90
1.400
126.000
15
1.400
21.000
20
1400
28.000
5 Inventarisatie Instellin su
40
1.400
56.000
6 Inventarisatie Predictie-evaluatie s steem
40
1.400
56.000
7 technisch overle
30
1.400
42.000
225
1.400
315.000
8 software ontwikkelin 9 COB- erelateerde kosten commissie ed.
50.000 TOTAAl:
734.000
40.000 28.000 20
1.400
28.000
40
1.400
56.000
150
1.400
210.000 50.000
TOTAAl:
412.000
TOTAL KOSTEN (eerste raming), fl. 1.796.000 fase IIIBBS, ontwikkeling prototype
4925000XlJHalDSI
R012263-B
- 28-
TEC
12 Aanbevelingen In dit rapport is een inhoudelijk plan van aanpak gegeven voor IBBS fase II: ontwikkeling van een prototype. Er zijn eehter twee erueiale knelpunten aan te wijzen bij ontwikkeling van het prototype in COB verband, te weten: 1. De besehikbare geldelijke middelen voor de realisatie van fase II; 2. Het delen en ontwikkelen van kennis van hoog detailniveau tussen eoneurrerende partijen; Naast de evidente voorwaarde 1, geldt bij voorwaarde 2 dat voor bepaalde onderdelen in het plan van aanpak uitwerking binnen COB verband niet wenselijk is omdat de indruk bestaat dat de effeetiviteit dan laag zal zijn, hetgeen de daadwerkelijke ontwikkeling van een prototype in de weg kan staan. Een effectieve en effieiente ontwikkeling van een prototype IBBS is gebaat bij inbedding in een eonereet tunnelproject. Een aantal voor de hand liggende kandidaten worden in het rapport genoemd. Het COB kan daarbij de sterke rol vervullen die goed bij de organisatie aansluit, namelijk faeiliterend op de onderdelen die niet coneurrentie gevoelig zijn en adviserend omtrent het werven van middelen in een breder verband.
4925000XfJHa/DSI
R012263-B
- 29-
TEC
