Deze blog is een blogversie van een artikel dat is geschreven voor en gepubliceerd door GeoInfo in het derde nummer van 2021.  Zie hier voor een digitale versie.

Op weg met de digitale tweeling

Vanmorgen werd ik wakker met een digital twin in mijn hoofd. Kan dat? ‘nou nee’ zal menigeen zeggen en dat klopt natuurlijk, maar vandaag ‘flowde’ het onderwerp om 7 uur ‘sochtends vanuit LinkedIn naar binnen.

Vaak nadat ik wakker word begin ik de dag met het lezen van berichten. Via een prachtig model van kademuren door Geomaat - Eyefly, kwam het filmpje over de ‘Innovatieve Digital Twin’ van de gemeente Groningen tevoorschijn – inmiddels al weer meer dan een jaar oud. En direct daarop het artikel van SmartCitiesWorld dat beweert dat “digital twins will become the ultimate tool for city governments to design, plan and manage their connected infrastructure and achieve cost-savings of $280bn by 2030”. Een prachtige kapstok voor wat ik vandaag wilde schrijven, namelijk: ‘een hoog over’ artikel over digital twins. Want er valt wel wat op beide uitspraken af te dingen. Wat zijn digital twins dan, hoe komen we er aan en wat mogen we er van verwachten?

Digital Twins

Laat ik maar met de deur in huis vallen: de lezer krijgt van mij vandaag geen eenduidig antwoord. Er zijn verschillende redenen waarom dat niet kan. Allereerst omdat het iedereen vrij staat een term en bijbehorende verwachtingen te definiëren, maar zelfs als er een ‘common onderstandig’ is dan toch zeker geen wetgeving, standaardisatie of zelfs maar een nationale organisatie die zich met digital twins bezig houdt. Tenslotte is iedere twin uiteindelijk specifiek voor een organisatie of zelfs bepaald gebruiksdoel, dus is er nooit een eensluidende definitie.

Relatie met BIM

Wie zich ophoudt in de kring van infrastructuur en ook de begrippendiscussie ‘CAD en GIS’ van de jaren ’90 kent, heeft zich de afgelopen jaren ook bezig gehouden met BIM en wat dat voor zijn werkveld betekent. Als je daar wat dieper in zat, kreeg je bij het horen van de ‘digital twin’ de kriebels en dacht ‘wat moet dat nou weer’. En laat nu digital twin ook in een vergelijkbare spraakverwarring zijn geraakt en ten overvloede ook nog eens overlappend met, of tenminste stevig rakend aan het werkveld van BIM. We gaan niet op dat onderwerp in, maar de simplificatie van Building Information Modelling tot een 3D CAD model heeft wel alle kenmerken van het versimpelen van een digital twin tot een 3D stadsmodel. In beide gevallen geldt: ja, BIM of een digital twin kan doorgaans niet zonder een 3D model, maar het is veel meer dan dat. BIM heeft een prachtig fundament in de wetgeving van de VK voor het uitvoeren van bouwprojecten. Schoorvoetend neemt de rest van de wereld het gedachtegoed over en is er de ISO 19650. De digital twin heeft een heel andere geschiedenis, maar ook hier nemen we stappen vooruit naar meer diepgang. Maar we beginnen vandaag dus met een ontkenning: een digital twin is niet hetzelfde als een 3D (stads-) model.

Wat is een Digital Twin dan wel

Gelukkig zijn er inmiddels voldoende handvaten om een paar lijnen in het zand te trekken. Bij het begrip digital twin, wellicht beter in het Nederlands als ‘digitale tweeling’, moeten we het doen met definities uit allerlei bronnen. Brancheorganisaties, leveranciers, symposia, literatuur over het onderwerp. De vanzelfsprekende eerste stap is natuurlijk wikipedia en dat is niet verkeerd, alhoewel de ‘digitale tweeling’, de ‘Jumeau numerique’, de ‘Digitaler Zwilling’ of de ‘digital twin’ nogal verschillende nuances opleveren. De Engelse UK wiki besteedt een paragraaf aan onze Geo-branche met aardige voorbeelden. Daarnaast is er sinds mei 2020 een ‘digital twin consortium’ die een bak aan definities en voorbeelden heeft geproduceerd. Founding members zijn Autodesk en Bentley plus inmiddels 150 andere bedrijven, en recentelijk is ook Esri aangehaakt. Dus dat consortium heeft als het goed is, oog voor de kenmerken van ons vak.

Bij dat consortium lezen we de definitie: “A digital twin is a virtual representation of real-world entities and processes, synchronized at a specified frequency and fidelity.”. Ah, dus dat het een 3D model moet zijn staat hier helemaal niet eens! Maar wel, even verderop: “Digital twins use real-time and historical data to represent the past and present and simulate predicted futures”. En om aan te geven wat we ervan mogen verwachten: “transform business by accelerating holistic understanding, optimal decision-making, and effective action” en om het maar even af te maken: “are motivated by outcomes, tailored to use cases, powered by integration, built on data, guided by domain knowledge, and implemented in IT/OT systems”.
Goed, dat was even slikken maar de tekst verdient niettemin onze aandacht, want wat er zo beknopt staat is wel waar het bij een digital twin om draait. Je wilt een bepaald inhoudelijk of zakelijk doel bereiken. Daarvoor wil je analyses uitvoeren of simulaties. Daar heb je data voor nodig, real time en historisch. Daar heb je een IT/IoT architectuur voor nodig. Daar zijn sensors en dataverzamelingen voor nodig. Standaarden om data uit te wisselen. En ja, een visualisatie in een 3D model helpt wel om de analyses te interpreteren. Dus: een digital twin draait om een ‘probleem’, zeg maar tegenwoordig: uitdaging.

Meer dan 3d GIS of -CAD?

Laten we toch nog even redeneren vanuit het verwarrende ‘3D digital twin’ begrip. Want het is wel verbluffend wat er de afgelopen jaren bereikt is op het gebied van 3D. Landsdekkende 3D data van de bebouwde omgeving: 3D BAG in combinatie met Omgevingsserver van SpotInfo, Geodan Maps, Cyclomedia, lokale initiatieven van Future Insight, grote gemeentes, TotaalDriedimensionaal. Zonder enige twijfel zien we dat onze Geo-branche een nieuwe stap zet, na GBKN, BGT en BAG. Als er geen publieke of commerciële data beschikbaar is, zijn er een aantal voortreffelijke bedrijven die hoge resolutie 3D data kunnen inwinnen. Maar waar vormt deze data een onderdeel van een digitale tweeling?

Zoals gezegd moeten we dan kijken naar voorbeelden waar de 3D modellen gebruikt worden voor analyse en simulatie ten behoeve van een bepaald onderzoek. In het kader van een zakelijke efficiëntie of het oplossen van een wetenschappelijk of maatschappelijk vraagstuk, klein of groot. Bij Ruimteschepper is daar een aantal sessies aan gewijd. Versterking van de Lekdijk, verkeersveiligheid, stadsontwikkeling, crowd management, fietsroutering. En nog eens op het ‘geoanno2030’ 10jaars evenement, waarover meer in dit nummer. En uitgebreid bij Geonovum op het Digital Twin evenement van 20 april 2021.

Je kunt je ook afvragen: wat kun je nu met een digitale tweeling meer dan met GIS, wat we de afgelopen jaren tot grote hoogte hebben gebracht? Of dan met CAD? Hoe meer we met ‘digital twin’ in feite het 3D model bedoelen, hoe kleiner dat verschil inderdaad wordt. Maar een digital twin gaat dus niet om het model zelf, niet om de registratie, maar om welke uitspraken je er mee kan doen. Het gaat niet om de registratie van exotische attributen maar om een samenstel van data, waarnemingen en analysemogelijkheden. De digitale tweeling ‘leeft’ als het ware en we kunnen het leven diverse vormen uit laten proberen. Met als doel op de beste manier te overleven.

Een paar nationale initiatieven

Er zijn twee belangrijke nationale initiatieven om in de gaten te houden als je van digital twin’s houdt: Het project ‘Digitale Tweeling voor de Fysieke Leefomgeving’ en de ‘National Digital Twin’ van het ‘Centre for Digital Built Britain’ (CDBB). Laten we beginnen met wat dichtbij ligt. Voor de DTFL heeft Geonovum een investeringsvoorstel gestart dat de komende jaren met fieldlabs vorm moet krijgen. Waar draait het bij de DTFL om? Niet in eerste instantie om 3D data, maar om energietransitie, klimaataanpassing, vervanging kritieke delen infrastructuur, stikstofuitstoot en luchtkwaliteit. Daarom moet er een infrastructuur van digitale tweelingen komen.

Bij het CDBB is ook aandacht voor een infrastructuur van digital twins – een ‘system of systems’. Daar wordt de NDT gemotiveerd met zaken als ‘better outcomes for the taxpayers, higher-performing infrastructure. Increased national productivity, benefiting the whole construction value chain, less disruption and waste - a key enabler of the circular economy in the built environment”. Persoonlijk vind ik dat mager afsteken tegen de problemen van onze tijd - maar vooruit. De doelen zijn gedefinieerd. Het CDBB heeft overigens in samenwerking met het Institue of Engineering and Technology en het bedrijf Atkins een interessant document geproduceerd dat heet “digital twins for the built environment”. Dat is een uiterst informatief document dat het volgende onderwerp inleidt.

Implementeren van een digitale tweeling

Een digitale tweeling komt niet uit de lucht vallen, sterker nog, is in veel gevallen met de huidige stand van ontwikkeling van het eigen bedrijf of de technologie niet mogelijk. Ja van de sproeiinstallatie in je tuin kun je binnen een dag een tweeling maken maar van bijvoorbeeld een organisme of een hele fabriek, of nog een paar stapjes groter, van een stad of land zul je daar jaren mee bezig zijn en dan ook alleen nog maar een bepaald aantal aspecten afdekken. De reden: er moet erg veel gebeuren voordat je doel is bereikt. De data moet goed en uptodate zijn – zonder goede data is het project nutteloos. Dan moeten allerlei databronnen op elkaar worden aangesloten: dat vereist standaarden, samenwerking; soms moet er zelfs worden gereorganiseerd om doelen en data te bundelen. Wellicht nieuwe data en IT architectuur bedacht. Sensors gekocht en aangesloten.

Het document van IET-Atkins wijst op een aantal mogelijke stappen op weg naar een digital twin. Ze onderkennen er 6. De eerste stap is het inmeten van de ‘reality’: in de meeste gevallen wel het 3D model. De tussenstappen leiden dan naar stap 4 waarin het model met allerlei sensors verbonden is met de werkelijkheid. Het aardige is dat, vooral voor fysieke digital twins, deze stappen een haalbare weg naar de ‘digital twin maturity’ betekenen.

Met welke software

Tenslotte -maar last but not least- is er de technologie die moet kunnen bundelen, interpreteren, AI-en, simuleren, visualiseren. En daar zit nog wel een venijn in de staart. Een digitale tweeling die een proces schematisch ondersteunt – absoluut een valide use case bij bijvoorbeeld waterleidingbedrijven – heeft niet per se een 3D model nodig. Maar in onze Geo wereld zullen we dat wel willen, we zijn tenslotte de jongens van de plaatjes. En ondanks mooie producten en flinke vorderingen van de afgelopen jaren zijn we met onze huidige 3D Geo tools nog niet op het niveau van de digital twin aangeland. Ze kunnen het één wel maar het ander niet. Tygron kan snel analyseren, Imagem heeft prachtige 3D tools en dashboards, Esri kan 3D analyses doen, Bentley is goed in operationele waternetten, Tekla berekent staalconstructies. Maar one stop shopping zal voor de digital twin nog niet lukken.
Het implementeren van een digitale tweeling is een delicate mix van wat je wilt aan resultaten, de analyses, de data die je hebt en de toolset die je acceptabel vindt om te gebruiken. Zelfbouw van een AI omgeving is een mogelijkheid, maar je moet afvragen of je dat wilt of bereid voor bent te betalen.

We gaan nog een lange weg.
Gezellig toch?

Meer informatie en bronnen:

Afbeelding 1: Geonovum digitale tweeling fysieke leefomgeving (DFTL). Uit: Investeringsvoorstel Geonovum DTFL versie 0.86.
Afbeelding 2: Founding members Digital Twin Consortium.
Afbeelding 3: The definition of Digital Twins, Royal Haskoning DHV, Digital Twins in the wastewater sector.
Afbeelding 4: Maatschappelijke opgaven, uit: Geonovum, Samenvatting Investeringsvoorstel Nationale Digitale Tweeling Infrastructuur.
Afbeelding 5: Stadia in de ontwikkeling van een Digital Twin. Uit: “digital-twins-for-the-built-environment”, IET- Atkins.
Afbeelding 6: Opname uit presentatie van Ruimteschepper kenniskring 18 februari 2021 ‘Digital Twin van Amersfoort’, Huug Meijer gemeente Amersfoort, voorbeeld van geluidsbelasting berekend met Tygron