Felteksponering og monitorering til forlængelse af anlægskonstruktioners levetid
Anlægskonstruktioner som Femern Bælt forbindelsen er forbundet med ekstremt store investeringer (mere end 50 mia. DKK), og derfor er der tilsvarende store samfundsmæssige gevinster i at udvikle teknologi og løsninger, som kan forlænge levetiden af sådanne konstruktioner yderligere. Storebælt og Øresund blev designet til 100 års levetid. Femern Bælt forbindelsen er designet til 120 års levetid. Dette har selvsagt stor betydning i et totaløkonomisk perspektiv.De store offentlige anlægsinvesteringer er centrale for at booste den teknologiske udvikling og bidrage til teknologispring. Den viden man opbyggede via Storebælt og Øresund medførte bl.a. nye betontyper som markant har forbedret holdbarheden af danske anlægsbetoner og har skabt nye produkter på hylderne hos danske betonproducenter. Endvidere har det bidraget til opgraderet viden hos rådgivere, entreprenører og producenter, så de nu står stærkere i den internationale konkurrence om at få opgaver på større anlægsprojekter både i og udenfor Danmark.
Femern A/S valgte allerede i 2009 at investere i etableringen af en felteksponeringsplads med ønsket om, at Femern projektet kunne bidrage til videnopbygningen inden for betons holdbarhed til gavn for byggeriet af Femern Bælt-forbindelsen og til gavn for fremtidige anlægsprojekter. Data fra denne felteksponeringsplads og andre er nøglen til, at Femern projektet og andre større anlægsprojekter kan bidrage med ny og opdateret viden om anlægskonstruktioners levetid. En viden, som allerede er taget i anvendelse i specifikationerne for beton for Femern projektet, og som forventes anvendt af entreprenørerne, når byggeriet går i gang.
Arbejdet med at indsamle bedre data fra eksponeringspladsen kan optimeres gennem udviklingen af robuste monitoreringssystemer, som er baseret på state-of-the-art sensorer og måleteknik. De løsninger der anvendes på felteksponeringspladsen i dag er driftstunge og er ikke baseret på trådløs teknologi. Teknologien indenfor sensorer og anden intelligent måleteknik har udviklet sig enormt de seneste år, og teknologien er også på et prisniveau, hvor det giver mening at indbygge det i såvel felteksponeringspladser som i anlæggene.
Udviklingen af monitoreringssystemerne vil dels muliggøre automatisk og løbende opsamling af data fra felteksponeringspladser og på sigt fra selve anlægskonstruktionerne. Førstnævnte mhp. at udvikle levetidsmodeller, der er kalibreret med pålidelige data, som kan anvendes mht. udvikling af betondesign til kommende anlægskonstruktioner. Sidstnævnte mhp. at der i selve driftsfasen af anlæggene kan følges op med monitorering af den aktuelle tilstand for at kontrollere korrektheden af levetidsmodellernes forudsigelser.
Denne aktivitetsplan har som målsætning at skabe grundlaget for fremtidigt levetidsdesign af anlægskonstruktioner med endnu længere levetid. Dette via nyudviklede systemer til monitorering og machinelearning på af data fra felteksponeringsstationer, herunder Femern’s eksisterende eksponeringsstation i Rødbyhavn og data fra norske felteksponeringsstationer. Dertil kommer forskning i betons holdbarhed til at få opgraderet vidensniveauet om holdbarheden af betonkonstruktioner i havmiljø. Samtidig er det et formål at etablere et såkaldt ”Living Lab” i Rødby, hvor der i udstillingshuset i Rødby skabes et interaktivt formidlingsrum vedrørende felteksponering, holdbarhed og levetid af betonkonstruktioner til både professionelle og andre besøgende.
Aktiviteten gennemføres i et samarbejde mellem Teknologisk Institut, der er danske eksperter indenfor betons holdbarhed, DHI, der er eksperter inden for dataindsamling og behandling samt Norges Teknisk-Naturvidenskabelige Universitet (NTNU), der er verdensførende indenfor holdbarhed af marine konstruktioner. I Norge har man i forbindelse med ”Ferjefri E39”- et anlægsprojekt til ca. 340 mia NOK – igangsat en lang række PhD & Post-Doc projekter ved Norges Teknisk-Naturvitenskapelige Universitet (NTNU) og Statens Vegvesens (SV) er i gang med etablering af en felteksponeringsplads ved Austefjorden. Aktiviteten gennemføres endvidere i tæt samarbejde med rådgivere, entreprenører og producenter, som har interesse i at udvikle nye løsninger indenfor holdbarhedsdesign af betonkonstruktioner samt virksomheder inden for elektronik, målesystemer og sensorsystemer, som har interesse i at afsætte nye produkter til anlægssektoren.
Væsentligste aktiviteter er 1) udvikling af en ny monitoreringsløsning med trådløs teknologi, der muliggør en mere økonomisk og brugervenlig overvågning af sensorer i store konstruktioner, 2) etablering af et dansk-norsk samarbejde for at opnå en international førerposition indenfor holdbarhed og monitorering af marine konstruktioner, hvor nye dataanalyse værktøjer som machinelearning, deep learning mv. anvendes således at ny viden om holdbarhed og levetid kan forankres, 3) udnyttelse af Femern A/S’ eksisterende felteksponeringsplads i Rødbyhavn til etablering af et Living Lab, der vil danne en grundlæggende basis for de øvrige aktiviteter og formidling i denne aktivitetsplan, og 4) formidling af den opbyggelse viden og teknologi ved brug af Rødbyhavn Living Lab, gennemførelse af workshops, præsentationer ved netværksaktiviteter, matchmaking, uddannelse, etc. samt udvikling af teknologisk services.
Aktiviteten vil med hjemtagning og udvikling af viden samt teknologi indenfor optimering og monitorering af holdbarhed og levetid af anlægskonstruktioner, medvirke til at danske aktører indenfor anlægsbranchen bringes i en førerposition internationalt set – specifikt også i forhold til de kommende norske anlægsarbejder.
Femern SafetyLab
Et konsortium med DBI i spidsen vil med afsæt i Femern Bælt-projektet udvikle teknologiske serviceydelser for sikkerhedsteknologi, beredskabsoptimering og risikostyring med særlig fokus på brandrisici. Formålet er at give danske virksomheder og beredskaber nye muligheder for at teste og demonstrere nye sikkerhedsteknologier virtuelt til komplekse og kritiske byggerier og infrastrukturanlæg for at spare tid, penge og ressourcer.Projektets målsætning er at udvikle to teknologiske serviceydelser:
1) SafetyLab: Et virtuelt testmiljø til udvikling og test af ny sikkerhedsteknologi. Her er tale om en BIM-baseret virtuel simuleringsmodel til teknologileverandører indenfor forebyggelse, detektering, slukning og evakuering.
2) Beredskabs-cockpit: En digital beredskabssimulator som giver et real-time risikoniveau til virksomheden og det offentlige beredskab til at styrke brandbekæmpelsen. Derudover kan Beredskabscockpittet benyttes til virtuelle brand- og redningsøvelser for derigennem at styrke planlægningen og træningen af det operationelle og taktiske beredskab.
Målgruppen for projektet omfatter ca. 600 danske virksomheder, hovedparten SMV’er, som producerer sikkerhedsteknologier til byggerier under kategorierne; forebyggelse, detektering, slukning og evakuering. For SMV’erne vil et virtuelt testmiljø indebære, at de kan få en direkte feedback på deres systems performance, og kan spare tid, penge og ressourcer på bekostelige fysiske tests. Sikkerhedsbranchen udtrykker et stort behov for nye ydelser og teknologiske services som kan styrke innovation, demonstration og digital samspil mellem forskellige sensorteknologier.
Det foreslåede Femern SafetyLab projekt er baseret på indsamling af data, digitalt samspil mellem teknologier og virtuelle værktøjer som giver en unik mulighed for at bringe nye og bedre sikkerhedsteknologier på markedet for målgruppen. Med afsæt i Femern Bælt byggeriet vil serviceydelserne gavne sikkerheden på komplekse byggerier og kritisk infrastruktur. Med et virtuelt testmiljø vil bygherrer, arkitekter og entreprenører, som udgør projektets sekundærer målgruppe, bedre kunne tage forbehold for relevante risici, herunder brand, og vurdere hvilken sikkerhedsteknologi der giver det bedste resultat ved et givent scenarie.
Projektets ambition er, at Femern SafetyLab i løbet af 5 år vil etablere sig som den ledende innovationsplatform for anvendt sikkerhedsteknologi, katastrofeberedskabsoptimering og risikostyring for komplekse byggerier og andre større infrastruktur-projekter i deres udførelses- og anvendelsesfaser.
Denne viden etableres og formidles mest effektivt gennem inddragende eksperimentering og visualisering. Omdrejningspunktet for projektet er risikostyring gennem udførelses- og anvendelsesfaserne for komplekse byggerier og infrastrukturprojekter. Fokus er rettet mod, hvorledes anvendt teknologi kan kombineres og udnyttes innovativt til effektivt at styre risici og optimere katastrofeberedskabet i forhold til branden der udgør risici for personer, miljøet, anlæggene og ikke mindst anlæggenes funktioner i forhold til dets brugere og sam-fundet som helhed.
Der findes ikke en lignende service i dag, og udviklingen af de nye foreslåede teknologiske serviceydelser kræver teknisk viden indenfor brandsikkerhed, risiko, simulering og test af sikkerhedsteknologi på førende internationalt niveau samt evnen til at involvere SMV’er i innovationsarbejde. Partnerskabet mellem DBI, Alexandra Instituttet, Rambøll, Aalborg Universitet, Lund Universitet, KICT samt Innovationsnetværket Femern Bælt favner disse krav.
Ressourceeffektive anlægskonstruktioner
Udførelsen af store anlægsprojekter er forbundet med et enormt forbrug af byggematerialer, hvoraf beton udgør et af de mest anvendte materialer. Til Femern-byggeriet forventes der eksempelvis at skulle anvendes omkring 3 mio. m3 beton. Samtidig genererer opførelsen af store anlægsprojekter uundgåelige rest- og affaldsmaterialer: Det er fx stenmel fra produktion af granitskærver til beton samt betonaffald fra midlertidige anlægskonstruktioner – til Femern-byggeriet anvendes eksempelvis ca. 160.000 m3 beton til opførelsen af midlertidige konstruktioner, som efter byggefasen skal fjernes igen. Nedrivning af permanente anlægskonstruktioner genererer også anseelige mængder betonaffald af høj kvalitet. Aktuelle eksempler er den kommende nedrivning af den gamle Storstrømsbro (ca. 133.000 tons ren beton) samt nedrivningen af en række motorvejsbroer i forbindelse med byggeriet af den nye jernbane mellem København og Ringsted. Genanvendelse af rest- og affaldsmaterialer til nye anlægskonstruktioner forekommer slet ikke i dag, primært fordi dokumentationen (sporbarheden) af materialerne er for ringe til, at de kan anvendes til anlægskonstruktioner. Men eftersom der i andre initiativer oparbejdes bedre metoder til kildesortering og sporbarhed af materialer, er det blevet relevant at udvikle grundlaget for også at anvende rest- og affaldsmaterialer til anlægskonstruktioner.
Der er således et uudnyttet potentiale i at udvikle og dokumentere nye teknologier samt løsninger, som kan føre til optimeret materialeforbrug og –genanvendelse i forbindelse med anlægsbyggerier. Med denne aktivitetsplan fokuseres der specifikt på:
(1) at bane vejen for at kunne genanvende betonaffald i produktionen af nye anlægskonstruktioner
(2) at finde nye og egnede anvendelsesmuligheder for rest- og affaldsmaterialer fra anlægsbyggerier, nærmere bestemt stenmel og betonaffald fra anlægsprojekter.
En primær barriere for at kunne indfri målsætning (1) er, at genanvendelse af beton til nye anlægskonstruktioner ikke er tilladt i gældende standarder og pt. ikke tillades i bygherrens specifikationer for anlægsprojekterne. Det er målet med aktivitetsplanen at skabe den nødvendige tekniske dokumentation, som kan flytte disse grænser – et dokumentationsgrundlag som også vil kunne udnyttes til at opnå myndighedernes godkendelse for anvendelse af betonaffald til anlægskonstruktioner, i perioden indtil de ønskede ændringer i normer og standarder er endeligt vedtaget.
Med henblik på at indfri målsætningerne fokuseres der i aktivitetsplanen specifikt på at gennemføre følgende aktiviteter:
• Demonstration af potentialet for genanvendelse af nedknust betonaffald i en række anlægsspecifikke applikationer, fx ny beton til ballastkonstruktioner, som typisk udgør mindre udsatte dele af store anlægskonstruktioner eller beton til midlertidige konstruktioner, som opføres og udelukkende har deres funktion i forbindelse med store anlægsprojekters byggefase.
• Udvikling af nye løsninger for genanvendelse af nedknust betonaffald fra nedrevne anlægskonstruktioner til ny asfaltprodukter, da det forventes, at denne type nedknust beton vil kunne bidrage positivt til drænasfalters materialeegenskaber.
• Udvikling af produkter, hvori stenmel fra produktionen af granitskærver til anlægsbeton indgår som en væsentlig bestanddel, fx fugematerialer til udendørs belægninger eller nye typer af slidlagsgrus.
• Udarbejdelse af nye præ-normative standarder for genanvendelse af betonaffald til ny anlægsbeton og til asfaltprodukter, da potentialet for anvendelsen i netop disse to slutprodukter vurderes at være stort.
Målgruppen for aktivitetsplanen er hele værdikæden i anlægssektoren som samlet set tæller 2000 virksomheder, hvoraf SMV-segmentet er stort. Der er et stort forretningsmæssigt potentiale for målgruppen i forhold til en reduktion af udgifter til materialer, reducerede omkostninger forbundet med bortskaffelse af betonaffald samt andre affaldsmaterialer. Endelig forventes aktivitetsplanens resultater at kunne skabe nye forretningsmuligheder med hensyn til omsætning af betonaffald fra anlægskonstruktioner til en byggevare, som prismæssigt og miljømæssigt er konkurrencedygtig med jomfruelige tilslagsmaterialer.
