VERVANGING EN RENOVATIE VAN 50 NEDERLANDSE SLUIZEN

Een slimme aanpak met standaardbouwstenen is noodzakelijk

In Nederland is een groot aantal sluizen verantwoordelijk voor het reguleren van het waterpeil en het dagelijks 'verwerken' van doorgaand scheepvaartverkeer. Ruim vijftig stuks zijn de komende twee decennia aan renovatie toe, maar wie alle werkzaamheden op een rijtje zet, komt uit op een onhaalbaar project. Team 'MultiWaterWerk' bij Rijkswaterstaat is daarom aan de slag gegaan om deze werkzaamheden met een maximale efficiëntie te kunnen uitvoeren. Daarbij wordt zo veel mogelijk gebruikgemaakt van bestaande en nieuwe innovaties die als standaardbouwstenen worden ingezet. De slimste sluis.

NIET ÉÉN, MAAR RUIM VIJFTIG!

De renovatie van de Beatrixsluis is gedurende een hele tijd in het nieuws geweest. Een prachtig stukje ingenieurswerk met een speciale projectvorm waarin vele partijen samenwerken om een stukje nieuwbouw (een tweede kolk) en de renovatie van onder meer de aandrijving binnen het gewenste tijdsbestek te realiseren. Een noodzakelijk project ook om op deze belangrijke waterweg het transport over water te kunnen blijven garanderen zonder daarbij de veiligheid van bewoners op het land in gevaar te brengen.

Eigenaar en beheerder van de meeste sluizen - Rijkswaterstaat - heeft echter niet te maken met maar één sluis die aan renovatie toe is, maar met ruim vijftig stuks die de aankomende twee decennia in aanmerking komen voor (grootschalig) onderhoud. Dit omdat zij dan het einde van hun technische levensduur bereiken of niet meer volledig voldoen aan de functionele eisen. Daarbij bestaat het probleem dat de verschillende sluizen in het verleden stuk voor stuk apart zijn ontworpen en gebouwd en daarbij geheel zijn afgestemd op de specifieke situatie ter plaatse. Unieke 'kunstwerken' dus. Vijftig aparte projecten opzetten om de benodigde onderhouds- en renovatiewerkzaamheden uit te voeren is echter geen haalbare kaart.

Multiwaterwerk

Rijkswaterstaat startte daarom met het programma 'MultiWaterWerk' (MWW) met als doel de renovatie en vervangingswerkzaamheden aan deze sluizen zo efficiënt mogelijk aan te pakken. Het idee was om daar zo veel mogelijk standaardoplossingen voor te gebruiken en uit te gaan van de thema's: standaardisatie, modularisatie, innovatie en de kosten die aan de orde zijn gedurende de hele levenscyclus.

Jan Dirk van Duijvenbode van het team MWW geeft aan: “Ergens is het bijzonder dat alle sluizen uiteindelijk 'unieke' bouwwerken zijn. Wie de ontwerpfase analyseert, ziet namelijk dat iedere sluis uit dezelfde elementen bestaat. Een of meer kolken, sluishoofden, nutsvoorzieningen, schuiven inclusief aandrijving en besturing enzovoorts. Omdat er nooit tijd genomen is - of misschien ook geen kennis beschikbaar was - om de verschillende oplossingen en bijbehorende processen en kennis vast te leggen, zijn er ook nooit standaardisatieslagen gemaakt. Tevens is kennis hierdoor nooit echt doorontwikkeld. Natuurlijk zijn er delen van projecten simpel gekopieerd, maar er vond geen uitwisseling van kennis plaats over verbeteringen die mogelijk zijn op basis van bijvoorbeeld voortschrijdend inzicht, ervaring met een bepaald ontwerp of eventueel ontwikkelingen op het technische vlak. Dit komt uiteindelijk de efficiëntie van renovatie- en onderhoudsprojecten niet ten goede."

Van analyse naar elementen

Om de benodigde vervangings- en renovatiewerkzaamheden mogelijk te maken, willen de medewerkers binnen MWW dan ook niet alleen op zoek naar het selecteren van beschikbare standaardoplossingen, maar tevens verschillende partijen intensief met elkaar in contact brengen zoals is gebeurd op de Bouwcampus. En dan ook fysiek, zodat mensen een gevoel krijgen van elkaars werkzaamheden en zich bewust worden van het feit dat kennisdeling een onderdeel moet zijn van hun takenpakket om uiteindelijk de gewenste efficiëntie te bereiken bij deze omvangrijke renovatieopdracht. Waaróm zijn er bijvoorbeeld ooit bepaalde veranderingen doorgevoerd en waaróm is er voor een specifieke oplossing gekozen?

STANDAARDISATIE

Het analyseren van de ontwerpfase van de gemiddelde sluis leidde tot de conclusie dat het inderdaad mogelijk is om bepaalde onderdelen van een sluis te standaardiseren. Dit zou bij de renovatie van de vele sluizen in de nabije toekomst, maar ook bij de nieuwbouw veel tijdsbesparing opleveren. Niet alleen door een kortere engineeringfase, maar ook omdat bepaalde onderdelen 'off the shelf' zijn af te nemen bij derden. Door bovendien deze elementen én kennis op te slaan in een open BIM-database, kunnen ontwerpers altijd gebruikmaken van de laatste ontwikkelingen en oplossingen, en bovendien leren van elkaars ervaringen. Zowel de goede als de slechte. Dit zou gaandeweg het traject moeten leiden tot een natuurlijke selectie van de beste oplossingen voor een specifieke situatie en een database met bouwstenen die efficiënt zijn in te zetten wanneer een bepaalde sluis aan haar onderhoudsbeurt toe is.

MARKT DENKT MEE

Toen bekend was dat standaardisatie mogelijk was, hebben de diverse leden van het team hun spreekwoordelijke voelhoorns uitgestoken om te achterhalen wáár in de markt bestaande oplossingen beschikbaar waren; maar ook welke partijen bereid zouden zijn om tijd en aandacht te steken in het ontwikkelen van nieuwe standaardcomponenten. Een bijzondere zoektocht die vanuit heel verschillende contacten - waaronder de Bouwcampus - heeft geleid tot het vinden van verschillende mogelijkheden. In bepaalde gevallen kwam de input vanuit het bedrijfsleven puur op basis van een concrete vraag vanuit MWW. Maar ook de markt zélf kwam met ideeën - onafhankelijk van de werkzaamheden van MWW. We bespreken er enkele.

1. Drijvend remmingwerk

Om te beginnen de standaardisatie van een zogenaamd 'remmingwerk'. Een remmingwerk is een afmeerconstructie waar schepen veilig kunnen afmeren wanneer zij een sluis naderen, maar nog niet direct kunnen passeren. Uit een vooronderzoek van Rijkswaterstaat bleek dat een drijvend remmingwerk geschikt is voor standaardisatie waarmee het een bijdrage zou kunnen leveren aan het verlagen van de kosten voor zowel aanbesteden, bouwen áls onderhouden. Movares is vervolgens gevraagd om het idee van een standaardremmingwerk door te rekenen en aan te geven of een dergelijk element toepasbaar is voor alle sluizen in Nederland.

Gerard Krooshoop, adviseur Waterbouw bij Movares: “Hiervoor hebben we, op basis van een 2D-model van Rijkswaterstaat, een parametrisch 3D-model ontwikkeld. Deze manier van ontwerpen wordt ook wel 'geïnformeerd ontwerpen' genoemd en is gebaseerd op standaardonderdelen en de relaties tussen deze onderdelen. De engineer modelleert door deze schaalbare componenten uit een bibliotheek te halen en in een eerder opgesteld basisontwerp - of definitie zoals het wordt genoemd - te plaatsen. In deze definitie zijn de relaties tussen de verschillende componenten vastgelegd." Een belangrijk voordeel vanhet parametrisch ontwerpen is onder meer dat complexe constructies en geometrieën eenvoudiger en sneller zijn te modelleren, maar bovendien dat wijzigingen in alle stadia van het ontwerpproces zijn door te voeren. Het vervangen van het ene element door het andere of het verhogen of verlagen van een snelheid of belasting wordt door de software automatisch verwerkt tot een nieuw ontwerp. Hiermee krijg je in feite een soort levend model dat meebeweegt met de gedachten van de engineer. Alle tijdrovende werkzaamheden waarbij tekeningen nieuw moeten worden opgezet omdat er gekozen is voor een ander element, behoren hier tot het verleden en het 'spelen' met variabelen wordt alleen maar eenvoudiger.

Krooshoop: “Op deze manier hebben we in het model van het remmingwerk optimalisaties kunnen doorvoeren, inclusief een LCC-raming." Hoewel het parametrische model (linksboven op deze pagina) al goede mogelijkheden biedt om de werking van een model inzichtelijk te maken, is Movares nog verder gegaan door een VR (virtual reality)-model te maken waarbij het remmingwerk virtueel is geplaatst in een bestaande situatie. Tevens zijn met behulp van een 3D-printer twee schaalmodellen geprint (schaal 1:20 en 1:100, zie de foto naast het parametrische model bovenaan op deze pagina). Het totaalpakket biedt de mogelijkheid om uiteindelijk sneller de juiste keuze te kunnen maken.

2. Elektromechanische aandrijving

Rexroth is een van de partijen die uit eigen initiatief een voorstel hebben gedaan voor een standaardoplossing die het renoveren van de sluizen kan vereenvoudigen.

Erwin Mense, Business Development Manager bij Rexroth: “Door deel te nemen aan de marktconsultatie MWW op de Bouwcampus in 2016/2017, hebben wij inzicht gekregen in de vergaande ideeën van Rijkswaterstaat met betrekking tot de standaardisatie van de sluizen. Wat levert dit dan voor alle betrokken partijen op? Wij hebben deelgenomen aan workshops in twee werkgroepen om op die manier zo veel mogelijk informatie te verzamelen. Al snel werd duidelijk dat deze samenwerking met veel verschillende soorten bedrijven (zelfs met concurrenten) erg zinvol is. In het begin was het wel lastig om over innovaties in detail te treden, maar hoe verder we in het proces werden getrokken, hoe makkelijker ook dat ging. Ook het 'helpen' om RWS te transformeren was erg leuk. Standaardisatie kost immers vooral in het begin veel energie en geld! Het MWW-traject heeft geresulteerd in een aantal innovaties waarvan ik hoop dat Rijkswaterstaat deze ook daadwerkelijk in de praktijk kan toepassen. Op die manier worden marktpartijen ook voor de toekomst geënthousiasmeerd om aan dit soort marktconsultaties deel te nemen."

De voorgestelde oplossing van Rexroth betreft de aandrijving van het bewegingswerk van de sluis en nog specifieker de hierin toegepaste cilinders. Typisch voor sluizen bestaat de keuze uit elektromechanische en elektrohydraulische varianten. Voor de kleinere sluisdeuren voldoet de elektromechanische variant, maar voor de grote krachten is de kracht van hydrauliek onmisbaar. Om te voorkomen dat installateurs, gebruikers én onderhoudsafdelingen te maken hebben met een aggregaat, slangen, verbindend leidingwerk en gebouw of kelder, ontwikkelde Rexroth in eigen huis een elektrohydraulische variant waarin al deze elementen zijn geïntegreerd. De voordelen zijn de eenvoudige installatie, eenvoud in onderhoud en tóch een hoge krachtdichtheid. In beide gevallen zijn de cilinders te monitoren op een goede werking, wat vooral voordelen biedt bij het onderhouden van de aandrijving. Maar in dit kader is het nog belangrijker dat voor iedere sluis eenzelfde type aandrijving kan worden ingezet. Dat betekent dat er uiteindelijk maar relatief weinig reservecilinders op voorraad hoeven te liggen om de hele 'vloot' aan sluizen af te dekken.

3. Treinbeveiliging

Tot slot is vanuit de Bouwcampus-sessie een element geëvalueerd dat bij de spoorwegen al geruime tijd met succes wordt toegepast voor het bedienen en beveiligen van wissels. Het vermoeden bestond dat het evengoed toepasbaar was voor sluizen. Met een eerste proof of concept werd dit bevestigd, waardoor een mogelijke nieuwe bouwsteen kan worden toegevoegd aan het assortiment van 'de slimste sluis'.

Het prettige aan dit element is onder andere dat het een 'off the shelf'-product is, CENELEC SIL4-gecertificeerd, en een beschikbaarheid heeft van meer dan 99,99%. Bovendien is de levensduur berekend op meer dan 25 jaar. Allemaal elementen die Rijkswaterstaat niet meer zelf hoeft uit te vinden, maar die gewoon beschikbaar zijn.

Jack Raats van Movares: “Movares werkt met en voor Rijkswaterstaat in tal van projecten, maar niet op het vlak van railinfra; Rijkswaterstaat heeft immers niet veel spoor. Toch zijn er via de bestaande lijnen ideeën over standaardisatie binnengedruppeld bij de mensen die zich bezighouden met spoorwegbeveiliging, en al snel waren we met team MWW in gesprek over de mogelijkheden met de proof of concept als resultaat. Of hoe een balletje aan het rollen kan gaan …“

BESLUIT

Met deze eerste stappen in het standaardisatieproces is Rijkswaterstaat op de goede weg om de werking van de vele kunstwerken die Nederland rijk is, te garanderen. Het bewust opzoeken van de samenwerking met externe partijen werpt inmiddels vruchten af en stimuleert ook andere bedrijven in de gww-sector om actief mee te denken en - waar kansen liggen - samen te werken. Een mooie en spannende tijd die zal leren waartoe deze aanpak uiteindelijk zal leiden.