Digitala tvillingar tar plats i samhällsbyggandet. I geotekniken har visionen länge funnits – men brist på standardiserade dataformat, splittrade arbetsflöden och stora datamängder har bromsat utvecklingen. I den här artikeln delar vi erfarenheter från utvecklingen av GeoBIM som gemensam datamiljö (CDE) och visar hur tidsberoende sensordata, geokonstruktioner och geomodeller kan fogas samman till ett praktiskt verktyg för projektering, byggskede och förvaltning. Exempel från Nyhamnen i Malmö, ombyggnad av väg vid Assmåsa i Skåne, en deponi i Mälardalen, Spårväg Syd i Stockholm och station Korsvägen i Västlänken illustrerar vad som fungerar redan idag – och vad som återstår.
En geoteknisk digital tvilling är i grunden en uppdaterad, datadriven representation av geotekniska förhållanden och t.ex. slänters och geokonstruktioners rörelser över tid. Utöver traditionella undersökningar (fält- och laboratoriedata) behöver den digitala geotekniska tvillingen även omfatta tolkade 2D/3D-geomodeller, installerade geotekniska konstruktioner (t.ex. spont, pålar, KC‑pelare) samt sensordata som beskriver hur markens sättningar, grundvattennivåer och andra tidsberoende egenskaper utvecklas över tid. Målet är att kunna testa scenarier och stödja beslut baserade på aktuella fakta för tillämpning på allt från riskhantering och arbetsmiljö till produktionsplanering och långsiktig förvaltning av en anläggning som påverkas av geotekniska förhållanden.
I idealfallet kopplas mätningar av t.ex. sättningar och portryck mot automatiserade analyser på den digitala geotekniska tvillingen, vilka i tidigt skede kan indikera till exempel risk för skred, stora sättningar eller rörelser i stödkonstruktioner.
Fortfarande är antalet praktiska tillämpningar i full skala dock begränsat – ofta på grund av att nödvändiga data saknas eller är svåra att integrera i ett och samma digitala system.
GeoBIM som gemensam datamiljö
GeoBIM‑konceptet har utvecklats för att hantera hela bredden av undergrundsdata inom geoteknik, hydrogeologi, miljö, berg och geofysik. Ambitionen är transparens mellan alla projektfaser och aktörer – från tidig planering till rivning av en anläggning – och enkel åtkomst till alla typer av geotekniskt relaterad data för förvaltning under en anläggnings hela livstid.
Det som möjliggör en digital tvilling är inte bara datalagring. Det krävs också enhetliga arbetssätt, kvalitetssäkrade leveransspecifikationer, tydlig metadata och webbaserade gränssnitt för visualisering och datadelning. För att kunna utnyttja metodiken digital geoteknisk tvilling har GeoBIM-plattformen nyligen utökats med strukturerad hantering av tidsseriedata från olika typer av geotekniskt relaterade sensorer, så att till exempel grundvattennivåer, deformationer och flera andra typer av sensorer kan analyseras i samma miljö som borrhålsdata, laboratorieresultat, geokonstruktioner och geologiska 3D‑modeller.
Dataarkitektur i praktiken.
I vår tillämpning separeras rådataflöden (1D‑tidsserier från logger och manuella avläsningar) från modeller och presentation. Rådata landar i en databas optimerad för tidsserier, där validering, filtrering, enhetskontroll och hantering av dataluckor sker. Därefter exponeras aggregerade vyer och larmnivåer i projekterings‑ och produktionsmodellerna. Denna uppdelning gör att tvillingen förblir snabb och begriplig även när antalet sensorer och mätintervall växer.
Standarder – där de finns, och leveransspecifikarioner där de saknas
I Sverige finns etablerade format för traditionella geotekniska undersökningsmetoder via SGF. Internationellt är det brittiska AGS-formatet allt mer använt inom både geoteknik och förorenad mark. För många andra datatyper, särskilt för geokonstruktioner och för geotekniska tidsseriedata, saknas däremot internationellt vedertagna standarder. Lösningen i GeoBIM har varit att beskriva och införa öppna leveransspecifikationer – praktiska överenskommelser som gör att aktörer kan leverera likartad, maskinläsbar information oavsett mjukvara och sensorfabrikat. Dessa specifikationer omfattar bl.a. identiteter och koordinatsystem, installationsdata för konstruktioner, sensortyper, mätosäkerheter, provtagningsintervall, datavärde och enheter.
Fem projekt som visar vägen
1) Nyhamnen, Malmö – föroreningar och geotekniska konstruktioner
När det tidigare industriområdet Nyhamnen ställdes om till stadsmiljö behövdes det i den tidiga projekteringen ett verktyg som samlar både underjordiska anläggningar och föroreningsinformation. Tillsammans med beställaren togs leveransspecifikationer fram för bl.a. spontväggar, ankare, pålar, brunnar, KC‑pelare och generiska volymer. Historiska handlingar digitaliserades och anpassades till framtagen leveransspecifikation och tolkade föroreningsvolymer lades in i samma databas. Resultatet blev en gemensam bild av risker och möjligheter redan i tidig planering, se FIGUR 1. För projekteringen gav detta snabbare samordning, färre motstridiga underlag och bättre beslutsunderlag för Malmö Stads vidare planering, se även Husbyggaren nr 5, 2023.
2) Assmåsa väg – förstärkning över torv
Vid ombyggnaden av väg 985 vid Assmåsa, Skåne, korsas en längre sträcka med torv. Här pilotprovades leveransspecifikationer för pålar och påldäck, spont och massutskiftning. All information om förstärkningsåtgärder importerades till databasen enligt framtagna leveransspecifikationer och knöts till projektets kart‑ och modellmiljö, se FIGUR 2. All geotekniska digitala objekt bär information om sina egenskaper. Vissa underlag föreligger fortfarande som PDF (t.ex. pålningsjournaler), trots det ger de värdefull information, särskilt ur ett förvaltningsperspektiv. I driftfasen kan förvaltaren snabbt se var åtgärder har utförts, t.ex. vilka dimensioner som valts med mera, och vid behov koppla detta till uppföljande åtgärder.
3) Deponi i Mälardalen – övervakning av markrörelser
Inför sluttäckning och stabilitetsprövning installerades sensorer som mäter förskjutningar i X, Y och Z. För att göra data användbar togs en leveransspecifikation fram som stödjer både manuella avläsningar och automatisk loggning. Ett webbaserat gränssnitt byggdes i GeoBIM-plattformen för att snabbt kunna välja sensorer och önskat tidsintervall och för att kunna presentera resultat i kart‑ och diagramform – ett praktiskt stöd för släntanalyser och uppföljning. Erfarenheten härifrån: tröskeln för att börja mäta är låg, men nyttan kommer först när mätningarna sätts i sammanhang – geometrisk modell, materialdata i tidsserier och pågående åtgärder, tex stabiliseringsåtgärder, i samma digitala miljö. Se FIGUR 3
4) Spårväg Syd, Rissne – grundvatten och sättningar i samma vy
Utbyggnaden av tågdepån omfattar djupa konstruktioner och sprängning i tät stadsmiljö, med krav på miljöuppföljning. Här kombinerades manuella och automatiska trycknivågivare av olika fabrikat och generationer. Leveransspecifikationen anpassades till denna mångfald och ett “Hydroboard” utvecklades för att analysera tidsserier. När funktionaliteten testades blev nyttan tydlig av att också visualisera sättningsmätningar i samma vy – vilket gav bättre förståelse för sambandet mellan grundvattennivåer och vertikala rörelser, se FIGUR 4. I praktiken innebar det snabbare avstämningar mot tillståndsvillkor och tydligare underlag i dialogen med närboende och verksamheter.
5) Station Korsvägen, Västlänken – stora datamängder från många sensorer
Den komplexa stationsvolymen med låg bergtäckning krävde ett omfattande mätprogram med extensometrar, prismor och fiberoptik för olika typer av rörelsemätningar, se FIGUR 5. De automatiska sensorerna uppdaterades med minuters intervall och i flera format. Datamängderna blev väldigt stora och ohanterbara. Av prestandaskäl lades därför rådata i en separat databas för filtrering (nedsampling). I projekteringsmodellen visualiserades sensorernas status färgkodat mot larmnivåer. På så sätt kunde projekterande och byggande team fokusera på avvikelser i nära realtid, utan att drunkna i rådata. Med tillgång till av aktuella rörelser visualiserade direkt i den projekterade tunnelmodellen definierades larmnivåer tidigt i strategiska punkter och kopplas till tydliga åtgärdstrappor – vem gör vad, när och på vilka underlag. Se även Husbyggaren nr 5, 2024.
Mats Svensson
Affärsutvecklare GEO
PhD Tyréns
