Nyttan av algoritmer inom bygg och anläggning

NYTTAN AV ALGORITMER

inom bygg och anläggning

I seminarieserien Byggkompetens bjöd SBUF, Smart Built Environment och Infra Sweden 2030 in till presentationer under rubriken ”Låt algoritmerna göra jobbet”. Tre forskningsprojekt inom bygg och anläggning visade klart på möjligheterna med algoritmer och avancerad databehandling; bra exempel på tillämpad forskning där en del av de presenterade koncepten redan används skarpt i olika byggprojekt.

AV KJELL-ARNE LARSSON

DigiRoad – simulering av utläggning och packning av obundna material i vägproduktion

Johannes Quist, Fredrik Edelvik och kollegorna från Fraunhofer-Chalmers Centre, har i projektet DigiRoad tagit tag i problemen med hantering av obundna material. Det handlar om allt från sand till makadam och grövre grus. I de allra flesta applikationer är en homogen sammansättning med avseende på partikelstorlek önskvärd, men kanske sällan uppnådd. Med partiklar avses de nämnda materialen. (Framöver kommer man kanske att jobba med både mindre (jord) och större (bergmaterial)).

Det övergripande målet med DigiRoad är att bidra till högre kvalitet och bättre hållfasthet i vägbyggen och att vägarna därmed håller längre. Vi är hittills duktiga på att simulera maskiners arbete och egenskaper, men sämre på att simulera beteendena hos obundna material, vilket är en mycket svårare uppgift.

Projektet har utvecklat Demify®, ett program som med hjälp av Diskret Element Metod DEM simulerar partikelsystem. Grundläggande var att utveckla algoritmer för högprestandaberäkning samt att genomföra tester i verklig miljö för validering. En unik metod för att modellera själva bergmaterialpartiklarna åstadkoms genom att 3D-skanna olika partiklar och sedan ta fram förenklade geometriska representationer för de olika partikeltyperna.

Inom projektet studerades ett flertal olika

Inom DigiRoad studerades ett flertal olika arbetsmoment såsom lastning, avlastning, utbredning och packning. På bilden avlastning. Här syns segregation i partikelstorlekar, där röda är de största och blå är de minsta. Bild: Chalmers

arbetsmoment såsom lastning, avlastning, utbredning och packning. – Både simulering- och experimentella resultat av avlastning påvisade en tydlig segregering/separation som kraftigt påverkade högbildningens homogenitet när det gällde partikelstorleksfördelning, berättade Johannes Quist, projektledare för DigiRoad.

Dessa försök utfördes i samarbete med NCC Industry och Volvo Construction Equipment.

I nästa försök ville forskarna undersöka vad som händer när det obundna materialet packades med vält. Detta utfördes i samarbete med NCC och Dynapac. – I detta delprojekt visade vi på vilken tydlig effekt segregering kan ha på packningsresultaten och slutlig styvhet. Både simulering och tester med riktiga material utfördes. Det var en god överensstämmelse mellan simuleringar och tester, fortsätter Johannes Quist.

Det bör tilläggas att exempelvis arbetsmomenten med skopan som hämtar och tömmer material, delades in i delmoment. Där kunde krafter (påkänningar) och även slitage på skopan beräknas. Sådana analyser används av Volvo Construction Equipment i företagets virtuella utveckling av sina arbetsfordon.

– Som en fortsättning på DigiRoad kommer vi i år dra igång en satsning mot simulering av obundna bergmaterial i järnvägsöverbyggnader. Genom en unik sammankoppling mellan diskreta element (partiklar) och finita element (strukturer) hoppas vi kunna skapa nya förutsättningar för utveckling och problemlösning inom området. Vi genomför även forskning och utveckling av simuleringsmetoder för partiklar inom andra industrier som exempelvis gruvindustri, farmaceutisk industri samt additiv tillverkning, berättar Johannes Quist.

Målet är att ta fram nya verktyg för dessa industrier, verktyg som kan nyttjas av ingenjörer så att maskiner och processer utvecklas virtuellt mot högre energieffektivitet, kvalitet och prestanda.

AI och maskininlärning (ML) för installatörer

Alla som har arbetat enligt BIM-koncept och med 3D-modeller har insett fördelarna, där en uppbar är att upptäcka krockar, att objekt kommer att ta samma volymelement i anspråk. Men möjligheterna är större än vad en sådan 3D-modell kan erbjuda. Det finns minst två utvecklingsspår. Dels har det gått lång tid in i projektet innan 3Dmodellen med alla objekt är på plats; vi skulle därför behöva en motsvarande möjlighet att upptäcka åtminstone uppenbara krockar i ett tidigare skede. Dels skulle vi kunna ta hjälp av AI och maskininlärning för att i mycket tidigt skede göra skattningar av vad som behövs i projektet, exempelvis i form av mediaförsörjning och därmed mängden rör och ventkanaler. Erfarenhetsmässigt går det förstås att utifrån nyckeltal göra hyggliga bedömningar av behoven, men AI och maskininlärning kan ”vässa” bedömningarna. Därmed blir det också möjligt att vässa en tidig kalkyl.

Hur detta kan gå till berättade Andreas Udd. Han är vd för VRA Rörinstallationer i Stockholm AB, en entreprenör inom rör och ventilation. Företaget har genomfört ett >>

Andreas Udd, vd för VRA Rörinstallationer i Stockholm AB, beskrev ett arbetssätt med AI och maskininlärning som grundar sig bland annat på BIP – Building Information Properties – ett system för egenskaper och beteckningar på objekt i fastigheter.

SBUF-projekt där Per Ström från Avantec har utvecklat programvara.

Hur arbetar vi i dag? Hur gör exempelvis VVS-projektören en kalkyl i tidigt skede när det endast finns A-ritningar? Projektören utgår från dessa tillsammans med rumsfunktionsbeskrivning och nyckeltal, ritar för hand, gör digitala 2D-illustrationer eller ritar på ett ungefär i CAD. Detta plus erfarenhet får ligga till grund för kalkylen. Hur kan vi då göra i stället?

Andreas Udd beskrev ett arbetssätt som grundar sig bland annat på BIP – Building Information Properties – ett system för egenskaper och beteckningar på objekt i fastigheter, något som är fritt tillgängligt på webben. AI med användande av BIP kan basera uppskattningar grundade på AI:s genomgång av flera liknande byggen, det vill säga ha ett statistiskt underlag i basen för uppskattningarna. En generell egenskap och fördel med AI är att se återkommande mönster och dra slutsatser från dessa. Ju mer underlag desto högre precision på slutsatserna.

Exempelvis vill VVS-projektören i tidigt skede veta vilka rum som ska ha vilka medier. Andra relevanta frågor är: • Hur mycket tappvatten går åt? • Hur mycket luft ska vi ha? • Hur många schakt och placering på dem? • Hur stort fläktrum och hur stora aggregat • Hur stora pumpar?

Baserat på tidigare statistik ”vet” AI, i partnerskap med ML, exempelvis att i genomsnitt finns tappvatten i 80 procent av alla hygienrum och flödet är i medeltal 0,2 liter/sek. Ju mer statistik som finns i grunden, i detta fall ju fler som använt BIP,

VR-visualiseringar kan baseras på en BIM 3D-modell. Informationen i den (övre bild av en flervåningsfastighet) är dock alltför omfattande. Genom informationsfiltrering skapas en ”magrare” modell (nedre bild) med just den information som behövs. Bild: Chalmers

desto bättre underlag och desto bättre bedömningar kommer AI att göra. Människan samlar på sig erfarenhet, och det gör också AI tillsammans med ML.

Förutom nyckeltal kan AI ta fram uppskattningar på antal meter rör av varje slag, föreslå dragningar, fördelning på schakt, med mera.

Viktigt är att ha brett statistiskt material

Vill ni ha ett lågt CO2-e avtryck i era byggprojekt ?

Gör ett aktivt hållbarhetsval och välj PP som ger en minskning av CO2-e på 65%*

Vi kan redovisa CO2-e för alla rör och rördelar i PP

Forskarna på Chalmers vidareutvecklade VR-tekniken så att flera användare samtidigt kunde vistas i fullskalemodellen. Dessutom kunde var och en av användarna medverka på distans. Bild: Chalmers

i grunden. Det man provat hittills baseras på 5-6 fastigheter, vilket har gett underlag för ungefärliga uppskattningar från AI.

Sweco med flera står bakom BIP. Per Ström från Avantec har gjort viktiga insatser i skapandet av BIP och utvecklat flera av dess applikationer.

Maskininlärning tillsammans med AI kommer säkert att bli ett förstärkande komplement till den mänskliga erfarenheten. Detsamma kommer i högsta grad att gälla för VR som vi fick höra om i nästa presentation.

Avsikten med VR i detta SBUF-projekt var att – i VR-glasögon – i skala 1:1 kunna granska hus innan de byggs. VR ska inte tränga ut erfarenheten, utan tvärt emot ta in den i modellerna. – Idén är att ta in kunskap från produktionssidan, det vill säga arbetsledare och yrkesarbetare in i designskedet, berättar Mikael Johansson, från avdelningen Construction Management på Chalmers. Det ger möjlighet att lösa problem virtuellt innan de når arbetsplatsen.

Med VR går det att komma åt den ”mänskliga faktorn”, dels kan den leda till misstag under projekteringen, men dels användas för att ta tillvara erfarenheter hos de nämnda yrkesgrupperna. – Vissa aspekter, såsom byggbarhet, är oftast lättare att bedöma utifrån praktisk erfarenhet, menade Mikael Johansson.

VR-teknik för att granska en modell i skala 1:1 kan bidra till bättre förståelse hos de ingående parterna och samsyn i projektet samt bättre planering.

Vad används då för underlag till den modell som kommer att upplevas i VR-glasögonen? BIM med 3D-modeller är förstå bra, men problemet här är den höga detaljgraden med byggnader som kan innehålla miljoner objekt och ner till skruvnivå. – Vi behöver bara en liten del av 3D-modellen. Oftast vill vi processa fram enbart det som är synligt, som till exempel om vi står och tittar på en fasad, förklarar Mattias Roupé, från samma avdelning på Chalmers.

Här kommer algoritmerna in för att selektera. De används för det som kallas informationsfiltrering.

VR-tillämpningen i SBUF-projektet utvecklades i tre steg. Det första möjliggjorde för en person att ”stiga in i” den virtuella verkligheten. Det andra att fler personer kunde vara i modellen samtidigt, vilket möjliggjorde för alla att peka och ha dialog. Det tredje tvingades fram av pandemi och distansarbete. VR utvecklades nämligen för att flera personer samtidigt och på distans kunde befinna sig i modellen, som ett Zoom-möte med VR-koncept – en Multi Userversion på distans – vilket uppskattades stort. – Vi samlade synpunkter från de som deltog, gjorde flera plats- och projektbesök med en kombination av enkäter, intervjuer och observationer. Vi kunde konstatera flera positiva effekter och många bra spontana upplevelser i VR, fortsätter Mikael Johansson. • Ökad förståelse • Tidigt upptäcka projekteringsmisstag och dåliga lösningar • Identifiera bättre alternativ • Hitta mer produktionsanpassade lösningar • Ändrad sekvensering/planering. Det vill säga ändra ordningen på moment i produktionen • Använda vid arbetsberedning • Möjlighet att utveckla säkerheten i byggproduktion/driftskede

Under den efterföljande frågestunden på seminariet kom det fram att VR redan används inom anläggningsprojekt och andra typer av projekt. Notera att det i en modell går att mäta, lägga snitt och filtrera det man vill se, exempelvis armeringen.

Tekniken har kommit så långt att den är färdig att använda för i stort sett alla discipliner inom bygg. Och den är inte dyr. Tänk exempelvis på möjligheten i ett ombyggnadsprojekt, där det går att visa befintliga rör tillsammans med föreslagna nya rördragningar.

Arkitekter har länge använt VR, dels för att granska förslag under hand, dels för att kommunicera förslag till beställare, dels för att förmedla till hyresgäster och brukare hur fastigheten kommer att se ut.

Applikationerna är närmast oändliga. You name them!

Hållbar utveckling inom bygg, fastigheter och stadsutveckling

• • • • • • • • • Projektledning och projektstöd Utbildningar Forskning och utveckling Verksamhetsutveckling Partnering och samverkan Nätverk Miljö- och hållbarhetscertifieringar Klimatdeklarationer Diplomerad fuktsakkunnig

www.sustainacon.se