Automatisch leidingontwerp bij Brabant Water

Engineers worden datamanagers bij waterbedrijf

Drinkwaterbedrijf Brabant Water, de softwareafdeling van The People Group en KWR Water Research Institute werken sinds het najaar van 2018 samen aan de ontwikkeling van een applicatie voor ontwerp van het tertiaire leidingnet. Deze samenwerking biedt mogelijkheden om innovatieve kennis daadwerkelijk te implementeren voor de eindgebruiker; het drinkwaterbedrijf.

Door Lambert-Jan Koops

Waterleidingen hebben een lange levensduur. Daarom is het essentieel om een goed ontwerp te maken en is het voor Brabant Water ook logisch om te investeren in een efficiënt ontwerpproces dat leidt tot een optimaal ontwerp voor druk, stroomsnelheid en kosten. Het ontwerp van het tertiaire leidingnet, leidingen op wijkniveau, wordt nu nog grotendeels handmatig uitgevoerd. Dit kost veel tijd, wat de betrokken engineers de mogelijkheid ontneemt om via scenariostudies meerdere ontwerpen te maken en hieruit de beste variant te selecteren. Brabant Water heeft voor het jaar 2030 een toekomstbeeld geschetst voor transport en distributie van drinkwater. Vanuit dit toekomstbeeld is de wens ontstaan voor een meer innovatieve manier van leidingnetontwerp.

Telecom
“Wij zijn met Brabant Water in gesprek gekomen over de mogelijkheden van het inzetten van GeoSmartDesign voor ontwerp van drinkwaterleidingen”, vertelt Viktor de Haan van The People Group, die daarbij eerst uitlegt wat deze software in het algemeen doet. “Geo-SmartDesign is een webbased online GIS-omgeving, ontwikkeld voor fysieke infrastructurele netwerkontwerpen, zoals water, gebruiks- en telecommunicatienetwerken. Deze modulair opgebouwde ontwerptool hebben we in het verleden in eerste instantie ontwikkeld voor het ontwerpen van netwerken in de telecomsector. Een van de partijen die ermee werkt is VolkerWessels Telecom.”

Met GeoSmartDesign kan relatief snel een netwerk worden ontworpen, omdat de applicatie relevante ruimtelijke en niet-ruimtelijke gegevensbronnen in één kaartbeeld integreert. Hierdoor kan een algoritme automatisch één (of meerdere) nieuwe netwerkverbindingen genereren op basis van relevante contextuele ruimtelijke factoren. Wanneer het ontwerp klaar is, kunnen outputbestanden zoals werk- of vergunningstekeningen automatisch worden gegenereerd. De Haan noemt de eenduidigheid van de oplossing ook als een voordeel: “Netwerkontwerp is best grillig, want veel engineers varen op hun eigen inzicht in verschillende situaties en ook binnen een strak opgesteld programma van eisen is er nog best veel interpretatieverschil mogelijk. Door dit te automatiseren, wordt het veel uniformer.”

Tertiair leidingnet
De mogelijkheden van netwerkontwerp waren al enige tijd bekend bij Brabant Water, want The People Group had de medewerkers van het waterbedrijf al eens een demonstratie gegeven van de werking van GeoSmartDesign op glasvezelgebied. De Haan: “In die demo was er heel veel ontwerpvrijheid voor het pakket, maar toch produceerde onze oplossing binnen twee uur volledig geautomatiseerd een geulenpatroon en fibernet. Dat maakte indruk en toen Brabant Water zijn proces voor het ontwerpen van tertiaire leidingnetten wilde innoveren, kwam de organisatie dan ook snel bij ons terecht.”
Daan van Os is adviseur GIS bij Brabant Water en was in die hoedanigheid betrokken bij de samenwerking met The People Group. Hij vertelt over de werkzaamheden aan het netwerk die de aanleiding waren voor de inzet van de nieuwe software. “Als Brabant Water leveren we door heel Brabant water en daarbij hebben we ons netwerk onderverdeeld in primaire, secundaire en tertiaire netwerken. Bij dit project ging het om het tertiaire netwerk, de aftakkende leidingen binnen de wijken. Dat zijn de leveringsleidingen die bij onze klanten uitkomen, dus qua netwerk is dat een kwestie van een verzameling van doodlopende stukken en betreft het dus geen mazen. Het ontwerp daarvan is handmatig wel te doen, maar het kost echt veel tijd en geeft bij grote projecten veel repeterend werk. Omdat we wisten dat het mogelijk zou moeten zijn om dit ontwerpwerk te automatiseren, waren we geïnteresseerd in een softwarematige aanpak en dat leidde in eerste instantie tot een pilotproject waarbij we hebben gekeken hoe een geautomatiseerd systeem het ontwerp zou aanpakken. In dit project werd het secundaire netwerk gegeven en moest de software een potentieel geulenpatroon genereren op basis van de eveneens gegeven leverpunten. Die uitkomst hebben we handmatig gecontroleerd en daar waar nodig nog aangepast. Om een voorbeeld te geven: bij het eerste ontwerp voor het pilotproject werden er in één situatie 130 adressen bediend vanuit één sectie en dat mogen er maximaal tachtig zijn. Dat kon worden opgelost door een extra verbindingsmogelijkheid in te voeren, maar dat was een optie die buiten de beslissingsbevoegdheid van de software lag. We hadden bijvoorbeeld in de randvoorwaarden aangegeven dat verbindingen alleen via land mochten gaan, maar voor deze specifieke situatie was het nodig om een verbinding onder een watergang door te trekken.”

Algoritme
Om GeoSmartDesign helemaal geschikt te maken voor waternetwerk werd er behoorlijk geïnvesteerd in de ontwikkeling van de software. Voor het maken van GeoWater werd een agile ontwikkelingstraject opgezet waarin vertegenwoordigers van The People Group en Brabant Water elke twee weken bij elkaar kwamen om de status van de software door te spreken. Engineers van Brabant Water en developers van The People Group werkten daarbij zij aan zij aan de software, waarbij de engineer aangaf welke functies hij wilde hebben en de developer deze toevoegde. Dat werkte goed, aldus De Haan: “We hebben het project conform de opdracht opgeleverd, op tijd en voorzien van alle gewenste functionaliteit. Wat ons betreft was het dan ook een modelproject.”
Uiteindelijk resulteerde het werk in de volledig op deze taak toegespitste module GeoWater, die mede tot stand kwam dankzij de input van KWR Water Research Institute. “KWR heeft de kennis van de hydrauliek, het drinkwaterverbruik en stroomsnelheden binnen een dergelijk systeem en kan dus algoritmen leveren die nodig zijn om te controleren of de prestaties van het netwerk wel voldoen. The People Group gebruikt deze kennis en die van Brabant Water om de algoritmes binnen de tool te optimaliseren”, zo legt De Haan uit.
De truc bij de doorontwikkeling van GeoWater is dus om alle ontwerpkennis vanuit Brabant Water in het systeem te krijgen. Van Os legt uit hoe dat gaat: “Toen we de eerste ontwerpen van de software bekeken met onze engineers kreeg het ontwerp allerlei commentaar, ondanks dat het wel degelijk aan de eisen voldeed. Als we dan doorvroegen, kwamen er opeens allerlei ongeschreven ervaringsregels bovendrijven. Dingen die nergens expliciet staan vermeld, maar waarvan het wel heel verstandig is om je eraan te houden. Die zaken zijn vervolgens weer in het algoritme opgenomen en daardoor werd het resultaat ook steeds beter.”

Scenario’s vergelijken
Het algoritme waar de software op draait is inmiddels zodanig uitgewerkt dat het snel een ontwerp kan genereren. De snelheidswinst ten opzichte van de handmatige aanpak is extreem groot, zo stelt van Os: “De verdeling van een wijk nam in het verleden al gauw een week in beslag als het gedaan werd door onze engineers. De software doet het in acht minuten. De tijd die daarmee gewonnen wordt, kan nu worden gebruikt om verschillende scenario’s te vergelijken zodat op basis daarvan een keuze kan worden gemaakt. Drie factoren die bij elk ontwerp een belangrijke rol spelen zijn de drukverdeling, de kosten en het zelfreinigend vermogen van het systeem. Voor elke factor geldt natuurlijk dat er een uiterste limiet is, maar het is de engineer die per ontwerp de keuze moet maken wat nu de meest ideale verhouding is tussen die drie.”
Met de inzet van GeoWater veranderen de engineers van Brabant Water van ontwerpers in datamanagers. Dat betekent echter niet dat ze helemaal geen engineering meer kunnen of hoeven te doen. Van Os: “Het is niet zo dat de software leidend is, de engineer kan nog steeds op alle niveaus ingrijpen. De software is een tool, en wij vinden het een heel nuttige, maar niet meer dan dat. Onze engineers zijn nog steeds de baas over het eindresultaat.”