ASphalt PAving, Research & innovation (ASPARi):
Towards professionalising the asphalt paving process
About ASPARi
et ASPARi kennisnetwerk is opgericht in 2007 en bestaat uit de Universiteit Twente, 10 Nederlandse aannemers en Rijkswaterstaat. De aannemers asfalteren gezamenlijk jaarlijks meer dan 7 miljoen ton aan asfalt, hiermee representeren zij ongeveer 80% van de Nederlandse asfalt sector. Het netwerk streeft erna om het gat tussen technische ontwikkeling, onderwijs en vakmanschap te dichten.
Photo of ASPARi researchers (Farid, 2021)
Research focus
De aannemers en de Universiteit Twente werken samen in onderzoeksprojecten en technologisch ontwikkeling om het asfalteer en verdichtingsproces te verbeteren. Hierbij wordt gebruik gemaakt van geavanceerde technologie, zoals GPS, thermografie, digital imaging en virtual reality, om het asfalteerproces te verbeteren. Het doel is om:
-
Ontwikkelen van inzichten in het asfalteerproces en feedback geven aan operatoren;
-
Verminderen van variantie in belangrijke parameters, verbeteren van procescontrole en voortdurend verbeteren van productiviteit;
-
Verminderen van risico’s voor aannemers door het verbeteren van productkwaliteit en waarde voor de klanten.
-
Het netwerk gelooft dat professionalisering van de sector alleen kan plaatsvinden wanneer onderzoek en technologische ontwikkeling gedreven zijn door de praktijk en begeleid door de wetenschap.
ASPARi door de tijd
Het onderzoek correspondeert aan continue veranderingen in de Nederlandse asfalteer sector:
-
Focus op kwaliteit en risico: langere garantieperiodes, verschuiven van ontwerptaken naar aannemers, meer focus op waarde i.p.v. kosten, hogere boetes;
-
Verminderde beschikbaarheid van tijd en ruimte om werkzaamheden uit te voeren op de bouwplaats;
-
Hogere variabiliteit in werkmethodes en resultaten;
-
Instroming van veel (high-tech) technologieën van producenten.
Eerder onderzoek
Het onderzoeksnetwerk heeft al meerdere waardevolle uitkomsten en inzichten opgeleverd:
-
Een action-research methode die de operationele karakteristieken van het asfalteerproces meer holistisch en met meer detail vangt. Deze methode betrekt onderzoeker en constructieteam meer direct bij proces verbeterende initiatieven. Hetgeen onderstreept dat constructieteams meer direct betrokken moeten zijn en verantwoordelijkheid moeten hebben in procesverbetering. Door afwisselend nieuwe technologieën te introduceren en operationele strategieën expliciet te maken, raakt het team gewend aan het gebruiken van nieuwe technieken en de voordelen die ze opleveren. Hierdoor zijn ze niet alleen ontvanger van de technieken, maar maken ze deel uit van de ontwikkeling.
-
Een systematisch raamwerk, genaamd Process Quality Improvement (PQi), wordt gebruikt voor het verbeteren van proceskwaliteit en kan gebruikt worden bij het monitoren en zichtbaar maken van variabiliteit in het asfalt verwerkingsproces. Hierdoor kunnen asfalteerploegen systematisch werken aan het professionaliseren van hun primaire werkzaamheden.
-
Systematische procedures worden gebruikt om [1] monitoren van bewegingen van machines op de bouwplaats, [2] continue, real-time monitoren van oppervlaktetemperatuur, [3] monitoren van binnen temperatuur in relatie tot de oppervlaktetemperatuur, [4] systematisch monitoren van de dichtheid tijdens het verdichten, en [5] continue monitoren van de weer condities. Binnen het PQi-raamwerk en de ontwikkelde procedures, meerdere SMART technologieën zoals GPS, laser line scanners, infraroodcamera’s en thermokoppels zijn succesvol gebruikt om werkmethodes van de asfalteerploegen en temperatuur verschillen te monitoren. De temperatuur profielen laten de resultante variabiliteit in temperatuur homogeniteit zien en identificeert potentieel gescheiden gebieden. Temperature Contour Plots en Compaction Contour Plots (zie voorbeelden hieronder) worden digitaal “georeferenced in lagen” en opgeslagen in permanent records voor toekomstige herziening van “on-site” falen.
-
Meerdere visualisatie tools zijn ontwikkeld en kunnen gebruikt worden om operationeel gedrag expliciet te maken. Het in kaart brengen van heuristieken die uitvoerders gebruiken zorgt voor een beter begrip van het asfalteerproces. De ontwikkelde tools omvatten: [1] Innovatieve plots die asfalttemperatuur en verdichtingsdata visualiseert, [2] 2D animaties die bewegingen van asfalteermachines laten zien en zo de rolpatronen en verdichtingsproces laten zien, en [3] Virtual Reality Training Tool en Gaming Software die gebruikt kan worden om te trainen.
Figuur 1 - Typische Temperatuur Contour Plot (TCP)
Figuur 2 - Typische Compaction Contour Plot (CCP) en GPS op een wals
Lopende onderzoeksprojecten
In de komende paar jaar plannen we verder te bouwen op het bestaande onderzoek en te focussen op de volgende onderwerpen:
-
Verbeteren en verrijken van de PQi methode, leereffecten van het PQi-raamwerk testen en het introduceren van nieuwe sensoren in het meetproces.
-
We hebben een prototype ontwikkelt - Real-Time Process Control System, die de benodigde data visualisatie weer geeft om het asfalteerproces te sturen. Succesvolle experimenten hebben plaatsgevonden om real-time informatie te geven op de bouwplaats. Het werk wordt voorgezet.
-
De expliciete data verzameld op de bouwplaats laat variatie in werkmethodes zien. Hoe verschillende strategieën de uiteindelijke kwaliteit beïnvloeden is nog onduidelijk. Een methode om het asfalteerproces in laboratoria te simuleren is ontwikkeld. Hierdoor kan het proces gereguleerd worden en operationele strategieën voor een selectie mengsels gemaakt worden.
-
De hoeveelheid kennis en vakken over wegaanleg verminderd in kwaliteit en kwantiteit. Daarom ontwikkelen we onderwijsprogramma’s voor verschillende niveaus (bv. mbo en hbo).
-
Gebruiker-georiënteerde visualisatie is een strategie om inzicht te krijgen in het asfalteerproces en het te verbeteren. Gebaseerd op bouwplaats sensor informatie, data fusie en visualisatie, worden tools ontwikkeld om een basis te vormen voor Virtual Reality (VR) training. Dit zal gebruikt worden om asfalt ploegen te trainen.
-
Het ontwikkelen van een ontologie voor de gehele weglevenscyclus, een digital twin voor wegonderhoud en het koppelen van proces- en productkwaliteit.
Wat betekent dit voor wegbeheerders en opdrachtgevers?
ASPARI draagt bij aan kwaliteitsverhogende technologieën en processen waardoor de kwaliteit van de wegen transparanter en hoger wordt. Opdrachtgevers kunnen de verdere ontwikkeling stimuleren door de inzet van dit soort technologieën te waarderen in hun uitvragen, en bij speciale demonstratieprojecten de aandacht te geven aan deze methoden en werkwijzen. Het betekent ook dat Opdrachtgevers meer gegevens tot hun beschikking hebben die in de wegbeheersystemen (met GIS) kunnen worden opgenomen. Deze gegevens kunnen worden gebruikt om onderhoudsstrategieën beter te plannen, die op hun beurt de duurzaamheid van aangelegde asfaltlagen kunnen vergroten.
Research focus
De aannemers en de Universiteit Twente werken samen in onderzoeksprojecten en technologisch ontwikkeling om het asfalteer en verdichtingsproces te verbeteren. Hierbij wordt gebruik gemaakt van geavanceerde technologie, zoals GPS, thermografie, digital imaging en virtual reality, om het asfalteerproces te verbeteren. Het doel is om:
-
Ontwikkelen van inzichten in het asfalteerproces en feedback geven aan operatoren;
-
Verminderen van variantie in belangrijke parameters, verbeteren van procescontrole en voortdurend verbeteren van productiviteit;
-
Verminderen van risico’s voor aannemers door het verbeteren van productkwaliteit en waarde voor de klanten.
-
Het netwerk gelooft dat professionalisering van de sector alleen kan plaatsvinden wanneer onderzoek en technologische ontwikkeling gedreven zijn door de praktijk en begeleid door de wetenschap.
ASPARi door de tijd
Het onderzoek correspondeert aan continue veranderingen in de Nederlandse asfalteer sector:
-
Focus op kwaliteit en risico: langere garantieperiodes, verschuiven van ontwerptaken naar aannemers, meer focus op waarde i.p.v. kosten, hogere boetes;
-
Verminderde beschikbaarheid van tijd en ruimte om werkzaamheden uit te voeren op de bouwplaats;
-
Hogere variabiliteit in werkmethodes en resultaten;
-
Instroming van veel (high-tech) technologieën van producenten.
Eerder onderzoek
Het onderzoeksnetwerk heeft al meerdere waardevolle uitkomsten en inzichten opgeleverd:
-
Een action-research methode die de operationele karakteristieken van het asfalteerproces meer holistisch en met meer detail vangt. Deze methode betrekt onderzoeker en constructieteam meer direct bij proces verbeterende initiatieven. Hetgeen onderstreept dat constructieteams meer direct betrokken moeten zijn en verantwoordelijkheid moeten hebben in procesverbetering. Door afwisselend nieuwe technologieën te introduceren en operationele strategieën expliciet te maken, raakt het team gewend aan het gebruiken van nieuwe technieken en de voordelen die ze opleveren. Hierdoor zijn ze niet alleen ontvanger van de technieken, maar maken ze deel uit van de ontwikkeling.
-
Een systematisch raamwerk, genaamd Process Quality Improvement (PQi), wordt gebruikt voor het verbeteren van proceskwaliteit en kan gebruikt worden bij het monitoren en zichtbaar maken van variabiliteit in het asfalt verwerkingsproces. Hierdoor kunnen asfalteerploegen systematisch werken aan het professionaliseren van hun primaire werkzaamheden.
-
Systematische procedures worden gebruikt om [1] monitoren van bewegingen van machines op de bouwplaats, [2] continue, real-time monitoren van oppervlaktetemperatuur, [3] monitoren van binnen temperatuur in relatie tot de oppervlaktetemperatuur, [4] systematisch monitoren van de dichtheid tijdens het verdichten, en [5] continue monitoren van de weer condities. Binnen het PQi-raamwerk en de ontwikkelde procedures, meerdere SMART technologieën zoals GPS, laser line scanners, infraroodcamera’s en thermokoppels zijn succesvol gebruikt om werkmethodes van de asfalteerploegen en temperatuur verschillen te monitoren. De temperatuur profielen laten de resultante variabiliteit in temperatuur homogeniteit zien en identificeert potentieel gescheiden gebieden. Temperature Contour Plots en Compaction Contour Plots (zie voorbeelden hieronder) worden digitaal “georeferenced in lagen” en opgeslagen in permanent records voor toekomstige herziening van “on-site” falen.
-
Meerdere visualisatie tools zijn ontwikkeld en kunnen gebruikt worden om operationeel gedrag expliciet te maken. Het in kaart brengen van heuristieken die uitvoerders gebruiken zorgt voor een beter begrip van het asfalteerproces. De ontwikkelde tools omvatten: [1] Innovatieve plots die asfalttemperatuur en verdichtingsdata visualiseert, [2] 2D animaties die bewegingen van asfalteermachines laten zien en zo de rolpatronen en verdichtingsproces laten zien, en [3] Virtual Reality Training Tool en Gaming Software die gebruikt kan worden om te trainen.
Figuur 1 - Typische Temperatuur Contour Plot (TCP)
Figuur 2 - Typische Compaction Contour Plot (CCP) en GPS op een wals
Lopende onderzoeksprojecten
Wat betekent dit voor wegbeheerders en opdrachtgevers?
ASPARI draagt bij aan kwaliteitsverhogende technologieën en processen waardoor de kwaliteit van de wegen transparanter en hoger wordt. Opdrachtgevers kunnen de verdere ontwikkeling stimuleren door de inzet van dit soort technologieën te waarderen in hun uitvragen, en bij speciale demonstratieprojecten de aandacht te geven aan deze methoden en werkwijzen. Het betekent ook dat Opdrachtgevers meer gegevens tot hun beschikking hebben die in de wegbeheersystemen (met GIS) kunnen worden opgenomen. Deze gegevens kunnen worden gebruikt om onderhoudsstrategieën beter te plannen, die op hun beurt de duurzaamheid van aangelegde asfaltlagen kunnen vergroten.