'RoboCon', de toekomst van de constructeur? Hoe gaat digitalisering het vak van de constructeur veranderen? 1 Voorbeeld van tekstueel programmeren 1 18? CEMENT 3 20 22 Digitalisering van het construc- tief ontwerp biedt kansen, zoals het snel en gemakkelijk kunnen doorrekenen van verschillende varianten, optimalisatie van ont- werpen op meerdere aspecten en het automatiseren van repete- rende taken. Er zijn ook bedreigingen, zoals het toenemen van de impact van fou- ten, het risico op het creëren van blackboxes en het grotendeels verdwijnen van het hui- dige werk van de constructeur. Hoewel we als constructeurs echt niet zomaar zullen worden vervangen door robots, 'RoboCons', is er wel een serieuze verandering gaande. Studiecel RoboCon Binnen de studievereniging Stufib is in sep- tember 2019 de studiecel RoboCon (zie ka- der 'Leden Stufib studiecel RoboCon') ge- start over dit onderwerp. De studiecel heeft zich tot doel gesteld om een denkmodel te ontwikkelen dat het vakgebied helpt om hui- dige en toekomstige ontwikkelingen op het gebied van digitalisering bespreekbaar te maken. Voor het definiëren van het denk- model heeft de studiecel zich laten inspire- ren door bestaande modellen, zoals de levels of autonomous driving voor zelfrijdende au- to's (zie kader 'Voorbeeld zelfrijdende auto'). Daarnaast heeft de studiecel een breed scala aan praktijktoepassingen op het gebied van digitalisering verzameld. Hiervan is het levels- of-intelligence (LOI)-denkmodel afgeleid. Vervolgens zijn voor de constructeur rele- vante thema's geformuleerd en met behulp van het denkmodel bediscussieerd. Levels-of-intelligence-denkmodel Er zijn zeven levels of intelligence (LOI's) ge- definieerd, van geen automatisering (LOIo) tot volledige automatisering (LOI6). Voor een duidelijk inzicht in de betekenis van de LOI's is het constructief ontwerpproces opgedeeld in negen stappen (tabel 1). Het uitgangspunt van het denkmodel is dat naarmate de com- puter meer van deze stappen overneemt, het niveau in LOI stijgt. Als een stap in het ontwerpproces overgaat naar de computer, dan zal deze in eerste instantie nog samen met de mens worden uitgevoerd. Dit bete- kent dat de computer de stap wel uitvoert, maar op een voor de mens inzichtelijke ma- nier. Pas bij het volgende LOI voert de com- puter de stap volledig autonoom uit. Waar de computer bij de lage LOI's vooral het doorrekenen van constructies overneemt ? de middelste stappen in het ontwerpproces ?, verbreedt dit bij de hoge LOI's tot het maken van complete ontwerpen. LOI-kenmerken? Het spectrum van LOI's, dat op deze manier is afgeleid, heeft een aantal kenmerken, die zijn weergegeven in tabel 2. De autonomie van de computer neemt steeds meer toe, terwijl de interpre- teerbaarheid door de mens steeds verder af- neemt. Dit is alleen verantwoord als tegelij- kertijd ook het onderbouwd vertrouwen van de mens in de computer toeneemt. Dit IR. NYNKE TER HEIDE Data Expert Bouw en Infra Vidabo IR. THIJMEN JASPERS FOCKS Adviseur Kunstwerken Antea Group Nederland auteurs Het vakgebied van de constructeur, en de bouw en infrastructuur als geheel, verandert in hoog tempo door digitalisering. Deze verandering biedt voordelen en kansen, maar kent ook nadelen en risico's. Binnen Stufib is een groep experts uit het vakgebied in een studiecel onder de naam 'RoboCon' met dit onderwerp aan de slag gegaan. Een belangrijk resultaat is het levels-of- intelligence-denkmodel om verschillende niveaus van digitalisering bespreekbaar te maken. CEMENT 3 2022 ?19 wil zeggen dat er steeds meer aandacht nodig is voor validatie, testen en de goede documentatie hiervan. Met het toenemen van de LOI's neemt de mens-computersymbiose steeds meer toe. Dit betekent dat mens en computer steeds onlosmakelijker met elkaar verbon- den zijn. Maar ook wordt hiermee uitge- drukt dat zowel mens als computer taken uitvoert die het best bij hem past. De samen- werking levert meer op dan de optelsom van de twee losse bijdragen. Voorbeeld LOI2? Ter verduidelijking van het denkmodel zoomen we in op één van de levels, in dit geval LOI2. Binnen dit level berekent de computer meerdere varianten automatisch iteratief op basis van een door de constructeur gegeven oplossingsruimte. De computer beoordeelt de varianten auto- matisch op deelaspecten. Hierbij onder- steunt de computer de constructeur met de repetitieve berekeningen. Bij het ontwerp van een viaduct in gewapend beton betekent dit bijvoorbeeld dat de constructeur een bandbreedte voor de constructiehoogte op- geeft. Binnen deze bandbreedte maakt de rekentool verschillende varianten waarbij de wapening wordt gedimensioneerd. De varianten worden met elkaar vergeleken en beoordeeld op basis van materiaalgebruik, milieukosten en uitvoeringskosten. Zo helpt de rekentool de constructeur om tot een optimale oplossing te komen. Om de stap naar LOI3 te kunnen ma- ken, moet de tool nog meer taken overne- men van de constructeur. In het voorbeeld kan de computer de bandbreedte voor de constructiehoogte bijvoorbeeld zelf bepalen aan de hand van input vanuit (de tool van) de wegontwerpers. Wat gaat er veranderen? De studiecel heeft aan de hand van het LOI-denkmodel zes thema's behandeld: constructieve veiligheid, samenwerking, risico's, verschuiving rol van de construc- teur, vaardigheden en ontwerpfases (zie het rapport voor de volledige uitwerking van deze thema's). In dit artikel worden ter illustratie een aantal onderwerpen uitge- licht. Het verdwijnen van projectberekeningen Voor de constructieve veiligheid is een belangrijke verandering dat projectbereke- ningen steeds meer zullen verdwijnen. Nu maken constructeurs voor ieder project af- zonderlijk een berekening. Bij voortgaande digitalisering werkt de constructeur mee aan de ontwikkeling van tools die worden ingezet voor meerdere projecten. De valida- tie van een tool is anders dan de controle van een traditionele berekening. Voor alle mogelijke combinaties van invoer moet zeker zijn dat de tool correcte resultaten geeft. Hierbij moet zwaarder wegen dat elk mogelijk resultaat een constructief veilige oplossing is, dan dat een tool altijd het meest optimale resultaat geeft. 2 Voorbeeld van visueel programmeren LEDEN STUFIB STUDIECEL ROBOCON Voorzitter: Nynke ter Heide ? Vidabo Lid/rapporteur: Marco van den Berg ? BAM Infraconsult Jeroen Coenders ? White Lioness tech- nologies Thijmen Jaspers Focks ? Antea Group Jeffrey Haverhals ? Wagemaker Chris van der Ploeg ? ABT Marc Taken ? Witteveen+Bos Ikram Talib ? IMd raadgevende ingenieurs Lid/reviewer: Ab van den Bos ? Diana FEA Rob Huijben ? VeriCon Mentor bestuur: Johan Bolhuis ? Hochtief Florentijn de Beukelaer ? BAM Infraconsult 2 20? CEMENT 3 20 22 Tabel 1 Het levels-of-intelligence denkmodel LOI0 LOI1 LOI2 LOI3 LOI4 LOI5 LOI6 geen automatisering automatisering rekenen automatisering varianten onderzoek automatisering oplossingsruimte automatisering oplossings-richting geautomatiseerd onder toezicht volledig geautomatiseerd interpreteren vraag en vertalen naar PvE M MMMMCM C oplossingsrichting bepalen MMMMCM CC schematiseren en oplossingsruimte bepalen M MMCM CCC varianten ontwikkelen M MCM CCCC berekenen, toetsen, dimensioneren M CM C C C C C varianten beoordelen M MCM CCCC raakvlakken afstemmen intern ontwerp M MMCM CCC raakvlakken afstemmen extern M MMMCM CC variant kiezen M MMMMCM C Tabel 2 Kenmerken van LOI's LOI0 LOI1 LOI2 LOI3 LOI4 LOI5 LOI6 geen automatisering automatisering rekenen automatisering varianten onderzoek automatisering oplossingsruimte automatisering oplossings-richting geautomatiseerd onder toezicht volledig geautomatiseerd Autonomie computer Interpreteerbaarheid door mens Onderbouwd vertrouwen van mens in de computer Mens-computer symbiose legenda M Mens voert uit, kan hierbij computer gebruiken als hulpmiddel CM Samen: computer voert uit, mens kan dit begrijpen, controleren en bijsturen C Computer voert uit Stappen constructief ontwerp Stappen constructief ontwerp Tabel 1 Het levels-of-intelligence denkmodel >OI? >OI1 >OI? >OI? >OI? >OI? >OI? geen automatisering automatisering rekenen automatisering varianten onderzoek automatisering oplossingsruimte automatisering oplossings-richting geautomatiseerd onder toezicht volledig geautomatiseerd interpreteren vraag en vertalen naar PvE M MMMMCM C oplossingsrichting bepalen MMMMCM CC schematiseren en oplossingsruimte bepalen M MMCM CCC varianten ontwikkelen M MCM CCCC berekenen, toetsen, dimensioneren M CM C C C C C varianten beoordelen M MCM CCCC raakvlakken afstemmen intern ontwerp M MMCM CCC raakvlakken afstemmen extern M MMMCM CC variant kiezen M MMMMCM C Tabel 2 Kenmerken van LOI's LOI0 LOI1 LOI2 LOI3 LOI4 LOI5 LOI6 geen automatisering automatisering rekenen automatisering varianten onderzoek automatisering oplossingsruimte automatisering oplossings-richting geautomatiseerd onder toezicht volledig geautomatiseerd Autonomie computer Interpreteerbaarheid door mens Onderbouwd vertrouwen van mens in de computer Mens-computer symbiose legenda M Mens voert uit, kan hierbij computer gebruiken als hulpmiddel CM Samen: computer voert uit, mens kan dit begrijpen, controleren en bijsturen C Computer voert uit Stappen constructief ontwerp Stappen constructief ontwerp Tabel 2 Kenmerken van LOI's LOI0 LOI1 LOI2 LOI3 LOI4 LOI5 LOI6 geen automatisering automatisering rekenen automatisering varianten onderzoek automatisering oplossingsruimte automatisering oplossings-richting geautomatiseerd onder toezicht volledig geautomatiseerd Autonomie computer Interpreteerbaarheid door mens Onderbouwd vertrouwen van mens in de computer Mens-computer symbiose Stappen constructief ontwerp 3 Verschuiving van de rol van de constructeur 3 CEMENT 3 2022 ?21 Splitsing in ontwikkeling en gebruik? Bij hogere levels of intelligence ontstaat er steeds meer een splitsing tussen de ontwik- keling en het gebruik van tools, zowel in tijd als in persoon. De gebruiker van een tool zal steeds minder over vakinhoudelijk kennis (hoeven te) beschikken. Dit is alleen verant- woord als de tool vakinhoudelijk grondig gevalideerd is, maar ook getest is of een tool niet moedwillig of onbedoeld verkeerd kan worden gebruikt. Daarnaast is documentatie essentieel. De gebruiker moet goede infor- matie krijgen over de werking van de tool, randvoorwaarden, uitgangspunten en welke kennis van de gebruiker wordt verwacht. Ook cyber security vraagt aandacht. Het mag niet zo zijn dat kwaadwillende hackers de constructieve veiligheid van een bouw- werk in gevaar kunnen brengen. Bierviltjesberekening? In ons vakgebied is een bekend credo dat je als constructeur bij elk ontwerp de orde van grootte moet kun- nen controleren met een berekening achter op een bierviltje. Bij toename van de LOI is het de vraag of dit nog wel realistisch en nuttig is. Voor sommige constructeurs zou dit de reden kunnen zijn om de ontwikke- ling naar hogere LOI's tegen te houden. Anderzijds kun je je ook afvragen of het bierviltje niet een ouderwetse en achter- haalde validatiemethode is. De nieuwe ont- wikkelingen vragen om nieuwe methoden. Het zou ook kunnen dat het bierviltje ver- schuift van de gebruiksfase naar de ontwik- kelfase van de tools. Of misschien gaan tools wel zelf 'bierviltjesberekeningen' genereren. De rol van de constructeur gaat verschuiven Door digitalisering neemt de computer taken van de constructeur over. Dit hoeft niet te betekenen dat het werk van de constructeur verdwijnt, wel zal het een andere invulling krijgen. De rol van de constructeur zal dus gaan verschuiven (fig. 3). Hierin zijn een aantal nieuwe rollen benoemd die nu al ont- staan of worden verwacht. Nieuwe rollen zijn bijvoorbeeld de vakinhoudelijke ontwik- kelaar, die voor de ontwikkeling van tools de constructieve en bouwgerelateerde kennis levert en programmeerbaar maakt. De con- structieve softwaretester is verantwoorde- lijk voor het onafhankelijk testen en valide- ren van tools. De rol van constructeur, zoals we die nu kennen, blijft over als een specia- lisme. De traditionele constructeur is als specialist een vraagbaak voor de overige rol- len en werkt daarnaast bijzondere, eenmali- ge toepassingen uit, die zich niet lenen om in een tool te worden geïmplementeerd. De nieuwe rollen vragen om nieuwe vaardigheden. In sommige rollen zal het Je kunt je afvragen of het bierviltje niet een ouderwetse en achterhaalde validatie- methode is VOORBEELD ZELFRIJDENDE AUTO Voor zelfrijdende auto's zijn niveaus gedefinieerd voor de mate van automati- sering. De meest gebruikte indeling is die van SAE International. De indeling is gebaseerd op de taakverdeling tussen bestuurder en auto (systeem), waarbij onderscheid wordt gemaakt tussen de niveaus 0 (geen automatisering) tot en met 5 (volledig geautomatiseerd). Binnen de niveaus wordt aangegeven wie welke taken doet. Zo ligt bij niveau 0 alles bij de bestuurder. Bij niveau 1 worden strategische rij- taken door zowel de bestuurder als het systeem uitgevoerd. Dit is bijvoorbeeld het remmen met ABS. Het systeem vult de bestuurder aan. Bij niveau 2 kan het systeem taken zelf uitvoeren, zoals remmen bij gevaar en bijsturen om binnen de lijnen te blijven. Zo worden steeds meer taken door het systeem overgenomen, tot bij niveau 5 de auto volledig autonoom rijdt. In de SAE International indeling moet tot niveau 4 de bestuurder alert blijven om in te grijpen. Dit geldt ook voor de constructeur binnen het LOI-denkmodel. De overeenkomst is dat voor de gebruiker te allen tijde duidelijk moet zijn welke verantwoordelijkheden hij/zij nog heeft en welke bij het systeem liggen. AANBEVELINGEN In januari 2022 is het eindrapport van de studiecel gepubliceerd: Stufib- rapport 27: Hoe gaat digitalisering het vak van de constructeur veranderen? Levels of intelligence - een denkmodel om verschillende niveaus van digitalisering bespreekbaar te maken. Het rapport is verkrijgbaar via de website van Stufib: stufib.nl//downloads/rapportenstufib/ 22? CEMENT 3 20 22 nodig zijn om te kunnen programmeren (op een basisniveau). Het is niet noodzakelijk om complete tools te ontwikkelen, maar wel om soepel samen te werken met software- ontwikkelaars en om de code van anderen te kunnen begrijpen en te controleren. Computational thinking? Het is niet nodig en ook niet haalbaar dat iedere constructeur kan programmeren. Wel vraagt digitalisering in alle rollen om een andere manier van denken. Dit wordt computational thinking genoemd. Het betekent dat je een vraagstuk zodanig kunt benaderen dat het door een computer kan worden opgelost. Het is een vaardigheid waar de ene persoon wellicht wat meer aanleg en affiniteit voor heeft dan de andere persoon, maar wat ook zeker kan worden getraind. Wat betekent dit in de praktijk? Het werk van de studiecel RoboCon is een startpunt. Het LOI-denkmodel is een hulp- middel om huidige ontwikkelingen te orde- nen en om deze bespreekbaar te maken. Het is ook een poging om in de toekomst te kijken, om te voorspellen wat veelbelovend is, maar ook wat valkuilen kunnen worden. Het is mooi te kunnen melden dat een eerste ver- volg al bekend is. Bij het Kennisportaal Constructieve Veiligheid is de taakgroep Digitale Ontwikkelingen gestart, die het rapport van de studiecel RoboCon als input gebruikt. Met elkaar in gesprek? In het kader 'Aanbevelingen' zijn de aanbevelingen van de studiecel opgenomen. De belangrijkste bevinding is dat het waardevol is dat con- structeurs en ontwikkelaars over digitalise- ring met elkaar in gesprek gaan, maar dat dit nog te weinig gebeurt. Het levels-of-intel- ligence-denkmodel is ontwikkeld als een stimulans en hulpmiddel om dit meer en gestructureerd te doen. De besproken the- ma's maken concreet welke onderwerpen nu en in de toekomst (gaan) spelen. De deel- nemers van de studiecel RoboCon hopen dat het rapport en het levels-of-intelligence- denkmodel anderen in het vakgebied inspi- reert om digitalisering niet te laten gebeuren, maar daar een actieve rol in te spelen. AANBEVELINGEN Naar aanleiding van het werk en de bevindingen van de studiecel zijn een aantal aan- bevelingen geformuleerd voor de constructeur en de bouwsector als geheel. ? Deel ervaringen en organiseer discussie over digitalisering Bespreek als constructeurs met elkaar welke ontwikkelingen gaande zijn en wat hier goed en niet goed in gaat. Het LOI-denkmodel kan hierbij structuur geven. ? Betrek de hele bouwketen bij digitalisering Zorg dat de hele bouwketen betrokken raakt bij de ontwikkeling, ook andere ontwerp- disciplines, uitvoering, onderaannemers, toetsende instanties en opdrachtgevers. ? Professionaliseer in het testen en valideren van tools Vind uit hoe testmethoden uit softwareontwikkeling effectief kunnen worden toegepast in ons vakgebied en welke nieuwe methoden moeten worden ontwikkeld voor de vakinhou- delijke validatie van tools. ? Werk aan digitale vaardigheden De studiecel RoboCon beveelt alle constructeurs aan om digitale vaardigheden te ver- sterken, bijvoorbeeld door te leren (visueel) programmeren. Ook is het raadzaam om als constructeur nu te gaan nadenken over de verschuivende rollen en welke daarvan bij je past. ? Ontwikkel tools op een verstandige manier en deel best practices Geef de borging van constructieve veiligheid prioriteit. Zorg dat geen producten of syste- men voorgetrokken worden. Zorg dat nieuwe ontwikkelingen ingepast kunnen worden. Geef aandacht aan cyber security en betrek hiervoor experts. Het is niet nodig en ook niet haal- baar dat iedere constructeur kan programmeren. Wel vraagt digitalisering in alle rollen om een andere manier van denken CEMENT 3 2022 ?23