MEERJARENPROGRAMMA 2018-2021 THEMA DUURZAME … · 1.2.3 Energie in de gebouwde omgeving De...

MEERJARENPROGRAMMA 2018-2021 THEMA DUURZAME LEEFOMGEVING

MEERJARENPROGRAMMA 2018-2021 THEMA DUURZAME LEEFOMGEVING

Leefomgeving

Princetonlaan 6

3584 CB Utrecht

Postbus 80015

3508 TA Utrecht

www.tno.nl

T +31 88 866 42 56

F +31 88 866 44 75

TNO-rapport

TNO2017-R11009

Meerjarenprogramma 2018-2021

Thema Duurzame Leefomgeving

Activiteitenplan 2018

Datum 2 oktober 2017

Auteur(s) Dr. H.M.E. Miedema, Drs.G.M. Bouma, Dr.Ir. E.W. Meijer

Autorisatie C. Disse

Aantal pagina's 44 (incl. bijlagen)

Aantal bijlagen

Regievoerend

departement

Ministerie van Infrastructuur en Milieu

Alle rechten voorbehouden.

Niets uit deze uitgave mag worden vermenigvuldigd en/of openbaar gemaakt door middel

van druk, fotokopie, microfilm of op welke andere wijze dan ook, zonder voorafgaande

toestemming van TNO.

Indien dit rapport in opdracht werd uitgebracht, wordt voor de rechten en verplichtingen van

opdrachtgever en opdrachtnemer verwezen naar de Algemene Voorwaarden voor

opdrachten aan TNO, dan wel de betreffende terzake tussen de partijen gesloten

overeenkomst.

Het ter inzage geven van het TNO-rapport aan direct belanghebbenden is toegestaan.

© 2017 TNO

TNO-rapport | TNO2017-R11009 2 / 42

Inhoudsopgave

1 VP Duurzaam Bouwen (P502) ................................................................................. 3 1.1 Samenvatting ............................................................................................................. 3 1.2 Omschrijving .............................................................................................................. 4 1.3 Externe aansluiting .................................................................................................... 8 1.4 Ontwikkeling .............................................................................................................. 9 1.5 Activiteitenplan 2018................................................................................................ 10 1.6 Bij aanvullend budget .............................................................................................. 12 1.7 Toepassing .............................................................................................................. 15

2 VP Smart Cities (P509) .......................................................................................... 17 2.1 Samenvatting ........................................................................................................... 17 2.2 Omschrijving ............................................................................................................ 18 2.3 Externe aansluiting .................................................................................................. 23 2.4 Ontwikkeling ............................................................................................................ 25 2.5 Activiteitenplan 2018................................................................................................ 26

3 VP Milieu en Duurzaamheid (P510) ...................................................................... 29 3.1 Samenvatting ........................................................................................................... 29 3.2 Omschrijving ............................................................................................................ 30 3.3 Inhoudelijke activiteiten ........................................................................................... 34 3.4 Externe aansluiting .................................................................................................. 37 3.5 Ontwikkeling ............................................................................................................ 37 3.6 Activiteitenplan 2018................................................................................................ 39

4 Voorstel bij aanvullende overheidsfinanciering ................................................. 41

5 Ondertekening ....................................................................................................... 42

Bijlage(n)

A Bijlage 1- Koppeling VP Smart Cities met kennis- en innovatievragen SKIA

DGRW


1 VP Duurzaam Bouwen (P502)

Contactpersoon TNO Henk Miedema

Contactpersoon overheid Rob Hofman

1.1 Samenvatting

Het VP Duurzaak Bouwen bestaat uit de volgende drie deelprogramma’s (vermeld

zijn telkens ook tussen ‘()’ belangrijke beoogde resultaten voor 2018):

Infrastructuur.

Als gevolg van veroudering is er een gestaag toenemende onderhouds- en

vervangingsopgave voor de civiele infrastructuur. Dit deelprogramma ontwikkelt

methoden en technieken die helpen de beschikbaarheid van de infrastructuur te

maximaliseren en kosten te minimaliseren terwijl risico’s laag worden gehouden.

Meer specifiek wordt ingezet op:

Modellering constructies (probabilistisch verkeersbelastingmodel, validatie

geavanceerde modelleringstechnieken voor betonconstructies aan de hand van

een field site);

Inspectie- en monitoring (verbeterde technieken voor meten aan en voorspellen

van de restlevensduur van stalen bruggen);

Data- en informatiemanagement (verkenning dataplatform, onzekerheids-

propagatie bij gebruik big data);

Materiaaldegradatie, reparatietechniek en versnelde testen (verbeterde

modellen voor degradatie door wapeningscorrosie, ASR, scheurgroei door

vermoeiing).

Bouwkwaliteit.

Er is een belangrijke vraag naar methoden waarmee prestaties van nieuwe of

aangepaste gebouwen en gebouwvoorraad zijn te beoordelen. Daartoe wordt

gewerkt aan:

Modellering veiligheid en kwaliteit gebouwvoorraad (validatie van methoden

voor beoordeling van versterkingsmaatregelen voor gebouwen in het

aardbevingsgebied in Noord-Nederland; probabilistische modellen voor

brandschade aan gebouwen; modellering prestaties complexe gebouwen);

Inspectie en monitoring (lokalisatie met radar van houten paal funderingen en

radargestuurde monstername voor vaststelling toestand; monitoren van

scheuren in steenachtige constructies met intelligent imaging);

Data- en informatiemanagement (ontwikkeling van nieuwe generatie BIM

technologie op basis van open data en agenttechnologie).

Energie in de gebouwde omgeving.

Dit richt zich op de stappen voor realisatie van een energie-neutrale gebouwde

omgeving in 2050. Binnen het deelprogramma wordt gewerkt aan:

Beperking energievraag(software voor modelgebaseerde begrip van de

energiestromen in een gebouw, gedetailleerde gebouwinformatie (BIM) voor

nauwkeuriger modelleren van de energievraag, kwaliteitscontroles en

identificatie van root causes van afwijkingen in het voorspelde energiegebruik,

BIM als basis voor industriële, diepe renovatie van woningen);


Binnenmilieukwaliteit en geluid (uitgangspunten voor gezondheid en comfort

gebaseerd ontwerp van ventilatiesysteem; sensing en control optimalisatie

gericht op gezondheid en energiereductie; technologie en modellen voor betere

kookafzuiging in woningen).

Decentrale opwekking met BI-PV(T) (integratie van PV(T) systemen in

bouwdelen met focus op structurele integriteit van het systeem op langere

termijn).

1.2 Omschrijving

1.2.1 Infrastructuur

Als gevolg van veroudering is er de komende decennia een gestaag toenemende

onderhouds- en vervangingsopgave voor de civiele infrastructuur (weg-, rail-, en

waterinfrastructuur en kabels en leidingen). Om kosten beheersbaar te houden,

groeit de aandacht voor professionalisering van het assetmanagement. Doel van de

programmalijn Infrastructuur is dit te ondersteunen met ontwikkelingen die helpen

de beschikbaarheid van de infrastructuur te maximaliseren en kosten te

minimaliseren terwijl risico’s laag worden gehouden.

Dit is van belang voor overheden, beheerders en ontwerpers van bestaande

infrastructuur. Belanghebbende partijen met een groot areaal zijn onder andere

Rijkswaterstaat en ProRail, naast partijen als Havenbedrijf Rotterdam, Schiphol,

provincies en gemeenten. Onderzoeksresultaten worden breed toegankelijk

gemaakt door het betrekken van gemeentes, provincies en/of spoor- en

havenbedrijven in toepassingen in demonstratieprojecten en door het betrekken

van nationale en internationale vakverenigingen bij de disseminatie en

implementatie van de resultaten.

De volgende activiteiten zullen worden uitgevoerd:

Beoordelingskaders en beslissingsondersteuning:

Om de ontwikkelde modellen toegankelijk te maken voor de gebruikers, eigenaren

en toetsende instanties (BWT) zijn er activiteiten om deze modellen hun weerslag

te laten krijgen in algemeen geaccepteerde beoordelingsnormen en -richtlijnen.

Modellering constructies en netwerken:

Modellen die de verkeersbelasting op constructies en het effect daarvan op de

constructie beschrijven, worden verder verbeterd. Voor verkeersbelasting is het

doel een generiek toepasbaar en aanpasbaar probabilistisch

(verkeers)belastingmodel. Voor vaststelling van de belasting lokaal op een brug of

viaduct zal worden getracht deze af te leiden uit metingen aan deze constructies.

Voor de beschrijving van het gedrag van constructies worden niet-lineaire

probabilistische modellen ontwikkeld. Deze modellen zullen in staat zijn om op

adequate wijze degradatie en schade aan de constructie te verdisconteren en

meetgegevens te benutten voor reductie in de onzekerheid van de modeluitkomst.

Om lokale schade of degradatie te verdisconteren worden methoden ontwikkeld om

modellen op verschillend schaalniveau te koppelen.

Inspectie & Monitoring:

Het gebruik van actuele meetdata om het inzicht in het constructieve gedrag te

vergroten en voortdurend modellen te kalibreren, zal verder worden ontwikkeld.

Voor staalconstructies zullen de ontwikkelingen met betrekking tot de benutting van


akoestische en ultrasone technieken worden voortgezet en zullen steeds de

mogelijkheden van fiber optic sensing en andere technieken worden gescand.

Data- en informatiemanagement:

Eén van de grote uitdagingen voor de beheerders en eigenaren van (civiele)

constructies in de komende is het gebruik maken van de vele gegevens die

voortkomen uit de vele metingen die worden uitgevoerd aan de verschillende

objecten en systemen. Een belangrijk aspect hierin is enerzijds hoe deze

meetgegevens worden ontsloten en gecombineerd (datastructuren van linked data).

Anderzijds is het gebruik van deze veelal specifieke, object-gerelateerde gegevens

voor generieke doeleinden tijdens het ontwerp, beheer en onderhoud van

constructies (verbetering van modellen en processen).

Materiaaldegradatie, reparatietechniek en versnelde testen:

Voor staalconstructies worden de modellen voor groei van vermoeiingsscheuren

verder ontwikkeld waarbij in het bijzonder aandacht zal uitgaan naar de

hoofddraagconstructie. Voor beton zal onderzoek met betrekking tot constructies in

de waterbouw plaatsvinden in VP Deltatechnologie-Infrastructuur en onderzoek op

het gebied van hergebruik en secundaire materialen in beton vindt plaats in VP

HTSM Bouw Innovatie.

In InfraQuest wordt op het onderhavige terrein samengewerkt tussen TNO,

Rijkswaterstaat en de Technische Universiteit Delft. Daarnaast is er een Alliantie

tussen ProRail en TNO. Verder wordt ingezet op (verdere) structurele

samenwerking met de onderzoeksinstituten BAM en BASt in Duitsland. In Europees

verband wordt geparticipeerd in het European Technology Construction Platform/

Infrastructure & Mobility.

1.2.2 Bouwkwaliteit

Doel van de programmalijn Bouwkwaliteit is om methoden te ontwikkelen waarmee

prestaties van nieuwe of aangepaste gebouwen en gebouwvoorraad zijn te

beoordelen.

Belangrijke doelgroep zijn partijen uit de keten voor beheer- en onderhoud van

gebouwen, van eigenaar via aannemers tot serviceproviders en toeleveranciers. De

programmalijn Bouwkwaliteit ondersteunt het beleid van het ministerie van

Binnenlandse Zaken en Koninkrijksrelaties gericht op de verbetering van de

kwaliteitsborging in de bouw en het ministerie van Volksgezondheid, Welzijn en

Sport bij kwaliteitsborging in de zorgbouw.



Gebouweigenaren, woningcorporaties, projectontwikkelaars en gemeenten hebben

bij het nemen van beslissingen over toekomstige investeringen in een

gebouw(voorraad), vaak weinig informatie beschikbaar om tot een goed

onderbouwde beslissing te komen. TNO zal een methodiek ontwikkelen en

uitwerken om op basis van demografische, sociale en economische modellen

toekomstige ontwikkelingen beter te voorspellen. Belangrijk is het om dit in

samenspraak met de eerdergenoemde partijen uit te voeren, omdat een groot

aantal mogelijke gebouw(voorraad) specifieke situaties zijn te onderscheiden

waarin keuzes gemaakt moeten worden.


Modellering veiligheid en kwaliteit:

Aardbevingen in het noorden van Nederland vormen een voor Nederland relatief

nieuw veiligheidsrisico. TNO richt zich op het modelleren van effecten van een

aardbeving op een gebouw en dan in het bijzonder op de faalmechanismen die

dominant zijn bij de typische Nederlandse bouwwijze (ongewapende metselwerk

spouwmuren). Ter ondersteuning van de modelvorming zal ook experimenteel

onderzoek uitgevoerd worden met als doel validatie van modellen en ontwikkeling

van methodiek voor beoordeling van versterkingsmaatregelen. Tevens is er een link

met de technologielijn inspectie en monitoring om optredende schade in kaart te

brengen en vast te stellen of aanvullende maatregelen noodzakelijk zijn.

De huidige beoordeling van de brandveiligheid van een gebouw is gebaseerd op

een complex stelsel van afspraken vastgelegd in wet- en regelgeving, die

voorschrijvend is. Consequentie is dat het voor partijen in de bouwketen, overheden

en gebouweigenaren niet mogelijk is om de feitelijke risico’s (persoonlijke veiligheid

en schade) in te schatten om daarmee brandveiligheidsmaatregelen kosten-

optimaal in te zetten. TNO zal in samenspraak met deze partijen kwantitatieve

eisen en probabilistische modellen ontwikkelen waarmee het effect van

maatregelen op de brandveiligheid beoordeeld kan worden. Modellering van

prestaties van complexe gebouwen richt zich behalve op brandveiligheid (zorgbouw

en voor industriële gebouwen waarin niet-gevaarlijke werkzaamheden plaatsvinden)

ook op optimalisatie van functionaliteit (bijv. zorgbouw) en levensduur

(bijv.monumenten).


Gebouweigenaren willen het onderhoud aan hun gebouwvoorraad gerichter sturen.

De bestaande inspectie en monitoring technieken zijn arbeidsintensief en de

interpretatie van de waarnemingen is niet eenduidig. Het schade-expertsysteem

Monument Diagnose en Conservering Systeem (MDCS) is een eerste stap door

TNO gezet om hier invulling aan te geven.

Nieuwe geautomatiseerde inspectietechnieken staan daarbij centraal: (1) het

analyseren van digitale opnamen van scheuren in steenachtige materialen, en (2)

het met radar lokaliseren van houten funderingspalen en op afstand nemen van

monsters zonder te ontgraven. Vervolgens wordt invulling gegeven aan het

automatisch interpreteren van deze metingen om tot aanbevelingen te komen.

Aangaande scheuren in steenachtige materialen wordt samenwerking gezocht met

partijen in Groningen, eigenaren van industriële complexen en aangaande de

problematiek met houten paalfunderingen zal samenwerking worden gezocht met

overheden en belangenorganisaties.

Data- en informatiemanagement.

De inzet van BIM om data van voorontwerp, definitief ontwerp, realisatie, oplevering

en uiteindelijk ook onderhoud van een gebouw te beheren begint in de praktijk bij

bouwende en beherende partijen bredere ingang te krijgen. De vraag naar tools om

op basis van deze data het ontwerp-, uitvoerings- en onderhoudsproces te

ondersteunen neemt toe. TNO ontwikkelt een methodiek op basis van agent

technologie waarmee gedistribueerd gemodelleerd kan worden, zogenaamde

BIMbots. Ten opzichten van bestaande meer gesloten systemen biedt deze


technologie een veel flexibeler infrastructuur voor delen van data, het verrijken van

modellen en samenwerking tussen verschillende partijen.

Op het gebied van aardbevingsbestendigheid heeft TNO een samenwerking met

onder andere Hansehogeschool Groningen in BuildInG en TU Delft. Voor

brandveiligheid wordt samengewerkt met Worchester Polytechnic Institute (VS).

Monument & Kennis is een samenwerkingsverband van Rijksdienst voor Cultureel

Erfgoed, TU Delft en TNO. In Europees verband wordt geparticipeerd in het

European Technology Construction Platform/Heritage & regeneration.

1.2.3 Energie in de gebouwde omgeving

De onderliggende maatschappelijke doelstelling een energie neutrale gebouwde

omgeving in 2050. In die eindsituatie zal er geen aardgas meer worden gebruikt in

de gebouwde omgeving. Duurzame energie wordt waar mogelijk decentraal

opgewekt, decentraal op efficiënte wijze gebruikt en opgeslagen, waar mogelijk

regionaal uitgewisseld, en voor het overige betrokken uit een centraal net. Het

programma Energie in de Gebouwde Omgeving is erop gericht deze transitie te

ondersteunen en te versnellen en de maatschappelijke kosten van de transitie te

verlagen. Dit programma is in het bijzonder gericht op diepe renovatie van

bestaande woningen, zoals in de Stoomversnelling, waarmee grote aantallen

bestaande woningen (175.000 woningen per jaar) aangepakt dienen te worden om

de doelstelling te behalen. Industrialisatie, kostenverlaging, integrale

energieconcepten en gebouwen systeemintegratie zijn hierbij sleutelbegrippen.

Wat betreft beleidsondersteunende activiteiten zijn overheden de doelgroep van het

programma. Voor de instructie van nieuwe oplossingen in de praktijk is de

doelgroep de keten die betrokken is bij de uitvoering van de transformatie van de

gebouwde omgeving, van woningbouwcorporaties en andere gebouweigenaren, via

aannemers en installatiesector, tot leveranciers van diensten en systemen als

ventilatiesystemen.


Vraagbeperking:

Dit richt zich op alle aspecten van het terugdringen van de vraag door

besparingsmaatregelen en verhoging van de efficiëntie van energieopwekking en

conversietechnieken. Naast technische besparingsmaatregelen speelt ook

bewustwording van energieconsumptie en de invloed van gebruikersgedrag op de

energieconsumptie een rol in de vraagbeperking. Voor onderbouwing van de keuze

van besparingsmaatregelen en voor beïnvloeding van gebruikersgedrag richten we

ons op data- en informatiemanagement om de grote stroom aan gegevens relevant

voor energieprestatie monitoring en voorspelling daadwerkelijk te kunnen benutten.

Tegelijkertijd met de vraagbeperking is meer aandacht nodig voor het realiseren en

handhaven van een goede binnenmilieukwaliteit. Door steeds betere kierdichting is

aandacht nodig voor de invloed van de luchtdichtheid van de gebouwschil op het

binnenmilieu. Tegelijkertijd ontstaan kennisvragen ten aanzien van de

duurzaamheid van die kierdichting en de daadwerkelijke invloed op het

energiegebruik van het gebouw.

Monitoring en Control technologie zal worden ontwikkeld om energiegebruik te

minimaliseren zonder verminderde gebouwprestatie. Belangrijke doelstelling is om

gebouwen zelflerend te maken, door middel van zelf-diagnostiek van het

energiegebruik en de binnenmilieuparameters, en op basis hiervan gebouwen zelf

te laten signaleren welke besparingsmogelijkheden er zijn, bijvoorbeeld door tijdig

aan te geven welke gebouwprestatie door middel van onderhoud verbeterd kan


worden (predictive maintenance). De stip op de horizon is een intelligent en

zelflerend gebouw dat actief stuurt op minimalisatie van het energiegebruik, en

signaleert wanneer er afwijkingen optreden in het verwachte energiegebruik, en de

oorzaken daarvan identificeert. Naast vraagbeperking speelt koppeling van vraag

en duurzaam aanbod een rol. Hier zijn raakvlakken tussen Smart Buildings en

Smart Grids.

Hulpmiddel bij het onderwerp vraagbeperking is de nauwkeurige modellering c.q.

voorspelling van de energievraag, en het borgen van de ontwerpwaarden in de

praktijk. Dit onderwerp kent daarom een nauwe relatie met het onderwerp

Bouwkwaliteit en vereist nieuwe data- en informatietechnologie. Waar BIM tot

dusver met name wordt ingezet op nieuwbouw, zal nieuw onderzoek zich richten op

het toepasbaar maken van BIM voor renovatie van met name woningen.

Binnenmilieukwaliteit en geluid:

Tegelijkertijd met de vraagbeperking is meer aandacht nodig voor het realiseren en

handhaven van een goede binnenmilieukwaliteit. Het onderzoek richt zich op een

brede integrale metriek voor binnenluchtkwaliteit (naast CO2 ook vocht en fijnstof).

Tevens zullen aanpakken en technieken ontwikkeld worden voor adequate

ventilatie voor sterk geïsoleerde gebouwen. Streven hierbij is om goede

binnenluchtkwaliteit en energiedoelstellingen te combineren door het ontwikkelen

van systemen waarbij geventileerd wordt alleen dan en daar waar nodig en in een

mate die afgestemd is op de behoefte. Belangrijk aandachtspunt is, zeker met de

toenemende toepassing van mechanische ventilatie om voldoende energieprestatie

te halen, het geluid van ventilatiesystemen. Geluidproductie van installaties wordt

steeds belangrijker door toepassing van mechanische ventilatie.

Decentrale opwekking: Dit onderwerp is onderdeel van VP Urban Energy-Energo

Efficiënte conversie: Dit onderwerp is onderdeel van VP Urban Energy-Energo

Decentrale opslag: Dit onderwerp is onderdeel van VP Urban Energy-Energo

Belangrijk verband voor samenwerking is de TKI Urban Energy. Er wordt In

Europees verband geparticipeerd in de KIC InnoEnergy en European Technology

Construction Platform/ Energy Efficient Buildings (EeB)

1.3 Externe aansluiting


Belangrijk is de aansluiting op de departementale agenda van I&M en de

kennisagenda’s van RWS, ProRail en andere beheerders van constructies.

Internationaal wordt via vooraanstaande posities in diverse hoog aangeschreven

gremia zoals CEN, NEN, fib en JCSS bijdragen aan de mondiale behoefte aan

verbeterde kennis op het gebied van infrastructuur.

1.3.2 Bouwkwaliteit

De programmalijn Bouwkwaliteit sluit zowel aan op het beleid van het ministerie van

Binnenlandse Zaken en Koninkrijksrelaties over de verbetering van de

kwaliteitsborging in de bouw (brief minister Blok aan de Tweede Kamer van 27

november 2013), als op de Bouwagenda van de Commissie Wientjes (op 29 maart

2017 overhandigd aan het kabinet Rutte II)


Er is een zeer nauwe aansluiting op de KIA van TKI Urban Energy. Het programma

wordt uitgevoerd in nauwe samenwerking met de TKI Urban Energy.


Onderstaande tabel geeft een overzicht van de koppeling van het TNO-programma

met de programmalijnen van de TKI Urban Energy.

PL 1 PL 2 PL 3 PL 4 PL 5

Vraagbeperking:

M&C voor intelligente

gebouwen

Ventilatie en binnenmilieu

Decentrale opwekking:

BI-PV(T)

Efficiënte conversie:

Systeemintegratie

warmtepompen

Nieuwe

warmtepomptechnologie

Warmteterugwinning

Decentrale opslag:

Compacte warmteopslag

Overzicht koppeling van het TNO-programma met de programmalijnen van de TKI

Urban Energy

1.4 Ontwikkeling

Een generieke ontwikkeling is de toenemende aandacht voor data- en

informatiemanagement. Dit keert op verschillende manieren terug in elk van de drie

lijnen.


Het meerjarenplan 2018-2021 bouwt voort op het voorgaande meerjarenplan 2015-

2018. Mede door de ontwikkelingen op sensortechnologie en -toepassing worden

steeds meer gegevens van kunstwerken verzameld. Hierdoor wordt de vraag naar

de data- en informatiemanagement belangrijker. Ook data analytics gericht op de

vraag: “hoe deze meetgegevens kunnen worden gebruikt voor het beter voorspellen

van de constructieve veiligheid?” zal in de komende jaren steeds nadrukkelijker

gesteld worden en meer inzet van TNO vergen.

1.4.2 Bouwkwaliteit

Ten opzichte van het voorgaande meerjarenplan voor de programmalijn

Bouwkwaliteit is nadrukkelijker de focus gelegd op een aantal specifieke

technologieën, zonder onderscheid te maken tussen woningbouw, utiliteitsbouw,

erfgoed en zorgbouw. In het voorgaande plan werd er vanuit gegaan dat

gebouweigenaren willen sturen op de actuele staat van onderhoud van een

gebouw. Gebleken is echter dat gebouweigenaren meer factoren mee nemen in

hun besluitvorming en om deze reden is er voor gekozen om de focus te leggen op

generiekere methodieken voor beslissingsondersteuningen. Dit betreft methoden

om via makkelijk inzetbare inspectie- en monitoringstechnieken ontbrekende

informatie te verzamelen en op BIM gebaseerde technologie voor data- en

TNO-rapport | TNO2017-R11009 10 / 42

informatiemanagement.

Aangaande de kennis over trillingen is ervoor gekozen om deze te ontwikkelen

rondom het thema aardbevingen; de kennisontwikkeling rondom trillingen van

gebouwen en wind wordt met het afsluiten van het voorgaande meerjarenplan niet

gecontinueerd.


Op een aantal deellijnen vindt continuering plaats van lopende

onderzoekstrajecten. Ten opzichte van voorgaande jaren is er meer aandacht voor

de inzet van BIM specifiek voor diepe renovatie van woningen: het verder mogelijk

maken van BIM voor bestaande bouw is een belangrijke stap om te komen tot

industrialisatie van het renovatieproces. Verder zetten we toenemend in op data- en

informatiemanagement om de grote stroom aan gegevens relevant voor

energieprestatie monitoring en voorspelling daadwerkelijk te kunnen benutten. Een

onderwerp wat opnieuw actueel wordt is de geluidproductie van installaties

(mechanische ventilatie en lucht-water warmtepompen). De focus bij gebouw

geïntegreerde PV (BI-PV) verschuift van het zoeken naar nieuwe

toepassingsgebieden naar het op langere termijn borgen van de structurele

integriteit en energetische opbrengst van BI-PV.

1.5 Activiteitenplan 2018



Disseminatie en implementatie van ontwikkelde kennis zodat deze algemeen

geaccepteerd wordt en waarbij deze toegankelijk wordt gemaakt voor beheerders,

asset managers, ontwerpers en beoordelende partijen en instanties.

Modellering constructies en netwerken:

Voor het verkeersbelastingmodel is in het afgelopen jaar aandacht besteed aan een

generalisatie van de voertuigcategorisering. Op basis van de meetgegevens van

WIM-systemen wordt hiertoe een methodiek ontwikkeld waarbij per

voertuigcategorie verdelingsfuncties voor de verschillende voertuigkarakteristieken

zoals aslasten, asafstanden en tussenafstanden kunnen worden gegeneraliseerd.

Met behulp van het voertuigmodel kan numeriek een WIM-database worden

gegenereerd waarbij op realistische wijze rekening wordt gehouden met verwachte

trends zoals platooning en de toename in de frequentie van zwaardere transporten

in de tijd.

Op het gebied van betonconstructies ligt de focus op de Use Case Bridge uit het

eerder gestarte Early Research Program (ERP) Structural Integrity. Voor 2018 is

het de bedoeling om de een praktijkcase als field-lab te ontwikkelen. Speciale

aandacht daarbij zal er op gericht zijn om ook andere partijen hun oplossingen op

de fieldsite te laten uitproberen


Het onderzoek op het gebied van vermoeiing van staalconstructies richt zich op het

meten aan en voorspellen van de restlevensduur onder wisselende belasting. Door

het gebruik van nieuwe detectietechnieken kan de spreiding substantieel worden

verminderd. Daarnaast is toepassing van de technieken op de

hoofddraagconstructie een belangrijk onderwerp. De aanpak hierbij is dat de

TNO-rapport | TNO2017-R11009 11 / 42

detectietechniek in 2018 eerst wordt gevalideerd op basis van experimenten

waarna deze in de praktijk kan worden toegepast.

Data- en informatiemanagement:

Voortzetting van de in 2017 ingezette inventarisatiestudie omtrent een dataplatform

voor het gebruik van data afkomstig van specifieke objecten en projecten waardoor

deze toegankelijk kan worden gemaakt voor meer generieke doeleinden waarmee

het ontwerp, beheer en onderhoud van constructies efficiënter kan worden

uitgevoerd. Specifiek aandachtspunt is onzekerheidspropagatie bij gebruik big data.

Materiaaldegradatie, reparatietechniek en versnelde testen:

Ontwikkeling van experimenteel gevalideerde modellen waarmee degradatie van

materialen in de tijd (corrosie, ARS, vermoeiing) betrouwbaarder kan worden

voorspeld zodat een nauwkeurigere inschatting kan worden gemaakt van de

constructieve veiligheid van constructies gedurende de (beoogde) restlevensduur.

Hierdoor kan gericht sturing worden gegeven aan de ontwikkeling van effectieve

mitigerende maatregelen en reparatietechnieken.

1.5.2 Bouwkwaliteit

Beoordelingskader voor beslissingsondersteuning

In 2017 is het SBIR-project Holland Health House uitgevoerd. Beoogd wordt dit

concept van een reactiverend ziekenhuis verder uit te werken, waarbij ook

aansluiting gezocht zal worden met de Topsector Life Sciences & Health.

Modellering constructies en gebouwvoorraad

Aardbevingsbestendig bouwen. Als onderdeel van BuildInG heeft TNO de

testopstelling voor een triltafel ontwikkeld en gerealiseerd. In 2018 zal de triltafel

worden gekalibreerd, nadat modelmatig het op te leggen spectrum van

versnellingen en verplaatsingen is vastgesteld. Zo nodig wordt het theoretische

model op punten eerst doorontwikkeld.

Risicogebaseerde brandveiligheid. Voor industriële gebouwen waarin geen

gevaarlijke activiteiten plaatsvinden, wordt de risicobenadering op basis van

probabilistische modellen nader uitgewerkt. De focus ligt daarbij op het doel

beperken van schade, maar ook zal aandacht worden besteed aan persoonlijke

veiligheid van personen aanwezig in het gebouw.

Inspectie en monitoring.

Het KIP-project dat in 2017 is gestart gericht op automatische vaststelling en

diagnose van scheuren in steenachtig materiaal met behulp van imaging

technieken, zal in 2018 worden gecontinueerd. Een eerstvolgende stap is het

maken van de keuze welke specifieke imaging technieken praktisch toepasbaar

zijn.

In samenspraak met een gebouweigenaar zal een pilot worden uitgevoerd voor het

vaststellen van de staat van funderingen op houten palen met radar, zonder gebruik

te maken van ontgravingen. Na theoretische berekeningen over slaagkans en een

proef met een grondradar zal ook inzet van een borehole radar worden uitgetest. Bij

succes zal tevens een aanpak worden ontwikkeld voor radargestuurde

monstername.

Data- en informatiemanagement.

In 2017 is een KIP-project uitgevoerd waarin tools zijn gemaakt voor een BIM/Bots-

applicatie. Als voorbeeld is een module voor de bepaling van Rc-waarden van

TNO-rapport | TNO2017-R11009 12 / 42

constructieonderdelen gekoppeld aan BIM, zodat het van daaruit aan te sturen is.

In 2018 wordt dit gecontinueerd met modules voor constructieve berekeningen. De

beslissingen die een constructeur in de huidige situatie maakt, zullen in een de

vorm worden uitgewerkt, zodanig dat het beslissingstraject voor een groot deel via

een algoritme te doorlopen is.


Vraagbeperking

- Software voor modelgebaseerde parameteridentificatie voor gedetailleerd begrip

van de energiestromen in een gebouw, gericht op diagnostiek en predictive

maintenance. In 2018 leveren we een eerste proof-of-concept van een tool voor

kantoren, waarvan we de functionaliteit verder doorontwikkelen tot 2021.

- Gebruik van gedetailleerde gebouwinformatie (BIM) voor nauwkeuriger

modelleren van de energievraag, kwaliteitscontroles en identificatie van root causes

van afwijkingen in het voorspelde energiegebruik. Koppeling tussen BIM en

gebouwsimulatie wordt onderzocht in IEA verband. In de periode 2018-2021

werken we aan het toepasbaar maken van BIM voor industriële diepe renovatie van

woningen.

Binnenmilieukwaliteit en geluid.

Kennisontwikkeling op binnenmilieuparameters en technologie om deze te

verbeteren c.q. te borgen bij bijna- energieneutrale gebouwen (passief-huis niveau

isolatie en luchtdichtheid). In 2018 hebben we een aantal proefmodellen voor

betere kookafzuiging in woningen ontwikkeld en getest, en werken we aan

inbedding van de ontwikkelde kennis in ventilatienormen. Daarnaast wordt gewerkt

aan uitgangspunten voor gezondheid-gebaseerd ontwerp van ventilatiesystemen

plus sensing en control optimalisatie gericht op gezondheid en energiereductie.

Decentrale opwekking met BI-PV(T).

Gebouw geïntegreerde PV (BI-PV) is een van de belangrijkste technologieën voor

het realiseren van een energie producerende gebouwde omgeving. Het borgen van

de opbrengst op langere termijn en het onderkennen en begrijpen van de

belangrijkste faalmechanismen van BI-PV en het mitigeren hiervan zijn een

belangrijke doelstelling van deze programmalijn. De activiteiten met betrekking tot

het integreren van PV(T) systemen in bouwdelen worden voortgezet, waarbij de

focus ligt op de structurele integratie en de structurele integriteit van het systeem op

langere termijn. De combinatie van BI-PV met thermische toepassing kan een

bijdrage leveren aan het maximaal benutten van gebouwoppervlakte voor

energieopwekking. Meest kansrijk is de combinatie in geïntegreerde PVT-

warmtepompsystemen.

1.6 Bij aanvullend budget

Mastering information complexity for asset managers

1.6.1 Aanleiding en motivering

Er steeds komen steeds meer data beschikbaar die nuttig kunnen zijn voor asset

managers bij hun uitdaging om de verouderende infrastructuur goed te managen.

Netwerkbeheerders zien dat op middellange termijn hun organisaties een transitie

zullen ondergaan van overwegend ingenieur gedreven naar overwegend data

TNO-rapport | TNO2017-R11009 13 / 42

(science) gedreven assetmanagement. Dit blijkt o.a. uit de datalabs die ProRail en

Rijkswaterstaat zijn begonnen.

Gedurende de levenscyclus van een netwerk worden grote hoeveelheden data

gegeneerd. Te denken valt aan data ingewonnen:

- Gedurende het ontwerp, de realisatie en het beheer van de objecten in het

netwerk: de (relatief) statische objectdata in de operationele systemen van de

beheerder;

- Tijdens het gebruik van het netwerk (bijvoorbeeld de verkeersintensiteit

verdeling op het netwerk via GPS data): de dynamische gebruiksdata;

- Data van derden, relevant voor het netwerkbeheer, (bijvoorbeeld KNMI-data):

de omgevingsdata.

Effectief en efficiënt netwerkbeheer valt of staat met de beschikbaarheid,

bruikbaarheid en kwaliteit van deze data. Data is echter vaak beperkt beschikbaar

omdat het gefragmenteerd is over de keten en binnen de

netwerkbeheersorganisatie. Als data beschikbaar is, is het niet altijd direct

bruikbaar voor geautomatiseerde analyses omdat het ‘vast’ zit in specifieke

computerapplicaties. En als de data bruikbaar is, is vaak de kwaliteit niet meer

voldoende: niet compleet, niet up-to-date, onnauwkeurig. Daarnaast zijn de

meetgegevens vaak afkomstig va metingen aan specifieke objecten terwijl deze ook

in generieke zin bruikbaar kan zijn. Beschikbare, bruikbare en kwalitatieve data

vormt de belangrijkste ‘asset’ van een beheerder om zijn netwerk goed te beheren.

Beheerders zien zich echter geconfronteerd met een veelheid aan datasets uit vele

verschillende bronnen, vaak bestaande uit een enorme hoeveelheden gegevens, in

vele verschillende vormen en die soms slechts op indirecte wijze relevant zijn. Dit

maakt het beheer van de data complex.

Daarnaast komen steeds meer nieuwe sensorsystemen en data-analyse-

technieken beschikbaar. De nieuwe sensorsystemen bieden nieuwe mogelijkheden

om heel specifiek de conditie, de relevante belasting en de belastingeffecten op

specifieke objecten en onderdelen van de infrastructuur in beeld te brengen. De

nieuwe data-analyse-technieken bieden nieuwe mogelijkheden om daadwerkelijk

op grote schaal grote hoeveelheden data te gebruiken, en de maximale informatie

uit de verschillende data bonnen te halen voor het nemen van beheerbeslissingen.

Er ligt een grote uitdaging bij de netwerkbeheerders om de mogelijkheden van de

bestaande data, sensorsystemen en data-analyse-technieken te benutten voor

beter en integraal ontwerp, uitvoering en beheer. Het meester worden over de

complexiteit van de data door de beheerder is hierbij de sleutel tot succes. Om dit

voor elkaar te krijgen staan de netbeheerders voor de taak:

- De waarde van de data te optimaliseren door de juiste combinaties van data

sets en sensoriek te kiezen (Value of Information, VoI)

- Het optimale uit deze combinaties te halen door ontwikkeling en toepassing van

data analyse technieken voor bovengenoemde toepassingen (data analytics

and fusion)

- Data duurzaam en gekoppeld te beheren (linked data).

Op deze drie gebieden is nader onderzoek nodig om generiek ontwikkelde kennis

omtrent Value of Information, data analytics and fusion en linked data, toepasbaar

te maken op netwerkbeheer.

1.6.2 Doelstellingen en onderzoeksvragen

Doelstelling

TNO-rapport | TNO2017-R11009 14 / 42

Doelstelling van het project is het om de netwerkbeheerders in de gelegenheid te

stellen beschikbare data, sensorsystemen en data-analyse-technieken optimaal te

benutten voor beter en integraal ontwerp, uitvoering, beheer en onderhoud met

betere vervangingsbeslissingen en betrouwbaardere budgetteringen. Er zal een

accent liggen op het verkennen en demonstreren van mogelijkheden van de nieuwe

technieken.

De volgende drie onderzoeksvragen worden daartoe in een integrale aanpak en in

samenhang onderzocht:

1. Hoe kan de Value of Information van beschikbare en nieuw in te winnen data

worden bepaald?

2. Wat kunnen data analytics en fusion bijdragen aan beter netwerkbeheer?

3. Hoe kan de kracht van linked data worden gebruikt voor het goed beheer van

de netwerkdata?

Value of information

Met VoI technieken in het algemeen wordt de waarde bepaald die beslissers over

hebben voor informatie in een beslissingsproces. Voor asset management

beslissingen kan zo met pre-posterior analyses gekwantificeerd hoe beslissingen al

dan niet veranderen wanneer extra informatie (uit bijvoorbeeld inspecties of

sensoren) beschikbaar is. Dezelfde technieken en methodes kunnen worden

ingezet om de toegevoegde waarde te bepalen van informatie uit beschikbare

datasets, eventueel in combinatie met (nieuwe) sensorsystemen. Met behulp van

deze technologie kan de waarde van bestaande en nieuwe databronnen en

monitortechnieken worden bepaald en specificaties worden opgesteld voor nieuwe

bronnen en monitortechnieken.

Binnen dit pakket zal bepaald worden welk type beslissingen van asset managers

baat hebben bij een VoI benadering. Voor twee sprekende voorbeelden zal een

demo van een VoI benadering worden ontwikkeld.

Data analytics and fusion

Bayesiaanse Netwerken combineren waarschijnlijkheidsrekening met grafen-

analyse en bieden een effectieve manier om modellen te koppelen aan data van

zeer uiteenlopende aard. Ze zijn een middel voor het omgaan met twee problemen

in onderhoud en design engineering - onzekerheid en complexiteit –en spelen een

steeds belangrijkere rol bij het ontwerpen en analyseren van algoritmen voor

machine learning en systeemidentificatie aan de hand van input-output analyse.

Binnen dit werkpakket zullen methoden voor data analystics en fusion als

Bayesiaanse Netwerken, machine learning, en systeemidentificatie aan de hand

van input-output analyse toegepast worden op twee collecties van datasets en

sensorsystemen om realistische vraagstelling met betrekking uit de asset

management praktijk te beantwoorden.

Linked data

Toekomstbestendig informatiemanagement gaat uit van een linked data, semantic

web aanpak, die het mogelijk maakt data uit verschillende bronnen en in

verschillende formats flexibel met elkaar te koppelen. Echter, veel data in de civiele

sector is nog niet in een linked data formaat. Ook veel sensoren generen nu en in

de nabije toekomst nog geen linked data. Daarom is onze zogenaamde V-Con

aanpak hybride: verschillende formaten en datastructuren, traditioneel en nieuw,

kunnen door elkaar worden gemanaged en het biedt de mogelijkheid stap-voor-stap

door te groeien naar een krachtigere aanpak met een meer linked data karakter.

TNO-rapport | TNO2017-R11009 15 / 42

Deze hybride linked data V-Con aanpak kan ook heel goed verder ontwikkeld

worden voor asset informatie in de beheerfase waarin veel informatie beschikbaar

komt vanuit veel verschillende bronnen in veel verschillende formaten. Onderzoek

zal zich richten op het integreren van (relatief) statische informatie over de assets,

zoals ontwerp en planning van onderhoud met dynamische informatie uit sensoren

die actuele eigenschappen van de assets vastleggen.

De eerste deelvraag is de dynamische databestanden die gegenereerd worden

door de sensoren en beheerd door de eigenaar van de sensoren te ontsluiten, en

vervolgens te koppelen aan de statische bestanden over assets van de

infrastructuur beheerder. Op deze wijze blijven de bestanden bij de bron en kunnen

alle betrokkenen deze bestanden vinden via de asset management informatie

voorzieningen. Door gegevens over de bestanden (ook wel meta-data genoemd)

toe te voegen, zijn bestanden beter te vinden. In de informatievoorzieningen van

RWS is de (statische) asset data reeds als linked data met semantic web

technologie opgeslagen. Een tweede deelvraag is hoe meta-data en linked data te

gebruiken om een grafische interface te maken naar de bestanden, gebaseerd op

een kaart van het netwerk. De derde deelvraag is hoe dynamische sensordata ook

te vertalen naar linked data. Op deze wijze kunnen data-analyse programma’s

direct de datavelden benaderen en hergebruiken.

Bovenstaand onderzoek vereist een geschatte inspanning van 1,5 fte verdeeld over

meerdere mensen gedurende de periode tot 2021.

1.7 Toepassing

Het toepassingsgebied is in principe het asset management van de gehele civiele

infrastructuur met in Nederland een door het CBS geraamd waarde van 367 miljard

euro. De data gedreven benadering is in eerste instantie het interessantst voor de

netwerkbeheerder met veel complexe infrastructuur zoals oeververbindingen (bijv.

tunnels, grote bruggen, sluizen) en onzichtbare infrastructuur (bijv. leidingen). Voor

dit project wordt met de partners een specifiek deelgebied gekozen waarvoor de

onderzoeksvragen worden beantwoord door de kennis en de technieken toe te

passen op concrete beheersbeslissingen.

De publieke beheerders in deze bouw en infra sector zijn zich steeds meer bewust

van de potentie van data voor verbetering van hun beheer en onderhoud en passen

het ook al toe in deelprocessen (bijvoorbeeld het programma vitale asset en

vervanging en renovatie van RWS). Dit toont de waarde van data en draagt bij aan

het besef dat data de continue factor is over de levensduur van assets. De

toepassing van data is echter nog verre van een integraal onderdeel van de

bedrijfsvoering. De markt is geïnteresseerd in opschaling van deeltoepassingen en

experimenten gericht op een geïntegreerde aanpak.

Eerste stappen in die richting worden bijvoorbeeld al gefaciliteerd in de DataLabs bij

RWS en ProRail. Daar zien we echter dat de netwerkbeheerders tegen de grenzen

aan lopen van wat er kan, wat resulteert in deeloplossingen en juist niet in een

integrale aanpak.

Partners voor deze ontwikkelingen zijn de netwerkbeheerders, in het bijzonder de

informatievoorzieningsafdelingen van deze organisaties, waar nu ook de datalabs

zijn ondergebracht. Daarnaast zijn de grote bouwbedrijven geïnteresseerd in de

integrale aanpak. Dat laatste ook in de context van grote design, construct,

maintain & operate contracten.

Naast interne TNO samenwerking met verschillende research groepen, is

TNO-rapport | TNO2017-R11009 16 / 42

samenwerking met universiteiten (LIACS Leiden, Twente) en internationale

organisaties (BASt en BAM) voorzien.

TNO-rapport | TNO2017-R11009 17 / 42

2 VP Smart Cities (P509)

Contactpersoon TNO

Geiske Bouma (VP-manager)

Nico Zornig (Roadmap directeur)

Contactpersoon overheid Kees de Jong (IenM-DGRW)

Hans Tijl (IenM-DGRW)

2.1 Samenvatting

De Smart Cities roadmap van TNO zet met haar innovaties in op het vergroten van

de economische aantrekkelijkheid van steden en tegelijkertijd op het leefbaarder

maken van steden, in Nederland en het buitenland, op een manier die aansluit bij

belangen van de bewoners en bedrijven. Leefbaarder is in eerste instantie vooral

minder congestie, betere luchtkwaliteit, behalen van CO2 doelstellingen en een

gezonde leefomgeving. Dit in de context dat steden blijven groeien, aantrekkelijk

willen blijven voor burgers en bedrijven, burgers en bedrijven steeds meer vanuit

een individueel belang resultaten willen zien, regelgeving op zaken als CO2 en

luchtkwaliteit steeds strenger wordt en dat er steeds sneller nieuwe technologieën

met grote impact (kansen maar ook beperkingen) beschikbaar komen.

Veel uitdagingen in de steden zijn alleen op te lossen in samenwerking met de

stakeholders in de steden en met state-of-the-art kennis. Om het juiste beleid te

kunnen inrichten en draagvlak te creëren bij burgers en stakeholders voor de te

nemen besluiten is inzicht nodig in de knelpunten in de stad en mogelijke effecten

van toekomstige scenario’s. In de praktijk gaan sommige ontwikkelingen sneller dan

voorspeld en beïnvloeden ontwikkelingen elkaar. Ook kunnen de doelstellingen van

de steden veelal onmogelijk in één keer bereikt worden, bijvoorbeeld op het gebied

van CO2- of energiereductie. Instrumentarium voor knelpuntenanalyses,

scenarioplanning, het monitoren van de daadwerkelijke effecten ‘op straat’ en het

inrichten van een leercyclus voor adaptief programmeren is in de visie van TNO

onontbeerlijk om de gewenste doelen te bereiken.

Voor objectieve (fact-based) en integrale besluitvorming, handelingsperspectief en

participatie van de steden en hun stakeholders zullen deze instrumenten toegang

moeten hebben tot digitale, eenduidige data en modellen (gekoppeld aan de

betreffende stad). Dit sluit aan op de transformatie voor ‘het nieuwe werken’ die

centrale en decentrale overheden aan het inrichten zijn onder druk van

verdergaande digitalisering en ontwikkelingen als ‘Internet of Things’, waardoor

data in grote hoeveelheden en realtime beschikbaar komt via sensoren en snelle

communicatienetwerken.

Het vraaggestuurde programma Smart Cities richt zich op ondersteunen van

complexe besluitvorming in steden, vanuit draagvlak, een haalbare visie en

ondersteuning bij de implementatie. De kennisontwikkeling vertaalt zich naar

visievorming en handelingsperspectief, Urban Learning Cycle inclusief

implementatie-ondersteunende tooling en Urban Strategy, data-integratie en

modellen, met een focus op de thema’s mobiliteit en gebiedsontwikkeling.

TNO-rapport | TNO2017-R11009 18 / 42

Samenwerking met partners: IenM DGRW (regievoerder vraagsturing), IenM DGB,

G5, BZK Bestuur en Wonen – Programmadirectie Stad, PTV, Arcadis.

2.2 Omschrijving

2.2.1 Inleiding – Stedelijke uitdagingen en Smart Cities

Hoewel de groei van de stedelijke bevolking in Europa in vergelijking met andere

werelddelen beperkt is, woont een groot aandeel van de Europese bevolking in

steden (UN-Habitat, World Cities Report, 2016). In 2016 woonde meer dan de helft

van de wereldbevolking in steden.

Als gevolg van deze concentratie worden steden en stedelijke gebieden steeds

complexer. Mensen, bedrijven, en instituties zitten er dicht op elkaar en er zijn

onderling veel interacties. Daarbij zijn er veel functies te vervullen en er is er weinig

open ruimte. Tegelijkertijd komen er verschillende uitdagingen op steden af (zie

figuur 2.1). Als het beleid niet verandert of onvoldoende daadkrachtig is, komt de

stedelijke duurzaamheid in toenemende mate onder druk te staan. Daarbij zijn

bijvoorbeeld de gezondheid, de leefbaarheid en de energieneutraliteit van de stad

in het geding. Dit heeft consequenties voor de concurrentiekracht van steden.

Deze hoge concentraties en onderlinge relaties bieden ook de nodige kansen en

veel mogelijkheden om de uitdagingen het hoofd te bieden. Door in te spelen op de

dynamiek, kan die in het voordeel van steden uitpakken. Daarbij heeft elke

stedelijke regio zo haar eigen interne samenhang en dynamiek, en ontstaat per

regio een uniek profiel.1

Figuur 2.1 - Bron: World Economic Forum, Shaping the Future of Urban

Development & Services Initiative, Global Survey on Urban Services (Oct.-Dec.

2015)

Een veel gehanteerde definitie voor Smart Cities luidt: “A city can be defined as

'smart' when investments in human and social capital and traditional (transport) and

modern (lCT) communication infrastructure fuel sustainable economic development

and a high quality of life, with a wise management of natural resources, through

participatory action and engagement” (Caragliu et al. 2009).

1 TNO, Position Paper Leefomgeving – Duurzame Stad, mei 2017

TNO-rapport | TNO2017-R11009 19 / 42

De ontwikkeling van Smart Cities zet in op het beter benutten van data en

informatie evenals het gebruik van Internet of Things.

De Smart Cities roadmap van TNO zet met haar innovaties in op het vergroten van

de economische aantrekkelijkheid van steden en tegelijkertijd op het leefbaarder

maken van steden, in Nederland en het buitenland, op een manier die aansluit bij

belangen van de bewoners en bedrijven. Leefbaarder is in eerste instantie vooral

minder congestie, betere luchtkwaliteit, behalen van CO2 doelstellingen en een

gezonde leefomgeving. Dit in de context dat steden blijven groeien, aantrekkelijk

willen blijven voor burgers en bedrijven, burgers en bedrijven steeds meer vanuit

een individueel belang resultaten willen zien, regelgeving op zaken als CO2 en

luchtkwaliteit steeds strenger wordt en dat er steeds sneller nieuwe technologieën

met grote impact (kansen maar ook beperkingen) beschikbaar komen.

Veel uitdagingen in de steden zijn alleen op te lossen in samenwerking met de

stakeholders in de steden en met state-of-the-art kennis. Om het juiste beleid te

kunnen inrichten en draagvlak te creëren bij burgers en stakeholders voor de te

nemen besluiten is inzicht nodig in de knelpunten in de stad en mogelijke effecten

van toekomstige scenario’s. In de praktijk gaan sommige ontwikkelingen sneller dan

voorspeld en beïnvloeden ontwikkelingen elkaar. Ook kunnen de doelstellingen van

de steden veelal onmogelijk in één keer bereikt worden, bijvoorbeeld op het gebied

van CO2- of energiereductie. Instrumentarium voor knelpuntenanalyses,

scenarioplanning, het monitoren van de daadwerkelijke effecten ‘op straat’ en het

inrichten van een leercyclus voor adaptief programmeren is in de visie van TNO

onontbeerlijk om de gewenste doelen te bereiken.

Voor objectieve (fact-based) en integrale besluitvorming, handelingsperspectief en

participatie van de steden en hun stakeholders zullen deze instrumenten toegang

moeten hebben tot digitale, eenduidige data en modellen (gekoppeld aan de

betreffende stad). Dit sluit aan op de transformatie voor ‘het nieuwe werken’ die

centrale en decentrale overheden aan het inrichten zijn onder druk van

verdergaande digitalisering en ontwikkelingen als ‘Internet of Things’, waardoor

data in grote hoeveelheden en realtime beschikbaar komt via sensoren en snelle

communicatienetwerken.

Figuur 2.2 - Visie TNO op Smart Cities

TNO-rapport | TNO2017-R11009 20 / 42

2.2.2 Focus programma en doelstelling

Focus van het VP Smart Cities van TNO is dan ook het doorontwikkelen van het

instrumentarium en bijbehorende methodologie voor het collectief leren samen met

centrale en decentrale overheden en hun stakeholders voor nieuwe

(mobiliteits)concepten en use cases voor integrale gebiedsontwikkeling voor

steden, interstedelijke regio’s en metropolen.

In het VP Smart Cities ontwikkelt TNO, samen met partners bij overheid en

bedrijfsleven, tools en methodologieën die steden ondersteunen om draagvlak te

krijgen bij complexe besluiten door aan te geven wat een haalbare visie is en

zekerheid te geven bij implementatie.

De methodologie bestaat uit drie componenten:

1. Visievorming en handelingsperspectief

2. Urban Learning Cycle en implementatie-ondersteunende tooling

3. Urban Strategy, data-integratie en modellen

2.2.2.1 Focus: Mobiliteit en Gebiedsontwikkeling

De TNO roadmap Smart Cities concentreert zich primair op twee fundamentele en

grote vraagstukken die op systeemniveau van de stedelijke ontwikkeling spelen:

mobiliteit en gebiedsontwikkeling. Het aanpakken van deze vraagstukken betekent

tegelijkertijd ook een boost geven aan twee van de grootste aanjagers voor de

stedelijke economie. Mobiliteit en bereikbaarheid spelen een sleutelrol in de

stedelijke en regionale economie. Echter, een continue toename van het aantal

voertuigbewegingen komt steeds meer op gespannen voet te staan met strenger

wordende milieu- en duurzaamheiddoelstellingen zoals bereikbaarheid,

ruimtegebruik, luchtkwaliteit, geluid en klimaatdoelstellingen. Gebiedsontwikkeling

kijkt juist vanuit het geïntegreerde perspectief naar stedelijke ontwikkeling,

vertrekkend vanuit de uitdagingen in een gebied wordt bezien welke domeinen

hierin samen moeten komen.

Binnen deze focus richten we ons op 3 belangrijke opgaven van een stad: (1)

behalen van CO2-doelstellingen conform het Klimaatakkoord en de Sustainable

Development Goals, (2) behalen bereikbaarheidsdoelstellingen van een stad voor

personen- en goederenvervoer en (3) behalen economische doelstellingen en de

bijdrage daaraan door personen- en goederenvervoer. Dit allemaal in de context

van integrale gebiedsgerichte ontwikkelingen van een stad en in aansluiting op de

transitie naar de next economy (netwerk- & deeleconomie), meer service gerichte

(mobiliteits)concepten en zelforganiserende systemen (ketenomkering en ‘burger

aan de knoppen’).

2.2.2.2 Methodologie: Handelingsperspectief bieden en ondersteunen tijdens de

implementatie

We kijken op een systeemniveau naar de stad, vanuit een integraal perspectief.

Adaptief met de gekozen oplossingen om kunnen gaan tijdens implementatie

(=transitie) is daarbij een sleutelbegrip, zodat een stad pro-actief toekomstvast mee

kan bewegen met de ontwikkelingen die op steden afkomen.

Uitgangspunt voor het ontwikkelen van kennis in het VP Smart Cities zijn de nieuwe

vraagstukken voor integrale gebiedsontwikkeling. Om deze vraagstukken aan te

kunnen pakken zetten we in op het doorontwikkelen van onze methodologie en

TNO-rapport | TNO2017-R11009 21 / 42

instrumentarium zodat inzichtelijk gemaakt kan worden welke mogelijkheden er zijn

om de langere termijn complexe beslissingen te kunnen nemen –

handelingsperspectief.

We richten ons op het bieden van handelingsperspectief aan steden tijdens de

implementatie. Door ons monitoringsinstrumentarium krijgen steden en hun

stakeholders inzicht of KPI’s behaald worden of welke bijsturingsscenario’s alsnog

het gewenste effect kunnen sorteren. Op basis van objectieve informatie, zodat fact

based en gedragen besluiten genomen kunnen worden.

Aangezien het om nieuwe use cases en (mobiliteits-)concepten gaat en data en

modellen niet of nog beperkt voorhanden zijn, zullen we deze zo kosteneffectief

opbouwen. Daarbij zullen we een optimum kiezen tussen meten, big data analyses

en modelleren.

2.2.2.3 Programmering kennisontwikkeling

De kennisontwikkeling in het VP Smart Cities programmeren we langs de drie

componenten van de methodologie:

Visievorming en handelingsperspectief

Visieontwikkeling

Thought Leadership – vanuit integrale visie en aanpak – op issues die spelen voor

de stad en innovaties die op een stad afkomen, zoals Internet of Things, Mobility as

a Service, Automated Driving, Electrificering van de vloot, bereiken CO2

doelstellingen, verduurzaming stedelijke logistiek. Door middel van ‘White papers’

of ‘Position papers’ de innovaties uitdiepen en de impact op de stad verkennen.

Vanaf 2019/2020 oppakken verbredingsvraagstukken zoals op het gebied van

energie en ICT.

Handelingsperspectief

Stedelijk Handelingsperspectief Methodologie: doorontwikkeling Multi Level

Energy Optimisation (MEO), focus op toepassing voor de stad op het gebied van

CO2

MEO systematiek inzetten als basis en doorontwikkelen voor nieuwe use cases

en andere (mobiliteits-) concepten op personen- en economische bereikbaarheid

Urban Learning Cycle en implementatie-ondersteunende tooling

Urban Learning Cycle

Toepassen en verbeteren urban learning cycle op basis van verkregen inzichten

tijdens implementatie inclusief behoefte en specificaties implementatie-

ondersteunende tooling

Tool ontwikkeling voor beter inzicht en voorspellend vermogen

Inzichtelijk maken van effecten van maatregelen voor prioriteitsstelling:

instrumentarium uitbreiden met een Relevantiefilter zodat beter inzicht ontstaat

welke maatregelen relevanter zijn t.o.v. al het andere wat in de stad gebeurt

waardoor betere afwegingen gemaakt kunnen worden en het adaptief vermogen

vergroot

Real-time data benutten voor verbeteren voorspellend vermogen:

doorontwikkeling tooling

TNO-rapport | TNO2017-R11009 22 / 42

Integraal afwegen: ontwikkeling best options scenario generatie t.b.v.

afwegingsproces

Urban Strategy, data-integratie en modellen

Data-integratie en Urban Strategy architectuur

Data-integratie: data-inwinning, data-ontsluiting, analytics, modellen

Smart Urban Data Platform: modulair platform dat als basis gebruikt kan worden

voor het visualiseren van knelpunten en selecteren van kansrijke gebieden op

basis van gewenste doelstellingen en key performance indicatoren (m.b.v.

dashboarding), voor het verkrijgen van inzicht in kansrijke maatregelen en

scenario’s (m.b.v. een cockpit) als het doorrekenen en simuleren van potentiele

scenario’s in hoeverre deze effect sorteren of de gestelde doelen en key

performance indicatoren voor planning & analyse toepassingen

(simulatieomgeving)

Modellen en indicatoren2

Indicatoren voor gezonde én duurzame verstedelijking

Cost / Benefit Modelling: sociaal / economische impact van interventies in de

stad

Vanuit de kennisontwikkeling wordt een sterke verbinding gelegd met de stedelijke

toepassing. Vanuit het VP Smart Cities wordt aangesloten op de partnerships met

steden vanuit de Roadmap Smart Cities (nationaal en internationaal), om zo een

use case programma in te richten waarmee de validatie van de kennisontwikkeling

in praktijk plaatsvindt.

2.2.3 Samenwerking

Vanuit het VP Smart Cities wordt publiek-private samenwerking nagestreefd met

bedrijven, overheden en kennispartners.

Overheden:

de G5 (Amsterdam, Rotterdam, Den Haag, Utrecht, Eindhoven) en de

metropoolregio’s / interstedelijke samenwerkingsverbanden als SmartwayZ.NL,

MRA en MRDH

IenM-DGRW, IenM-DGB en BZK-DG Bestuur en Wonen, Programmadirectie

Stad

Bedrijfsleven:

Lopende samenwerking met:

PTV modelontwikkeling (Urban Strategy) en internationale vermarkting

Arcadis aansluiting bij vraagstukken rond gebiedsontwikkeling en internationale

vermarkting

Verkennende samenwerking:

Imec: inzet sensoren en koppeling naar verwerken data en modellen

Kennispartners (voorbeelden):

Bestuurskunde en transitiemanagement – Erasmus Universiteit Rotterdam

2 Onder modellen en indicatoren valt ook kennisontwikkeling op het gebied van Activity Based

Modelling en gedragsmodel FOUNTAIN; dit wordt meegenomen onder het Thema Mobiliteit en

Logistiek, in het Vraaggestuurde Programma Duurzame Stedelijke Mobiliteit (VP SUAM,

regievoering IenM-DGB), dit VP is tevens gekoppeld aan de TNO roadmap Smart Cities.

TNO-rapport | TNO2017-R11009 23 / 42

Ruimtelijke ordening en gebiedsontwikkeling – Radboud Universiteit Nijmegen

Regionale vervoersplanning – TU Delft


2.3.1 Externe aansluiting algemeen

Het VP Smart Cities heeft de volgende externe aansluiting:

Maatschappelijke uitdagingen

(primair) Maatschappelijke Uitdaging VI: Mobiliteit en transport (Smart Mobility)

(secundair) Maatschappelijke Uitdaging I: Energie en CO2 (Smart Energy);

Thema Vervoer

(secundair) Maatschappelijke Uitdaging IV: Klimaat en Water; Thema

Duurzaam Vervoer

(secundair) Maatschappelijke Uitdaging VIII: Inclusieve en innovatieve

samenleving

Sleutel-technologieën: ICT

Strategische Kennis en Innovatie Agenda IenM-DGRW (maart 2017) en

European Urban Agenda / Agenda Stad BZK-Bestuur en Wonen-

Programmadirectie Stad [zie paragraaf 3.2]

NWA-routes:

Smart, livable cities

Logistiek en transport in een energieke, innovatieve en duurzame samenleving

Kwaliteit van de omgeving

Op weg naar veerkrachtige samenlevingen

EIP Smart Cities (EU)

2.3.2 Aansluiting vraagsturing ministeries

De regievoering vanuit het Thema Duurzame Leefomgeving is belegd bij het

ministerie van IenM (primair) en bij het ministerie van BZK (secundair). De

inhoudelijke regievoering op het VP Smart Cities is belegd bij het ministerie van

IenM, DG Ruimte en Water. Er is tevens afstemming met het ministerie van BZK,

DG Bestuur en Wonen – Programmadirectie Stad.

2.3.2.1 Strategische Kennis- en Innovatie Agenda DGRW

Met het VP Smart Cities wil TNO graag bijdragen aan de SKIA DGRW leveren.

TNO sluit met de programmering van het VP Smart Cities aan op vier van de zeven

DGRW-thema’s 2017-2021:

Gebiedsontwikkeling & Omgevingskwaliteit;

Verstedelijking en bereikbaarheid;

Ruimtelijk-economisch netwerk;

Energie en ruimte.

In bijlage 1 is nader gespecificeerd welke kennis- en innovatievragen uit de SKIA

DGRW matchen met het VP Smart Cities.

In de SKIA DGRW is ook een aantal IenM Corporate en DGRW overstijgende

thema’s benoemd. TNO levert met de programmering van het VP Smart Cities een

bijdrage aan de volgende thema’s:

TNO-rapport | TNO2017-R11009 24 / 42

Gedrag & Energieke samenleving: het modelleren van gedrag3 en het zorgen

voor samenhang en samenwerking over domeingrenzen heen (vanuit een lerend

perspectief) wordt vanuit de TNO roadmap Smart Cities uitgewerkt. Het

onderdeel ‘leren’ (urban learning cycle) is onderdeel van het VP Smart Cities.

Big Data: het VP Smart Cities richt zich expliciet op de vraag hoe innovatie door

middel van data en datagedreven besluitvorming versneld kan worden voor

integrale mobiliteits- en gebiedsontwikkeling.

Innovaties: in het VP Smart Cities richt TNO zich expliciet op nieuwe

vraagstukken die spelen voor de stad en interstedelijke regio’s en innovaties die

op een stad afkomen; voorbeelden zijn Internet of Things, Automated Driving,

electrificering van de vloot, bereiken van CO2 doelstellingen, verduurzaming

stedelijke logistiek. Het VP biedt ruimte om hier een integrale visie en aanpak

voor uit te denken in termen van potentie, mogelijke cross-overs, gevolgen en

belemmeringen.

Multilevel governance: de Omgevingswet, maar ook de MIRT

Gebiedsprogramma’s, zijn in het kader van het VP Smart Cities relevante

dossiers waar multilevel governance en inzichten op verschillende schaalniveaus

relevant zijn.

Internationaal: de TNO roadmap Smart Cities is nationaal maar expliciet ook

internationaal georiënteerd; via partners als Arcadis en PTV exporteert

Nederland haar kennis naar het buitenland; vanuit het VP Smart Cities is TNO

actief in het Europese Smart Cities netwerk, zoals via het European lnnovation

Partnership on Smart Cities and Communities; binnen het VP Smart Cities

worden projecten in Europees verband uitgevoerd (o.a. H2020, KIC-Climate). die

geven de mogelijkheid om nieuwe kennis te ontwikkelen, maar zijn tevens een

verhikel om kennis te exporteren.

Zie bijlage 1 voor de link naar de specifieke kennis- en innovatievragen per

overstijgend thema gekoppeld aan het VP Smart Cities.

2.3.2.2 Urban Agenda / Agenda stad BZK

Met Agenda Stad hebben steden, rijksoverheid samen met maatschappelijke

partners zich gecommitteerd om groei, leefbaarheid en innovatie in het

Nederlandse en Europese stedennetwerk te bevorderen. TNO wil met het VP Smart

Cities een bijdrage leveren aan de Agenda Stad door state-of-the-art kennis te

leveren op onderwerpen die hier op aansluiten.

Tevens is de Europese Agenda Stad (Urban Agenda for the EU) relevant. Onder

voorzitterschap van Nederland is in mei 2016 het ‘Pact van Amsterdam’

aangenomen. Hierin staat dat Europese steden een steviger vinger in de pap

krijgen bij Europese regelgeving, toegang tot fondsen en kennisuitwisseling.

Deze agenda bevat 12 prioritaire thema’s, die voor de ontwikkeling van stedelijke

gebieden van essentieel belang zijn. De uitwerking van deze thema’s en de

formulering van verbetervoorstellen voor bestaand EU-beleid heeft plaats door

partnerschappen tussen stedelijke regio’s, de Europese commissie, lidstaten, EU-

3 Het modelleren van gedrag (FOUNTAIN, Acitivity Based Modelling) wordt meegenomen onder

het Thema Mobiliteit en Logistiek, in het Vraaggestuurde Programma Duurzame Stedelijke

Mobiliteit (VP SUAM, regievoering IenM-DGB), dit VP is tevens gekoppeld aan de TNO

roadmap Smart Cities.

TNO-rapport | TNO2017-R11009 25 / 42

instellingen en andere betrokkenen zoals stedelijke organisaties. Deze voorstellen

zullen bij de aanpassing van bestaand EU-beleid worden betrokken.

Voor het VP Smart Cities zijn de volgende thema’s interessant:

Urban Mobility (partnership vanuit Urban Agenda gestart),

Air Quality (partnership vanuit Urban Agenda gestart),

Energy Transition (partnership vanuit Urban Agenda nog niet gestart).

Op dit moment is TNO niet betrokken bij de (lopende) partnerships.

2.4 Ontwikkeling

In het VP Smart Cities 2015-2018 stonden twee onderzoekslijnen centraal:

1. Bijdragen aan de ontwikkeling van een ICT infrastructuur (smart urban system).

2. Bijdragen aan implementatie van de ICT infrastructuur in omgevingsbeleid en

ander ruimtelijk relevant beleid, gebiedsontwikkeling en stedelijk beheer.

De kennisprogrammering van het VP Smart Cities 2018-2021 bouwt hierop voort.

Er vindt een verdere focussering plaats naar de thema’s mobiliteit en integrale

gebiedsontwikkeling, omdat dit twee dossiers zijn waar vanuit Smart Cities

perspectief de steden in binnen- en buitenland met name op actief zijn.

Methodiekontwikkeling vanuit het VP Smart Cities is generiek toepasbaar en

opschaalbaar naar andere domeinen die in een vervolgstap relevant zijn.

De focus voor de kennisprogrammering 2018-2021 is mede gebaseerd op input die

door TNO is opgehaald in koppelgesprekken met IenM en BZK evenals contacten

met steden en partners.

Het open platform Urban Strategy blijft een belangrijke rol spelen in de

kennisprogrammering. Vanuit de kennisprogrammering 2018-2021 ligt de focus op

de verdere ontwikkeling van integrale tooling, zowel ten aanzien van modellen als

ten aanzien van data-integratie zodat deze een bijdrage kunnen leveren aan fact-

based besluitvorming op diverse bestuurlijke niveaus in de steden en het creëren

van draagvlak en daadwerkelijke participatie van stakeholders. We werken toe naar

een Modulair Smart Urban Data en Model Platform dat als basis gebruikt kan

worden voor zowel dashboarding als planning & analyse toepassingen.

We bouwen voort op de ingezette lijn rondom de Smart City als lerende stad. Hierin

staat de leercyclus in de ontwikkeling van Smart Cities centraal, om tooling te

ontwikkelen die steden in staat stellen om tot actie over te gaan en tijdens

implementatie de zekerheid te krijgen dat ze dat op de meest optimale manier

doen. Van planvorming en ontwerp, naar afweging en uitvoering tot aan monitoring

en evaluatie om vervolgens de cyclus opnieuw te beginnen. Relevant hierbij is dat

het VP Smart Cities in de periode 2018-2021 visievorming t.b.v. stedelijk

handelingsperspectief zal programmeren. Met aandacht voor de innovaties die op

steden afkomen en hoe daarmee om te gaan, beleidsmatig, maar ook in termen

van oplossingsrichtingen. Hierbij zal met name de nadruk liggen op innovaties die

potentieel disruptief zijn (deeleconomie) en de innovaties die dit mogelijk maken

(autonoom rijden, mobiliteitsdiensten).

TNO-rapport | TNO2017-R11009 26 / 42


2.5.1 Activiteitenplan 2018

Resultaten /

Producten

Focus Onderzoek Partners


Visieontwikkeling

Door middel van 2 ‘White papers’ of

‘Position papers’ de innovaties uitdiepen

en de impact op de stad verkennen

(focus n.t.b.). De paper schetst een visie

op de stad van de toekomst, vanuit de

organisatie en het proces (de lerende

stad) en vanuit de technologie (zoals

autonoom rijden, MaaS).

Interessante topics zijn: Internet of

Things, Mobility as a Service,

Automated Driving, Electrificering van

de vloot, bereiken CO2 doelstellingen,

verduurzaming stedelijke logistiek.

IenM, BZK,

steden (o.a.

G5)


Stedelijk Handelingsperspectief

Methodologie: doorontwikkeling Multi

Level Energy Optimisation (MEO), dat

nu is toegepast voor logistiek, naar

focus op generieke toepassing t.a.v.

bereikbaarheidsmaatregelen voor de

stad op het gebied van het behalen van

CO2-doelstellingen.

Toepassing in een pilot in een stad,

waarbij het transitiepad, alternatieven

en effecten inzichtelijk zijn.

IenM, BZK,

steden (o.a.

G5)

Urban Learning Cycle inclusief implementatie-ondersteunende tooling


Toepassen en verbeteren van de

methodiek van de urban learning cycle

inclusief behoefte en specificaties

implementatie-ondersteunende tooling.

Eerste slag conceptontwikkeling met

use cases naar toepassing in pilot in

een stad.

IenM, BZK,

steden (o.a.

G5)

Tool ontwikkeling voor

beter inzicht en

voorspellend

vermogen

Relevantiefilter: tool gericht op adaptief

vermogen, voor het inzichtelijk maken

van de effecten van maatregelen t.o.v.

al het andere wat gebeurt in de stad.

Van Real-time naar voorspellend

vermogen: doorontwikkeling tooling

door koppeling met een use case.

IenM, BZK,

steden (o.a.

G5)


Data-integratie en

Urban Strategy

architectuur

Data-integratie: data-inwinning, data-

ontsluiting, analytics, modellen; Inzetten

op integratie van data over inwoners en

gebruikers en hoe zijn gebruik maken

IenM, PTV,

Arcadis,

steden (o.a.

G5), CBS

TNO-rapport | TNO2017-R11009 27 / 42

Resultaten /

Producten


van het stedelijk mobiliteitssysteem als

voeding voor vervoerwijze

keuzemodellen.

Smart Urban Data Platform: modulair

platform dat als basis gebruikt kan

worden voor zowel dashboarding als

planning & analyse toepassingen;

Doorontwikkeling Smart Urban Data

Platform voor toepassing op tactische

schaal, gebruik makende van realtime

data.

Modellen en

indicatoren

Indicatoren voor gezonde én duurzame

verstedelijking: inzicht in de meest

effectieve inzet van modellen versus

sensoren t.b.v. de coverage van data:

zekerheid versus kosten.

Cost / Benefit Modelling: sociaal /

economische impact van interventies in

de stad: Smart City KPI’s (CityKeys)

doorontwikkelen richting (M)KBA.

IenM, PTV,

Arcadis,

steden (o.a.

G5)

2.5.2 Activiteitenplan 2019-2021

Resultaten /

Producten



Visieontwikkeling

Door middel van ‘White papers’ of

‘Position papers’ de innovaties

uitdiepen en de impact op de stad

verkennen (circa 2/jaar).

Focus op verbreding, innovaties op het

gebied van energietransitie en ICT-

ontwikkeling.

IenM, BZK,

steden (o.a.

G5)


Stedelijk Handelingsperspectief

Methodologie (MEO systematiek)

toepassen op personen- en

economische bereikbaarheid.

Inzoomen op MEO CO2 deelgebieden

en deze verder ontwikkelen en

nauwkeuriger kunnen duiden

IenM, BZK,

steden (o.a.

G5)

Urban Learning Cycle inclusief implementatie-ondersteunende tooling


Methodiek urban learning cycle

gekoppeld aan implementatie-

ondersteunende tooling die in

meerdere use cases uitgewerkt is.

Methodische doorontwikkeling.

IenM, BZK,

steden (o.a.

G5)

TNO-rapport | TNO2017-R11009 28 / 42

Resultaten /

Producten


Tool ontwikkeling voor

beter inzicht en

voorspellend

vermogen

Integraal afwegen: ontwikkeling best

options scenario generatie t.b.v.

afwegingsproces.

IenM, BZK,

steden (o.a.

G5)


Data-integratie en

Urban Strategy

architectuur

Data-integratie: data-inwinning, data-

ontsluiting, analytics, modellen

Smart Urban Data Platform: modulair

platform dat als basis gebruikt kan

worden voor zowel dashboarding als

planning & analyse toepassingen

IenM, PTV,

Arcadis,

steden (o.a.

G5)

Modellen en

indicatoren

Indicatoren voor gezonde én duurzame

verstedelijking: doorontwikkeling type

KPI’s (o.a. voor nieuwe doelgroepen),

meetwijze en opschaling (modellen vs.

sensoren).

Cost / Benefit Modelling: sociaal /

economische impact van interventies in

de stad: ‘(M)KBA Smart Cities’, hoe de

impact van interventies in Smart Cities

gekwantificeerd kan worden t.b.v.

afweging en besluitvorming.

IenM, PTV,

Arcadis,

steden (o.a.

G5)

2.5.3 Mogelijk vervolg in contract research

Mogelijkheden voor vervolg in contract research via koppeling met de volgende

IenM-dossiers:

Smart City beleid en agenda

Nationale Omgevingsvisie (NOVI)

MIRT Gebiedsprogramma’s

Digitaal Stelsel Omgevingswet

Duurzame mobiliteit en nieuwe mobiliteitsconcepten

TNO-rapport | TNO2017-R11009 29 / 42

3 VP Milieu en Duurzaamheid (P510)

Contactpersoon TNO Ernst Meijer

Contactpersoon overheid Christian Zuidema IenM

3.1 Samenvatting

Een snelgroeiende wereldbevolking, toenemende verstedelijking met groeiende

consumptie en productiecijfers maken de overgang noodzakelijk naar een circulaire

economie waarin kringlopen worden gesloten en grondstoffen optimaal worden

gebruikt. Dit onderzoeksprogramma richt zich op het ontwikkelen van circulair-

economische benaderingen enerzijds en het ondersteunen van maatregelen ter

verbetering van milieu anderzijds.

Door duurzaamheid te kwantificeren beoogt TNO geïnformeerde besluitvorming en

innovatie richting circulaire oplossingen te faciliteren. Doel is dan ook de ontwikkeling

van methodes en instrumenten voor een systemische analyse om de economische,

milieu- en gezondheidseffecten van een circulaire benadering te kwantificeren. Dit

zal de industrie en nationale en regionale overheden vergemakkelijken om

doelstellingen voor een circulaire economie te formuleren. Om deze doelstellingen te

verwezenlijken, moeten innovatieve oplossingen worden ontwikkeld door middel van

nieuw beleid enerzijds en nieuwe technologieën aan de andere kant. De

methodologie en instrumenten om duurzaamheid te kwantificeren zijn ondersteunend

in het innovatieproces, aangezien ze beslissingen nemen die in een duurzame

richting leiden.

Mitigatie van klimaatverandering en verbetering van de kwaliteit van het milieu met

bijbehorende gezondheid, veiligheid en ecologische problemen vraagt om

geïnformeerde besluitvorming met evaluatie vooraf en achteraf. Het doel van TNO is

dit te faciliteren bij de ontwikkeling van beslissingsondersteunende systemen voor

overheden, bedrijven en burgers. Deze beslissingsondersteunende systemen

combineren metingen van sensoren, satellieten en modellen en simulatie-

instrumenten, waarbij gebruik wordt gemaakt van nieuwe ICT-ontwikkelingen, zoals

het Internet of Things, cloud computing en big data-analyse.

3.1.1 Doelstelling 2018-2021

Het ontwikkelen van innovatieve informatiesystemen die burgers, bedrijven en

overheden in staat stellen gefundeerde beslissingen te nemen om de milieudruk op

gezondheid, klimaat en biodiversiteit verder te verlagen en circulair-economische

benaderingen te ontwikkelen.

Innovatieve aspecten:

Ontwikkeling en testen van goedkope sensoren die grootschalige monitoring

binnen het milieudomein mogelijk maken

Interpretatie van grote hoeveelheden meetgegevens naar informatie door

assimilatie van gegevens in modellen

Ontwikkeling van methodes en tools om duurzaamheid (economie, milieu en

gezondheid) te kwantificeren ten behoeve van de innovatie in beleid en

technologie in de transitie naar een circulaire economie

TNO-rapport | TNO2017-R11009 30 / 42

Informatie over milieu, impact en oorzaken die actueel en specifiek is; fijnmazig

in ruimte en tijd – met de mogelijkheid tot (betrouwbaar) forecasten.

3.2 Omschrijving

3.2.1 Achtergrond

Een snelgroeiende wereldbevolking, toenemende verstedelijking, groeiende

consumptie en productiecijfers maken de overgang naar een duurzame economie

met een sterk verminderde druk op het milieu een urgente en uitdagende ambitie. De

huidige productiemethoden houden onvoldoende rekening met schaarste van

grondstoffen en energie en leiden bovendien tot klimaatverandering, een

verslechterde kwaliteit van de leefomgeving met negatieve uitwerking op de humane

gezondheid en schade aan natuurlijke ecosystemen. Er is dus noodzaak om een

circulaire economie te ontwikkelen waarin kringlopen worden gesloten en

grondstoffen optimaal worden gebruikt, d.w.z. met de hoogste economische waarde

en minimale schade aan het milieu. Dit onderzoeksprogramma richt zich op het

ontwikkelen van circulair-economische benaderingen enerzijds en het ondersteunen

van maatregelen ter verbetering van milieu anderzijds. Ter voorkoming van

milieubelasting en rekening houdend met schaarste dient het gebruik van

grondstoffen geoptimaliseerd te worden. We hebben daarbij de volgende uitdagingen

voor ogen:

3.2.1.1 Circulaire Economie

Een sterk groeiende wereldbevolking die in toenemende mate in steden zal wonen

zorgt voor een sterke stijging in grondstoffenbehoefte. Door toenemende consumptie

zal ook de druk op leveringszekerheid van grondstoffen toenemen en de daarbij

horende milieudruk. De uitdaging is om vanuit circulaire benaderingen nieuwe

vormen van productie en consumptie te ontwikkelen die leiden tot een absolute

ontkoppeling tussen consumptie en milieudruk, en dus tot een aanzienlijk efficiënter

gebruik van materialen en natuurlijke hulpbronnen.

3.2.1.2 Klimaat

Een van de grootste uitdagingen is het voldoen aan de klimaatafspraken van Parijs,

terwijl de industriële productie, consumptie en mobiliteit toeneemt. Emissies van CO2

moeten in 2050 gereduceerd worden met meer dan 80% ten opzichte van het niveau

van 1990. De opgaven vereisen integrale oplossingen binnen productieketens en

radicale veranderingen in mobiliteit en logistiek. Alle sectoren staan voor de uitdaging

een energietransitie te doen naar volledig fossielvrij. Vooraf en achteraf inzicht in de

effectiviteit van te nemen maatregelen is noodzakelijk; net als het kunnen kiezen van

de meest kostenefficiënte opties.

3.2.1.3 Milieukwaliteit en gezondheid

Blootstelling aan luchtverontreiniging veroorzaakt jaarlijks ca. 400.000 vervroegde

sterfgevallen in Europa, waar 80-90 % van de bevolking wordt blootgesteld aan

concentraties boven de WHO-grenswaarden. Uit epidemiologische studies blijkt dat

van de totale ziektelast in Nederland gemiddeld 5,7% rechtstreeks het gevolg is van

de kwaliteit van de leefomgeving - een kostenpost van 5 tot 7 Miljard Euro/jaar.

Luchtkwaliteit (77%) en geluid (8%) zijn samen goed voor 85% van de milieu-

gerelateerde ziektelast in Nederland. De ontwikkeling van preventieve maatregelen

wordt gelimiteerd door de beperkte kennis van persoonlijke blootstelling in relatie tot

ziektelast. Om dit hiaat in kennis te dichten is het concept ‘exposoom’ in het leven

TNO-rapport | TNO2017-R11009 31 / 42

geroepen waarvoor het vaststellen van de totale persoonlijke blootstelling waaraan

een persoon gedurende zijn/haar gehele leven wordt blootgesteld van cruciaal

belang is.

3.2.1.4 Stikstof en biodiversiteit

De biodiversiteit in Europa wordt bedreigd door een veel te grote beschikbaarheid

van reactief stikstof waardoor kwetsbare natuur dreigt te verdwijnen. De totale

depositie van stikstof is een optelsom van de uitstoot van verschillende sectoren die

zowel dichtbij als op grote afstand een effect hebben.

3.2.2 Doelstellingen 2018-2021

Klimaatmitigatie, circulaire economie, de verbetering van milieukwaliteit, het

verminderen van de druk op gezondheid en ecosystemen kunnen alleen in

samenhang goed en efficiënt worden aangepakt. Het vraagt eveneens om de

betrokkenheid van alle stakeholders: overheden, bedrijven, burgers. Maatwerk is

vereist om de leefbaarheid van stedelijke regio’s te vergroten zonder economische

activiteiten in te perken. Met name klimaatmitigatie vereist regionale en internationale

afspraken die moeten worden nagekomen en dus ook geverifieerd.

De kennis van TNO moet handelingsperspectief bieden. Dat betekent dat, als een

activiteit in de samenleving verandert, met onze instrumenten de gevolgen van die

verandering zichtbaar gemaakt kunnen worden. Steeds meer is de wens daarbij dat

dit inzicht sneller en preciezer moet zijn. Dat is een uitdaging. Wat zijn de te

verwachten ontwikkelingen die daarbij een rol gaan spelen? Gestuurd door een

aantal vooral mondiale issues zoals klimaatverandering, bevolkingsgroei en

verstedelijking maar ook autonoom door technologische ontwikkeling zal de

samenleving ingrijpend veranderen.

3.2.2.1 Het doel van dit programma is het ontwikkelen van open informatiesystemen die

burgers, bedrijven en overheden in staat stellen gefundeerde beslissingen te

nemen om de milieudruk op gezondheid, klimaat en biodiversiteit verder te verlagen

en te komen, o.a. door circulaire benaderingen van productie en consumptie.

Specifiek voor de verschillende aandachtsgebieden zijn de doelstellingen als volgt.

Circulaire economie

Kwantificeren van duurzaamheid (economie, milieu en gezondheid) ten

behoeve van innovatie in beleid en technologie in de transitie naar een

circulaire economie. De ontwikkelde kennis wordt omgezet en

beslissingsondersteunende methodes en tools die (ook) door de niet-

duurzaamheidspecialisten ingezet kunnen worden.

Klimaatmitigatie

Vooraf en achteraf evalueren van maatregelen ter reductie van de emissies van

broeikasgassen. Het gaat om maatregelen op lokaal niveau, zoals voor een

havengebied of bedrijf, of regionaal en nationaal niveau. Het kan ook een

specifieke bedrijfssector betreffen.

Milieukwaliteit en gezondheid

Het in kaart brengen van persoonlijke blootstelling om milieu-gerelateerde

gezondheidseffecten te verkleinen. Deze kennis zal ook bijdragen aan

verbeterd inzicht in de relatie tussen persoonlijke blootstelling en ziektelast. De

nadruk ligt op het kwantificeren van handelingsperspectief in stedelijk gebied en

TNO-rapport | TNO2017-R11009 32 / 42

industriële omgevingen. De belangrijkste aspecten betreffen luchtkwaliteit,

geluidshinder en industriële veiligheid.

Biodiversiteit en stikstof

Het verkleinen van de onzekerheden in de emissies en depositie van stikstof

naar kwetsbare natuur en verkennen van integrale oplossingsrichtingen.

De komende jaren zetten we sterk in op het benutten van nieuwe generaties

sensoren, sensornetwerken en satellieten. Door situatie specifieke data te gebruiken

en die te koppen aan simulatiemodellen via moderne ICT-oplossingen wordt het

mogelijk oplossingen op maat te ontwikkelen en te evalueren. Situatie specifieke data

kan afkomstig zijn van sensoren, satellieten en door slim gebruik te maken van de

steeds overvloediger beschikbaar van data zoals online scheepstracks, tellussen in

wegen, meteorologie etc.

Voor kwantificering van economische activiteiten, emissies en blootstelling is de

ontwikkeling van nieuwe meet- en detectiemethoden van goedkope draagbare

sensoren tot nieuwe satellietinstrumenten die hand in hand gaan met ontwikkelingen

op gebied van ICT, zoals het Internet of Things (IoT), cloud computing en big data

technologie. Beide zijn relatief nieuw (<10 jaar) en komen sterk op. Deze trends

leiden tot een intensivering van data fijnmazig in ruimte en tijd die benut kunnen

worden om specifiek en gericht maatregelen te nemen met betrekking tot

bovenstaande milieuproblematiek. De verbinding van de nieuwe beschikbare

informatie met de bestaande monitoring en modellen is niet vanzelfsprekend, er zijn

nieuwe instrumenten nodig.

Het belang van diffuse, niet-fossiele bronnen neemt nog verder toe als gevolg van

de energietransitie. De emissies van fossiele brandstoffen in transport, industrie, en

energieopwekking zullen naarmate de energietransitie vorm krijgt in sterkere mate

variabel worden in plaats en tijd. Denk hierbij aan het gebruik van fossiele

brandstoffen als back-up voor meteorologisch afhankelijke hernieuwbare

energiebronnen (bijvoorbeeld zon- en windenergie) als ook aan verregaande

elektrificatie van transport waarbij de brandstofmotor op andere plekken ingezet

wordt. Deze ontwikkelingen vragen een aanpassing (detaillering) van het huidige

instrumentarium voor de doorrekening van emissieschattingen, blootstelling,

beleidsscenario’s, luchtkwaliteitsvoorspelling en emissieverificatie. Accurate

differentiatie in ruimte en tijd zal steeds belangrijker worden om bron-specifieke

informatie te verschaffen. De huidige praktijk van rekenen op basis van gemiddelde

emissiefactoren, proxies en dispersie voldoet hiervoor niet.

3.2.3 Voor circulaire economie zetten we de komende jaren in op de (door)ontwikkeling

van methodes en tools om duurzaamheid te kwantificeren.

TNO zet in op een systeembenadering om de impact op economie, milieu en

gezondheid te kwantificeren, schakelend tussen diverse niveaus. Het gaat dan

schakelen in de ruimte: tools gericht op stad, regio, land of de wereld, en om

schakelen in de keten: impact op een individueel bedrijf, de sector en op de hele

keten. Daarmee ondersteunen we innovatie in beleid en technologie in de transitie

naar een circulaire economie. Om de toepasbaarheid van deze instrumenten te

vergroten ligt de focus op een beperkt aantal sectoren (bouw, chemie,

consumentengoederen). Deze focus wordt bijgesteld op basis van de

investeringsbereidheid in innovatie zoals die zich de komende jaren gaat ontwikkelen

o.a. onder invloed van het Rijksbrede programma Circulaire Economie en de

TNO-rapport | TNO2017-R11009 33 / 42

ontwikkeling in de topsectoren met de bijbehorende maatschappelijke uitdaging

Circulaire economie.

Innovatieve aspecten:

● Ontwikkeling en testen van goedkope sensoren die grootschalige monitoring

binnen het milieudomein mogelijk maken

● Interpretatie van grote hoeveelheden meetgegevens naar informatie door

assimilatie van gegevens in modellen

● Ontwikkeling van methodes en tools om duurzaamheid (economie, milieu en

gezondheid) te kwantificeren ten behoeve van de innovatie in beleid en

technologie in de transitie naar een circulaire economie

Informatie over milieu, impact en oorzaken die actueel en specifiek is; fijnmazig in

ruimte en tijd – met de mogelijkheid tot (betrouwbaar) forecasten.

3.2.3.1 Relevantie doelgroep

Bedrijven, overheden en burgers zien zich geconfronteerd met vraagstukken op het

gebied van milieu en duurzaamheid. De steeds meer voorhanden zijnde data laat

zich niet zo gemakkelijk vertalen naar bruikbare informatie. Er zijn ingrijpende

maatregelen nodig om duurzaamheidsdoelstellingen te halen, zoals bijvoorbeeld de

klimaatdoelstellingen van Parijs of de uitdaging om de stikstof emissies terug te

brengen tot een ecologische verantwoorde niveau. Tegelijkertijd is de speelruimte

beperkt om (met name) in stedelijk gebied de milieu gerelateerde

gezondheidsproblemen te reduceren en ontbreekt het bij (investeringen)beslissingen

aan inzicht wat de impact op duurzaamheid zal zijn. Dat vraagt om specifieke,

nauwkeurige informatie die vooraf en achteraf de effecten van mogelijke maatregelen

kunnen vaststellen.

3.2.3.2 Deliverables

Informatiesystemen voor klimaatmitigatie, circulaire economie, milieukwaliteit en

gezondheid en stikstof komen tot stand via de volgende deelresultaten:

Emissie-verificatiesysteem broeikasgasemissies. Dit systeem kwantificeert

regionale broeikasgasemissies op basis van economische activiteiten en

controleert of deze passen op gemeten broeikasgasconcentraties.

Discrepanties worden gekwantificeerd aan de hand van emissie-inversies en

mogelijke verklaringen onderzocht.

Data-gedreven Emissiemodel voor luchtverontreiniging. Het belang van

bronspecifieke informatie op, ruimtelijk en temporeel hoog detailniveau over

emissies van luchtverontreinigingen en broeikasgassen neemt zienderogen toe.

Het te ontwikkelen emissiemodel combineert nieuw ontsloten datastromen voor

economische activiteiten, weersinformatie en kennis over het emissieproces

zelf om gedetailleerde analyses en voorspellingen van emissies te leveren op

1km x 1km over Europa.

Sensordata assimilatieplatform om model- en meetgegevens te integreren

Hoge resolutie luchtkwaliteitsassessment tool voor stikstofdepositie en

persoonlijke blootstelling

Response systeem voor industriële veiligheid. Sensordata gecombineerd met

weergegevens waarmee snel de locatie van het incident kan worden

vastgesteld en accurate voorspellingen kunnen worden gemaakt van het

impactgebied en de gevolgen zodat handhavers snel en adequaat kunnen

ingrijpen. Een proeftuin in een regionaal stedelijk gebied met industriële

activiteiten zoals Rijnmond of IJmond, waarin kennispartners als RIVM,

TNO-rapport | TNO2017-R11009 34 / 42

Universiteit Utrecht en KNMI samenwerken met private partijen uit o.a. ICT en

sensorindustrie aan de ontwikkeling en toepassing van bovengenoemde

informatiesystemen.

Doorontwikkeling van het IMPACT framework aan de hand waarvan indicatoren

en doelstellingen voor Circulaire economie vastgesteld kunnen worden en

waarmee de impact van innovaties beoordeeld kan worden.

Doorontwikkeling van het model om vraag naar bouwmaterialen en aanbod aan

secondaire grondstoffen (regionaal) in kaart te brengen en initiatie van een

dergelijk model in een andere keten met als doel om duurzaamheid te vergroten

door kringlopen te sluiten, primair grondstofverbruik te verminderen en logistiek

te optimaliseren.

Technologiescans waarmee om de potentie van nieuwe technologie (circulaire

economie) in kaart te brengen om duurzaamheidsdoelen te bereiken (o.a. in

Infraquest verband in samenwerking met RWS en TU Delft)

3.3 Inhoudelijke activiteiten

3.3.1 Decision support systems

Er zal worden gewerkt aan de prototyping van verschillende instrumenten en

toepassingen rondom de monitoring van grondstoffen en (broeikasgas)emissies,

brontoekenning, grootschalige verwachtingen van luchtkwaliteit, stikstofdepositie,

early warning en response tools voor industriegebieden en handhavers, monitoring

van persoonlijke blootstelling. Om innovatie in technologie en beleid te ondersteunen

met inzicht in de maatschappelijke effecten (milieu, economie en gezondheid) wordt

gewerkt aan de doorontwikkeling van tools en methodes om de impact te kunnen

voorspellen. De toolontwikkeling is er op gericht om de kennis op termijn ook te

kunnen ontsluiten aan niet-duurzaamheidsexperts.

Precieze scope ligt nog niet vast en zal de volgen uit maatschappelijke

vraagstukken, waarbij te denken valt aan implementeren van klimaatakkoord, halen

van de Parijs klimaatdoelstellingen, nieuwe nog niet gereguleerde stoffen

(nanodeeltjes, roet) en mogelijke aangescherpte normen voor luchtkwaliteit of

nieuwe indicatoren om te kunnen sturen op gezondheidswinst in aanvulling op

verbeterde milieukwaliteit. Momenteel gaat ook de aandacht uit naar de rol van

landbouw, de impact van niet-uitlaatgasemissies en houtstook. Naast luchtkwaliteit

buiten neemt de aandacht toe voor het binnenmilieu, met name in vliegtuigcockpits,

operatiekamers en datacenters. Vanuit het oogpunt van gezondheid en persoonlijke

blootstelling is het binnenmilieu meenemen cruciaal.

Deze methodes en prototypes zullen veelal ontwikkeld worden in publiek-private

samenwerkingen waarbij de toepassingen in een proeftuin worden ingezet en

versterkt worden met additionele middelen zoals Europese

onderzoeksprogramma’s. De ontwikkelde en beproefde prototypes zullen worden

uitgewerkt tot klantspecifieke services in commerciële diensten uitgebaat door

bedrijfsleven, zodat dit programma ook bijdraagt aan de innovatiekracht en

economische versterking van de Nederlandse samenleving.

3.3.2 Simulatietools en data analyse

De nadruk van de TNO activiteiten zal liggen op de integratie van de sensordata met

modeldata, de verdere ontwikkeling van de simulatie modellen waarbij de koppeling

van de verschillende schaalniveaus en de uitbreiding met big data analysemethoden.

TNO-rapport | TNO2017-R11009 35 / 42

De ontwikkeling van data-gedreven (i.p.v. statistische) emissie databases en

emissiemodellen vormt een centraal aandachtspunt. Daarnaast worden deze data

gekoppeld aan individuele of populatie gegevens gekoppeld om persoonlijke

blootstelling te schatten en voorspellen.

Verbeterde technieken voor aardobservatie zullen de beschikbaarheid van hoge

resolutie datasets van satellieten vergroten. Inpassing van deze data om efficiënter

de milieukwaliteit te monitoren en emissies te schatten, waarbij we participeren in

grote internationale programma’s zoals Copernicus . Deze lijn wordt belegd binnen

het TNO programma Space. De steeds grotere beschikbaarheid van commerciële

sensoren zullen hier ook benut worden.

Het verbinden van lokale schaal met de regionale schaal maakt het mogelijk om

enerzijds inzichtelijk te maken wat de impact van activiteiten op mondiale, regionale

schaal zijn op een kleiner gebied. Dat geldt voor zowel kennis op het gebied van

emissies als voor circulaire economie. Voor emissies kan de vraag bijvoorbeeld zijn

“wat is de oorsprong van de stikstofbelasting in een bepaald natuurgebied?” maar

ook wil men kunnen vaststellen wat de impact van een kleiner gebied of zelfs

individuele industrie is op de grotere schaal. Voor circulaire economie is de

mogelijkheid om te kunnen schakelen tussen verschillende (regionale) schalen van

belang om de uitwisseling van grondstoffen en het effect daarvan op banen en

milieu te kunnen voorspellen. Dat is bijvoorbeeld relevant voor de bouwsector. Op

kleinere schaal kan in kaart gebracht worden welke materiaalvraag en in een

bepaalde periode ontstaat ten gevolge van de bouwopgaaf. Tegelijkertijd kan

worden vastgesteld wanneer welke secundaire materialen vrij komen uit renovatie

en sloopopgaves, of als bijproduct van andere productieprocessen. Door vraag en

aanbod in kaart te brengen, wordt duidelijk in welke mate secundaire grondstoffen

benut kunnen worden om aan de vraag te voldoen en welke economische,

technische en logistieke uitdagingen er zijn. Het doel is om middels circulair

gebruik van grondstoffen de milieubelasting te reduceren en de economisch positie

van een regio te versterken – en om te kunnen voorspellen hoe deze regionale

ontwikkeling van invloed zijn op nationale of grotere schaal, opdat het beleid zo

ingericht kan worden dat het effect op economie en milieu positief is.

TNO-rapport | TNO2017-R11009 36 / 42

3.3.3 Sensortechnologie en detectiemethoden

Nieuw detectie en meetmethoden maken het mogelijk kleine goedkope,

energiezuinige sensoren te ontwikkelen. Waar mogelijk wordt gebruik gemaakt van

commercieel verkrijgbare sensoren waarbij het zo nodig verbeteren van de kwaliteit

zal plaatsvinden. Huidige proefondervindelijk evaluatie van commerciële sensoren is

kostbaar en tijdrovend en staat tot op heden grootschalige inzet in de weg. Daarom

zullen methoden worden ontwikkeld om online grootschalig sensoren te kunnen

kalibreren en valideren.

Slimme analysemethoden en ICT voor real-time uitlezen maken ook innovaties met

bestaande technologieën mogelijk zoals passieve monsternames. We gaan

onderzoeken hoe polsbandjes met passieve monsternames ingezet kunnen worden

voor persoonlijke blootstelling.

Daarnaast zijn er concrete behoeften aan nieuwe typen sensoren. Aansluitend aan

dit programma zal TNO specifieke sensoren ontwikkelen voor fijnstof (roet, asbest),

benzeen, nitraat, fosfaat. Deze activiteiten vinden plaats in de vraaggestuurde

programma’s VP HTSM Environmental Technology en VP Water.

3.3.4 ICT

Voor de inzet van ICT inclusief netwerkconnectiviteit (4G, WiFI, LoRa) zal gebruik

worden gemaakt van voorhanden zijnde open standaarden zoals FiWare en verder

op maat worden gemaakt voor de hier te ontwikkelen toepassingen. Gedacht kan

worden aan het versnellen van rekentijden van modellen of het implementeren van

modellen op cloud computing platforms.

3.3.4.1 Publieke private samenwerking

De doelstelling is dat het ontwikkelde model instrumentarium en de informatie van de

services wordt geëxploiteerd door publieke instellingen en private partijen. TNO werkt

samen met RWS en de TU Delft in het samenwerkingsverband Infraquest aan

duurzaamheid, zodat de strategische kennisontwikkeling t.a.v. het kwantitatief

beoordelen van duurzaamheid aansluit bij de toekomstige investeringen in duurzame

infrastructuur. Afstemming met RIVM moet ertoe leiden dat innovaties en de

internationaal opgedane kennis en ervaring voor de ondersteuning van Nederlands

beleid wordt toegepast. Daarnaast is het mogelijk om specifieke commerciële

services te ontwikkelen. Waar mogelijk wordt de samenwerking met kleine en

middelgrote bedrijven gezocht om de technologie internationaal commercieel uit te

baten.

Samenwerking binnen TNO

ERP sensoren

VP Space

ERP exposoom

VPs binnen Unit Health

Samenwerking met universiteiten

Binnen Nederland wordt er langdurig samengewerkt met de volgende universiteiten:

Vrije universiteit Amsterdam - Reactief stikstof; broeikasgasbudgetten

Wageningen universiteit - Landbouwemissies; verificatie broeikasgasemissies

Technische universiteit Delft - Data assimilatie en Innovatie in de bouw

Universiteit Utrecht - Gezondheidseffecten luchtkwaliteit en exposoom

TNO-rapport | TNO2017-R11009 37 / 42

Radboud Universiteit Nijmegen - Circulaire economie

Voorts wordt er strategisch samengewerkt met SRON, RIVM en KNMI.

Internationaal is er een strategische samenwerking met:

Vrije universiteit Berlijn - Luchtkwaliteitsmodellering

LSCE, JRC, VERIFY-consortium - Verificatie van broeikasgasemissies

ECMWF, INERIS, MET.NO, FRIUUK, FMI, KNMI - Copernicus Atmosfeer

service

De ambitie is om de internationale strategische samenwerking aan te zwengelen

door modellen en modelcomponenten open source te maken en daaromheen een

community te bouwen. Doel is de leidende internationale positie op gebieden als

emissies, luchtkwaliteitsmodellering en impact assessment te bestendigen en die op

gebied van integratie van sensordata te verkrijgen.


Het VP P510 Milieu en Duurzaamheid sluit aan bij maatschappelijke uitdaging

rondom een duurzame samenleving waarin de leefbaarheid vergroot wordt zonder

aan economische concurrentiekracht in te boeten. De belangrijkste thema’s zijn

gezondheid, klimaatverandering en biodiversiteit (MU1 Energie en CO2; MU4

Klimaat en water) en Circulaire Economie (MU5 Circulaire Economie). Aansluiting bij

de topsectoren (water, HTSM en Chemie) blijft ook een continu aandachtspunt.

Sensorontwikkeling voor waterkwaliteit vindt plaats bij het vraaggestuurde

programma voor de topsector water (thema “smart water”) en voor luchtkwaliteit bij

de topsector HTSM (thema “environmental technology”). Zo is er dus ook relatie met

het ST “Geavanceerde materialen, ICT, Meet- en Detectietechnologie.

Dit programma sluit aan op twee routes van de Nationale Wetenschapsagenda:

Kwaliteit van de omgeving: de waarden van natuur, landschap, bodem, klimaat,

water en milieu (15)

Circulaire economie en grondstoffenefficiëntie (3)

Andere relevante routes van de Nationale Wetenschapsagenda zijn:

Duurzame productie van gezond en veilig voedsel (4); Energietransitie (5);

Gezondheidsonderzoek, preventie en behandeling (6); Kwaliteit van de omgeving

(9); Logistiek en transport (11); Materialen (12); Meten en detecteren (13);

Personalized medicine & health, uitgaan van het individu (17); Smart industry (20);

Smart Liveable Cities (21); SDG’s voor inclusieve mondiale ontwikkeling (23);

Waardecreatie via Big Data (25).

3.5 Ontwikkeling

Het voorgaande meerjarenplan 2015-2018 bestond uit twee lijnen:

Sense4Environment (S4E) en Circulaire Economie. Bij S4E stond het gebruik van

goedkope, energiezuinige, kleine milieusensoren centraal voor milieumanagement

en industriële veiligheid. Het accent lag daarbij op de (real-time) interpretatie van

sensordata met behulp van modellen voor besluitvorming. Hiervoor maakten we

gebruik van onze kennis gevat in modellen aangevuld met nieuwe ontwikkelingen op

gebied van ICT en (big) data science. Deze ontwikkeling zetten we door met meer

TNO-rapport | TNO2017-R11009 38 / 42

nadruk op persoonlijke blootstelling, zodat milieubelasting en veiligheidsincidenten

direct vertaald kunnen worden in gezondheidseffecten.

Door niet alleen gebruik te maken van sensoren, maar meetinstrumenten in het

algemeen inclusief remote sensing ontstaan er met dezelfde onderliggende

technologieën van modellen, data science en ICT nieuwe relevante

toepassingsmogelijkheden voor klimaatmitigatie en de stikstofproblematiek. Met

name klimaatmitigatie zal komende jaren een dominant milieuthema blijven met

sterke raakvlakken met de energietransitie.

Het kennisprogramma voor Circulaire economie was in de afgelopen

strategieperiode (ook) gericht op de ontwikkeling van methodes en tools om de

impact van duurzaamheid kwantitatief vast te kunnen stellen, en in beperkte mate

ook op technologieontwikkeling voor de bouw- water en de metaal-electro sector. Zo

werd bijvoorbeeld gewerkt aan de ontwikkeling van membraanscheidingstechnologie

en aan de opwerking van afvalstoffen ter vervanging van primaire grondstoffen voor

minerale bouwmaterialen. In de komende strategie periode wordt de

kennisontwikkeling in dit programma uitsluitend nog gericht op de onderbouwing van

duurzaamheid. Deze focus geeft meer helderheid en afbakening;

technologieontwikkeling vindt plaats in andere programma’s. Om te borgen dat in dit

programma bruikbare instrumenten en tools ontwikkeld die ondersteunend zijn om

bij innovatie in technologie en beleid, wordt (blijvend) samenwerking gezocht met

bedrijven en onderzoeksinstellingen die bereid zijn om te investeren in innovatie (zie

ook externe aansluiting). Ook voor deze samenwerking blijft focus op een beperkt

aantal sectoren of domeinen noodzakelijk. In lijn met de ontwikkeling in de afgelopen

strategieperiode ligt die focus op circulaire economie voor de gebouwde omgeving –

omdat deze sector grote kansen biedt om middels circulaire economie impact te

bereiken op het vlak van economie (werkgelegenheid) en milieu. Er liggen ook

kansen in de samenwerking met Wageningen om reststromen uit de agrofood te

valoriseren in het bouwdomein. De komende strategieperiode wordt samenwerking

gezocht met bedrijven en onderzoeksorganisaties die gericht zijn op circulaire

economie voor consumentenproducten en in de chemie/ kunststoffen sector.

Voor wat betreft de (door)ontwikkeling van instrumenten om duurzaamheidsimpact

te kwantificeren liggen er nog verschillende kennisuitdagingen die de komende

strategieperiode kunnen worden opgepakt, zoals bijvoorbeeld:

Voor het waarderen van impacts: om de transitie naar een biobased

economy te ondersteunen zouden beoordelingsmethodes uitgebreid moeten

worden om de impact van de keten van biotische grondstoffen goed te

kunnen beoordelen. Ook de intrinsieke waarde van grondstoffen of de

invloed van schaarste op leveringszekerheid zijn tot op heden onderbelichte

aspecten

Om de impact van nieuwe technologie in de toekomst te kunnen voorspellen

is er aandacht nodig voor: o uitbreiding van methodes en het instrumentarium dat zich richt op

ontwikkeling in vroege TRL niveaus, waarbij de te verwachten

effecten door economy of scale meegenomen kunnen worden in de

vergelijking van een innovatie product of dienst met de impact van

een uitontwikkeld product.

o kunnen schakelen tussen de impactbepaling voor een specifieke

technologie/ keten en de impact daarvan bij grootschalige

implementatie op sectoren en regio’s of landen. Dat is van belang bij

TNO-rapport | TNO2017-R11009 39 / 42

het ontwikkelen van een (maatschappelijke business case), waarin

zowel overheden als ook bedrijven en consument een rol hebben

o De invloed van autonome ontwikkelingen (zoals bijvoorbeeld in het

energie aanbod), incluis bijbehorende onzekerheden en de invloed

op e betrouwbaarheid van de uitkomsten;

Door de ontwikkeling van bigdata en internettechnologie ontstaan er nieuwe

manieren om aan informatie te komen die benut kan worden voor een

duurzaamheidsbeoordeling

Er zal een serie aan (betrouwbare) self-assement instrumenten ontwikkeld moeten

worden zodat deze analyses ook uitgevoerd kunnen worden door niet-

duurzaamheidsexperts.


De activiteiten voor 2018 zijn in twee hoofdrichtingen te beschrijven:

3.6.1 De eerste is de ontwikkeling van een eerste prototype van het modellenplatform

voor milieu en duurzaamheid met toepassing in een nieuw te ontwikkelen proeftuin

inclusief het opbouwen van een consortium centraal. Inhoudelijk behelst dit de

volgende activiteiten:

Schaalkoppeling op gebied van luchtkwaliteit en klimaat. De verschillende

modellen voor luchtkwaliteit van microschaalniveau, straatniveau, stadsniveau

en continentale schaal worden nu afzonderlijk toegepast, terwijl het voor de

doelstellingen van dit programma noodzakelijk is dat deze gekoppeld kunnen

worden gebruikt. Koppeling vraagt om harmonisatie van de invoer en

uitvoergegevens, zorgen voor goede ‘nesting’ met correcte uitwisseling van

uitvoergegevens tussen de verschillende schaalniveaus en het voorkomen van

dubbeltellingen van emissies.

Opzet data-gedreven emissiemodellering. Allereerst wordt het framework van

emissiemodel opgezet waarmee de praktijk van databasewerk verlaten wordt.

Het detailniveau van de veroorzakende activiteiten wordt sterk verhoogd waarna

voor alle sectoren een eerste scan van de ruimtelijke proxies en tijdsvariatie

geïmplementeerd wordt (TIER 1). Daarna worden voor de belangrijkste sectoren

een voor een detailmodellen opgezet door gebruik te maken van big data (bv

verkeersstromen) (TIER 3). In 2018 worden transport, landbouw en

energieproductie onder de loep genomen. Het model wordt zodanig opgezet dat

operationele voorspellingen worden geleverd voor gebruik in operationele

luchtkwaliteitsverwachtingen.

Integratie van modeldata en meetdata van sensor tot satelliet. Het rekensysteem

voor luchtkwaliteit en klimaat verbinden met ICT om data afkomstig van sensoren

en satellieten. Via data-assimilatie worden berekende en gemeten data

geïntegreerd tot betrouwbare schattingen en voorspellingen.

Pilot persoonlijke blootstelling. Het concept van de fijnstof sensor is in de periode

2016-2017 ontwikkeld tot een prototype in het lab. In 2018 zal een eerste

prototype in een toepassingsgebied worden ontwikkeld en getest. We richten ons

op het zelf meten door burgers / kwetsbare groepen zoals patiënten om

adviesrichtlijnen te onderzoeken.

Pilot industriële veiligheid. Een praktijk case waarin een sensornetwerk op een

industrieterrein of havengebied wordt ingezet om in geval van incidenten zo snel

mogelijk / real-time de locatie van de bron te lokaliseren en real-time informatie

te geven over het blootstellingsgebied en de impact.

TNO-rapport | TNO2017-R11009 40 / 42

Pilot klimaatmitigatie. Een praktijk case waarin aan de hand van CO2 metingen

op verschillende punten rond een grote stad (Rotterdam/Parijs) de emissies van

deze stad geschat worden met behulp van inversie-modellering op hoge

resolutie. De pilot is erop gericht de uitdagingen te identificeren die in de

komende jaren getackeld moeten worden.

3.6.2 De tweede betreft de methodologie- en toolontwikkeling op het betrouwbaar kunnen

voorspellen van de impact van circulaire economie op economie, milieu en

gezondheid in de toekomst, dat wil zeggen:

Methodes en tools ontwikkelen om toekomstig materiaal vraag en het aanbod

van secundaire grondstoffen het in kaart brengen, zodat scenario’s voor

kringloopsluiting uitgewerkt kunnen worden, rekening houdend met de

technische en logistieke uitdagingen die daar bij kunnen kijken

Incorporeren van scenario’s voor autonome toekomstige ontwikkeling, rekening

houdend met onzekerheden daar in en de betrouwbaarheid van de resultaten

Het kunnen schakelen tussen impact assessment voor een specifieke keten/

technologie en de impact van die technologie bij op een sector regio - ter

ondersteuning van het vormen van een (maatschappelijke) business case

Doorontwikkeling van het IMPACT framework waarmee voor diverse

indicatoren voor Circulaire economie impact gekwantificeerd kan worden – met

oog voor maatschappelijke impacts (economie, milieu, gezondheid) die tot op

heden lastig te kwantificeren zijn.

TNO-rapport | TNO2017-R11009 41 / 42

4 Voorstel bij aanvullende overheidsfinanciering

Tijdens het opstellen van dit meerjarenplan 2018-2021 was er nog geen duidelijkheid over eventueel nieuw onderzoeken innovatiebeleid van het nieuwe kabinet. Als er binnen dit beleid ruimte is voor additionele financiering voor toegepast onderzoek, ziet TNO kansen om de kennisontwikkeling zoals beschreven in dit rapport te versnellen en te intensiveren. In het TNO Strategisch Plan 2018-2021 “Vliegwiel voor innovatie in Nederland” wordt beschreven hoe de gekozen domeinen, speerpunten en technologische vernieuwing aansluiten c.q. bijdragen aan de externe uitdagingen en agenda’s: ‘VN Sustainable Development Goals’, de ‘Grand Societal Challenges’, ‘Key Enabling Technologies’ en ‘Leadership in Enabling Industrial Technologies’ van de EU, de Nationale Wetenschapsagenda en agenda’s/roadmaps van Ministeries en Topsectoren. De speerpunten sluiten enerzijds aan bij de Nationale Wetenschapsagenda en anderzijds bij de recent geformuleerde Maatschappelijke Uitdagingen en Sleutel Technologieën (MUST). De Vraaggestuurde Programma’s beschreven in dit rapport zijn een concretisering van deze speerpunten. Indien het nieuwe kabinet in de komende jaren additionele financiële ruimte creëert voor het toegepast onderzoek, zal TNO het programma actualiseren en aangeven welke onderwerpen, met inachtneming van de aanwijzingen van de overheid, zullen worden versterkt.

TNO-rapport | TNO2017-R11009 42 / 42

5 Ondertekening

Den Haag, 3 oktober 2017 TNO

C. Dissea.i. Managing director Urbanisation

Bijlage A | 1/2

TNO-rapport | TNO2017-R11009

A Bijlage 1- Koppeling VP Smart Cities met kennis- en innovatievragen SKIA DGRW

Link VP Smart Cities met kennis- en innovatievragen

SKIA DGRW-thema’s

Gebiedsontwikkeling & Omgevingskwaliteit

Gebiedsontwikkeling en integrale klimaatadaptieve aanpak o Waar liggen de kansen voor koppeling van de

wateropgaven zoals veiligheid, overlast, droogte, verzilting, voldoende zoetwater, waterkwaliteit en hittestress met ruimtelijke opgaven zoals de inpassing van energie, wonen en infrastructuur om tot een klimaatadaptieve inrichting van Nederland te komen?

o Hoe kunnen visies over stedelijke ontwikkeling en gebiedsontwikkeling koppelingen leggen tussen ruimte, water en warmte?

Bijdrage uit de energieke samenleving aan leefomgevingskwaliteit o Hoe te zorgen voor samenhang en samenwerking over domeingrenzen

heen?

Leefomgeving en gezondheid o Welke aspecten spelen een rol in een duurzame en gezonde

leefomgeving? o Welke opgaven beïnvloeden (gezamenlijk) de duurzame en gezonde

leefomgeving?

Verbeteren van het instrument MKBA o Kan een MKBA worden ingezet bij de beoordeling van

(duurzaamheids)transities en bij de beoordeling van maatregelen die aan deze transities bijdragen

Verstedelijking en bereikbaarheid

Anticiperen en inzetten op technologische ontwikkelingen o Waaruit bestaat de digitale infrastructuur van de toekomst? o Tot welke ruimteclaims leidt de digitale infrastructuur van de toekomst? o Hoe kan een sectoroverstijgende en gebiedsgerichte aanpak bij slimme

oplossingen worden bevorderd? o Wat is de rol van de overheid bij de ontwikkeling van de digitale

infrastructuur? o Op welke manier kan de digitale infrastructuur worden ingezet om de ruimte

beter te benutten (bijvoorbeeld door de inzet van het dynamische 3D model voor ruimtelijke planning)?

Anticiperen op transities in vervoersystemen o Wat betekenen nieuwe modaliteiten voor de inrichting van stedelijke regio’s,

het platte land, ruimtelijke netwerken, ruimtelijk structuur? o Welke eisen stellen nieuwe modaliteiten aan de toekomstige digitale

infrastructuur? o Wat is de rol van de overheid in het optuigen/garanderen van de

beschikbaarheid van digitale infrastructuur?

Omgaan met groei, stagnatie, krimp o Welke strategieën dragen bij aan sterke steden, vitale krimpgebieden en

een goede onderlinge samenhang over de (lands)grenzen van regio’s heen?

Bijlage A | 2/2

TNO-rapport | TNO2017-R11009

Ruimtelijk-economisch netwerk

Regionale specialisatie en diversificatie o Met welke ruimtelijke maatregelen kan de netwerkeconomie worden

versterkt?

Technologische ontwikkelingen als vestigingsplaatsfactor o Welke relatie is er tussen digitale infrastructuren en daarvan afgeleide

technieken en de ruimte en hoe kun je beleidsmatig op en met deze effecten sturen?

Energie en ruimte

De relatie van duurzame energie en de integrale ruimtelijke afweging o Welke slimme combinaties van energie en ruimte zijn er mogelijk tussen

verschillende sectoren? o Hoe kan de concentratie van activiteiten, mensen en infrastructuren in en

rond steden worden gebruikt voor slimme combinaties van winning, behoud, opslag en distributie van energie binnen en tussen verschillende domeinen?

Link VP Smart Cities met kennis- en innovatievragen SKIA DGRW – IenM

Corporate en DGRW overstijgende thema’s

Gedrag & Energieke samenleving o Hoe zorg je voor samenhang en samenwerken over domeingrenzen heen?

Big Data: o Hoe kunnen we innovatie door middel van data versnellen? o Anticiperen en inzetten op technologische ontwikkelingen; welke rol heeft

de overheid bij de ontwikkeling van de digitale infrastructuur?

Innovaties: o Hoe kunnen we de potentie van nieuwe ontwikkelingen tijdig signaleren? o Hoe kunnen we tot meer cross-sectorale innovaties komen? o Welke gevolgen hebben innovaties uit het ene domein op het andere

domein? o Hoe kunnen we daarbij belemmeringen opsporen en opruimen? o Anticiperen op transities in vervoerssystemen; wat betekenen nieuwe

modaliteiten voor de inrichting van stedelijke regio’s, ruimtelijke netwerken, ruimtelijk structuur? Welke eisen stelt dat aan de toekomstige harde en digitale infrastructuur?

Multilevel governance: o Wat betekent de Omgevingswet voor de wijze waarop een evaluatie- en

monitoringprogramma vormgegeven moet worden? o Anticiperen op transities in vervoerssystemen; wat is de rol van de overheid

in het optuigen/garanderen van de beschikbaarheid van digitale infrastructuur?

Internationaal: o Welke kennis hebben we in Nederland en welke kennisbehoefte bestaat er

in het buitenland? o Welke kennis wordt al naar het buitenland geëxporteerd en welke kennis

ontbreekt nog? o Welke actoren zijn al betrokken bij het leveren van die kennis en welke

andere kunnen betrokken worden om te voorzien in de vraag? o Hoe kunnen we deze kennis meer effectief inzetten als exportproduct? o Hoe kan nieuwe kennis en inzicht die in het buitenland wordt opgedaan

worden ingepast in beleid en beleidsvraagstukken? o Hoe kan Nederland bijdragen aan de ‘Sustainable Development Goals’?

MEERJARENPROGRAMMA 2018-2021 THEMA DUURZAME … · 1.2.3 Energie in de gebouwde omgeving De...

Documents

Transcript of MEERJARENPROGRAMMA 2018-2021 THEMA DUURZAME … · 1.2.3 Energie in de gebouwde omgeving De...