Upload
others
View
1
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
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
TNO-rapport | TNO2017-R11009 3 / 42
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);
TNO-rapport | TNO2017-R11009 4 / 42
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
TNO-rapport | TNO2017-R11009 5 / 42
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.
De volgende activiteiten zullen worden uitgevoerd:
Beoordelingskaders en beslissingsondersteuning:
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.
TNO-rapport | TNO2017-R11009 6 / 42
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).
Inspectie & Monitoring:
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
TNO-rapport | TNO2017-R11009 7 / 42
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 gebouw- en 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.
De volgende activiteiten zullen worden uitgevoerd:
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
TNO-rapport | TNO2017-R11009 8 / 42
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
1.3.1 Infrastructuur
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)
1.3.3 Energie in de gebouwde omgeving
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.
TNO-rapport | TNO2017-R11009 9 / 42
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.
1.4.1 Infrastructuur
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.
1.4.3 Energie in de gebouwde omgeving
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
1.5.1 Infrastructuur
Beoordelingskaders en beslissingsondersteuning:
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
Inspectie & Monitoring:
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.
1.5.3 Energie in de gebouwde omgeving
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 Externe aansluiting
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 Activiteitenplan 2018
2.5.1 Activiteitenplan 2018
Resultaten /
Producten
Focus Onderzoek Partners
Visievorming en handelingsperspectief
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)
Handelingsperspectief
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
Urban Learning Cycle
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)
Urban Strategy, data-integratie en modellen
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
Focus Onderzoek Partners
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
Focus Onderzoek Partners
Visievorming en handelingsperspectief
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)
Handelingsperspectief
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
Urban Learning Cycle
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
Focus Onderzoek Partners
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)
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 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.
3.4 Externe aansluiting
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.
3.6 Activiteitenplan 2018
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 onderzoek- en 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’?