Antea Group ontwikkelde met behulp van kunstmatige intelligentie (AI) een genetisch algoritme voor het optimaliseren van funderingsontwerpen onder tunnel-toeritten. Ze wonnen daarmee de InfraTech Innovatieprijs 2023 in de categorie Proces Innovatie.
Door AI toe te voegen aan parametrisch ontwerpen is Antea Group in staat om binnen één dag duizenden varianten door te rekenen. Wat voor een constructeur wekenlang rekenwerk betekent, is voor een algoritme slechts een kwestie van uren. Hierbij kiest de computer slim met behulp van AI een steeds beter ontwerp waarbij steeds minder grondstoffen worden gebruikt. Dit is duurzamer en goedkoper: het meest optimale ontwerp. “Genetisch ontwerpen is een belangrijke stap in het duurzamer maken van de sector”, zegt adviseur Kunstwerken & Teamleider Parametrisch Ontwerp Simone de Rijke. “Met ‘Genetisch ontwerpen’ realiseren we het optimale constructieve ontwerp met minimale grondstoffen, lagere kosten en een lagere CO2-uitstoot. Dankzij het algoritme is een besparing tot wel 30% minder grondstoffen mogelijk. Dit in vergelijking met een traditioneel ontwerp”, aldus De Rijke.
Ontwikkeling
“Met de ontwikkeling van Genetisch ontwerpen zijn we ongeveer een jaar bezig geweest”, vervolgt De Rijke. “Het idee hiervoor was afkomstig van een van onze constructeurs die al langer met het idee rondliep om het optimaliseren van ontwerpen voor constructies te automatiseren. Hij had zich laten inspireren door de natuur en ontdekte welke mogelijkheden kunstmatige intelligentie bood. Samen met een team bestaande uit twee programmerende ingenieurs en een expert op constructief gebied hebben we de genetische ontwerpmethode ontwikkeld. Waarbij we ons hebben laten inspireren door de natuur met schapen als inspiratiebron. Wij zijn al duizenden jaren bezig met het fokken van schapen waarin we de genen van de schapen met elkaar kruisen zodat een volgende generatie schapen meer wol en meer vlees voor ons creëert. Een principe dat we hebben toegepast bij de ontwikkeling van genetisch ontwerpen van de funderingsconstructie van tunnel-toeritten. Door middel van het combineren van verschillende ontwerpen die steeds doorgerekend worden, komen we tot een slimmer en meer geoptimaliseerd ontwerp dan menselijk haalbaar is.”
Toepassing
De genetische ontwerpmethode wordt bij Antea Group op dit moment toegepast bij het ontwerp van funderingen voor de tunnel-toeritten. Deze bestaan uit een zogenaamde open-moot-constructie: een serie U-vormige bakken die achter elkaar worden geplaatst om van maaiveldniveau op tunnelniveau te komen. Het zijn open moten die vaak gefundeerd zijn met een enorme hoeveelheid aan funderingspalen per moot op diepe zandlagen. De Rijke: “Als ingenieurs weten wij dat zo’n constructie honderden palen nodig heeft maar niet exact hoeveel, hoe groot en op welke plek. Er zijn miljoenen varianten, wat onmogelijk is om allemaal te beschouwen. Het meest optimale plan laat zich daarom niet eenvoudig berekenen. Want, waar begin je en in hoeverre zijn 36 zware diep gefundeerde palen beter dan 50 slanke ondiep gefundeerde palen? En welke configuratie van palen leidt dan tot de beste krachtsverdeling?” Voor een constructeur is het volgens De Rijke onbegonnen werk om honderdduizenden mogelijke oplossingen handmatig door te rekenen. “Maar met Artificial Intelligence kan dit optimalisatieproces, door de computer zelf slim keuzes te laten maken, snel geautomatiseerd voor ons gedaan worden! In de ontwerpfase is het de kunst om een optimaal palenplan te ontwikkelen en hierbij direct ook de optimale palen te kiezen. Het doel daarvan is bijvoorbeeld het maken van een kosteneffectief ontwerp. Niet alleen kunnen palen slanker en korter worden ontworpen, ook bijvoorbeeld ponskrachten en momenten in de vloer vallen lager uit. Een palenplan kan hierdoor stukken goedkoper ontworpen worden wat niet alleen een besparing oplevert in materialen, maar dus ook in CO2 uitstoot. Kortom: Met een automatisch geoptimaliseerd palenplan kan de constructeur zich op andere constructieve aspecten van het ontwerp richten. Hiermee maken we het werk van constructeurs – wiens kennis steeds schaarser wordt – niet alleen leuker, we zetten zijn/haar kennis in daar waar het echt nodig is.”
