Tenk på den gigantiske Troll A-plattformen i Nordsjøen. Tenk på dagens havvindparker og gamle jernbanebroer. Hvordan vet vi hvordan disse konstruksjonene faktisk oppfører seg? Svaret er tusenvis av sensorer.

– Instrumentering handler i bunn og grunn om å måle og forstå hvordan en konstruksjon oppfører seg i virkeligheten. «To measure is to know», sa fysikeren Lord Kelvin. Uten målinger kan du ikke forbedre. 

Det forteller Morten Saue, avdelingsleder for instrumentering og sanntidsovervåking ved Norges Geotekniske Institutt (NGI).

I en ny podkast fra NGI forteller Saue om hvordan denne teknologien har utviklet seg, og hvorfor den er viktigere enn noensinne. NGI har i dag overvåkning av hele 16.000 sensorer samtidig.

En koloss på leirbunn

Ett av de fremste eksemplene hvor viktig det er med overvåkning, er Troll A-plattformen i Nordsjøen. 

Da den ble bygget på 1990-tallet, kostet den om lag 38 milliarder kroner. Det tilsvarte over åtte prosent av datidens statsbudsjett. Plattformen er en gigant på 472 meter, betydelig høyere enn Eiffeltårnet på 330 meter.

Utfordringen var ikke bare størrelsen, men også grunnforholdene. Havbunnen på Trollfeltet består av svært bløt leire. For å sikre at den enorme konstruksjonen sto trygt, ble den utstyrt med omfattende sensorer. Disse har levert kontinuerlige målinger i snart 30 år.

Målingene har vist at plattformen er sterkere og stivere enn det fagfolk beregnet i designfasen. Dette har gitt eierne trygghet, men også fleksibilitet til å øke vekten på plattformen for å utnytte feltet bedre. Alternativet kunne vært å bygge nytt, noe som ville kostet enorme summer.

Hvorfor er målinger så viktig i geofag?

Morten Saue forklarer at i geofagene jobber ingeniører og utbyggere med helt andre forutsetninger enn i andre ingeniørdisipliner. Materialer som stål og betong er industrielt produsert for å ha en bestemt og forutsigbar oppførsel. 

Ingeniører  i geofag jobber med prosjekter hvor det skal bygges direkte i og på naturlige materialer som jord, leire og berg.

– Dette er materialer formet av geologiske prosesser over millioner av år. De kan ha en iboende usikkerhet i oppførsel og typisk veldig stor variasjon. Grunnforholdene kan endre seg dramatisk over bare noen få meter, forklarer Saue.

Når fagfolk for eksempel bygger fundamenter for en bro, en havvindmølle eller en plattform, er det utfordrende å fange opp all denne usikkerheten i designfasen.

– Derfor er det spesielt viktig å måle underveis og i ettertid. Målingene forteller oss hvordan konstruksjonen og grunnen den står på faktisk oppfører seg, og vi kan bekrefte at antakelsene våre stemte.

Fra vannkraftdammer til havvind

NGIs arbeid med instrumentering startet allerede da instituttet ble etablert i 1953. Arbeidsområdene har endret seg i takt med Norges industrielle utvikling:

• 1960- og 70-tallet: Mye vannkraftutbygging førte til et søkelys på dam-instrumentering.
• 1980- til 2000-tallet: Olje- og gasseventyret i Nordsjøen gjorde det viktig med overvåking av de store betongplattformene.
• De siste 15 årene: Oppmerksomheten har flyttet seg mot havvind.

Dagens havvindturbiner er enorme konstruksjoner. Tårn med rotorblader kan være 200 meter høye, plassert på fundamenter som er 60-70 meter høye.

– Store investeringer er gjort, og hvis vi via målinger kan vise at en vindmøllepark kan stå noen år ekstra, er det veldig mye penger å spare, slår Saue fast.

Digital kopi av virkeligheten

Før måtte data ofte hentes inn manuelt. I dag gjør skybaserte systemer det mulig å samle inn millioner av målinger i sanntid. For ett enkelt prosjekt kan NGI daglig sende millioner av målinger til skyen.

– Dette gir helt nye muligheter. Vi kan sette opp automatiske varslinger hvis en måling overskrider en grense, sier han

Ved å koble målinger i sanntid til en avansert datamodell, kan fagfolk skape det som kalles en digital tvilling. Dette er en nøyaktig, virtuell kopi av den virkelige konstruksjonen, ifølge Saue.

– Denne digitale modellen mates kontinuerlig med data fra sensorene ute i felt. Det gjør at vi på en skjerm kan se nøyaktig hvordan for eksempel en bro oppfører seg i sanntid. Vi kan også simulere hvordan den vil tåle fremtidige påkjenninger og forutsi vedlikeholdsbehov, forklarer han.

Slik får de et mye bedre grunnlag for å ta riktige og trygge beslutninger.

Kritisk infrastruktur under press

Kunnskapen fra offshore-prosjekter blir nå i økende grad overført til landjorda. Norge har for eksempel rundt 2.700 jernbanebroer som trenger vedlikehold. Mange av dem begynner å bli gamle.

– Hvor skal man starte i en slik vedlikeholdsprosess? Instrumentering kan være en nøkkel til å prioritere riktig, forlenge levetiden på broene og i beste fall hindre nye ulykker, påpeker Saue.

Hendelser som kvikkleireskredet på Gjerdrum og flere brokollapser, viser hva som står på spill. Klimaendringer og mer ekstremvær gjør at det blir enda viktigere å overvåke skred- og flomutsatte områder. 

Selv med avansert teknologi understreker Saue at overvåking ikke bare handler om sensorer. Det er også et håndverk som må forstås og som krever høy kompetanse.

– Vi er helt avhengige av å jobbe tett med de som virkelig kan det som det er snakk om. Skal vi overvåke en gammel jernbanebro, må vi selvsagt ha med oss en broekspert som forstår hvordan den oppfører seg. Jobber vi med grunnforholdene for et nytt bygg, må vi lytte til geoteknikerne, sier Saue.

Han legger vekt på at det er i det tverrfaglige samarbeidet at dataene går fra å være tall på en skjerm til å bli verdifull kunnskap som kan bli avgjørende i for eksempel vedlikeholdsprosjekter.

– Feil skjer gjerne fordi sensorene ikke brukes riktig. Det krever erfaring å velge riktig løsning, installere den robust og tolke dataene korrekt. Djevelen ligger svært ofte i detaljene, sier han. 

Hør hele episoden her:

Artikkelen er produsert og finansiert av NGI

Norges Geotekniske Institutt er én av over 80 eiere av forskning.no. Deres kommunikasjonsansatte leverer innhold til forskning.no. Vi merker dette innholdet for å tydelig skille formidling fra uavhengig redaksjonelt stoff.
Her kan du lese mer om ordningen.

Les også disse sakene fra Norges Geotekniske Institutt:

• 

  Ny studie: Dette avgjør hvor farlig et dambrudd kan bli

• 

  PFAS: Dette kan stoppe de farlige kjemikaliene fra å lekke ut i naturen

• 

  Forskerne vil modernisere gruvedrift med ny teknologi

• 

  Energi i bakken: Innovativ energiløsning på Campus Ullevål

• 

  Slik skal forskere formidle klimaendringer på en måte som engasjerer

• 

  Snøskredfare: – Jeg håper alle som skal ut på tur denne vinteren følger disse rådene

Les flere saker laget av Norges Geotekniske Institutt her.

forskning.no vil gjerne høre fra deg!
Har du en tilbakemelding, spørsmål, ros eller kritikk? TA KONTAKT HER