Tema: Infrastruktur til effektiv transport
1. Resumé
Forskning i den fysiske infrastruktur er et underprioriteret område, og behovet for forskning har aldrig været større. Inden for en overskuelig fremtid ser vi markante ændringer i måden at transportere os på, som kræver ny indretning af vores infrastruktur. Samfundsmæssigt er infrastruktur meget omkostningstungt og vores mål med temaet er at vise behovet for en omkostningseffektiviserende forskning i nye metoder, materialer, konstruktioner og ny teknologi, der kan øge fremkommeligheden, mindske de sundhedsmæssige gener og samtidig tage hånd om de klimarelaterede konsekvenser vi vil opleve.
2. Samfundsudfordringer og/eller muligheder
Infrastrukturen i Danmark er under pres både i forhold til behovet for udvidelse af infrastrukturen og i forhold til vedligehold af den eksisterende infrastruktur. Derudover kommer vi til at se ind i en markant ændring af anvendelsen af infrastrukturen, med flere biler på vejene, andre biler med ny teknologi og nye drivmidler samt mere intelligente styringer af trafikafvikling. Flere biler leder til øget partikelforurening, mere støj og andre sundhedspåvirkende faktorer, ligesom ændret adfærd og ændret anvendelse af trafikken kræver helt nye teknologiske løsninger både til materialer og konstruktioner.
Området er stærkt udfordret af mangel på kvalificerede medarbejdere. Endeligt udvikler måden vi transporterer os på i fremtiden sig med hastige skridt, så der er brug for forskning i infrastruktur, som imødekommer disse udfordringer. Det er vanskeligt at finde finansiering til at dække disse behov, og derfor er der behov for markante produktivitetsforbedringer, så samfundet får mere for mindre.
Ser man fx på fremkommeligheden på vejene i Storkøbenhavn blev forsinkelsestiden i biltrafikken i 2012 opgjort til 9,3 mio. timer, svarende til 5,6 % af rejsetiden. Dette forventes at stige til 18,4 mio. timer i 2025, hvis der ikke sættes ind med trængselsforbedrende tiltag. Spildtid i biler påvirker produktiviteten, effektiviteten, menneskelig trivsel, CO2 udslippet og en lang række andre effekter. [Trængselskommissionen, september 2013].
Der ses store ændringer i anlægsbranchen. Flere internationale aktører er aktive på det danske marked og danske entreprenører og rådgivere indgår samarbejde med store internationale aktører. Det betyder et konkurrencemæssigt pres på danske projekter samt større internationale forretningsmæssige muligheder for danske aktører, og det er derfor nødvendigt at have fokus på stærke forskningsmiljøer som kan tiltrække kvalificerede studerende og kvalificerede forskere, så vi fortsat kan bemande danske projekter med danske virksomheder.
Fremtidsudsigterne inden for transportsystemer er præget af de muligheder som fx IoT giver i forhold til forbedring af transportsystemer og sikkerhed på vej og bane. Sensorer indbygget i infrastrukturen forbundet med bilerne giver helt nye muligheder for at generere informationer om flowet i trafikken samt informationer om konstruktionernes tilstand. Systemer til trafikregulering bliver forbundet til det aktuelle brug af infrastrukturen, nødsituationer forudsiges og anmeldes automatisk. [OECD rapport 2016]. Omdannelsen af infrastrukturen indeholder således et utal af muligheder for banebrydende teknologiske udviklinger med stort forretningsmæssigt og eksportmæssigt potentiale.
I de kommende år bliver det vigtigere end nogensinde før, at vi på tværs af anlægssektoren arbejder sammen om at udvikle og udnytte de teknologiske muligheder. Vi skal være forberedt på, at nye aktører vil præge udviklingen, herunder globale aktører med selvkørende tog og biler samt nye leverandører af data til trafikinformation og trafikledelse, [Jens Holmboe, Vejdirektør, 2016]. Temaet lægger sig op ad FORSK2020 visionen om ”Et effektivt og konkurrencedygtigt samfund” som sigter mod, at ”gode fysiske rammer og transportsystemer reducerer forurening og trængsel”. En velfungerende infrastruktur er desuden essentiel for Danmarks konkurrenceevne, produktivitet og vækst, som også adresseres i denne vision.
3. Forskningsbehov
Forskningsbehovene i forhold til en ny og forbedret infrastruktur i Danmark og globalt kan overordnet opdeles i følgende seks behov:
Behov 1: Materialer og konstruktioner
Forskning i materialer og konstruktioner til infrastrukturen. Det gælder både genbrugsmaterialer og nyudviklede materialer. Målet er materialer og konstruktioner, som sikrer endnu bedre holdbarhed, længere levetid og minimalt behov for vedligehold. I dag er metoder til vurdering af holdbarhed primært baseret på empiri, og der er brug for en mere videnskabelig tilgang til udviklingen i infrastrukturen. Analytiske metoder vil muliggøre egentlig optimering af konstruktioner i infrastrukturen. Der er behov for forskning i Asset/Pavement Management, herunder analytisk baseret forståelse af veje og konstruktioners nedbrydning med henblik på teknisk og økonomisk optimering i et livscyklus perspektiv, og der er behov for at samoptimere assets for vej, bane, bro osv.
Behovet dækker også forskning i hightech materialer til multifunktionel infrastruktur og transportsystemer, fx belægningsmaterialer, som reagerer på forskelle i temperaturer og fugtigheder i luften, interaktivt lys, dynamiske overflader, indbygget sensorteknik og lysende vejstriber.
Behov 2: Metoder og teknologi
Forskning i projekterings- og udførelsesmetoder i 3D og anvendelse af integrerede datamodeller, som kan anvendes af entreprenørmaskiner under udførelse og bygherrer til drift. Forskning i transportteknisk måleudstyr til monitering af drift. 3D modellering har været anvendt i nogle år til hus- og erhvervsbyggeri, men har endnu ikke for alvor fundet vej til anlægssektoren. Nyere maskinel er forsynet med GPS og andet teknisk udstyr, som gør det muligt intelligent at optimere på udførslen på byggepladsen ved at koble design, projektering og udførelsesfaserne i integrerede systemer. Vi ser desuden i stor stil i dag førerløse biler blive testet, men hvis de skal ud på vejene, vil det kræve, at vi tilpasser vores kommende infrastruktur til nye behov og, at vi kan tilpasse den nuværende på en omkostningseffektiv måde.
Behov 3: Klimatilpasning
Forskning som
- udnytter infrastrukturen fx veje og pladser i forhold til klimatilpasning, fx forsinkelsesbassiner, nedsivningsmuligheder og reservoirs
- støtter livscyklusanalyser og totaløkonomisk vurdering af transportløsninger i lyset af kommende klimaændringer; herunder vedligehold og drift
- ser på infrastrukturens modstandsevne i forhold til klimaændringer. Hvordan håndterer vi kraftigere vind, højere temperaturer, højere grundvandsstand.
Behov 4: Bæredygtig infrastruktur
Forskning i vejenes og konstruktionernes muligheder for forbedring af miljøet. Udvikling af partikelreducerende veje, energiproducerende veje, veje som nedbringer brændstofforbruget i biler, energiproduktion direkte fra fx vejarealer til omkringliggende belysning eller til automatisk opladning af elbiler. Forskning i minimalkonstruktioner og ressourceeffektive konstruktioner som baserer sig på CO2 neutral opførelse og hvor den cirkulære tilgang er tænkt ind i designet.
Behov 5: Performance based design
Der sker en stor udvikling i måden vi designer vores konstruktioner på. Flere og flere forskere udvikler modeller og designmetoder med afsæt i, hvad konstruktionerne skal have af performance igennem levetiden fremfor, som hidtil, at designe ud fra ”deemed to satisfy” metoder. Performance based design har den fordel, at valgfriheden i forhold til materialer og sammensætninger, udførelse osv. bliver større og dermed skaber det naturligt bedre rammer for ressourceeffektivitet, hvis begrænsninger i materialevalg og udførelsesmetoder reduceres. Men performance based design kræver forskning i modeller og sammenhænge mellem virkelige data i et feed back loop og designfasen, og performance based design kræver udvikling af endnu bedre accelererede metoder og deres validering med virkelige data.
Behov 6: Begrænsning af infrastrukturens gener
Vores transportinfrastruktur er tæt der, hvor mange mennesker bor og arbejder. Den er forudsætningen for vores samfund. Bagsiden er, at transport støjer og spreder usunde stoffer til samfundet, som igen har betydning for vores trivsel og sundhed. Der bør derfor forskes i at nedbringe de negative konsekvenser fx i form af bedre infrastrukturplanlægning og omkostningseffektive metoder til at mindske støjgener og forurening generelt fra infrastrukturens anvendelse og transportmidlerne generelt.
4. Forhold vedrørende udmøntning og implementering af forskningsindsatsen
Udmøntning og implementering af forskningsindsatsen kræver dels en tværgående tilgang, hvor forskningsmiljøer bringes sammen for at generere nye geniale teknologier og metoder. I dag er infrastrukturforskningen fragmenteret og langt fra al nødvendig forskning som foreslået ovenfor er dækket af danske forskningsmiljøer.
Derudover er det vigtigt at sikre, at infrastrukturforskningen sker i tæt samarbejde med erhvervsliv og teknologivirksomheder, således at forskningen både bliver dybdegående og idédrevet, og samtidig brugerdreven og behovsdrevet.
I vores naboland, Sverige, har man introduceret et forskningsprogram i regi af SBUF, hvor der fra samtlige offentlige anlægs- og driftsarbejder allokeres økonomiske ressourcer til gennemførelse af nye FoU projekter. En lignende model kunne tænkes gennemført i Danmark.
Det er vigtigt at tage afsæt i totaløkonomiske rammer som grundlag for innovationen. Ved anlæg og drift af transportsystemer er billigste pris ofte den styrende parameter, og der er sjældent det nødvendige fokus på totaløkonomi gennem hele livscyklussen, som vi ser i andre europæiske lande, og som netop giver grobund for innovative og produktoptimerede løsninger med høj grad af bæredygtighed.
Rammerne for udvikling på området har således hidtil været stærkt begrænsede, og bør udbygges for en cost-effektiv udnyttelse af forskningsindsatsen.
5. Danske forudsætninger
Da mobilitet er en grundlæggende forudsætning for at bibeholde Danmarks konkurrenceevne og skabe vækst i samfundet, har Danmark gennem en lang årrække haft fokus på infrastruktur med store investeringer på anlægssiden.
Danmark er kendt for at kunne gennemføre store spektakulære anlægskonstruktioner af høj kvalitet og inden for tids- og budgetrammer og Danmark har både anerkendte rådgivere og entreprenører som arbejder på lignende projekter internationalt. De nordamerikanske myndigheder valgte derfor i begyndelsen af 1990’erne at søge ny inspiration til deres gigantiske statsfinansierede ”SHRP” forskningsprojekt, og studieturen gik naturligvis også til Danmark, som bl.a. er kendt for teknologien omkring bæreevnemålinger og dimensionering.
I Danmark er viden og forskningsindsatser inden for infrastrukturområder fragmenterede. Der er miljøer rundt omkring på universiteterne, på GTS-institutter og hos Vejdirektoratet, men der er områder som er mangelfuldt dækket i forhold til forskning og uddannelse. Anlægsbranchen efterspørger kompetencer på anlægsområdet. Det er ligeledes sparsomt, hvad der findes af avancerede laboratoriefaciliteter og udstyr. Undervisningen på landets universiteter beskæftiger sig kun perifært med anlægsteknik, så der er ikke udsigt til at få opbygget kompetencer på området gennem uddannelsessystemet med den nuværende prioritering.
Der er således brug for at styrke forsknings- og udviklingsmiljøerne inden for infrastruktur, og at arbejde strategisk på at opbygge de nødvendige kompetencer som industrien efterspørger, samt på at imødekomme de fremtidige forsknings- og udviklingsbehov, som de identificerede megatrends skaber.
Forskning i fremtidens infrastruktur kræver betydelige eksperimentelle faciliteter. Set i lyset af tilstanden for nuværende forskningsmiljøers tilstand, må påregnes en ikke ubetydelig indsats til opgradering af denne forskningsinfrastruktur. I forhold til aftagersiden, vil både entreprenører og rådgivere, som arbejder globalt, kunne anvende den genererede viden og vedligeholde Danmarks gode ry i udlandet, som førende inden for teknologiske løsninger til broer og tunneler.
6. Mål, effekt og perspektiver
En fokuseret forskningsindsats på infrastrukturområdet vil dels give hele sektoren et løft, dels bredt løfte uddannelsessystemet op på internationalt niveau. Antallet af dimittender fra de danske ingeniørskolers anlægs- og transportorienterede uddannelser har gennem flere år ligger under halvdelen af det antal kollegaer, der lader sig pensionere. Sektorens medarbejderstab undergår kompetenceforskydninger og kandidater med traditionel ingeniørfaglig viden om transport- og anlægsteknik er i dag en mangelvare. [Trafikforskningsgruppen ved Aalborg Universitet 2016].
At sikre grundlaget for de fornødne kompetencer og laboratoriefaciliteter til forskning og udvikling af fremtidssikrede løsninger er samfundsøkonomisk en god investering. En indsats vil dels bidrage direkte til at kunne dæmme op for det enorme vedligeholdelsesefterslæb, men i høj grad også indirekte ved at sikre høj mobilitet gennem en velfungerende infrastruktur, der kræver et minimum af vedligehold.
En målrettet indsats til forskning i materialer, klimatilpasning, trængsel, bæredygtighed og hightech infrastruktur vil kunne bidrage til udvikling af løsninger og systemer, som er internationalt konkurrencedygtige, og som derved vil kunne bidrage til løsninger på såvel de danske som de globale miljø og bæredygtighedsudfordringer samt understøtte erhvervsudviklingen, beskæftigelsen og eksporten.
En forskningsindsats inden for den fysiske infrastruktur vil desuden have den gavnlige effekt på samfundsøkonomien, at produktiviteten i etablering og vedligehold øges, og der dermed fås mere for de midler, der er afsat til området.
7. Kontaktperson
Kasper Lynge Jensen, netværksleder i InnoBYG, innobyg@teknologisk.dk, 72 20 16 64
8. Forslagets prioritering
Så vidt muligt angives en prioritering af temaforslaget