Bærekraftig infrastruktur


I forskningsstrategien har vi valgt å definere infrastruktur slik: Fysisk infrastruktur som konstruksjoner og anlegg for veg og samferdsel, vannforsyning og avløp, behandling av restprodukter og produksjon og forsyning av energi, altså eksklusive bygninger. Den fysiske, landbaserte infrastrukturen i Norge representerer en stor andel av landets realkapital og gjenanskaffelsesverdien kan anslås til mer enn NOK 4000 mrd, sett bort fra verdien av areal (Norges tilstand 2015, RIF). Verdien av norske vann og avløpsanlegg er beregnet til 1200 mrd (Norsk Vann 2013). I Norge har BA-næringen en omsetning på omlag NOK 350 milliarder, og sysselsetter ca. 350 000 personer (BNL/SSB/Reve).

Nasjonal Transportplan 2018-2029 har en kostnadsramme på over 900 mrd og peker på nødvendigheten av omfattende forskningsoppgaver for et teknologisk skifte på områdene veg, jernbane, luftfart og kyst. Med stort etterslep på vedlikehold og nybygging står norske kommuner foran store utfordringer innen vann og avløp for å tilfredsstille rammedirektivet for vann. Dette er EUs mest omfattende miljødirektiv for et grønt skifte innen vann og avløp, med tilhørende forskningsinnsats. Forskningen retter seg mot bærekraftig planlegging, bygging og vedlikehold for å sikre optimal infrastruktur for trygg og effektiv transport av mennesker, gods, vann og energi med reduksjon av støy/støv og utslipp av klimagasser samt langsiktighet i arealutnyttelse.

Optimale transportløsninger


Antall drepte og skadde i vegtrafikken har gått ned i mange år, men utgjør fortsatt et alt for høyt antall. En spesiell utfordring innenfor trafikksikkerhet i tiden fremover er ulykker med fotgjengere og syklister siden NTP forutsetter at det meste av transportveksten i bymiljø skal skje med miljøvennlige transportmidler. Autonome kjøretøy kommer til å stille nye krav til veier og posisjonering, men også påvirke trafikken og måten vi reiser på. Dermed blir det behov for ny kunnskap når det gjelder trafikk- og transportmodeller. Innenfor trafikk- og transportmodeller endrer tilgangen til detaljerte sanntidsdata seg raskt og i takt med antall kjøretøy som er tilknyttet. Effektiv og sikker håndtering og analyse av store datamengder (Big Data) er et av de raskest voksende felt i informasjonssamfunnet. Forskning på transportløsninger bygger på digital representasjon av det bygde miljø for effektiv informasjonshåndtering, planlegging, prosjektering, numeriske simuleringer, visualisering, prosjektledelse, effektiv bygging, drift, vedlikehold og forvaltning. I denne sammenheng skal mulighetene innen Geomatikk (GIS), Intelligente Transport Systemer (ITS) og BIM utvikles videre, se forøvrig strategisk forskningsområde Digital og effektiv byggeprosess. Det strategiske forskningsområdet skal bidra til utvikling av miljøvennlige, sikre og optimale transportløsninger basert på effektiv utnyttelse av eksisterende infrastruktur.

planPlan

Digital og effektiv byggeprosess 


Bygninger og den fysiske infrastrukturen realiseres ved prosjekter som stiller store krav til kompetanse på prosjektering, dimensjonering, analyse, planlegging, gjennomføring og drift av bygg og anlegg. Digitaliseringen berører alle sider ved byggeprosessen, innen informasjonshåndtering, planlegging, prosjektering, visualisering, prosjektledelse, design, beregningsorientert mekanisk analyse og numeriske simuleringer, effektiv bygging, drift, vedlikehold og forvaltning. Forskningen skal bidra til mer effektive byggeprosesser fra vugge til grav ved å utnytte digitalisering i kombinasjon med effektivisering av alle faser og aspekter av prosjektene. BygningsInformasjonsModellering og Geografiske InformasjonsSystemer, BIM og GIS, har åpnet for en ny virtuell virkelighet av det eksisterende bygde miljø og mulighetsrommet i byggeprosessen, både når det gjelder infrastruktur og bygninger.

3D registrering og digital representasjon er allerede praksis, men den virtuelle virkeligheten har store utviklingsmuligheter i kombinasjon med sensorteknologi. Eksempelvis når der gjelder overvåking og tilstandskontroll i alle former, i forbindelse med drift og vedlikehold, konstruksjonsoppførsel og som grunnlag for driftsoperasjoner. Nettverk og bedre interoperabilitet mellom ulike typer data og modeller gir store muligheter for utvikling av skreddersydde systemer (IoS) i alle deler av BAE bransjen. Forskningen skal bidra til mer effektive byggeprosesser fra vugge til grav ved å utnytte digitalisering i kombinasjon med effektivisering av alle faser og aspekter av prosjektene.

Energieffektive og funksjonelle bygg


BA sektoren står for 40 % av Norges totale landbaserte energibruk. Nullutslippsbygg, passivhus og plusshus innebærer muligheten for en betydelig reduksjon av energibruken. Forskning på redusert bruk av primærenergi og energieffektivisering bør prioriteres for å nå mål for reduserte karbonutslipp. Ved nybygging og rehabilitering må materialvalg, tiltak og løsninger gi høy pålitelighet og sikkerhet relatert til inneklima, helse og energiforsyning fra fornybar energi. Økte krav til bygningskroppen stiller større krav til pålitelige klimaanlegg som kombinerer utnyttelse av spillvarme, fornybar energi, lagring og smart styring.

Det er et mål at bygninger og nabolag også skal inngå i energiproduksjonene (ref pågående ZEB og ZEN). I tettbebygde områder med boliger, kontorer, skole, handlesenter, helseinstitusjoner og svømmehall kan overskuddsenergi utveksles mellom bygninger eventuelt eksporteres til nett eller fjernvarmenett. Samspill mellom bygg og nett blir viktig. For at energieffektive bygninger skal få aksept er det viktig at nye løsninger bidrar til god lønnsomhet både privatøkonomisk og samfunnsmessig. Løsninger må også håndtere fremtidige nye økonomiske modeller, EPC (Energy Performance Contract) kontrakter og klimaendringer, NOU 2010:10 «Tilpassing til eit klima i endring». Utfordringene retter seg mot:

  • Levetidsberegninger for bærekraftige byggløsninger
  • Teknologi for nær-nullenergi bygg
  • Effektiv energibruk i nye og eksisterende bygg ved bruk av sensorteknologi

Forskningen skal bidra til sterk reduksjon av energibehovet ved bygging og drift av nye og eksisterende bygninger med fokus på funksjonelle og lønnsomme løsninger.

Bro / vei Bro/vei

Trygge vannressurser


World Economic Forums ”Global Risk Report 2017” illustrerer tydelig hvilken rolle vann har i de største utfordringene verden står ovenfor i tiden fremover. Vann som livsviktig næringsmiddel vil bli mangelvare, vann i ekstreme mengder vil medføre katastrofer og store økonomiske utfordringer. Samtidig er vann som ren energikilde og som ressurs for gjenvinning en viktig del av løsningene. Befolkningsvekst, urbanisering, klimaendringer, nye forurensingstyper og generelt økte krav til miljøstandard skaper store utfordringer for vann og avløpssystemer i byene som delvis er gamle og utslitte; internasjonalt men også i høy grad i Norge (jfr. ”State for the Nation”, 2010, 2012,2015). Hyppigheten av driftsavbrudd for vannforsyning og avløp på grunn av skader eller manglende kapasitet øker. En våtere og villere framtid vil bli spesielt merkbar i form av mer intense og lokale nedbørstilfeller med påfølgende lokale flommer som eksisterende infrastruktur ikke er dimensjonert for.

Nye nasjonale og internasjonale vanndirektiv stiller strengere miljøkrav til forvaltning og tiltak i vassdragene og økte dimensjonerende flommer, som følge av klimaendringene, medfører store og svært kostnadskrevende tiltak på dammer og konstruksjoner i vannkraftsektoren. Ekstreme værhendelser skaper utfordringer med hensyn til vann- mat- og energiproduksjon. Nye forurensingstyper skaper utfordringer for drikkevannssikkerhet og miljøstandard som må løses ved avansert renseteknikk. Omlegging til sirkulær økonomi innebærer behov for utnyttelse av ressurser i avløpsvann til energi- og gjødselproduksjon og til gjenbruk av vann i akvakulturanlegg. Det er behov for og det er planlagt meget store investeringer i vannrelatert infrastruktur de nærmeste tiårene og ledende økonomer mener at vann og avløpsindustrien på verdensbasis vil oppleve en formidabel økonomisk vekst i det 21. århundre.  Dette skaper store utfordringer og muligheter som må møtes med økt forskningsinnsats.

Fremtidens byggematerialer


Produksjon og forbruk av byggematerialer står for en stor del av skadelige klimagasser. Redusert tilgang på naturlige ressurser og stadig strengere krav om å reduksjon av utslipp under produksjon og i materialenes levetid gir store utfordringer for byggebransjen, men også muligheter. Armert betong er verdens mest brukte byggematerialene, men produksjon av sement er energiintensivt. Betongens egenskaper er imidlertid nødvendige i mange bærende konstruksjoner, infrastruktur og bygg. Derfor skal det forskes på sammensetninger og dimensjoneringsgrunnlag for mer rasjonell bruk. Det samme gjelder for andre tradisjonelle materialer som stål og lettmetaller. Trevirke er en fornybar og CO2-bindende materialressurs som produseres med lav energiinnsats og kan energigjenvinnes. Treverk er et miljøvennlig alternativ i flere konstruktive sammenhenger enn det som har vært vanlig å vurdere og har et stort uutnyttet potensiale. Dagens konstruksjoner i massivtre er et eksempel, likeledes kombinasjonen av treverk og eksempelvis glass, såkalte hybride løsninger.

Fremtidens byggematerialer og tilhørende løsninger vil ha nye og miljøvennlige egenskaper på en rekke områder, når det gjelder eksempelvis isolasjon, bestandighet og gjenbruk. Flere intelligente byggematerialer, materialer som tilpasser seg ved å endre egenskapene etter forholdene, vil bli introdusert. Selvrensende glassfasader er allerede i bruk, mens glass som endrer gjennomsiktighet etter utetemperatur er under utvikling. Forskningen skal bidra til å utvikle fremtidens byggematerialer til bærekraftige og miljøvennlige konstruksjoner.

Demning Dremning
tunel Undersjøisk tunnel