Digitální dvojčata: Jak mohou inteligentní datové modely přetvářet svět

Digitální dvojčata využívají data v reálném čase a umožňují sledovat výkon a životní cyklus projektu. Co to znamená pro odvětví AEC?

 

Digitální dvojčata jsou dynamické digitální informační modely, které představují objekty reálného světa. Sbírají a interpretují data v reálném čase a umožňují zúčastněným stranám sledovat výkon a životní cyklus projektu. Tuto technologii můžeme vysledovat až do 60. let minulého století, kdy NASA potřebovala simulovat systémy ve vesmíru. V současnosti se využívají k navrhování a stavbám budov, které budou odolnější vůči změně klimatu a dalším mimořádným událostem.

 

Budoucnost je tady

Když před dvaceti lety začal Stephen Spielberg adaptovat Minority Report pro velké plátno, shromáždil největší myslitele vědy a techniky, aby mu pomohli představit si města budoucnosti. Filmová verze města Washington v roce 2025 byla temná, ale její obyvatelé zároveň využívali vymožeností, které přinesly inteligentní digitální technologie.

Před dvěma desetiletími se toto zdálo nemožně futuristické, ale mnohé technologie z nich jsou dnes běžné:

• počítače ovládané gesty,
• cílené webové reklamy,
• ledničky, které objednají mléko, když vám dojde.

Inteligentní budovy vědí, kde bydlíte, jaký máte rozvrh, a dokonce i kolik cukru máte rádi v kávě. Ruku v ruce s tím, jak se stavby a města stávají chytřejšími a autonomnějšími, se vyvíjejí také nástroje používané k jejich navrhování, správě a údržbě.

Vzhledem k tomu, že internet věcí (IoT), umělá inteligence (AI) a technologie cloud computingu řídí digitální transformaci AEC, získávají na významu digitální dvojčata.

 

Co je digitální dvojče

Jde o digitální reprezentaci fyzického objektu (auto, most, budova), kterou je třeba brát méně jako tradiční 3D model a více jako informační model. Tato datová reference pokrývá každou fázi životního cyklu aktiva:

• návrh,
• výrobu a konstrukci,
• provoz a údržbu,
• budoucí nebo opětovné použití.

Na rozdíl od statických datových modelů jsou digitální dvojčata dynamické entity, které se vyvíjejí v reálném čase. Učí se, aktualizují a komunikují se svými fyzickými protějšky výměnou dat pomocí AI, strojového učení a technologií IoT. Uživatelé těchto virtuálních dvojčat tak mohou odvrátit problémy dříve, než nastanou, prozkoumat nové příležitosti a plánovat budoucnost.

 

Zdroj obrázku

 

Digitální dvojčata a AEC

Digitální dvojčata v odvětví AEC jsou repliky zabudovaných aktiv a jejich systémů. Kromě objektů to mohou být komplexní ekosystémy propojených aktiv, jako je železniční síť, kancelářský park nebo město.

Například ve stavebnictví zpracovávají digitální dvojčata tyto informace:

• provozní údaje pro HVAC a mechanické, elektrické a instalatérské (MEP) systémy,
• informace o součástech a údržbě,
• data o životním prostředí shromážděná prostřednictvím senzorů IoT.

Na začátku projektu je vytvořeno digitální dvojče, protože týmy AEC a developeři spolupracují na definování výkonnostních cílů a požadovaných výsledků. Jak projekt pokračuje, data se shromažďují a mapují do modelu pomocí platformy, jako je Autodesk Tandem. Když je aktivum předáno vlastníkovi, virtuální dvojče shromažďuje provozní údaje, které lze použít k doladění výkonu, dlouhodobé správě a údržbě a k případnému vyřazení z provozu či budoucímu použití.

Protože se digitální dvojče neustále vyvíjí díky informacím poskytovaným jeho fyzickým protějškem, může provádět simulace a předpovědi v reakci na podmínky v reálném čase. Digitální dvojče ve stavebnictví by bylo možné použít například k vyrovnání solární fasády budovy tak, aby sledovala dráhu slunce, nebo k úpravě proudění vzduchu v interiéru, aby se minimalizovalo šíření patogenů.

 

Zdroj obrázku

 

Další způsoby, jak lze digitální dvojčata použít k optimalizaci vytvořených aktiv:

• konfigurace maloobchodních prostor podle chování nakupujících,
• automatizace provozu na farmách pro optimální podmínky pěstování,
• předvídání problémů s údržbou v ropných rafinériích,
• navrhování prostorů zdravotní péče pro efektivní tok pacientů a potřeby personálu.

 

Chytré město a digitální dvojčata: přirozená symbióza

Když přemýšlíte nad rámec jednotlivých aktiv, můžete začít zvažovat jeho širší potenciál z ekonomického, sociálního a environmentálního hlediska. Představte si chytré město, které lze spravovat pomocí dat v reálném čase, analyzovat a optimalizovat:

• spotřebu energie,
• bezdrátové sítě,
• veřejnou dopravu,
• bezpečnostní systémy,
• výkon infrastruktury.

Chytrá města se mohou dokonce přizpůsobit měnícím se klimatickým podmínkám a provozovat simulace pro reakce na mimořádné události, jako jsou pandemie a přírodní katastrofy.

Protože digitální dvojčata mohou shromažďovat a interpretovat data o záležitostech jako populační růst, přírodní zdroje a klimatické podmínky, mohou pomoci budovat odolnější města a posílit průmysl, který bude lépe reagovat na globální výzvy.

To se už děje ve městech po celém světě. 3D digitální platforma projektu Virtual Singapore v Singapuru umožňuje uživatelům z různých sektorů vytvářet nástroje pro řešení složitých problémů města, od zlepšování parků po rozvoj evakuačních tras.

V Indii, ve státě Andhra Pradesh, se vytváří inteligentní město v hodnotě 6,5 miliardy dolarů pomocí digitálního dvojčete. To integruje více než 1 000 datových sad, které řídí povolovací proces, monitorují postup výstavby a vyhodnocují plány návrhu pro úspěch v extrémním klimatu města.

Zdroj obrázku

 

5 úrovní digitálních dvojčat

Digitální dvojčata fungují na pěti úrovních sofistikovanosti. Nejjednodušší modely integrují data z různých zdrojů, nejpokročilejší jsou schopny jednat autonomně.

 

Úroveň 1: Popisné dvojče

Popisné dvojče je živá, upravitelná verze návrhových a konstrukčních dat – vizuální replika postaveného aktiva. Uživatelé specifikují, jaký druh informací chtějí zahrnout a jaký druh dat chtějí extrahovat.

 

Úroveň 2: Informativní dvojče

Tato úroveň má přidanou vrstvu provozních a senzorických dat. Dvojče zachycuje a agreguje definovaná data a ověřuje je, aby se ujistilo, že systémy spolupracují.

 

Úroveň 3: Prediktivní dvojče

Toto dvojče může využívat provozní data k získávání přehledů.

 

Úroveň 4: Komplexní dvojče

Toto dvojče simuluje budoucí scénáře a zvažuje otázky „co kdyby“.

 

Úroveň 5: Autonomní dvojče

Toto dvojče má schopnost učit se a jednat jménem uživatelů.

 

Je důležité poznamenat, že úrovně 1 a 2 se v současné době v AEC už používají. Na obzoru jsou úrovně 3, 4 a 5, které jsou obohaceny o data v reálném čase z vestavěných senzorů a technologií IoT.

 

Zdroj obrázku

 

4 hlavní výhody digitálních dvojčat

Digitální dvojčata nabízejí krátkodobé i dlouhodobé výhody. Z krátkodobého hlediska se přínosy zaměřují na provoz, pomáhají snížit náklady i rizika a maximalizovat efektivitu. Z dlouhodobého hlediska prodlužují hodnotu BIM prostřednictvím životního cyklu aktiva.

 

1. Pro vlastníky: Chytřejší rozhodnutí, lepší návratnost investic

Digitální dvojčata pomáhají majitelům činit lepší obchodní rozhodnutí již od fáze plánování a návrhu, využívat bohatá data a prozkoumávat scénáře, které maximalizují výkon a prodlužují životní cyklus jejich investic.

 

2. Pro provozovatele: Hladší provoz, snadnější údržba

Od prvního dne mohou provozovatelé zahájit efektivní provoz zařízení, aniž by se museli potýkat s matoucí nebo chybějící dokumentací údržby. Provozovatelé (správci) mohou dokonce předvídat materiálové a pracovní cykly, čímž snižují plýtvání a zvyšují bezpečnost.

 

3. Pro firmy AEC: Více podnikání

Když mohou firmy AEC nabídnout více služeb, získávají více projektů. Když mohou spolupracovat s vlastníky na stanovení priorit a očekávání, přinášejí větší hodnotu v tom, že pomáhají vlastníkům maximalizovat jejich investice prostřednictvím úspory energie či snazší údržby.

 

4. Pro všechny: Dlouhodobá hodnota

Jak digitální dvojčata nabírají na síle, návrháři a majitelé mohou dlouhodobě strategicky uvažovat o výkonu svých aktiv. V budoucnu by digitální dvojčata mohla tvořit základ měst, která budou odolnější vůči globálním výzvám, od ohromujícího populačního růstu přes ubývající přírodní zdroje až po další pandemii.

 

Úspěšná budoucnost s digitálními dvojčaty

Data už existují, výzvou je integrovat nestandardizované informace z různých zdrojů do běžných nástrojů a najít způsoby, jak tato data využít pro potřeby AEC. Ti, kteří dnes přijmou výhody využívání dat, budou mít později nejlepší pozici pro budování světa budoucnosti. Poraďte se ohledně správného softwaru co nejdříve.