Mik azok a digitális ikrek? Hogyan alakíthatják az intelligens adatmodellek az épített világot?

Mik azok a digitális ikrek, és mit jelentenek az építészet, a mérnöki és építőipar számára?

Mi az a digitális iker és hogyan működik?

• A digitális ikrek olyan dinamikus digitális információs modellek, amelyek a valós világ tárgyait reprezentálják.
• A digitális ikrek technológiája az 1960-as évekre vezethető vissza, amikor a NASA-nak az űrben működő rendszereket kellett szimulálnia.
• A digitális ikrek valós idejű adatokat használnak, lehetővé téve az érdekeltek számára a projekt teljesítményének és életciklusának nyomon követését.
• A városok világszerte használják a technológiát olyan adatok gyűjtésére és értelmezésére, amelyek révén ellenállóbbá válnak az éghajlatváltozással és más vészhelyzetekkel szemben.

Húsz évvel ezelőtt, amikor Stephen Spielberg elkezdte adaptálni Philip K. Dick Minority Report című könyvét a filmvászonra, összegyűjtötte a tudomány és a technológia legnagyobb gondolkodóit, hogy segítsenek neki elképzelni a jövő városait. A Washington, DC, 2025 filmváltozat sötét volt, az biztos, de lakói élvezték az intelligens digitális technológiák nyújtotta kényelmet is, mint például a vezető nélküli autókat, a retina-olvasót, a személyre szabott hirdetéseket és a hangvezérelt otthonokat.

Két évtizeddel ezelőtt ezek a technológiák elérhetetlenül futurisztikusnak tűntek, de ma már sok közülük mindennapos: gesztusvezérelt számítógépek, célzott internetes hirdetések, és a hűtőszekrények, amelyek tejet rendelnek, ha elfogyott.

Az intelligens épületek ma már tudják, hogy Ön hol lakik, mi a napirendje, és még azt is, hogy mennyi cukorral issza a kávét. Ahogy az épületek és a városok egyre intelligensebbé és egyre inkább autonómmá válnak, úgy válnak azzá a tervezésükhöz, kezelésükhöz és karbantartásukhoz használt eszközök is.

Nem titok, hogy az építészet, a mérnöki és építőipar (AEC) lemaradásban van más iparágakhoz képest, amikor a digitalizációt és az adatvezérelt döntéshozatalt kell támogatni. Ez azonban változik, mivel az iparági szakemberek felismerik, hogy az előrelépéshez másképp kell gondolkodniuk - és másképp kell dolgozniuk.

Ahogy a tárgyak internete (IoT), a mesterséges intelligencia (AI) és a felhőalapú számítástechnika segíti az AEC digitális átalakulását, a digitális ikrek egyre nagyobb teret nyernek. Az eszközök egyre hatékonyabbak, a tervezők és tulajdonosok pedig kezdik megérteni, hogyan optimalizálhatják az épített világot.

 

 A digitális iker egy fizikai eszköz vagy környezet dinamikus, „élő” digitális modellje.

 

Mik azok a digitális ikrek?

A digitális iker egy fizikai eszköz vagy környezet, például egy autó, egy híd vagy egy épület digitális reprezentációja. Ne kevésbé hagyományos 3D modellként gondoljon rá, inkább információs modellként. Ez egy közös adatreferencia, amelyet a projekttervezési szakaszban hoznak létre, és amely az eszköz életciklusának minden fázisára kiterjed, a tervezéstől a gyártáson és az építésen át az üzemeltetésig és karbantartásig, sőt a jövőbeli felhasználásig vagy újrafelhasználásig.

A statikus adatmodellekkel ellentétben a digitális ikrek dinamikus, „élő” entitások, amelyek valós időben fejlődnek. Az eszköz teljes életciklusa során az AI, a gépi tanulás és az IoT-technológiák segítségével történő adatcserével tanulnak, frissítik és kommunikálnak fizikai társaikkal. Ezem dinamikus szimulációkkal felvértezve a virtuális ikrek felhasználói még azelőtt elháríthatják a problémákat, mielőtt azok bekövetkeznének, új lehetőségeket fedezhetnek fel, és jövőbe mutatóan tervezhetnek.

 

Mit jelentenek a digitális ikrek az építészet, a mérnöki és építőipar számára?

A digitális ikrek az építészetben, a mérnöki és építőiparban (AEC) az épített eszközök és rendszereik átfogó másolatai.

A digitális iker eszköz a következő formát öltheti:

• Egy épület
• Egy infrastrukturális elem, például egy híd
• Összekapcsolt eszközök komplex ökoszisztémája, például egy vasúti hálózat, egy irodapark vagy egy város.

Hogyan működik a digitális iker az építőiparban

Az építőiparban a digitális ikrek olyan információkat dolgoznak fel, mint:

• A HVAC és a gépészeti, elektromos és vízvezeték-szerelési (MEP) rendszerek működési adatai
• Alkatrészek és karbantartási adatok
• IoT-érzékelőkkel gyűjtött környezeti adatok

Egy új építkezéskor a digitális iker a projekt kezdetén jön létre, amikor az AEC-csapatok és a tulajdonosok közösen dolgoznak a teljesítménycélok és a kívánt eredmények meghatározásán. A projekt előrehaladtával az adatokat folyamatosan gyűjtik és leképezik a modellre egy olyan platform segítségével, mint például az Autodesk Tandem. Amikor az eszközt átadják a tulajdonosnak, a virtuális iker működési adatokat gyűjt, amelyek felhasználhatók a teljesítmény finomhangolására és a karbantartás hosszú távú kezelésére, valamint a leszerelés és a jövőbeli használat támogatására.

 

Digitális ikrek az építési folyamatokban, a HVAC és MEP rendszerekre, alkatrészekre és karbantartásra vonatkozó információk, valamint környezeti adatok.

 

Mivel a digitális iker mindig a fizikai ikertestvér által szolgáltatott adatokkal fejlődik, szimulációkat és előrejelzéseket tud végezni a valós idejű körülményekre reagálva. Az építőiparban a digitális iker például arra használható, hogy az épület napfényes homlokzatát a nap útvonalához igazítsa, vagy a beltéri légáramlást úgy módosítsa, hogy minimalizálja a kórokozók terjedését.

A digitális ikrek egyéb módjai az épített eszközök optimalizálására:

• A kiskereskedelmi terek konfigurálása a vásárlói szokások kihasználása érdekében
• A beltéri gazdaságok műveleteinek automatizálása az optimális termesztési feltételek érdekében
• Karbantartási problémák előrejelzése olajfinomítókban
• Egészségügyi terek tervezése a hatékony betegáramlás és a személyzeti igények figyelembevételével

Hogyan kapcsolják össze a digitális ikrek a tervezési és építési munkafolyamatokat?

A munkafolyamatok szempontjából a digitális ikrek felszabadítják a hagyományosan silókba (vagy papír dossziékba) zárt adatokat. Ennek eredményeképpen a csapatok a projekt teljes életciklusa során jobban összekapcsolódnak, a tervezéstől a leszerelésig. A statikus adatok, például az alkatrészspecifikációk és karbantartási ütemtervek dinamikus adatokkal, például a kihasználtsági arányokkal és a környezeti feltételekkel való integrálásával a digitális ikrek a tervezőktől a tulajdonosokig mindenkit képessé tesznek arra, hogy megalapozottabb döntéseket hozzanak, amelyek maximalizálják az eszköz teljesítményét és életciklusát.

Az épületinformációs modellezés (BIM) az építőipar digitalizációjának motorja, amely multidiszciplináris modellek és a felhőalapú együttműködés segítségével ad tájékoztatást az épített eszközökről és a bennük lévő rendszerekről.

A digitális ikrek a BIM-ben rejlő teljes potenciált kihasználva összekapcsolják az adatokat és a folyamatokat a dinamikus, valós idejű, kétirányú információkezeléssel. Digitális ikreket BIM nélkül is létre lehet hozni, de ezek teljes potenciáljának kiaknázása a BIM-folyamatot már működtető integrált munkafolyamatokkal és információmegosztással kezdődik - a BIM-mel való indulás sokkal hatékonyabb módja az eljutásnak.

A BIM és a digitális ikrek jövője

A jövőben a legtöbb digitális ikret integrálni fogják a BIM-folyamatba, hogy mindenki jobb betekintést nyerjen egy szabványosított környezetben. Ezeknek a felismeréseknek az értéke túlmutat bármelyik projekten; az összegyűjtött adatok visszatáplálhatók az új projektek tervezési és tervezési szakaszaiba, az adatokból való tanulást alkalmazva azok folyamatos javítása érdekében.

Az intelligens város és a digitális ikrek: Természetes páros

A digitális ikrek nem korlátozódnak egyetlen példányra. Több digitális iker integrálásával a tervezők egy összekapcsolt ökoszisztémát hozhatnak létre, és idővel optimalizálhatják a rendszer teljesítményét.

Amikor az egyes eszközökön túlmutatóan gondolkodunk, elkezdhetjük mérlegelni annak gazdasági, társadalmi és környezeti szempontból tágabb értelemben vett potenciálját. Képzeljük el egy olyan intelligens város építését, amelyet valós idejű adatok segítségével lehet irányítani, elemezve és optimalizálva az energiafogyasztást, a vezeték nélküli hálózatokat, a tömegközlekedést, a biztonsági rendszereket és az infrastruktúra teljesítményét - valós időben, geoadat-modellezés és IoT-érzékelők segítségével. Az intelligens városok még a változó éghajlati viszonyokhoz is alkalmazkodni tudnak, és szimulációkat futtathatnak az olyan vészhelyzetekre való reagáláshoz, mint a járványok és a természeti katasztrófák.

Mivel a digitális ikrek képesek adatokat gyűjteni és értelmezni olyan dolgokról, mint a népességnövekedés, a természeti erőforrások és az éghajlati viszonyok, segíthetnek rugalmasabb városokat építeni, és képessé tehetik az iparágakat arra, hogy jobban reagáljanak a globális kihívásokra.

Ez már folyamatban van a világ városaiban. Szingapúrban a Virtuális Szingapúr projekt 3D digitális platformja lehetővé teszi, hogy a különböző szektorok felhasználói eszközöket hozzanak létre a város komplex kihívásainak megoldására, a parkok javításától az evakuációs útvonalak kialakításáig. Indiában Andhra Pradesh állam új fővárosa, Amaravati, egy 6,5 milliárd dolláros „okos város”, egy olyan digitális iker segítségével jön létre, amely több mint 1000 adathalmazt integrál, melyek kezelik az engedélyezési folyamatot, felügyelik az építkezés előrehaladását, és értékelik a tervezési terveket a város szélsőséges éghajlatán való sikeresség szempontjából.

 

A digitális ikrek története

Az 1960-as évek

A digitális ikrek ötlete az 1960-as évekre vezethető vissza, amikor a NASA kifejlesztette a „tükrözési technológiát” annak érdekében, hogy az űrben használt rendszereket a földön lévő komplex fizikai másolatokon keresztül szimulálja.

Ezek a szimulátorok kritikusnak bizonyultak a hírhedt Apollo 13 küldetés során, amikor a mérnökök 15 számítógép-vezérelt modellt használtak, hogy felmérjék és újraalkossák a 200 000 mérföldre lévő, megbénult űrhajó fedélzetén uralkodó körülményeket, és ezen információk segítségével hazavezessék a legénységet az amerikai történelem egyik legepikusabb mentőakciója során.

 

 „Houston, van egy kis gond.” Az irányítóközpont mérnökei visszavezetik a sérült Apollo-13 űrhajót a Földre. A NASA jóvoltából.

 

A 2000-es évek

A digitális ikrek koncepcióját a termékek életciklusa során nagyírészt Michael Grieves-nek, a Florida Institute of Technology fejlett gyártásért felelős vezető kutatójának tulajdonítják, aki 2002-ben a Society of Manufacturing Engineers konferenciáján mutatta be az ötletet. Ott Grieves egy életciklus-kezelő központot javasolt, amely tartalmazta a fizikai reprezentációt, a virtuális reprezentációt és a kettő közötti információcserét.

Bár a digitális ikrekben rejlő lehetőségek egyértelműek voltak, a számítási teljesítmény, a csatlakoztathatóság és a puszta adattárolás miatt a legtöbb iparág számára túl drágák voltak a megvalósításhoz. Így az ötlet évtizedekig csak vágyálom maradt. Az elmúlt öt évben azonban a mesterséges intelligencia és az IoT-technológiák elérhető közelségbe hozták ezt a folyamatot.

A 2020-as évek

A digitális ikrek globális piaca 2026-ra várhatóan eléri a 48,2 milliárd dollárt.

A digitális ikrek a gyártásban már jól beváltak, de az AEC iparágban még mindig elég újak, mivel az kevésbé szabványosított, széttöredezettebb és a digitális folyamatok bevezetése történelmileg lassú. Azonban ahogy az építőipar folytatja digitális átalakulását - amelyet a COVID-19 járvány által kikényszerített távoli modellek gyorsítanak-, az előrelátó cégek elfogadják azt az elképzelést, hogy ezek a virtuális ikrek a tervezés, az építés és az üzemeltetés minden fázisában nélkülözhetetlenek lesznek; sok ilyen cég már elkezdte keresni a megoldásokat.

 

 A digitális ikrek jól beváltak a gyártásban, de még nem érték el teljes potenciáljukat az AEC terén.

 

A digitális ikrek 5 szintje

A digitális ikrek a kifinomultság öt szintjén működnek. A legegyszerűbb modellek különböző forrásokból származó adatokat integrálnak; a legfejlettebb modell képes önállóan cselekedni.

1. szint: Leíró iker

A leíró iker a tervezési és építési adatok élő, szerkeszthető változata - egy épített eszköz vizuális másolata. A felhasználók megadják, hogy milyen információkat szeretnének felvenni, és milyen adatokat szeretnének kinyerni.

2. szint: Informatív iker

Ez a szint az operatív és érzékszervi adatok egy további rétegét tartalmazza. Az ikrek meghatározott adatokat rögzítenek és összesítenek, és ellenőrzik az adatokat, hogy a rendszerek együttműködjenek.

3. szint: Prediktív iker

Ez az iker az operatív adatokat felhasználva képes betekintést nyújtani. (Gondoljon egy autóra, amely jelzi Önnek, ha eljött az olajcsere ideje.)

4. szint: Átfogó iker

Ez az iker jövőbeli forgatókönyveket szimulál és „mi lenne, ha” kérdéseket vizsgál.

5. szint: Autonóm iker

Ez az iker képes tanulni és cselekedni a felhasználók nevében.

Fontos megjegyezni, hogy az AEC-ben jelenleg az 1. és a 2. szint van használatban. A 3., 4. és 5. szintek, amelyek a beágyazott érzékelők és IoT-technológiák valós idejű adataival egészülnek ki, a láthatáron vannak.

Az új építésén túl: Intelligens beavatkozás

A digitális ikrek nem korlátozódnak az újonnan épített eszközökre; a digitális iker egy meglévő épületre vagy infrastruktúrára is alkalmazható, hogy betekintést nyerjünk annak működésébe és potenciális használatába.

Amikor intelligens beavatkozást alkalmaz egy meglévő struktúrára, javítja a teljesítményt, minimalizálja a bizonytalanságot és jobban kezeli a kockázatokat. Könnyű belátni, hogy ez az értékláncban mindenki számára előnyös: vállalkozók, beszállítók, befektetők, tulajdonosok és az épületek használói számára.

A digitális iker integrálása egy épített struktúrába kihívást jelenthet, különösen akkor, ha nem léteznek digitális fájlok. A lézerszkenneléssel vagy fotogrammetriával végzett valóságfelvétel kitöltheti ezt a hiányt, és nagy pontosságú pontfelhőmodellt hozhat létre. Nemrégiben a valósághű rögzítést használták a párizsi Notre Dame székesegyház digitális ikrének létrehozására, hogy segítsék a 2019-es pusztító tűzvész utáni felújításokat.

Digitális ikrek beillesztése meglévő struktúrákba

Egyszerűbb a digitális ikreket egyes meglévő eszköztípusokba - például egy vízműbe - beépíteni, amelyeknek a rendszerei nagyobb kitettségűek. Bármilyen eszközről legyen is szó, érdemes befektetni, ha azt szeretné, hogy az adott eszköz hosszú távon költséghatékonyabb, fenntarthatóbb és ellenállóbb legyen. A tágabb rendszerekre alkalmazva a digitális ikrek segíthetnek a társadalmaknak abban, hogy fenntarthatóbbá, rugalmasabbá és a változó igényekre reagálóbbá váljanak.

 

4 A digitális ikrek előnyei

A digitális ikrek rövid és hosszú távú előnyöket kínálnak. Rövid távon az előnyök az üzemeltetésre összpontosítanak, egyetlen igazságforrást biztosítva, amely segíthet a költségek csökkentésében, a kockázatok és bizonytalanságok csökkentésében és a hatékonyság maximalizálásában; hosszú távon a digitális ikrek kiterjesztik a BIM értékét az eszköz életciklusára.

1. Tulajdonosoknak: Okosabb döntések, jobb megtérülés

Ha az adatok szétválasztott rendszerekben vannak „elásva”, a tulajdonosok számára nehézséget jelent a létesítmények nyomon követése, kezelése és végső soron a teljes érték kiaknázása. A digitális ikrek segítenek a tulajdonosoknak jobb üzleti döntéseket hozni már a tervezési és kivitelezési fázisban, lehetővé téve számukra, hogy gazdag adatokhoz jussanak, és olyan forgatókönyveket vizsgáljanak meg, amelyek maximalizálják a teljesítményt és meghosszabbítják beruházásaik életciklusát.

2. Menedzsereknek: Gördülékenyebb működés, könnyebb karbantartás

A tulajdonosok és üzemeltetők már az első naptól kezdve megkezdhetik az eszközök hatékony üzemeltetését anélkül, hogy zavaros (vagy hiányzó) karbantartási dokumentációval küzdenének. Az analóg, nem besorolt és szétválasztott adatok átadása megoldhatatlan kihívás elé állítja a tulajdonosokat és az üzemeltetőket az eszköz felügyeletére, kezelésére és hangolására szolgáló integrált megoldás létrehozása terén. Ennek eredményeképpen a tulajdonosok és az üzemeltetők nem tudják kihasználni az intelligens épületek előnyeit, és ehelyett silózott adatokkal és rendszerekkel, pontatlan információkkal, az átláthatóság hiányával és az eszközök teljesítményének gyenge áttekintésével kell számolniuk.

A digitális ikrek egy olyan digitális szálat biztosítanak, amely egyszerű módon egyesíti az összesített adatokat, és elvégzi a nehéz munkát, hogy nyomon kövesse az olyan dolgokat, mint a karbantartás és az energiafogyasztás optimalizálása, felszabadítva az üzemeltetőket, hogy azok a munkájukra koncentrálhassanak.

A létesítményadatok folyamatosan fejlődnek. A digitális ikrek lehetővé teszik a vezetők számára, hogy tudják, mikor és ki végzi a módosításokat A vezetők még az anyag- és munkaciklusokat is előre jelezhetik, csökkentve a pazarlást és növelve a biztonságot.

3. AEC cégek számára: Nagyobb érték egyenlő több üzlet

Nem kérdés: Ha az AEC cégek több szolgáltatást és nagyobb értéket tudnak nyújtani, több projektet nyernek. „AEC ügyfélbázisunk számos lehetőséget biztosít arra, hogy többet nyújtsanak a tulajdonosoknak az adatszolgáltatás tekintetében” - mondja Robert Bray, az Autodesk Tandem ügyvezető és általános igazgatója. „Az átadáson túl pedig, ha ez egy digitális eszköz, amely tükrözi a megépített modellt, akkor csatlakozhat az operatív rendszerekhez, és segíthet megválaszolni a tulajdonos kérdéseit.”

Egy eszköz élettartam-értékének közel 80%-a (PDF, 6. o.) az üzemeltetésben realizálódik. Ha az AEC cégek képesek együttműködni a tulajdonosokkal a teljesítményprioritások és elvárások meghatározásában, akkor nagyobb értéket képviselnek abban, hogy a tulajdonosok nagyobb energiamegtakarítás, jobb karbantartás és a lakók életminőségének javítása révén maximalizálhassák beruházásaikat.

4. Mindenkinek: A hosszú távú érték

Ahogy a digitális ikrek egyre nagyobb teret nyernek az AEC-ben, a tervezők és a tulajdonosok hosszabb távon tervezhetnek az eszközeik teljesítményéről és a nagyobb képet eredményező következményekről. A jövőben a digitális ikrek képezhetik a városok alapját, hogy ellenállóbbak legyenek a globális kihívásokkal szemben, a Föld megdöbbentő (PDF, 1. o.) népességnövekedésétől és a fogyatkozó természeti erőforrásoktól kezdve a következő világjárványig.

 

 A digitális ikrek elő fogják segíteni az intelligensebb, autonómabb városok létrehozását, irányítását és fenntartását.

 

A digitális ikrek jövője

Mivel a digitális ikrek egyre inkább magukban foglalják a mesterséges intelligenciát és a gépi tanulást, a szoftveres képességek bővülésével a koncepcionális eszközökből egyre intelligensebbé és önállóbbá válnak.

A digitális ikrek piaca az IoT-technológiák elfogadásával egyre nő: A MarketsandResearch szerint 2026-ra az IoT platformok akár 91%-a kínál majd digitális iker képességet, 2028-ra pedig a digitális iker standarddá válik az IoT alkalmazások engedélyezésében.

A progresszív városok is beszállnak: Az okos városokban a digitális iker támogatású megoldások piaca az előrejelzések szerint 2026-ra eléri a 3,77 milliárd dollárt. Az ABI Research előrejelzése szerint pedig 2025-re több mint 500 intelligens városban fog digitális iker működni.

Ezekben az intelligens, összekapcsolt ökoszisztémákban rejlő teljes potenciál megvalósítása még messze van, de az előrelátó cégek már most megtalálják a módját annak, hogy elkezdjék tervezni ezeket a modelleket. Ahogy a digitális átalakulás tovább alakítja az AEC-t, az eszközök finomodni fognak és a legjobb gyakorlatok megjelennek, segítve a tervezőket és mérnököket abban, hogy kitörjenek a silóikból.

Az adatok már léteznek; a kihívás a különböző forrásokból származó, nem szabványosított információk közös eszközökbe való integrálása és az adatok AEC igényeinek megfelelő felhasználási módok megtalálása. Azok, akik már ma kihasználják az adatok hasznosításának előnyeit, a legjobb helyzetben lesznek a jövő jobban megépített világának megvalósításában.

Ezt a cikket frissítettük. Eredetileg 2021 májusában jelent meg.