Digitale Zwillinge und zukünftiger Stadtbau

Digital Twin, auch bekannt als „Digital Twin“, ist ein Simulationsprozess, der physikalische Modelle, Sensoraktualisierungen, Betriebshistorie und andere Daten vollständig nutzt, um multidisziplinäre, multiphysikalische Größen und mehrere Maßstäbe zu integrieren Die Multiwahrscheinlichkeitszuordnung wird im virtuellen Raum durchgeführt, um den gesamten Lebenszyklusprozess der entsprechenden physischen Ausrüstung abzubilden.

Die wichtigste inspirierende Bedeutung des digitalen Zwillings besteht darin, dass er die Rückkopplung eines realen physischen Systems auf ein räumliches digitales Modell realisiert. Das US-Verteidigungsministerium war das erste, das den Einsatz der Digital-Twin-Technologie zur Gesundheitserhaltung und Sicherheit von Luft- und Raumfahrzeugen vorgeschlagen hat.

Die Einführung der digitalen Zwillingstechnologie ist die bahnbrechendste Innovation des 21. Jahrhunderts. Heutzutage findet die digitale Zwillingstechnologie direkte Anwendung in verschiedenen Wirtschaftssektoren, insbesondere in der Fertigung, im Gesundheitswesen und anderen Bereichen. In jüngster Zeit zeigt auch die AEC-Branche (Architektur, Ingenieurwesen und Bauwesen) die Tendenz, digitale Zwillinge zu erstellen, um der Desorganisation von Unternehmen entgegenzuwirken.

Die Einführung dieser Zukunftstechnologie ermöglicht es uns, vom Bauen eines Steins nach dem anderen zum Aufbau einer Blockchain nach dem anderen überzugehen. Architekten, Stadtplaner und Stadtplaner nutzen die Technologie, um Nachbildungen der gebauten Umwelt in virtuellen Welten zu erstellen, um die langfristige Realisierbarkeit ihrer Arbeit zu verstehen.

© Digital Twins of Water Cube Pilot, ARUP

Geschichte der digitalen Zwillinge

Die erste Beschreibung der digitalen Zwillingstechnologie geht auf David Gelernters Veröffentlichung von „Mirror World“ aus dem Jahr 1991 zurück " (Spiegelwelten), in dem er die Auswirkungen der Computertechnologie auf die zukünftige Welt untersucht. Das Konzept und das Modell digitaler Zwillinge wurden jedoch erstmals 2002 von Michael Greaves auf der Konferenz der Society of Manufacturing Engineers in Troy, Michigan, öffentlich vorgestellt. Er schlug das Konzept der digitalen Zwillinge als Forschungsmodell für das Produktlebenszyklusmanagement vor. Der Begriff „digitaler Zwilling“ wurde offiziell von John Vickers von der NASA im „2010 Roadmap Report“ geprägt.

© Microsoft – Azure Digital Twins

Wie funktionieren digitale Zwillinge?

Die digitale Zwillingstechnologie basiert auf Daten. Sensornetzwerke erfassen Daten, um virtuelle Kopien der physischen Welt zu erstellen. Das Framework digitaler Zwillinge besteht aus drei Teilen:

• Physisches Objekt – das reale Produkt
• Virtuelles Objekt – digitales Klonprodukt
• Die Verbindung zwischen physischen und virtuellen Objekten – Fluss vom physischen Produkt zum virtuellen Produkt Daten des Produkts und die bereitgestellten Informationen vom virtuellen Produkt zum physischen Produkt

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© Challengee Advisory

Wie in der Abbildung oben gezeigt, kann der so erstellte digitale Zwilling zum Verständnis des Gebauten verwendet werden und Besonderheiten der unbebauten Umwelt. Die Analyse der Daten in Verbindung mit anderen Informationsquellen hilft, die Ursprünge des entsprechenden Studienthemas zu verstehen und Vorhersagen über seine Zukunft zu treffen.

Generell gibt es Ähnlichkeiten zwischen digitalen Zwillingen und 3D-Modellierung basierend auf Benutzeroberfläche und Visualisierung. Was sie jedoch unterscheidet, ist der Datenfaktor. Während sich die 3D-Modellierung auf die Bereitstellung einer Ansicht eines Objekts beschränkt, bietet ein digitaler Zwilling eine Ansicht des Objekts und Echtzeitdaten. Digitale Zwillinge gehen einen Schritt weiter und untersuchen, wie sich verschiedene Umgebungsbedingungen im Laufe der Zeit auf ein Objekt auswirken.

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© ArcGIS

Wie können digitale Zwillinge die Stadtplanung verbessern?

Derzeit urbanisiert sich die Welt rasant, wobei schätzungsweise 56 % der Weltbevölkerung in Städten leben. Daher müssen Städte umfassend auf einen großen Bevölkerungszuzug vorbereitet sein. Angesichts des ungebremsten Wachstums der meisten städtischen Gebiete der Welt können digitale Zwillinge jedoch dazu beitragen, die Stadtentwicklung mithilfe von Datenanalysen zu rationalisieren. Durch die Erstellung eines digitalen Zwillings einer Stadt können Richtlinien, Gestaltungsregeln und Baumethoden in der realen Welt virtuell getestet und entwickelt werden. Die Einführung digitaler Zwillinge kann die Art und Weise, wie Städte entworfen, betrieben, unterhalten und aufrechterhalten werden, revolutionieren, um die Lebensqualität der Bürger zu verbessern.

Effektive Politikentwicklung

Kommunen und andere lokale Verwaltungsbehörden können von der Digital-Twin-Technologie profitieren, indem sie Daten für die Planung, die Finalisierung von Investitionsstrategien und die Identifizierung von Chancen nutzen. Sie können vorgeschlagene Richtlinien in der virtuellen Welt simulieren und ihre Auswirkungen untersuchen, bevor sie sie in der realen Welt umsetzen. Weltweit investieren Städte wie Singapur, Helsinki und die Vereinigten Arabischen Emirate in die Technologie des digitalen Zwillings, um Ziele zu erreichen, die von nachhaltiger Entwicklung bis hin zu verkehrsorientierter Entwicklung, Baurenovierungsprojekten und virtuellem Tourismus reichen.

© Mit freundlicher Genehmigung der Singapore Land Authority

MinderungUmweltrisiko

Angesichts der alarmierenden Zunahme der globalen Erwärmung und des Klimawandels kann die digitale Zwillingstechnologie dabei helfen, zukünftige Umgebungen und ihre Auswirkungen auf Städte abzubilden. Daten wie der Anstieg des Meeresspiegels und die Bewegung tektonischer Platten in virtuellen Städten können als Steuerung für die Entwicklung physischer Städte genutzt werden. Durch die Risikobewertung können Städte besser auf die Eindämmung von Naturkatastrophen wie Überschwemmungen, Erdbeben, Tsunamis und Hurrikanen vorbereitet sein. ​​

Überprüfung der strukturellen Stabilität von Gebäuden

Aufgrund der schlechten Bauqualität ist der Einsturz von Gebäuden zu einem Problem geworden Ein Problem im städtischen Alltag, das zum Verlust von Menschenleben und Ressourcen führt. Die Erstellung eines digitalen Zwillings vor Beginn des physischen Bauprozesses hilft dabei, die Eignung von Baumaterialien und -praktiken zu bestimmen. Dies wird dazu beitragen, sichere und gesunde Gemeinschaften zu schaffen und städtischen Gemeinschaften zum Gedeihen zu verhelfen. Kommunen können diese Daten nutzen, um Überprüfungen der strukturellen Festigkeit älterer Gebäude durchzuführen, damit Gemeinden rechtzeitig evakuiert werden können, um physische Schäden zu verhindern.

Energie- und Betriebskosten sparen

Die aus dem digitalen Zwilling gewonnenen Daten können zur Optimierung der Gebäudetechnik genutzt werden, wodurch der Energieverbrauch und die Betriebskosten gesenkt werden Struktur. Stadtplaner können auch das Potenzial von Gebäudedächern erkennen, um Solarenergie für die Stromversorgung von Gebäuden zu nutzen. In digitalen Zwillingsstädten kann jederzeit das gesamte Spektrum erneuerbarer Energien genutzt werden, um den städtischen Wärmeinseleffekt zu reduzieren und die Autarkie von Gebäuden zu erhöhen.

© Ton De Vries – YouTube

Verbesserung der Infrastrukturnetzwerke

Mit Daten aus digitalen Zwillingsstädten können Verkehrsplaner gemeinsam mit Stadtplanern die Wahrscheinlichkeit von Engpässen und Verkehrsstaus in der physischen Stadt ermitteln. Der Bedarf an Überführungen und Straßenerweiterungen kann durch die Ermittlung des Wachstums der Straßenfahrzeuge im Voraus bestimmt werden. Massenschnellverkehrssysteme (MRTS) können optimal getestet und gestaltet werden, um die Effektivität des städtischen öffentlichen Nahverkehrs zu steigern und der Stadterweiterung Rechnung zu tragen.

Virtuelle Tour

Die Möglichkeiten digitaler Zwillinge beschränken sich nicht nur auf die technischen Aspekte der Stadtplanung, sondern auch auf die weitere Erforschung der Umsatzgenerierung virtueller Touren. Dabei bietet der Markt bereits einen 360-Grad-Panoramablick auf Straßen und Gebäude. Digitale Zwillinge bringen diese Technologie noch einen Schritt weiter. In einem digitalen Zwilling können Menschen mehr als nur einen Ort betrachten. Sie können einkaufen, spielen, lernen und sogar Bürger einer virtuellen Stadt werden.

Zum Beispiel ist​​Virtual Helsinki​​ein digitaler Zwilling des Zentrums von Helsinki, erstellt mit hochwertiger 3D-Virtual-Reality-Technologie von Zoan, den Menschen sehen können Besuchen Sie uns und unternehmen Sie virtuelle Aktivitäten. Virtuelle Touren fördern einen nachhaltigen Lebensstil, indem sie es den Menschen ermöglichen, die Welt bequem von zu Hause aus zu erleben. Während viele Länder das Potenzial der Digital-Twin-Technologie noch nicht erforscht haben, hat Singapur einen Praxistest für ihr virtuelles Erscheinungsbild erstellt. Das Stadtstaatmodell umfasst 3 Millionen Straßenbilder und 160.000 Luftbilder. Mehr als 1 Milliarde Datenpunkte werden in 3D dargestellt, was mehr als 100 Terabyte an Daten entspricht. Die Grundlage des Modells wird auf 14 Kerndatensätzen basieren, darunter Landnutzung, Baumbestand und unterirdische Versorgungseinrichtungen. Die gesamte Insel wird kontinuierlich mithilfe von Luft- und Straßenkartierungstools kartiert, um den digitalen Zwilling relevant und im Einklang mit der Entwicklung Singapurs zu halten. Singapur will mit seinem Zahlen-Twin sein seit langem bestehendes Problem des städtischen Wärmeinseleffekts lösen. Die virtuelle Stadt wird genutzt, um die Machbarkeit neuer Gebäudeentwicklungen in der Stadt und deren Auswirkungen auf die umliegende Umwelt zu untersuchen. Die politischen Entscheidungsträger werden sich auch mit Modellen befassen, die potenzielle Infrastrukturprobleme identifizieren und geeignete Lösungen für Singapur in der Zukunft finden. Zukünftig plant Singapur auch, mithilfe digitaler Zwillinge Unfallorte durch digitale Forensik und Szenarioplanung für autonome Fahrzeuge und Roboter zu rekonstruieren.

Zusammenfassend lässt sich sagen: Die Vorteile der Digital-Twin-Technologie ermutigen weltweite IT-Führungskräfte, hart an der Weiterentwicklung der Digital-Twin-Software zu arbeiten. Führende IT-Giganten, nämlich Microsoft, GE Digital, Siemens und Dassault Systemes, haben Software für digitale Zwillinge entwickelt. Innovatoren der AEC-Branche wie Cityzenith haben Softwareprogramme für digitale Zwillinge speziell für die gebaute Umwelt auf den Markt gebracht. Eine weitere führende Software für digitale Zwillinge ist SmartWorldPro, die bei der Planung und Verwaltung von Gebäuden und anderen Immobilienformen hilft.

Der Einsatz der Digital-Twin-Technologie in der Stadtplanung kann die Entscheidungsfähigkeit der Beteiligten verbessern. Es weckt Hoffnung auf eine zukünftige Stadt, die nachhaltiger, menschenzentrierter, organisierter und begehrenswerter ist.

Das obige ist der detaillierte Inhalt vonDigitale Zwillinge und zukünftiger Stadtbau. Für weitere Informationen folgen Sie bitte anderen verwandten Artikeln auf der PHP chinesischen Website!