Цифровой двойник постепенно превращается из расширенной BIM-модели отдельного здания в комплексную информационную систему, способную отражать состояние инфраструктуры и окружающей среды в динамике. В таких проектах объединяются технологии информационного моделирования, ГИС, данные IoT-датчиков, видеонаблюдение, результаты обследований, беспилотные летательные аппараты и искусственный интеллект.
Практические примеры такого подхода были представлены на конференции Esri User Conference в Сан-Диего. Среди проектов — цифровые модели судоверфи и аэропорта, управление транспортной инфраструктурой, мониторинг городского микроклимата и природных территорий.
От BIM-модели к динамической цифровой системе
Главное отличие цифрового двойника от статичной информационной модели заключается в возможности регулярно обновлять сведения о реальном объекте.
Для строительной отрасли это означает, что модель может использоваться не только на этапе проектирования. После завершения строительства в нее могут поступать данные об эксплуатации, техническом состоянии конструкций и инженерных систем, проведенных ремонтах и изменениях объекта.
В результате цифровая модель становится информационной основой для технического обслуживания, реконструкции, планирования работ и анализа различных сценариев еще до их реализации в физической среде.
Однако такой подход требует постоянного обновления данных. Без актуальной информации цифровой двойник быстро превращается в архивную модель, которая уже не соответствует реальному состоянию объекта.
Цифровая модель судоверфи
Американская компания Michael Baker International представила цифровую модель верфи Mobile Navy Yard в штате Алабама.
Особенность проекта заключается в сложной истории объекта. За время эксплуатации у него неоднократно менялись владельцы, а инфраструктура постоянно дополнялась и перестраивалась. На территории появились новые трубопроводы, кабельные трассы, электрические, водопроводные и вентиляционные системы.
Для формирования цифровой модели использовались данные беспилотной съемки и георадара. Полученная информация была преобразована в динамическую цифровую платформу.
Подобные проекты показывают, насколько важны технологии обследования существующих объектов. Особенно сложной задачей остается достоверное восстановление скрытых инженерных коммуникаций, для которых одной визуальной съемки недостаточно.
Аэропорт: объединение ГИС, BIM и оперативных данных
Еще один пример связан с международным аэропортом Хартсфилд-Джексон в Атланте.
Ранее оператор уже использовал геоинформационные технологии, однако отдельные массивы данных не были объединены с оперативной информацией, BIM- и CAD-моделями в единой среде.
В рамках проекта с использованием GeoBIM и ArcGIS Velocity различные источники были сведены в единое динамическое представление. В нем можно одновременно учитывать эксплуатационное состояние объектов, время ожидания и потребности в техническом обслуживании.
Для цифровизации строительства этот подход особенно интересен тем, что демонстрирует переход от отдельных информационных систем к интегрированной модели эксплуатации объекта.
Искусственный интеллект помогает управлять уборкой снега
Цифровые двойники могут применяться и для решения задач, которые напрямую не связаны с проектированием зданий.
В Пенсильвании цифровая система управления уборкой снега использует данные диагностических систем снегоуборочной техники, метеорологических датчиков и информации о состоянии дорог. Поверх этого информационного массива применяются алгоритмы искусственного интеллекта.
Система может сопоставлять текущую ситуацию с историческими данными и помогать определять участки дорожной сети, которым требуется первоочередное внимание.
Это пример перехода от хранения данных к их использованию для оперативного принятия решений. Для строительной отрасли аналогичный принцип может применяться при техническом обслуживании объектов, управлении инфраструктурой и прогнозировании потребности в ремонте.
Единая транспортная модель Новой Зеландии
Серьезная задача стояла и перед разработчиками транспортной цифровой модели Новой Зеландии. Национальная транспортная инфраструктура включает около 200 тыс. километров автомобильных дорог, железнодорожных линий и пешеходных маршрутов, которыми управляют десятки организаций.
Исторически различные владельцы инфраструктуры использовали собственные стандарты, форматы и подходы к описанию объектов. Это затрудняло обмен информацией и формирование целостной картины состояния транспортной сети.
WSP совместно с Транспортным агентством Новой Зеландии несколько лет создавали сетевую модель AMDS, предназначенную для формирования единого актуального представления транспортной инфраструктуры страны.
Практическая ценность системы проявилась не только в планировании строительства и ремонта. Единая информационная база может использоваться аварийными и оперативными службами. Во время циклона «Габриэль» и при подготовке к возможным последствиям землетрясений цифровые данные позволяли быстрее определять поврежденные участки инфраструктуры.
Цифровой двойник города
В американском городе Роли, штат Северная Каролина, цифровые технологии применяются для анализа транспортной ситуации и городского микроклимата.
На основе ГИС и данных видеокамер была создана карта, показывающая распространение эффекта городского теплового острова. Полученные данные используются также в моделях микроклимата для анализа воздушных потоков.
Цифровое моделирование позволяет оценивать и влияние нового строительства на транспортную систему. Это особенно важно для быстрорастущих городов, где изменение застройки непосредственно связано с нагрузкой на дороги и инженерную инфраструктуру.
При этом поддержание полной цифровой модели крупного города требует значительных ресурсов. Поэтому для обновления информации о конкретных территориях применяются беспилотники, которые позволяют получать новые данные по мере необходимости.
Цифровой двойник природной территории
Еще шире концепция используется в заповеднике Джека и Лоры Дангермонд в Калифорнии. Территория площадью около 9,7 тыс. гектаров расположена на побережье и включает взаимосвязанные морские и наземные экосистемы.
Для управления территорией создан геопространственный центр — платформа открытых данных, объединяющая информацию примерно от 100 датчиков, 40 институциональных партнеров и более 160 исследовательских проектов.
Отдельные информационные системы позволяют постоянно отслеживать состояние природных ресурсов. Например, данные с десятков скважин используются для мониторинга грунтовых вод. Информация обновляется с интервалом около 15 минут и применяется для анализа состояния водных ресурсов.
Такой пример показывает, что цифровой двойник может описывать не только созданный человеком объект, но и сложную природно-техническую систему.
Что объединяет разные цифровые двойники
Несмотря на различия между судоверфью, аэропортом, транспортной сетью, городом и природным заповедником, архитектура таких проектов имеет общие черты.
В основе находится пространственная модель, к которой привязываются данные из различных источников. Это могут быть BIM- и CAD-модели, ГИС, сенсоры, камеры, беспилотная съемка, результаты обследований и оперативные информационные системы.
Следующий уровень — постоянное обновление данных. Именно связь цифровой модели с текущим состоянием физического объекта позволяет использовать ее для мониторинга и управления.
Третий компонент — аналитика. Искусственный интеллект и другие алгоритмы позволяют находить закономерности в больших массивах информации, выявлять потенциальные проблемы и моделировать различные сценарии.
Цифровой двойник как следующий этап развития ТИМ
Для строительной отрасли развитие цифровых двойников означает расширение области применения ТИМ. Информационная модель перестает быть только инструментом проектирования и становится частью единой цифровой среды объекта и территории.
Однако масштабирование таких решений требует унификации форматов, качества исходных данных, понятного распределения ответственности и интеграции различных информационных систем.
Поэтому главный вопрос заключается уже не в создании отдельной трехмерной модели. Гораздо важнее обеспечить ее связь с реальным объектом, регулярное обновление информации и возможность использовать накопленные данные для эксплуатации, строительства, ремонта и принятия управленческих решений.
Именно такой подход превращает цифровой двойник из визуализации объекта в рабочий инструмент цифровой трансформации строительства и управления инфраструктурой.