Sempre più spesso sentiamo usare termini come Smart Building, Internet of things, Cognitive building, ecc. Ma cosa vuol dire Digital Twin? Quali sono i vantaggi che porta questo tipo di applicazione?
Come ben sappiamo, l’intero comparto edile sta subendo una rivoluzione digitale dei sistemi e processi. All’interno di questo panorama in veloce mutamento, come interagisce un Digital Twin all’interno del paradigma metodologico dato dall’implementazione del BIM (Building Information Modeling) nella fase operativa della gestione dell’edificio e in relazione alle diverse piattaforme presenti sul mercato?
L’errore più comune
L’errore più comune è l’utilizzo quasi intercambiabile dei termini “modello BIM as built”, “Internet of Things”, “Digital Twin” e, aggiungendo un ulteriore concetto, “Smart Building”.
In questo modo, si fanno ricadere in un unico calderone tre tecnologie distinte non solo per funzione, ma soprattutto per costituzione, sebbene le stesse siano interconnesse tra loro da legami tangibili e intangibili.
Per chiarire meglio questo concetto, partiamo con la spiegazione separata delle rappresentazioni digitali di cui sopra, in modo da chiarire poi come esse si incastrino in un panorama tecnologico comune.
Modello BIM As Built
Si tratta del modello grafico e informativo dell’edificio così come è stato realizzato, completo di informazioni afferenti gli asset in esso contenuti.
In riferimento alla normativa UNI 11337-4, la fase “As Built” corrisponde al livello di sviluppo degli oggetti LOD F, ovvero oggetti virtualizzati che rappresentano gli specifici sistemi costruttivi eseguiti e/o costruiti e verificati sul luogo, con la definizione degli interventi di gestione, manutenzione ed eventuali sostituzioni/riparazioni da eseguirsi lungo la vita utile dell’opera.
IoT (Internet of Things)
L’acronimo descrive il network di oggetti mappati tramite sensori, software e tecnologie che permettono di essere interconnessi attraverso la rete internet, al fine di comunicare dati su sé stessi o accedere a informazioni di terze parti.
Smart Building
L’applicazione di un’infrastruttura IoT su di un edificio, unitamente a protocolli internet, network di comunicazione e flussi di dati analitici, consente la creazione del cosiddetto Smart Building.
Con questo termine si descrive l’utilizzo di una piattaforma digitale che permette di rilevare in tempo reale le informazioni sullo stato dell’edificio durante il suo ciclo di vita operativa e ne regola i sistemi.
Il fine è la personalizzazione e miglioramento delle prestazioni degli ambienti in relazione alle necessità degli utenti, il miglioramento dell’esperienza di utilizzo e il grado di sofisticazione delle soluzioni installate.
Cosa è il Digital Twin?
Il Digital Twin è un’entità digitale viva che unisce il modello BIM, il quale funge da modello grafico e informativo, e lo Smart Building, che integra la componente in real time sullo stato dell’edificio.
[Infografica, il digital twin come unione di modello bim e smart building]
Per riassumere la definizione in termini di caratteristiche generali applicabili ad ogni contesto di utilizzo, un Digital Twin è solitamente dato dall’unione delle seguenti caratteristiche:
- l’insieme dei dati geometrici, fisici, funzionali e comportamentali riferibili alla controparte fisica rappresentati all’interno della versione digitale
- l’interconnessione tra copia reale e copia digitale, data dalla modificazione della virtualizzazione in relazione alle implementazioni sul manufatto tangibile
- la possibilità di accesso ai dati tramite web e la loro analisi attraverso processi che sfruttano il machine learning e l’intelligenza artificiale
- lo scambio dati in real time verso la digitalizzazione attraverso l’utilizzo di sensori e attuatori presenti sul manufatto.
Le prospettive di utilizzo di questa strategia tecnologica sono applicabili in tutti quei contesti dove la complessità è tale da sfuggire al pieno controllo umano e su cui un’attività di previsione va a limitare le incognite che potrebbero subentrare nelle fasi operative.
Pertanto troviamo esempi di Digital Twin, oltre che nei già citati aerospaziale e manifatturiero, all’interno dell’industria dell’automotive, nel settore sanitario e sta diventando una strategia preponderante all’interno del mondo delle costruzioni.
Da dove nasce il termine Digital Twin?
L’origine del termine Digital Twin è databile al 2002, quando il concetto di test in ambito digitale del comportamento dei manufatti era già attuale nel settore manifatturiero.
In realtà già nel lontano 1970, durante la missione Apollo 13, la NASA metteva in atto per la prima volta una strategia di simulazione digitale dei veicoli, attraverso un arcaico “Digital Twin”. In questo primissimo caso fu presa in considerazione la replica virtuale del comportamento della spacecraft, al fine di prevedere, in un contesto controllato, potenziali problematiche di funzionamento.
L’abilità della NASA fu quella di creare un sistema virtuale adattivo in continua evoluzione, conformando il prototipo alle condizioni realistiche che si sarebbero potute creare.
[NASA – Simulatore della Missione Apollo 13]
È stata proprio la possibilità di creare modelli digitali tridimensionali dei differenti componenti per simulare il loro funzionamento sotto stress a dare vita al concetto odierno di Digital Twin.
Questo deve essere inteso come una controparte interamente digitale di un manufatto reale (o di un processo) dove le informazioni contenute sono in diretta dipendenza della risorsa fisica.
Con questo modello digitale inoltre possono essere scambiati dati sia in real-time che in modalità asincrona, per replicare proprietà e potenzialità anche rispetto al suo stesso ciclo di vita e manutenzione.
Come può venire applicato il digital twin alla gestione dell’edificio?
Il Digital Twin applicato all’industria delle costruzioni subentra nella fase di operation & maintenance dell’edificio, al fine di rilevarne le condizioni di esercizio, lo stato di salute, effettuare il riscontro di anomalie e prevenire potenziali situazioni di rischio. Il tutto attraverso lo sviluppo di simulazioni in relazione a modifiche dello status e delle condizioni a contorno.
Per poter effettuare queste operazioni è necessario partire da una base grafica digitale e tridimensionale che rappresenti il manufatto fisico e gli asset in esso contenuti, comprensivi di informazioni e specifiche tecniche.
Tale modello digitale viene poi integrato con i dati interattivi rilevati da sensori e sistemi applicati all’edificio attraverso una piattaforma che funga da contenitore di tali dati. Per finire è necessario implementare i processi e le procedure che si intendono rispettare in fase di analisi.
Appartengono a questo livello di integrazione anche i dati relativi al contesto sociale e alla componente umana, fondamentali per garantire la massima ottimizzazione dei sistemi.
Il Digital Twin così sviluppato consente di modellare l’interazione tra le persone e l’edificio, massimizzando l’esperienza d’uso e consentendo lo sviluppo di strategie di conduzione e manutenzione dell’immobile che siano puntuali sulle esigenze che si vengono a creare, calibrando modalità, tempi e costi.
Il focus del Digital Twin è posto sulle persone e su come esse vivano l’ambiente costruito che le circonda, a differenza dei modello BIM e dello Smart Building che, sebbene siano elementi costituenti fondamentali dell’ecosistema di un gemello digitale, presi singolarmente rappresentano delle componenti parziali finalizzate ad attività pratiche, ma prive dell’aspetto umano verso il quale l’intero panorama urbano è dedicato.
I benefici pratici
Da un’indagine Autodesk in merito all’applicazione delle tecnologie di Digital Twin è emerso che gli utenti BIM che riportano un ROI positivo ammontano all’82% del totale, supportato dal 58% dei committenti favorevoli a un approccio maggiormente collaborativo e digitale.
I benefici pratici che si possono trarre nell’attuazione di un Digital Twin sono molteplici, ne riassumiamo alcuni qui di seguito:
- database di tutte le informazioni in un unico ambiente centralizzato
- accentramento di tutte le azioni in un’unica dashboard di controllo delle attività e dei sistemi IoT, con cruscotti di sintesi dei valori e parametri di monitoraggio dello stato di salute dell’edificio
- previsione dei comportamenti e applicazione di strategie di prevenzione di errori e malfunzionamenti, ottimizzando performance e sicurezza
- efficientamento delle fasi di gestione e manutenzione: massimizzazione del ROI e riduzione di tempi e costi. La fase di operation corrisponde all’80% dell’intero costo dell’edificio calcolato sulla sua vita utile.
- tracciamento delle azioni e le relative responsabilità, in un’ottica di trasparenza e continuo aggiornamento delle attività
- digitalizzazione della documentazione, riducendo il rischio connesso all’utilizzo di supporti cartacei (errori in archiviazione, difficoltà di condivisione dei dati, etc.)
ADHOX grazie all’esperienza maturata nella System Integration e nel BIM è in grado di digitalizzare gli asset secondo specifici obiettivi. Inoltre, tramite EKORE, piattaforma recentemente sviluppata, è in grado di creare il digital twin di un edificio, andando ad efficientare costi e migliorare i processi nella gestione dello stesso.
[Esempio di piattaforma per la gestione del Digital-Twin]
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