Что такое цифровой двойник?
Цифровая трансформация строительной отрасли в России набирает темп, и важно определиться с терминологией. В статье мы постараемся объяснить разницу между цифровыми двойниками и информационными моделями зданий (BIM).
Цифровой двойник – термин, вошедший в обиход относительно недавно, хотя впервые был озвучен в 1970-х годах при моделировании космических аппаратов. Тогда эта технология называлась математическим моделированием и использовалась, в основном, для создания моделей сложных систем, например, электроэнергетических.
Цифровой двойник здания – сравнительно новый термин, отличающийся как от цифрового двойника промышленного изделия, так и от информационной модели здания (Building information model — BIM).
Распространенное заблуждение состоит в том, что цифровой двойник и BIM-модель представляют собой одно и то же. Однако существует ряд ключевых различий.
Цифровой двойник – это, по сути, виртуальная копия физического объекта и процессов, происходящих в этом объекте. Этот “близнец” собирает информацию и использует математическое моделирование на основе законов физики, чтобы создать насыщенную данными “живую” модель объекта.
У цифрового двойника есть множество полезных применений:
- непрерывный мониторинг состояния объекта,
- подсчет наработки,
- отслеживание критических режимов работы.
Появляется возможность планирования технического обслуживания “по состоянию”, в зависимости от износа объекта, и его частей. Также доступно тестирование различных “сценариев” работы, включая опасные, которые на настоящем объекте лучше не проводить.
В виртуальной среде цифровые двойники действуют как копии физических объектов, предоставляя информацию для принятия решений. Это необходимо для повышения производительности активов и для внесения изменений в новые объекты, которые планируется создать.
Математическое моделирование в реальном времени всех процессов, происходящих в здании, – очень трудоемкая вещь, требующая огромных вычислительных ресурсов. Поэтому цифровым двойником называют и упрощенную модель, считывающую показания с датчиков и управляющую инженерными системами объекта.
Цифровые двойники зданий можно разделить на несколько уровней в зависимости от способа управления объектом.
Чем же BIM-модель отличается от цифрового двойника?
Информационные модели зданий (BIM-модели) уже несколько десятилетий создаются с применением специализированного программного обеспечения. Архитекторы, инженеры-проектировщики и строительные компании давно используют технологии, которые помогают проектировать и строить здания.
BIM-модель – это подробная модель, которая является хранилищем данных о геометрии объекта, о материалах и оборудовании. Она используется на протяжении всего жизненного цикла объекта: при строительстве, при реконструкции, при эксплуатации и при демонтаже.
Информация в BIM-модели обновляется при проектировании и при сдаче объекта в эксплуатацию, когда создается так называемая “эксплуатационная” модель здания. Также изменения в модель вносятся и при реконструкции объектов.
Существующие BIM-модели не позволяют хранить динамические данные об изменении характеристик объектов, поступающие с датчиков, но при этом они являются “каркасом”, на который можно добавить отображение информации о состоянии помещений и оборудования инженерных систем.
Таким образом BIM-модель – основа для создания цифрового двойника здания, без которого, вся информация с датчиков, полученная в реальном времени, будет являться цифровой тенью и отображаться в виде бесконечных рядов цифр.
Большие и вкусные данные
Возможности современных технологий позволяют хранить массивы данных, собранных с многочисленных датчиков, установленных внутри здания, и обрабатывать их с помощью алгоритмов машинного обучения (ML — machine learning). Алгоритм учится определять нормальное развитие процессов внутри здания, создает набор характерных «симптомов», сигнализирующих о неисправностях, и сообщает о возможных проблемах до выхода дорогостоящего оборудования из строя. Это позволяет организовать предиктивное техническое обслуживание инженерного оборудования и снизить вероятность аварий и инцидентов.
Таким образом цифровой двойник здания более ориентирован на повышение качества управления активами и позволяет экономить на техническом обслуживании и ремонте (ТОиР) около 10% в год.
Более того, возможности цифровых двойников не ограничиваются отдельными зданиями. Там где BIM обычно фокусируется на одном объекте, цифровой двойник может собирать информацию с нескольких взаимосвязанных зданий, что позволяет в перспективе создавать цифровые модели микрорайонов и городов. Это дает возможность оптимизировать эксплуатацию, снизить расход энергии и коммунальных ресурсов.
Создание цифровых двойников в России
В России пока мало компаний, занимающихся цифровыми двойниками в полном смысле этого термина. Но будущее именно за такими технологиями.
Стремительное развитие цифровых технологий кардинально повысит эффективность эксплуатации промышленных и гражданских объектов и позволит экономить миллиарды рублей в масштабах страны.
Специалисты Айбим для создания цифровых двойников строящихся и построенных объектов применяют лазерное сканирование, фотограмметрию и другие методы, позволяющие разрабатывать трехмерные модели зданий и сооружений. В рамках проектов мы оцифровываем рабочую, исполнительную, эксплуатационную документацию и привязываем ее к модели. Итоговая эксплуатационная BIM-модель дает возможность осуществлять мониторинг состояния объекта, планировать ремонты и проводить виртуальные тренировки персонала.
