Le tappe evolutive del Digital Twin: verso un futuro automatizzato

Il Digital Twin o gemello digitale dell’opera ha rivoluzionato il mondo delle costruzioni. Allo stato attuale, tale tecnologia – ormai parte integrante della metodologia BIM – consente, grazie alla sensoristica, di gestire un edificio o un’infrastruttura fin dal progetto per continuare a farlo durante il suo intero ciclo di vita. Il Digital Twin è in continua evoluzione e non è ancora giunto al suo livello di maturità più elevato.

L’evoluzione dei gemelli digitali

La definizione di Digital Twin è stata introdotta nel 2003 dal Dr. Michael Grieves: “a sensor-enabled digital model of a physical object that simulates the object in a live setting”, ovvero un modello digitale abilitato da sensori di un oggetto fisico simulato in un ambiente live.
Il Digital Twin è caratterizzato da sei livelli di maturità: da 0 a 5.
Si parla di livello 0 per indicare le varie informazioni di un asset ottenute con sopralluoghi e sondaggi puntuali.
Il livello 1 include i modelli 2D o 3D del sistema in considerazione.
Il livello 2 introduce invece l’approccio BIM, con un apposito Common Data Environment (CDE) che aiuta a gestire un’opera nel suo ciclo di vita.
Nel livello 3, che One Team ha sviluppato nei progetti europei di Ricerca & Innovazione (R&I), i dati di sensoristica provenienti dal campo sono integrati in tempo reale nei modelli gemelli digitali. In quest’ultimo caso, l’utente che interagisce con il Digital Twin ha anche la possibilità di accedere alle misurazioni storiche dei device Internet of Things (IoT) e a strumenti di simulazione per prevedere il comportamento dell’oggetto fisico; per esempio, sarà possibile visualizzare i consumi energetici attesi o i dati indoor sulla qualità dell’ambiente.

Digital Twin livello 4, sperimentazione europea in corso: One Team c’è

Fin qui i livelli più noti e diffusi.
Il livello di maturità 4 del Digital Twin è ancora più avanzato perché permette di controllare da remoto l’edificio o l’infrastruttura. Il modulo di simulazione del livello 3 è affiancato da uno di ottimizzazione, dove differenti scenari ottenuti tramite algoritmi di Intelligenza Artificiale (AI), sono confrontati tra loro e con lo stato di fatto. In un nuovo progetto di R&I (BuildON) finanziato dalla Commissione Europea, One Team sta collaborando insieme a una ventina di partner internazionali (società private e centri di ricerca) per raggiungere questo livello di maturità. La tecnologia sviluppata da BuildON sarà testata inizialmente in 5 progetti pilota in Europa, ciascuno con la sua peculiare ubicazione, condizione climatica, tipologia di edificio, configurazione del sistema energetico e utenti finali. Questi progetti forniranno sviluppi progressivi in tempo reale, possibili difetti e convalida della metodologia.
Tale versione di Digital Twin ha come scopo la chiusura del ciclo di comunicazione bidirezionale tra il mondo fisico e quello digitale, applicando gli scenari previsti e le strategie di controllo ottimali.

Digital Twin livello 5, l’ultima frontiera

L’ultimo gradino di maturità del Digital Twin è il quinto. Lo step in più richiesto rispetto al livello 4 è in termini di automazione. La gestione dell’edificio o dell’asset industriale non richiede dunque più l’intervento umano e avviene attraverso un’orchestrazione e una sincronizzazione in tempo reale. In aggiunta al quarto step di maturità, il migliore scenario di ottimizzazione è scelto in maniera automatica. In ambito edilizio l’automazione è supportata dal concetto di Building Automation Control System (BACS), un sistema che include una serie di servizi dedicati al monitoraggio e alla gestione ottimizzata dell’edificio al fine di renderlo energeticamente efficiente.

GeoDigital Twin e satelliti per monitorare le infrastrutture

Un discorso a parte lo merita l’evoluzione del Digital Twin georeferenziato o GeoDigital Twin integrato nel sistema di progettazione BIM.
Il GeoDigital Twin di un’infrastruttura è un collettore di dati di varie tipologie che si sviluppa all’interno dell’ecosistema BIM-GIS, dove la metodologia BIM è integrata con gli strumenti GIS.
Il CDE, i sensori IoT, le tecnologie di Realtà Aumentata e Virtuale (AR/VR) e gli algoritmi di AI sono alcuni dei moduli che compongono il GeoDigital Twin.
Esri ArcGIS Pro è certamente il software di riferimento nel modo GIS: supporta la visualizzazione, l’analisi avanzata, la gestione e la condivisione di dati. Il punto di forza del connubio BIM-GIS sta nel fatto che i file del mondo BIM (quelli di Revit o Civil 3D e gli IFC) sono importabili all’interno di ArcGIS Pro.
Un altro aspetto chiave nel processo BIM-GIS è legato all’integrazione di ArcGIS Pro con il cloud di Autodesk, in particolare Construction Cloud e BIM 360 Docs. In aggiunta, il cloud di Esri (ArcGIS Online) si connette a quello di Autodesk attraverso la soluzione ArcGIS GeoBIM, che offre funzionalità di confronto tra i dati geospaziali dell’ambiente Esri con quelli di progettazione, costruzione e manutenzione provenienti dall’universo Autodesk.

Il Caso dell’ Agenzia Spaziale Europea (ESA)

Per un monitoraggio sempre più incisivo delle infrastrutture entra in scena anche l’Agenzia Spaziale Europea (ESA). Nel contesto del GeoDigital Twin l’analisi dei dati satellitari con la tecnica interferometrica differenziale avanzata (A-DInSAR) ricopre un’importanza sempre più elevata, perché consente di monitorare in modo efficace e a basso costo i movimenti millimetrici nel tempo di grandi opere come ponti e viadotti, e cantieri in evoluzione. Tramite i satelliti Sentinel, l’ESA mette a disposizione un vasto numero di immagini radar (SAR) ad alta risoluzione di tutto il territorio europeo. Scaricare queste immagini per determinate aree di interesse e processarle con appositi algoritmi di AI garantisce un monitoraggio strutturale delle infrastrutture e del terreno circostante.
L’obiettivo di One Team per il prossimo futuro è l’integrazione di questa tecnologia con quella BIM-GIS in un progetto di R&I con il supporto di ESA. In questa maniera, operatori stradali e costruttori saranno in grado di tenere sotto controllo gli asset in gestione durante il loro intero ciclo di vita, dalla fase di progettazione a quella operativa, ricevendo allerte e segnalazioni qualora il monitoraggio satellitare identifichi situazioni ad alto rischio.