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Los gemelos digitales son representaciones virtuales de un objeto, proceso o sistema que pueden utilizarse para realizar simulaciones con el fin de optimizar la eficiencia. Las ciudades pueden utilizarlos para planificar sistemas de transporte, prepararse para catástrofes naturales e identificar ubicaciones óptimas para instalar paneles solares.
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Descripción
Los Gemelos Digitales se utilizan cada vez más para apoyar los procesos de planificación urbana: visualizando datos urbanos, mostrando escenarios futuros y muchos otros casos de uso. En general, los Gemelos Digitales son representaciones virtuales de un objeto, proceso o sistema que pueden utilizarse para realizar simulaciones con el fin de optimizar la eficiencia y examinar escenarios hipotéticos. La tecnología se ha utilizado principalmente en la fabricación para probar productos (por ejemplo, en 2018, GE tenía 1,2 millones de gemelos digitales para 300.000 tipos de activos), pero se está extendiendo rápidamente a edificios, cadenas de suministro y ciudades enteras a medida que avanza la tecnología de planificación digital(Castro, 2019). Integrar los datos del Internet de las Cosas (IoT) con las capacidades avanzadas de modelado de tecnologías como los sistemas de información geoespacial (SIG), la realidad virtual y aumentada (RV/RA) y el modelado de información de edificios (BIM) permite a los gobiernos y a la industria crear predicciones de cómo reaccionarán y responderán los sistemas a los datos del mundo real. La creación de un bucle de retroalimentación entre los mundos virtual y real da lugar a mejoras sustanciales de los procesos e impactos, con ahorro de tiempo y beneficios económicos.
El concepto de gemelos digitales no es nuevo; por ejemplo, la NASA lleva décadas realizando simulaciones de naves espaciales, pero el rápido crecimiento de sensores y puntos finales conectados con el auge del IoT y los avances en inteligencia artificial han abierto un sinfín de posibilidades para la herramienta de planificación y análisis. Todavía se están imaginando usos potenciales para los gemelos digitales. Los usos actuales para las ciudades incluyen el uso de gemelos digitales para planificar sistemas de transporte, prepararse para catástrofes naturales e identificar ubicaciones óptimas para instalar paneles solares. Los usos futuros podrían incluir predecir cómo se propagará una enfermedad e informar sobre los cierres y reservas hospitalarias óptimos, o utilizar la herramienta para facilitar la colaboración con otras ciudades que tengan problemas comunes y objetivos mutuos.
Problemas a resolver:
Facilitar la toma de decisiones complejas
Permitir una planificación urbana más eficaz
Permitir una ejecución y seguimiento más eficientes de los proyectos
Crear una mejor preparación para situaciones de emergencia
Facilitar la comprensión de los datos urbanos
Productos que ofrecen estas funciones
Gemelo digital para PEDS
Este gemelo virtual se centra en todas las demandas energéticas (electricidad, calefacción urbana) y en la producción de electricidad in situ a partir de energía fotovoltaica.
Simulación de energía de distrito basada en CityGML
La combinación de información geográfica y sobre los edificios con la simulación energética permite cuantificar los indicadores relacionados con la energía, así como otros posibles indicadores de los distritos urbanos.
¿A qué factores de apoyo y características de una ciudad se adapta esta Solución? ¿Qué factores facilitarían la implantación?
Los gemelos digitales se apoyan en ciudades con:
Sensores IoT integrados en los servicios básicos de la ciudad
Altos niveles de conectividad y datos utilizables
Sistema SIG en funcionamiento
Factores de apoyo
Los Gemelos Digitales de las ciudades inteligentes son una nueva aplicación de varias tecnologías que deben ser interoperables y de alto rendimiento. Un equipo capaz e innovador, con un profundo conocimiento del funcionamiento de estas tecnologías y sus datos, ayudará a una ciudad a sacar el máximo partido de su gemelo digital. A continuación se ofrece un breve resumen de algunas de estas tecnologías que se integran en los gemelos digitales:
Sistemas de Información Geoespacial: La tecnología de modelado espacial central del gemelo digital de una ciudad, los SIG conectan distintos tipos de datos geoespaciales para crear una visión única y proporcionar análisis avanzados del sistema.
Modelización de la Información de la Construcción: Cuando se integra con el SIG, el BIM proporciona un rico conjunto de datos del entorno construido para crear modelos más precisos. Los datos en tiempo real requieren interoperabilidad con el Internet de las Cosas.
Realidad Aumentada o Virtual: Mejora la percepción real de los gemelos digitales. Puede ser especialmente útil en procesos colaborativos y participativos de planificación urbana.
Mapeo de las partes interesadas
¿Qué partes interesadas hay que tener en cuenta (y cómo) en relación con la planificación y aplicación de esta Solución?
Mapa de actores de un Gemelo Digital Urbano (BABLE, 2021)
Potencial del mercado
¿Cuál es el mercado potencial de esta Solución? ¿Existen objetivos de la UE que apoyen la implantación? ¿Cómo ha evolucionado el mercado a lo largo del tiempo y más recientemente?
En todos los sectores, el tamaño del mercado mundial de gemelos digitales se valoró en 3.100 millones de USD en 2020, con una CAGR prevista del 58% hasta 2026, cuando se prevé que alcance los 48.200 millones de USD. Se prevé que la respuesta a la pandemia de COVID-19 sea un motor importante del crecimiento del mercado de gemelos digitales, en particular en los sectores sanitario y farmacéutico, así como para que las ciudades puedan controlar mejor los brotes y responder a los cambios en la vida cotidiana que ha traído consigo la pandemia(Markets&Markets, 2020).
Estructura de costes
Los Gemelos Digitales a nivel de ciudad son todavía una tecnología incipiente y las estructuras de costes variarán mucho en función de lo avanzados que sean el software y el hardware en los que la ciudad decida invertir. Un ejemplo, Singapur Virtual, tuvo un presupuesto de 73 millones de dólares para desarrollar su plataforma de gemelos digitales y para investigar las herramientas y tecnologías necesarias(NRF, 2020).
La creación de esta solución ha sido apoyada por la financiación de la UE
Casos de Uso
Explora ejemplos reales de aplicación de esta Solución.
TIC
Edificio
Gemelo digital fotorrealista para visualizar el desarrollo urbano
El objetivo era visualizar una futura ampliación de la escuela de la forma más inmersiva y fotorrealista posible para compartirla con la comunidad local.
TWIN4ROAD@Essen: Análisis y previsiones basados en IA
En los próximos años, la ciudad de Essen confiará en la inteligencia artificial (IA) para la evaluación de daños en las carreteras. Con el nombre de TWIN4ROAD, la Oficina de Geoinformación, Topografía y Catastro, junto con Point Cloud Technology, HPI Potsdam y Straßen.NRW, han puesto en marcha un proyecto de investigación de tres años.
Aumentar la eficiencia energética de los edificios mediante la IA
TPC identificó áreas de mejora para la gestión de los sistemas de climatización de dos edificios. Realizamos un análisis del rendimiento energético de los edificios utilizando técnicas de inteligencia artificial para hacer una predicción precisa de las necesidades energéticas de estos edificios con el fin de reducir sus ineficiencias energéticas.
Planificación de distritos asistida por simulación energética
Los modelos de ciudades en 3D pueden utilizarse para realizar simulaciones energéticas de edificios y manzanas y evaluar distintos escenarios de mejora para lograr la positividad energética de las manzanas. La visualización de los resultados mediante indicadores concisos ahorra tiempo a los planificadores.
BIMROCKET es una plataforma de código abierto para gestionar proyectos de Building Information Modeling (BIM), una metodología de trabajo colaborativa para el sector de construcción. Esta permite ver y editar modelos de edificios y almacenar los proyectos BIM en una base de datos OrientDB.
Comunicar proyectos de desarrollo inmobiliario urbano con la ayuda de gemelos digitales
Fällanden realizó un proyecto de desarrollo del municipio y quiso ofrecer a su población una visualización realista e interactiva con la que se pudiera mostrar claramente el contexto de los nuevos edificios previstos. Con la claridad resultante, se consiguió un proceso de toma de decisiones más participativo y rápido.
Proporcionar un espacio de trabajo de cocreación para una amplia gama de partes interesadas en un proyecto de desarrollo de una gran ciudad, para analizar el impacto del desarrollo mediante simulación y análisis.
La idea básica del bloque de construcción Gemelo digital de Sello es que tiene el mismo aspecto y se comporta igual que el real, pero sólo es una copia digital desde el punto de vista energético. Puede utilizarse para optimizar la energía o para casos de uso de Centrales Eléctricas Virtuales (CPV).
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