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Les jumeaux numériques sont des représentations virtuelles d'un objet, d'un processus ou d'un système qui peuvent être utilisées pour effectuer des simulations afin d'optimiser l'efficacité. Les villes peuvent les utiliser pour planifier les systèmes de transport, se préparer aux catastrophes naturelles et identifier les emplacements optimaux pour l'installation de panneaux solaires.
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Description
Les jumeaux numériques sont de plus en plus utilisés pour soutenir les processus de planification urbaine - en visualisant les données urbaines, en présentant des scénarios futurs et bien d'autres cas d'utilisation. En général, les jumeaux numériques sont des représentations virtuelles d'un objet, d'un processus ou d'un système qui peuvent être utilisées pour effectuer des simulations afin d'optimiser l'efficacité et d'examiner des scénarios de simulation. La technologie a été principalement utilisée pour la fabrication afin de tester les produits (par exemple, en 2018, GE disposait de 1,2 million de jumeaux numériques pour 300 000 types d'actifs), mais elle s'étend rapidement aux bâtiments, aux chaînes d'approvisionnement et à des villes entières à mesure que la technologie de planification numérique progresse(Castro, 2019). L'intégration des données de l'internet des objets (IdO) avec les capacités de modélisation avancées de technologies telles que les systèmes d'information géospatiale (SIG), la réalité virtuelle et augmentée (VR/AR) et la modélisation des informations sur les bâtiments (BIM) permet aux gouvernements et à l'industrie de créer des prédictions sur la façon dont les systèmes réagiront et répondront aux données du monde réel. La création d'une boucle de rétroaction entre le monde virtuel et le monde réel se traduit par des améliorations substantielles des processus et des impacts, avec des gains de temps et des avantages financiers.
Le concept de jumeaux numériques n'est pas nouveau ; par exemple, la NASA effectue des simulations de vaisseaux spatiaux depuis des décennies, mais la croissance rapide des capteurs et des points finaux connectés avec l'essor de l'IdO et les progrès de l'intelligence artificielle ont ouvert une myriade de possibilités pour l'outil de planification et d'analyse. Les utilisations potentielles des jumeaux numériques sont encore en cours d'imagination. Les villes utilisent actuellement les jumeaux numériques pour planifier les systèmes de transport, se préparer aux catastrophes naturelles et identifier les emplacements optimaux pour l'installation de panneaux solaires. Les utilisations futures pourraient inclure la prédiction de la propagation d'une maladie et l'information sur les fermetures optimales et les réservations d'hôpitaux, ou l'utilisation de l'outil pour faciliter les collaborations avec d'autres villes qui ont des problèmes communs et des objectifs mutuels.
Problèmes à résoudre :
Faciliter la prise de décisions complexes
Permettre une planification urbaine plus efficace
Permettre une mise en œuvre et un suivi plus efficaces des projets
Améliorer la préparation aux situations d'urgence
Faciliter la compréhension des données urbaines
Produits offrant ces fonctions
Jumelage numérique pour PEDS
Ce jumeau virtuel se concentre sur toutes les demandes d'énergie (électricité, chauffage urbain) et sur la production d'électricité sur site à partir de l'énergie photovoltaïque.
Simulation d'énergie de quartier basée sur CityGML
La combinaison des informations géographiques et des informations sur les bâtiments avec la simulation énergétique permet de quantifier les indicateurs liés à l'énergie ainsi que d'autres indicateurs potentiels pour les quartiers des villes.
Quels sont les facteurs de soutien et les caractéristiques d'une ville pour lesquels cette solution est adaptée ? Quels sont les facteurs qui faciliteraient la mise en œuvre ?
Les jumeaux numériques sont pris en charge par des villes dotées de :
des capteurs IoT intégrés dans les services de base de la ville
Des niveaux élevés de connectivité et de données utilisables
Système d'information géographique en place
Facteurs de soutien
Les jumeaux numériques des villes intelligentes sont une nouvelle application de plusieurs technologies qui doivent être interopérables et très performantes. Une équipe compétente et innovante, ayant une connaissance approfondie du fonctionnement de ces technologies et de leurs données, aidera une ville à tirer le meilleur parti de son jumeau numérique. Voici un bref aperçu de certaines des technologies intégrées dans les jumeaux numériques :
Systèmes d'information géospatiale : Technologie centrale de modélisation spatiale du jumeau numérique d'une ville, le SIG relie différents types de données géospatiales pour créer une vue unique et fournir des analyses avancées du système.
Modélisation de l'information sur les bâtiments : Lorsqu'il est intégré au SIG, le BIM fournit un riche ensemble de données pour l'environnement bâti afin de créer des modèles plus précis. Les données en temps réel nécessitent une interopérabilité avec l'internet des objets.
Réalité augmentée ou virtuelle : Améliore la perception réelle des jumeaux numériques. Elle peut être particulièrement utile dans les processus collaboratifs et participatifs de la planification urbaine.
Cartographie des parties prenantes
Quelles sont les parties prenantes à prendre en compte (et comment) dans la planification et la mise en œuvre de cette solution ?
Carte des acteurs d'un jumeau numérique urbain (BABLE, 2021)
Potentiel du marché
Quelle est la taille du marché potentiel pour cette solution ? Des objectifs européens soutiennent-ils la mise en œuvre de la solution ? Comment le marché s'est-il développé au fil du temps et plus récemment ?
Toutes industries confondues, la taille du marché mondial des jumeaux numériques a été évaluée à 3,1 milliards USD en 2020, avec un taux de croissance annuel moyen de 58 % jusqu'en 2026, date à laquelle il devrait atteindre 48,2 milliards USD. La réponse à la pandémie de COVID-19 devrait être un moteur majeur de la croissance du marché des jumeaux numériques, en particulier dans les secteurs des soins de santé et des produits pharmaceutiques, ainsi que pour les villes afin de mieux surveiller les épidémies et de répondre aux changements dans la vie quotidienne apportés par la pandémie(Markets&Markets, 2020).
Structure des coûts
Les jumeaux numériques au niveau de la ville sont encore une technologie naissante et les structures de coûts varieront considérablement en fonction du degré d'avancement du logiciel et du matériel dans lesquels la ville décide d'investir. Par exemple, Virtual Singapore disposait d'un budget de 73 millions de dollars pour développer sa plateforme de jumeaux numériques et pour étudier les outils et les technologies nécessaires(NRF, 2020).
La création de cette solution a été soutenue par un financement de l'UE.
Cas Pratiques
Découvrez des exemples concrets de mise en œuvre de cette solution.
TIC
Bâtiment
Un jumeau numérique photoréaliste pour visualiser le développement urbain
L'objectif était de visualiser une future extension d'école de la manière la plus immersive et photoréaliste possible afin de la partager avec la communauté locale.
TWIN4ROAD@Essen : Analyse et prévisions basées sur l'IA
Dans les années à venir, la ville d'Essen s'appuiera sur l'intelligence artificielle (IA) pour évaluer les dommages subis par les routes. Sous le nom de TWIN4ROAD, l'Office de la géoinformation, de la topographie et du cadastre, en collaboration avec Point Cloud Technology, HPI Potsdam et Straßen.NRW, a lancé un projet de recherche d'une durée de trois ans.
Améliorer l'efficacité énergétique des bâtiments grâce à l'IA
PTC a identifié des domaines d'amélioration pour la gestion des systèmes de chauffage, de ventilation et de climatisation de deux bâtiments. Nous avons effectué une analyse de la performance énergétique des bâtiments en utilisant des techniques d'intelligence artificielle afin de prédire avec précision les besoins énergétiques de ces bâtiments et de réduire leur inefficacité énergétique.
Planification des districts assistée par la simulation énergétique
Les modèles urbains en 3D peuvent être utilisés pour effectuer des simulations énergétiques de bâtiments et d'îlots et évaluer différents scénarios d'amélioration pour atteindre la positivité énergétique des îlots urbains. La visualisation des résultats à l'aide d'indicateurs concis permet aux urbanistes de gagner du temps.
BIMROCKET est une plateforme open source pour la gestion de projets de modélisation des données du bâtiment (BIM), une méthode de travail collaborative pour le secteur de la construction. Il permet de visualiser et de modifier des modèles de bâtiments et de stocker des projets BIM dans une base de données OrientDB.
Communiquer les projets de développement immobilier urbain avec l'aide de jumeaux numériques
Fällanden a réalisé un projet de développement de la municipalité et souhaitait offrir à sa population une visualisation réaliste et interactive permettant de montrer clairement le contexte des nouveaux bâtiments prévus. La clarté ainsi obtenue a permis un processus de décision plus participatif et plus rapide.
Mise à disposition d'un espace de travail de co-création pour un large éventail de parties prenantes dans le cadre d'un grand projet de développement urbain, afin d'analyser l'impact du développement par le biais de simulations et d'analyses.
L'idée de base du jumeau numérique de Sello est qu'il a la même apparence et le même comportement que la réalité, mais qu'il n'est qu'une copie numérique du point de vue de l'énergie. Le cas d'utilisation peut être utilisé pour l'optimisation énergétique ou les cas d'utilisation de centrales électriques virtuelles (VPP).
