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TIC
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Os gémeos digitais são cada vez mais utilizados para apoiar os processos de planeamento urbano - através da visualização de dados urbanos, da apresentação de cenários futuros e de muitos outros casos de utilização. Em geral, os gémeos digitais são representações virtuais de um objeto, processo ou sistema que podem ser utilizadas para executar simulações para otimizar a eficiência e examinar cenários hipotéticos. A tecnologia tem sido utilizada principalmente no fabrico para testar produtos (por exemplo, em 2018, a GE tinha 1,2 milhões de gémeos digitais para 300 000 tipos de activos), mas está a expandir-se rapidamente para edifícios, cadeias de abastecimento e cidades inteiras à medida que a tecnologia de planeamento digital avança(Castro, 2019). A integração de dados da Internet das Coisas (IoT) com as capacidades avançadas de modelação de tecnologias como os sistemas de informação geoespacial (GIS), a realidade virtual e aumentada (VR/AR) e a modelação da informação da construção (BIM) permite que os governos e a indústria criem previsões sobre a forma como os sistemas reagirão e responderão aos dados do mundo real. A criação de um ciclo de feedback entre os mundos virtual e real resulta em melhorias substanciais dos processos e impactos, com poupança de tempo e benefícios financeiros.
O conceito de gémeos digitais não é novo; por exemplo, a NASA tem vindo a realizar simulações de naves espaciais há décadas, mas o rápido crescimento de sensores e pontos finais ligados com o aumento da IoT e os avanços na inteligência artificial abriram uma miríade de possibilidades para a ferramenta de planeamento e análise. As potenciais utilizações dos gémeos digitais ainda estão a ser imaginadas. Atualmente, as utilizações para as cidades incluem a utilização de gémeos digitais para planear sistemas de transporte, preparar-se para catástrofes naturais e identificar as melhores localizações para instalar painéis solares. As utilizações futuras podem incluir a previsão da propagação de uma doença e a otimização de confinamentos e reservas de hospitais ou a utilização da ferramenta para facilitar a colaboração com outras cidades que tenham problemas e objectivos comuns.
Problemas a resolver:
| Facilitar a tomada de decisões complexas | Permitir um planeamento urbano mais eficiente | Permitir uma implementação e monitorização de projectos mais eficientes | Criar uma melhor preparação para situações de emergência | Tornar os dados urbanos mais fáceis de compreender |
O principal objetivo dos Gémeos Digitais é facilitar os processos de planeamento urbano, utilizar dados e aumentar a transparência. Além disso, a solução alcança os benefícios listados abaixo. Enquanto alguns benefícios são susceptíveis de serem cumpridos com uma implementação básica da solução, o cumprimento dos benefícios potenciais depende das funções implementadas num projeto específico.
Análise de dados melhorada
Facilitar o envolvimento dos cidadãos
Melhorar a eficiência do pessoal
Melhorar a qualidade de vida
Recolha de dados melhorada
Aumento da transparência dos dados
Recolha de dados melhorada
Integração eficiente de energias renováveis
aceder a dados (por exemplo, de sensores) sobre os diferentes componentes de uma cidade
utilize dados em tempo real para criar simulações que possam prever o desempenho de um produto ou processo
fornecer aos decisores informações sobre a forma de otimizar produtos ou processos simulados
Simule a resposta a uma catástrofe para se preparar melhor
características que permitem a participação dos cidadãos e a colaboração das partes interessadas
Este gémeo virtual concentra-se em todas as necessidades energéticas (electricidade, aquecimento urbano) e na produção de electricidade no local a partir da energia fotovoltaica.
Combinando informação geográfica e de edifícios com simulação energética, permite quantificar indicadores relacionados com a energia, bem como potencialmente outros indicadores para distritos urbanos.
Integração do modelo da Cidade 3D de Espoo no processo de planeamento de distritos de energia positiva (PEDs)
Os gémeos digitais abrangem uma vasta gama de aplicações e as categorias bem estabelecidas podem não englobar todos os aspectos de cada adoção da tecnologia. As seguintes categorias foram identificadas pelo Fórum de Visualização e RV da Catapulta para o Fabrico de Alto Valor (2018).
A forma mais simples de gémeo digital, esta variante apresenta o estado em direto de um bem ou processo físico a observadores humanos. O valor fornecido é a capacidade de uma cidade fazer com que as pessoas actuem com base nas informações fornecidas. Por exemplo, uma cidade pode ter um gémeo digital que monitoriza o estado das ruas e estradas, informando os observadores quando as condições exigem manutenção.
Os gémeos digitais interactivos assumem o controlo de, pelo menos, um aspeto do bem físico ou do processo para obter um melhor desempenho, quer a partir de monitorização interna quer de análises mais complexas. Por exemplo, os termóstatos das habitações públicas informam quando a temperatura ultrapassa ou desce um determinado limiar, desencadeando respostas automáticas para ajustar a quantidade de calor produzida pelo sistema de aquecimento.
Este é o tipo mais complexo de gémeo digital. Os gémeos digitais preditivos monitorizam a informação de estado ao longo do tempo para fornecer informação aumentada, como recomendações e/ou avisos a observadores humanos e/ou outros sistemas digitais. Por exemplo, para alargar o exemplo do sistema de monitorização de ruas da variante de supervisão, o sistema poderia prever quando as ruas necessitam de manutenção com base na quantidade de tráfego que as ruas encontram. A diferença aqui é que no exemplo de Supervisão, a cidade precisa de confiar na sua própria interpretação das condições da rua, enquanto que no caso da Previsão, a cidade é diretamente informada quando as condições exigirão manutenção com base em informações que não estavam disponíveis no caso de Supervisão. Isto reduz a quantidade de julgamento humano necessário.
Os gémeos digitais são apoiados por cidades com:
Os gémeos digitais das cidades inteligentes são uma nova aplicação de várias tecnologias que têm de ser interoperáveis e de elevado desempenho. Uma equipa capaz e inovadora, com um conhecimento profundo do funcionamento destas tecnologias e dos respectivos dados, ajudará uma cidade a tirar o máximo partido do seu gémeo digital. Segue-se uma breve panorâmica de algumas destas tecnologias que estão integradas nos gémeos digitais:
Mapa das partes interessadas de um gémeo digital urbano (BABLE, 2021)
Em todas as indústrias, a dimensão do mercado global de gémeos digitais foi avaliada em 3,1 mil milhões de dólares em 2020, com uma CAGR esperada de 58% até 2026, altura em que se prevê que atinja 48,2 mil milhões de dólares. Prevê-se que a resposta à pandemia de COVID-19 seja um importante motor de crescimento do mercado de gémeos digitais, em particular nas indústrias dos cuidados de saúde e farmacêutica, bem como para as cidades monitorizarem melhor os surtos e responderem às mudanças na vida quotidiana provocadas pela pandemia(Markets&Markets, 2020).
Os gémeos digitais ao nível das cidades são ainda uma tecnologia incipiente e as estruturas de custos variam muito em função do grau de avanço do software e do hardware em que a cidade decide investir. Um exemplo, a Virtual Singapore, dispunha de um orçamento de 73 milhões de dólares para desenvolver a sua plataforma de gémeos digitais e para investigar as ferramentas e tecnologias necessárias(NRF, 2020).
TIC
Edifício
O objectivo era visualizar uma futura extensão da escola da forma mais imersiva e fotorealista para a partilhar com a comunidade local.
Mobilidade
Nos próximos anos, a cidade de Essen vai recorrer à inteligência artificial (IA) para a avaliação de danos nas estradas. Denominado TWIN4ROAD, o Gabinete de Geoinformação, Topografia e Cadastro, juntamente com a Point Cloud Technology, HPI Potsdam e Straßen.NRW, lançou um projeto de investigação com a duração de três anos.
Energia
Ar
Edifício
A TPC identificou áreas de melhoria para a gestão dos sistemas AVAC de dois edifícios. Efectuámos uma análise do desempenho energético dos edifícios utilizando técnicas de inteligência artificial para fazer uma previsão exacta das necessidades energéticas destes edifícios e reduzir as suas ineficiências energéticas.
Energia
TIC
Edifício
Os modelos 3D das cidades contêm muitos dados sobre os edifícios. Esta informação pode ser utilizada para efetuar simulações energéticas de edifícios e quarteirões e avaliar diferentes cenários de melhoria para alcançar a positividade energética dos quarteirões da cidade. A visualização dos resultados através de indicadores concisos permite poupar tempo aos planeadores.
Energia
TIC
Água
Edifício
Outros
BIMROCKET é uma plataforma de código aberto para a gestão de projectos de Modelação de Informação de Construção (BIM), uma metodologia de trabalho colaborativo para o sector da construção. Permite visualizar e editar modelos de edifícios e armazenar projectos BIM numa base de dados OrientDB.
Responsabilidade Social
Edifício
TIC
Fällanden fez um projecto de desenvolvimento municipal e quis oferecer à sua população uma visualização realista e interactiva com a qual o contexto dos edifícios recentemente planeados pudesse ser claramente mostrado. Com a clareza resultante, foi alcançado um processo de tomada de decisão mais participativo e rápido.
Mobilidade
Edifício
Disponibilização de um espaço de trabalho de co-criação para um vasto leque de partes interessadas num grande projeto de desenvolvimento urbano, para analisar o impacto do desenvolvimento através de simulação e análise.
Energia
TIC
Edifício
A ideia básica do módulo gémeo digital do Sello é que tem o mesmo aspeto e comportamento que o real, mas é apenas uma cópia digital do ponto de vista energético. O caso de utilização pode ser utilizado para otimizar a energia ou para casos de utilização de centrais eléctricas virtuais (VPP).
De acordo com a Diretiva relativa ao desempenho energético dos edifícios (EPBD), os edifícios são responsáveis por cerca de 40% do consumo de energia e 36% das emissões de CO2 na UE.
Um espaço público inteligente e conectado recolhe dados em áreas públicas e apresenta ou reage a esses dados. Os dados podem ser transferidos de forma segura através de Wi-Fi ou outras tecnologias semelhantes, ou seja, combinados com um sistema central.
A Internet das Coisas (IoT) é um avanço tecnológico em constante e rápida evolução que visa aumentar a conetividade das nossas actividades diárias. A IoT permite uma tomada de decisões mais eficaz e informada através de uma melhor análise dos dados e de uma maior interligação.
Nos últimos 70 anos, a IA tem sido um domínio em rápido crescimento e está atualmente a ser aplicada numa vasta gama de aplicações.
A resiliência urbana é a capacidade de um sistema urbano e de todos os seus componentes, a escalas temporais e espaciais, para manter ou regressar rapidamente às funções desejadas face a uma perturbação.