Il report Digital Twin Cities: Framework and Global Practices, pubblicato a cura del CAICT (China Academy of Information and Communication Technology) e del World Economic Forum, ha proposto una serie di casi studio relativi all’impiego del digital twin per la simulazione nei contesti urbani.

TAKEAWAY

• Le digital twin cities costituiscono interfacce fondamentali per la collaborazione tra i mondi reali e le simulazioni virtuali, indispensabili per implementare anche nei sistemi urbani i processi e le metodologie da tempo attive nell’ambito dell’industria 4.0
• Digital Twin Cities: Framework and Global Practices si propone di offrire linee guida e casi studio reali per incentivare l’impiego del digital twin nella simulazione dei processi di evoluzione urbana
• Il modello delle digital twin cities è stato impiegato a Xiang’on per vari episodi di progettazione urbana, a Kunming per mitigare gli effetti del traffico e a Rennes per la realizzazione di un nuovo tratto di metropolitana.

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Dopo aver sintetizzato i principali aspetti relativi al framework proposto dal WEF e da CAICT per la digital twin city, è giunto il momento di occuparci di alcuni esempi concreti, quei casi studio reali che il gruppo di lavoro ha selezionato quali casi pilota ai fini di incoraggiare altre municipalità ad intraprendere iniziative analoghe. Occorre ricordare che, sulla base di una serie di studi effettuati nel corso del 2017, CAICT ha unito le forze con il gruppo di lavoro sulla trasformazione urbana del World Economic Forum, con l’obiettivo di sviluppare una ricerca congiunta sul tema. I primi risultati sono stati pubblicati nel report Digital Twin Cities: Framework and Global Practices.

Le global practices hanno l’obiettivo di dimostrare fattivamente come le linee guida espresse in termini generali dal framework possano trovare un riscontro concreto nell’applicazione in uno specifico contesto urbano. Ne abbiamo selezionate tre, tra le più rappresentative nell’elenco di digital twin city che CAICT e WEF hanno promesso di aggiornare costantemente sulla base delle esperienze intraprese a livello globale.

Digital twin cities: Xiong’an New Area, il BIM come supervisore del ciclo di vita urbano

La nuova Xiong’an ha costituito il primo caso applicativo cinese di un’autentica digital twin city, capace di coordinare e rendere tra loro interoperabili i processi legati all’intero ciclo di vita urbano: pianificazione, costruzione, gestione, utilizzo, manutenzione. Ciò è avvenuto grazie alla definizione della BIM Management Platform for planning and construction of Xiong’an New Area, una piattaforma basata sulla metodologia BIM (Building Information Modeling) che consente la correlazione tra la città fisica e la sua controparte digitale, durante la pianificazione urbana, la progettazione architettonica e in merito a tutte le fasi del processo costruttivo.

Il digital twin cities di Xiong’an declina il framework della digital twin city in sei componenti fondamentali, che equivalgono ad altrettanti livelli BIM:

1. Master planning
2. Detailed control planning
3. Scheme design
4. Construction supervision
5. Completion and acceptance
6. Operation Monitoring

Grazie alla piattaforma di gestione BIM, i dati acquisiti attraverso i sistemi IoT consentono di monitorare in tempo reale qualsiasi aspetto rilevante, oltre costituire una base informativa sempre aggiornata per la progettazione. Questo livello di aderenza tra la città fisica e la città digitale consente infatti di progettare simulando ogni aspetto in tempo reale, semplificando in maniera decisa sia il rispetto delle norme stabilite dalla pianificazione urbana che i processi di approvazione, oltre a garantire uno scrupoloso monitoraggio durante la cantierizzazione delle opere.

Durante le fasi di progettazione, la piattaforma 3D consente a tutti gli stakeholder di consultare e revisionare in tempo reale l’avanzamento delle nuove costruzioni e dei nuovi servizi. L’ambiente simil-CAD 3D dei software su base BIM utilizzati, sono semplificati grazie ad un semplice navigatore del modello BIM, che offre i rendering in tempo reale delle varie soluzioni e la possibilità di risalire a tutte le caratteristiche del progetto, attingendo da un’unica base dati.

La prerogativa fondamentale del BIM è infatti quella di contenere tutti i dati e i parametri dimensionali e materici utili a descrivere puntualmente una costruzione. In altri termini, il BIM comprende un database concepito nello specifico per il building, che si interfaccia con gli strumenti di design e visualizzazione.

Le logiche BIM risultano perfettamente funzionali alla praticità della digital twin city. Un BIM può infatti integrare tutti i layer funzionali della città e dei suoi singoli edifici, per consentire ad architetti, strutturisti, impiantisti e agli altri stakeholder di interagire su un progetto con la certezza che i loro contributi risultino assolutamente coerenti tra loro.

Sul modello BIM, i layout organizzativi e spaziali interni ed esterni, gli impianti e le strutture dialogano sinergicamente tra loro. Una possibile incongruenza può essere facilmente rilevata sia in fase di progettazione che in fase di esecuzione. Ed è proprio nella cantierizzazione dell’opera che si colgono molti degli aspetti più innovativi dell’iniziativa pilota di Xiong’an. La continuità digitale tra il progetto e il cantiere garantisce la visibilità in tempo reale in merito alle persone, alle macchine, ai materiali, ai metodi e a tutti i fattori contestuali che entrano in gioco. Tali informazioni, oltre ad agevolare il compito delle imprese coinvolte, consentono alla pubblica amministrazione di operare in qualità di supervisore.

Digital twin cities: Kunming, comprendere e gestire il traffico urbano

Kunming, capitale della provincia di Yunnan, è una delle città più importanti della Cina occidentale. Uno dei suoi problemi storici deriva dalla congestione del traffico negli orari di punta, causa di disagi che incidono negativamente sulla qualità della vita dei cittadini. Per cercare di porre rimedio a questa criticità strutturale, la municipalità ha intrapreso la modellazione di un database del traffico urbano basato sulle logiche del digital twin city.

Il Kunming Intelligent Transportation Project consiste in un articolato digital twin in scala reale della morfologia urbana relativa al sistema del traffico, completo di strade, veicoli e strumenti di gestione e regolazione della mobilità. Sul modello 3D di Kunming è possibile visualizzare in tempo reale il flusso del traffico veicolare, lo stato dei semafori e molti altri elementi informativi.

La piattaforma digital twin city di Kunming consente di valutare gli effetti del traffico a livello macroscopico, mesoscopico e microscopico, combinando i dati proveniente da radar, video, internet e dai sensori su strada. A livello macroscopico, è possibile osservare la velocità del traffico e, zona per zona, i ritardi generati dalla congestione. A livello mesoscopico viene visualizzato il movimento dei veicoli, attraverso la digitalizzazione delle loro traiettorie.

A livello microscopico è invece possibile risalire ad una grande varietà di informazioni, a partire dall’efficienza dei flussi di traffico e delle loro intersezioni, con i dati relativi alla lunghezza delle code. Il sistema si dimostra un occhio sempre vigile per aumentare le condizioni di sicurezza stradale, con il rilevamento in tempo reale degli incidenti e delle violazioni del codice della strada.

Rispetto al periodo precedente alla sua implementazione, il Kunming Intelligent Transportation Project, i tempi di attesa medi in coda sono diminuiti di oltre il 10%, con punte oltre il 20% nelle condizioni di carico più critiche. Kunming dimostra come la conoscenza capillare di un fenomeno come il traffico urbano grazie al modello della digital twin city possa contribuire in maniera concreta a migliorare i servizi, incentivando la municipalità ad investire in progetti sempre più ambiziosi.

Digital twin cities: Rennes, una nuova metro più veloce, sicura ed economica

Dal gigantismo cinese alla tradizione europea: Virtual Rennes, nata nel 2017 grazie alla collaborazione di Metropolis Rennes e Dassault Systèmes, costituisce uno dei primi esempi di digital twin city utile a ridurre i tempi e i costi nella progettazione e nella costruzione di una città complessa, aumentando il coinvolgimento degli stakeholder (tecnici, politici, sponsor, cittadini, ecc.) e il livello di consapevolezza delle decisioni.

La capitale della Bretagna rappresenta la seconda area metropolitana francese per quanto concerne il tasso di crescita, oltre ad essere un importante punto di riferimento per il turismo della regione. Per far fronte alla complessità del suo sviluppo, la municipalità ha scelto di creare un modello digitale della città che potesse fornire un supporto concreto per la pianificazione, il decision making, la gestione dei sistemi urbani, oltre ad abilitare nuovi servizi digitali per i cittadini.

Virtual Rennes è una digital twin city in grado di interfacciare tutti gli stakeholder in un ambiente 3D in cui collaborare alla definizione di concept e progetti innovativi per la città, oltre a prodotti e servizi concepiti con un approccio citizen centric, grazie al diretto coinvolgimento della cittadinanza, attraverso survey e tavoli di lavoro tematici.

Un’applicazione concreta di Virtual Rennes si è adoperata per la progettazione e la costruzione di un tratto di metropolitana nel distretto di Maurepas, in cui la tecnologia digital twin è stata impiegata per acquisire, preparare e analizzare un’ampia varietà di dati, ai fini di creare un modello 3D della stazione e delle sue pertinenze, utile a consentire di effettuare tutte le simulazioni necessarie per valutare gli impatti dell’intervento.

Oltre alla descrizione morfologica, la simulazione 3D consente di valutare tutti i dettagli del progetto architettonico, come la distribuzione dei pannelli solari, i flussi di evacuazione da adottare in caso di emergenza, oltre alle conseguenze sulla mobilità, mettendo in evidenza le connessioni intermodali tra i vari metodi di trasporto urbano che confluiscono nel nodo della stazione.

Il digital twin 3D consente di valutare sia gli aspetti figurativi del progetto che di effettuare simulazioni dinamiche, utili a verificare che i flussi di persone e veicoli risultino perfettamente compatibili con il dimensionamento degli spazi e delle strutture.

Virtual Rennes ha consentito inoltre di utilizzare i visual 3D per informare anche gli stakeholder non tecnici sull’evoluzione del progetto, agevolandone i processi decisionali. Gli architetti e gli urbanisti hanno giovato dell’iniziativa per sperimentare metodologie di progettazione data-driven, un approccio rivelatosi ben presto più efficace del tradizionale procedimento experience-driven.

Il digital twin 3D ha inoltre consentito notevoli vantaggi anche durante la costruzione, riducendo fino al 70% i tempi necessari per la realizzazione di alcune parti dell’opera, per un risparmio complessivo di oltre tre mesi rispetto alla previsione sulla fine lavori stimata durante le fasi di avviamento del cantiere.