Digital twin city: il futuro tecnologico della città sostenibile e inclusiva

Per raggiungere gli obiettivi di sviluppo sostenibile dei sistemi urbani previsti dall’Agenda 2030 dell’ONU, il CAICT (China Academy of Information and Communication Technology) e il World Economic Forum hanno intrapreso una ricerca congiunta sulla digital twin city, i cui primi risultati sono stati pubblicati nel report Digital Twin Cities: Framework and Global Practices

TAKEAWAY

  • La digital twin city costituisce un’interfaccia fondamentale 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
  • CAICT e WEF hanno sviluppato un framework per proporre linee guida congiunte verso l’implementazione di modelli basati sulla digital twin city, ai fini di favorirne la diffusione e la condivisione dei risultati a livello globale
  • Il raggiungimento degli obiettivi di sviluppo sostenibile dei sistemi urbani previsti dall’Agenda 2030 dell’ONU sarebbero raggiungibili attraverso una corretta ed efficace sinergia di azioni tra pubblico e privato, con il costante coinvolgimento dei cittadini.

L’uomo si avvia a vivere una fase di convivenza sempre più complessa con il pianeta che da sempre lo ospita. Gli effetti critici derivanti da una squilibrata attività antropica sono sempre più evidenti e meno sostenibili a livello globale, sia dal punto di vista ambientale che per quanto concerne gli aspetti socio-economici che alimentano i sistemi urbani.

A complicare ulteriormente le cose è intervenuta la crescente incidenza delle calamità naturali, del cambiamento climatico e delle pandemie, capaci di mettere sistematicamente a nudo i limiti in termini di resilienza dei modelli consolidati.

Per far fronte alle criticità strutturali dei sistemi urbani, il China Academy of Information and Communication Technology (CAICT) ha iniziato un progetto di ricerca finanziato dal governo cinese, per cercare modelli di sviluppo alternativi attraverso l’implementazione della digital twin city.

Sulla base dei primi 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.

Durante la presentazione dei lavori, gli stessi autori prendono atto che l’implementazione del digital twin nei modelli urbani sia attualmente nella sua fase primordiale e propongono un framework con le linee guida necessarie a diffondere la corretta implementazione e la pubblicazione dei risultati ottenuti dalle iniziative pilota, ai fini di favorire la conoscenza utile alla sua maturazione tecnologica e procedurale.

Digital twin city: una mappatura in 3D tra IoT e Intelligenza Artificiale

Secondo le definizioni offerte dal report Digital Twin Cities: Framework and Global Practices, la digital twin city corrisponde ad un concetto nuovo, che vuole offrire un modello di pianificazione e di sviluppo sostenibile in grado di combinare vari aspetti dell’innovazione delle tecnologie digitali con i meccanismi tipici dei sistemi urbani, proponendo al tempo stesso percorsi flessibili per la loro progressiva crescita.

Attraverso una mappatura accurata della città fisica, l’integrazione tra reale e virtuale della digital twin city consente di instaurare una comunicazione intelligente e interattiva tra le dimensioni gemelle del sistema urbano, ai fini di simulare e realizzare servizi più sicuri, convenienti ed efficienti per la cittadinanza, nel rispetto di criteri di sostenibilità ambientale e programmi finalizzati alla riduzione delle emissioni.

A livello operativo, una digital twin city si basa fondamentalmente su un loop caratterizzato da tre processi:

  • attraverso i sistemi IoT vengono acquisiti i dati relativi ai sistemi urbani, che spaziano dal monitoraggio ambientale ai parametri funzionali dei servizi (smart city, ecc.) con l’obiettivo di creare una corrispondenza di mappatura tra la città fisica e il suo alter ego digitale in 3D;
  • mediante l’impiego di sistemi Big Data & Analytics si effettuano analisi descrittive e predittive sulla città digitale, combinate a simulazioni 3D ai fini di valutare ogni possibile effetto sulla città fisica;
  • sulla base della conoscenza ottenuta dal continuo flusso di dati, attraverso i sistemi IoT è possibile interagire in modo bidirezionale con la città fisica, monitorando e controllando in tempo reale il suo funzionamento, ai fini di implementare tutte le azioni necessarie per raggiungere gli obiettivi previsti dalle simulazioni digitali.

Digital twin city: un framework per implementare i principi tecnologici ed organizzativi

Sulla base delle comuni premesse di indagine, CAICT e WEF hanno elaborato un framework finalizzato a mettere in evidenza le caratteristiche e le operazioni necessarie a strutturare in maniera coerente una digital twin city. Il modello proposto si configura attraverso quattro componenti tecnologiche, tre visioni fondamentali e nove elementi chiave, oltre ad una nutrita serie di raccomandazioni e spunti concettuali, finalizzati inoltre a condividere le esperienze maturate nei primi casi studio.

In sede di premessa, CAICT e WEF hanno definito gli obiettivi fondamentali della digital twin city in due aspetti fondamentali:

  • risolvere la straordinaria complessità del sistema urbano nella pianificazione, nel design, nella costruzione, nella gestione e nei servizi attraverso la simulazione, il monitoraggio, la diagnosi, la previsione e il controllo;
  • stabilire l’operatività e l’interazione simultanea tra la città fisica e il suo modello digitale.

I quattro presupposti tecnologici che rendono possibile la digital twin city sarebbero pertanto:

  • la mappatura accurata della città fisica nella creazione del modello digitale;
  • gli analytics per la redazione di insight in tempo reale;
  • l’interazione tra reale e virtuale;
  • le azioni “smart” nei sistemi urbani.

Contestualmente agli aspetti tecnologici che definiscono il rapporto intelligente tra la città fisica e il suo gemello virtuale, la digital twin city segue tre visioni fondamentali per rendere:

  • più efficiente la produzione dei sistemi urbani;
  • più vivibili e a misura d’uomo gli spazi della città;
  • ecologicamente più sostenibile l’ecosistema urbano.

In altri termini il digital twin viene implementato per poter analizzare in tempo reale i dati provenienti dai flussi delle persone, delle cose, dell’energia e dell’informazione che caratterizza un sistema urbano complesso. Il risultato di tale analisi consente di implementare di fatto i servizi delle smart city oltre ad offrire soluzioni pratiche per risolvere problemi concreti, come la congestione del traffico, gli sprechi energetici e le situazioni derivanti dalle emergenze e dalle calamità naturali.

La visibilità unificata dei dati acquisiti dai sistemi IoT consente di effettuare analisi utili a ridurre, sotto vari aspetti, i costi legati alla governance delle città, elevando al tempo stesso la qualità della vita dei cittadini. La possibilità di simulare e personalizzare, attraverso il gemello digitale, ogni aspetto della città reale, consente di progettare i servizi in maniera decisamente più consapevole, concretizzando ed ottimizzando l’effettiva previsione dei risultati.

Ma cosa occorre per creare una digital twin city? Il framework messo a punto da CAICT e WEF individua nove elementi chiave, in particolare, quattro componenti core:

  • infrastruttura;
  • fonti di dati;
  • piattaforma;
  • scenari applicativi.

A cui si aggiungono cinque componenti di supporto:

  • strategia e meccaniche;
  • stakeholder;
  • modelli di business e di finanziamento;
  • standard e valutazioni;
  • cybersecurity.

Una digital twin city può essere utilizzata per supportare vari obiettivi. Un esempio destinato a diventare ricorrente è dato dalle simulazioni per ridurre le emissioni. In questo ambito, la digital twin city supporta il decisore pubblico in varie operazioni, come:

  • la valutazione e l’ottimizzazione dei parametri ecologici ed ambientali;
  • la redazione di una diagnosi omnicomprensiva sugli aspetti legati alle emissioni per individuare le soluzioni ottimali da implementare nelle politiche urbane;
  • promuovere l’efficienza operativa e la manutenzione dei sistemi di approvvigionamento dell’energia, grazie all’impiego di sistemi predittivi, monitorando in tempo reale il quadro delle emissioni.

Le possibilità applicative sono potenzialmente infinite e CAICT ha già seguito l’implementazione di progetti sperimentali di digital twin city in diverse realtà, tra cui Xiong’an, Singapore e Rennes. Ma chi sono gli stakeholder grazie ai quali le città potranno diventare sempre più interconnesse, intelligenti e in grado di prevedere costantemente il loro futuro?

Gli stakeholder della digital twin city: pubblico e privato verso un approccio socio-tecnologico e umano-centrico

Al di là dei limiti oggettivi che oggi caratterizzano l’applicazione su scala urbana delle tecnologie della digital twin city, appare evidente come una simile complessità di scenario non possa essere circoscritta ai soli aspetti di natura tecnologica.

Secondo le ricerche effettuate da CAICT e dal WEF, è essenziale che le tecnologie vengano implementate sin dalle fasi primordiali con un approccio dichiaratamente umano-centrico, nella direzione di garantire criteri di equità sociale e favorire l’inclusione di tutti i cittadini. Tale obiettivo, che si esprime nella funzione civica, non deve tuttavia costituire una zavorra nei confronti degli interessi degli investitori privati, la cui azione è fondamentale per la crescita del sistema urbano.

La digital twin city assume pertanto una dimensione socio-tecnologica, alla ricerca di un’armonia durevole tra persone, società e natura. Per raggiungere questo comune obiettivo, il pubblico e il privato devono agire in sinergia, ciascuno per le proprie fondamentali competenze.

I governi e gli enti pubblici dovrebbero adempiere alle seguenti responsabilità:

  • coordinare gli aspetti di innovazione top-down e bottom-up, incoraggiando la collaborazione dei cittadini in tutti gli aspetti legati alla progettualità dei nuovi servizi e al miglioramento di quelli esistenti;
  • progettare scenari basati sui digital twin capaci di coinvolgere più industrie, soprattutto in funzione della domanda;
  • costruire sistemi di dati con una classificazione gerarchica in grado di tutelare la sicurezza e la privacy dei cittadini;
  • incoraggiare e sostenere l’attività di team multidisciplinari dotati del talento necessario per dare luogo ai progetti di innovazione.

Le imprese private dovrebbero invece:

  • facilitare la partecipazione delle PMI ai processi di innovazione urbana, cercando di superare le barriere che tradizionalmente le condizionano rispetto alle grandi realtà enterprise;
  • sviluppare un ecosistema virtuoso basato sulle tecnologie del digital twin nella prospettiva di generare benefici durevoli nel tempo;
  • favorire lo sviluppo e l’implementazione di standard capaci di favorire l’interoperabilità tra i vari attori dell’industria, con l’obiettivo di ottenere un beneficio comune;
  • espandere la digital twin city dal mercato puramente governativo (to-G), al mercato business (to-B) ed a quello customer oriented (to-C) nell’ottica di trasformare le iniziative una tantum in collaborazioni a lungo termine tra i vari stakeholder dei sistemi urbani.

Attraverso la continua implementazione e l’applicazione del framework, CAICT e WEF si propongono di favorire la condivisione su scala globale dei progetti basati sulla digital twin city, nell’ottica di raggiungere l’obiettivo 11 della celebre Agenda 2030 dell’ONU, che recita letteralmente “città sostenibili e insediamenti umani”.

Si tratta di aspetti cruciali dell’evoluzione del modo in cui vivremo il pianeta nel corso delle prossime generazioni, aspetti che non possono prescindere dal supporto dell’azione politica e dell’innovazione tecnologica dei sistemi urbani. La connessione tra il mondo reale e le simulazioni virtuali costituisce un abilitatore fondamentale per prevedere scenari di futuro destinati a diventare sempre più complessi.

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Francesco La Trofa

Da vent’anni attivo nella ricerca relativa alle tecnologie 3D, divulgatore sul tema delle applicazioni enterprise di tali tecnologie e autore di “VR Developer. Il creatore di contenuti in realtà virtuale ed aumentata” (2018), edito da Franco Angeli (vrdeveloper.info). Scrive di IT anche per il portale https://www.sergentelorusso.it/

Articoli: 87

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