En digital tvilling er en datamodell av et fysisk produkt, prosess, system eller tjeneste. Her dreier det seg om en digital kopi av et bygg som henter data fra sensorer og brukere i det fysiske bygget.
Den digitale tvillingen skal kunne simulere energiforbruket i bygget under forskjellige forhold. Dette kan hjelpe til med å identifisere hvor vi kan redusere energibruken.
– Det vi gjør med en digital tvilling, er å lage en digital kopi av det fysiske objektet med alle detaljer om bygningen, som kobles sammen med data fra driften av bygget, sier OsloMet-forsker, Haidar Hosamo.
Bruk av digitale bygningstvillinger har bare så vidt kommet i gang, men mye kan skje på kort tid siden de mulige gevinstene er så store.
Haidar Hosamo tar tak i dette, og vil utvikle et system som fører teknologien noen skritt videre.
Fra papirtegninger til digitale tvillinger
Hosamo forteller om den lange prosessen som har ført oss fram til digitale tvillinger.
– Alt startet med todimensjonale bygningstegninger, som ikke hadde informasjon om den faktiske tilstanden av bygget, og som driftspersonell gjerne ikke hadde tilgang til.
– Neste steg var tredimensjonale tegninger, som gjorde det mulig å se hvordan bygget ville se ut i virkeligheten etter å ha blitt bygget. Men disse har heller ingen informasjon om tilstanden av bygget etter at det er ferdig.
– Deretter kunne ingeniørene integrere mer informasjon inn i 3D-tegningen. Da har vi hva vi kaller en 3D-modell, eller en bygnings- og formasjonsmodell.
– Ut av dette kan alle få tilgang til informasjon om materialer og systemer, for eksempel ventilasjonssystem og kostnader. Det blir gjerne kalt en BIM-modell.
– Men hvis du sjekker BIM-modellen mot den ekte bygningen, så finner du at de ofte er ulike, fordi det er gjort endringer i bygget, eller fordi ting fungerer annerledes enn forutsatt.
3D-modellen kobles med den ekte bygningen
Så kom ideen om digitale tvillinger. Nemlig å koble 3D-modellen hele tiden med den ekte bygningen.
Dataene hentes fra sensorer for temperatur, fuktighet, lufthastighet, og bevegelse av folk i bygningen, og annet. Dette kobles igjen til kunstig intelligens som kan finne mønstre og problemstillinger som kan være til hjelp for energisparing, vedlikehold og komfort for de som oppholder seg i bygningen.
Dette kan dreie seg om beslutninger som må tas eller automatisk styring. Alt i alt kan det gi mer miljøvennlig drift.
Utfordringer må løses før det kan gi stor gevinst
Selv om en digital tvilling kan gi store gevinster, er det likevel utfordringer som må tas tak i før digitale tvillinger kan bli fullgode løsninger. Det gjelder blant annet:
- Datahåndtering: Digitale tvillinger genererer og bruker enorme mengder data. Å samle, lagre, analysere og sikre disse dataene på en effektiv og sikker måte er en stor utfordring.
- Strømforbruk: Selv om digitale tvillinger kan bidra til å spare strøm, bruker også slike systemer strøm. Å ha svært mange sensorer kan gi høyt strømforbruk i seg selv. Bare det å måle strømforbruket deres er vanskelig. Utfordringen ligger da i å utvikle sensorer som bruker mindre strøm, og hvor strømforbruket kan måles.
- Integrasjon med eksisterende systemer: For at en digital tvilling skal være effektiv, må den kunne integreres med en rekke andre systemer, som bygningsadministrasjonssystemer, energistyringssystemer og mer. Dette kan være komplekst og tidkrevende.
- Kostnader: Utvikling og implementering av digitale tvillinger kan være kostbart. Dette kan være en barriere for mindre bygg eller bygg med begrensede budsjetter. Det kan imidlertid tenkes at det blir billigere etter hvert.
- Teknisk ekspertise: Bruk av digitale tvillinger krever betydelig teknisk ekspertise. Det kan være mangel på kvalifisert personell som kan utvikle og vedlikeholde digitale tvillinger. Det kan imidlertid tenkes at systemene blir enklere å bruke etter hvert.
Potensialet er derimot stort om utfordringene løses, og det liten tvil om at dette kan være framtiden, mener Hosamo.
Forsker på digitale tvillinger: Haidar Hosamo mener digitale tvillinger kan gi både mer energieffektive og mer komfortable bygninger, og attpåtil skape nye jobber i byggebransjen. Foto: Olav-Johan Øye
Stort potensial i ny løsning
Med støtte fra Forskningsrådet har Hosamo engasjert seg i problemstillingen.
Han ønsker å utvikle en digital tvilling for bygningsvedlikehold og -forvaltning, som effektivt kan håndtere et variert sett med data.
Dataene hentes fra «tingenes internett»-sensorer, det vil si sensorer som kan kommunisere via internett. For eksempel kan dette være enheter som brukes i oppvarmings-, ventilasjons- og klimaanlegg.
Den digitale tvillingen blir designet for å forbedre innendørs luftkvalitet og brukernes komfort ved å filtrere og behandle luft før den fordeles rundt i en bygning.
Bruk av smarte sensorer vil gjøre maskinlæring mulig. Det vil si at du kan forutse hva som kommer til å skje de nærmeste månedene. På den måten kan man finne feil før de oppstår.
Kunne kutte energibruken med 35 prosent
Haidar Hosamo har alt prøvd ut digitale tvillinger i doktorgraden sin, i et helsebygg og en videregående skole.
I ett av byggene viste det seg at energibruken kunne reduseres med 35 prosent ved hjelp av maskinlæring. Der brukte han også maskinlæring for å forutse hva som kom til å skje i ventilasjonssystemet i løpet av de neste månedene.
Nå er målet å utvikle en mer avansert digital tvilling som kan brukes i alle typer bygninger, med noen tilpasninger. Håpet er også å løse noen av utfordringene med digitale tvillinger.
Mye av jobben går ut på å forbedre data slik at de egner seg for maskinlæring.
Haidar Hosamo tror at prosjektet hans kan ha flere positive effekter:
- Bedre energieffektivitet: Ved å forbedre energieffektiviteten til bygninger kan løsningen redusere karbonfotavtrykket til byggeindustrien og bidra til global innsats for å bekjempe klimaendringer.
- Bedre beboerkomfort: Ved å inkludere tilbakemeldinger og tilfredshetsnivåer fra beboere i bygningen, kan den øke komforten og velværet til beboerne, og til bedre helse og produktivitet.
- Jobbskaping: Utvikling og implementering av løsningen kan skape arbeidsplasser i byggebransjen, inkludert programvareutvikling, dataanalyser og bygningsforvaltning.
