ما السيناريوهات النموذجية لتطبيق التوأم الرقمي في المدن؟

المقال أدناه منقول من أبحاث صناعة المدينة الرقمية

المدينة التوأم الرقمي هي إنشاء مدينة رقمية افتراضية في العالم الرقمي تتطابق مع المدينة المادية الفعلية في المظهر والسلوك والفكر، لتحقيق مراقبة العالم الحقيقي وتشخيصه وتتبعه وتنبؤه والتحكم في قراراته، واستخدامها في التخطيط للمدينة الفعلية والبناء والحوكمة والتحسين وإدارة دورة الحياة الكاملة، بما يرفع كفاءة تشغيل المدينة وتجربة إقامة المواطنين.

يجمع التوأم الرقمي بين العديد من التقنيات المتقدمة مثل إنترنت الأشياء، والبيانات الضخمة، وBIM، وGIS، والذكاء الاصطناعي.

ما هي سيناريوهات التطبيق النموذجية للتوأم الرقمي؟

         
01الإدارة الحضرية    

المدينة التوأم الرقمي تعني استخدام تقنيات إنترنت الأشياء وتقنيات المعلومات الجغرافية ونماذج المباني والمدن الذكية لتحويل المدينة المادية إلى نموذج مدينة رقمية افتراضية، ومحاكاة التشغيل من خلال النموذج لتحقيق أثر المراقبة في الوقت الفعلي، ومن ثم تنفيذ وظائف التنبؤ والتحليل والتحسين.

لا يتجاوز مفهوم المدينة الذكية التقليدي سوى تحقيق ذكاء منفرد لمختلف الوظائف الحضرية، في حين أن المدينة التوأم الرقمي تدمج بين الافتراضي والواقعي منذ التصميم على المستوى الأعلى، فتُطابق الكيان المادي مع توأمه المقابل على أساس الرقمنة والمعلوماتية لتحقيق التفاعل بين الحقيقي والافتراضي.

تتنوع سيناريوهات تطبيق التوأم الرقمي على نطاق واسع، وقد أضحى يحظى حاليًا بحالات عملية ناضجة نسبيًا في مجالات النقل والمناطق الصناعية والطوارئ الحضرية.

         
02 النقل الحضري

لقد تطور التحول الرقمي في قطاع النقل على مدى سنوات عديدة، وتحسنت كفاءة تشغيل الطرق بشكل ملحوظ، إلا أنه لا تزال هناك بعض المشكلات التي تنتظر الحل.    

مع بزوغ تقنية التوأم الرقمي، بالاعتماد على الفضاء الافتراضي للمدينة التوأم الرقمي ودمج بيانات معلومات النقل وخرائط عالية الدقة، فإن بناء منظومة نقل ذكية جديدة تتمتع بالزمنية الحقيقية والقابلية للمحاكاة والتنبؤ والتحكم في الكيان المادي سيكون الاتجاه الجديد لتطوير النقل مستقبلاً.

في سيناريو النقل بالمدينة الذكية، يمكن تطبيق تقنية التوأم الرقمي في ثلاثة سيناريوهات فرعية دقيقة: التقاطعات الشاملة، والطرق السريعة، وعقد النقل (مترو الأنفاق، المحطات، المطارات وغيرها).

تعتمد التقاطعات الشاملة على أجهزة استشعار مثل الرادار والكاميرات للمراقبة، لكنها تواجه مشكلات مثل عدم استقرار مراقبة أحداث النقل على نطاق واسع وفي جميع الأحوال الجوية، وضعف أثر مراقبة المشاة والأجهزة؛ كما تُعرض بشكل رئيسي بمنظور ثنائي الأبعاد، مما لا يلبي متطلبات المحاكاة واتخاذ القرار في بعض السيناريوهات (مثل القيادة في الطوارئ وتخطيط النقل).

         
03 الطريق السريع

تعتمد الطرق السريعة الذكية التقليدية بشكل رئيسي على كاميرات المراقبة، بمدى محدود من كثافة النقاط تغطي المناطق الرئيسية فقط، وتفتقر إلى وسائل للتحكم في حالة الطريق والأحداث على المقاطع الكاملة، مما يخلق مناطق عمياء في الرقابة ويجعل من الصعب تشكيل إدراك شامل فعّال؛ كما أن البيانات المجموعة لا تُستخدم وقيمتها في دعم اتخاذ القرار منخفضة.

         
04 عقد النقل

حاليًا في سيناريو العقد، الأنظمة البياناتية معقدة وضخمة وغير مترابطة، ومعالجة البيانات لا تزال تستخدم أساليب إحصائية أحادية البعد بقدرة تنبؤية ضعيفة؛ ويعتمد توزيع المناوبات بشكل أساسي على الأحكام الخبرية للموظفين، ففي فترات الذروة والعطلات غالبًا ما يحدث تراكم للمسافرين بسبب أخطاء التنبؤ ونقص المناوبات.

         
05 منطقة صفرية الكربون

التمكين الشامل للتوأم الرقمي للمناطق الصناعية الذكية صفرية الكربون، للمساعدة في تحقيق هدف الكربون المزدوج    

يمكن للتوأم الرقمي أن يمكّن المناطق الصناعية الذكية، ويساعد مدير المنطقة في إتمام أعمال إدارة تشغيل المنطقة والأمن والأعمال، لتحقيق خفض تكلفة الإدارة ورفع الكفاءة، وتحسين تجربة العمل والحياة للموظفين.

مع تقدم استراتيجية «الكربون المزدوج» في بلادنا، ظهرت المناطق الصناعية صفرية الكربون تبعًا لذلك. ووفقًا لبيانات وكالة الطاقة الدولية، يبلغ استهلاك الطاقة في مناطق الحدائق الصناعية لدينا نحو 69% من إجمالي استهلاك الطاقة في المجتمع، وتشمل انبعاثات الكربون نحو 31% من إجمالي الانبعاثات الوطنية، مع زخم تصاعدي مستمر؛ لذا فإن أهمية بناء المناطق الصناعية صفرية الكربون أمرٌ بديهي، وأصبحت هذه المناطق اتجاه التطوير التالي للمناطق الصناعية الذكية.

يمكّن التوأم الرقمي بناء المناطق الصناعية صفرية الكربون، أي على أساس منطقة التوأم الرقمي الصناعية، من خلال تقنية الاستشعار لجمع البيانات المتعلقة بانبعاثات الكربون، بالاقتران مع خوارزميات الذكاء الاصطناعي لمحاكاة والتنبؤ بتخطيط انبعاثات الكربون وحساب الكربون ومراقبة كفاءة الطاقة، وبناء منطقة صفرية الكربون فعّالة وآمنة وذكية، للمساعدة في تحقيق هدف الكربون المزدوج في المنطقة في أقرب وقت.

         
06 الطوارئ الحضرية

تمكين التوأم الرقمي للطوارئ الذكية، وترسيخ خط الدفاع عن سلامة المدينة    

بدأ تطبيق تقنية التوأم الرقمي في مجال الطوارئ الحضرية يُظهر تدريجيًا تفوّقه وإمكاناته التطبيقية، فمن خلال مراقبة البيانات والمعلومات في الوقت الحقيقي وتحليلها يمكن الاستجابة الفورية لمختلف أحداث الطوارئ، ويمكن تطبيق التوأم الرقمي في سيناريوهات الطوارئ الحضرية مثل تدريبات الطوارئ، والإنذار المبكر بالكوارث ودعم اتخاذ القرار، ومراقبة البيئة وتقييمها، وإدارة البضائع الخطرة.

بما يعزز الإدارة الحضرية وكفاءة الإنقاذ ويقلل الخسائر، ومع التطور المستمر للتقنية والتوسع المستمر لسيناريوهات التطبيق، ستساعد تقنية التوأم الرقمي مديري المدن على بناء منظومة إدارة طوارئ حضرية أكثر ذكاءً وكفاءة، ولها دلالات إنسانية واقتصادية مهمة.

         
07 الصناعة الذكية

نشأ التوأم الرقمي من الصناعة، ومع نضوج تقنية التوأم الرقمي ستصبح الصناعة أيضًا من أكثر السيناريوهات تطبيقًا للتوأم الرقمي.    

بعد أن ترفع المؤسسات الصناعية البيانات ذات الصلة عبر إنترنت الأشياء والحوسبة الطرفية، يمكن باستخدام تقنية التوأم الرقمي إتمام أعمال إدارة الإنتاج واستهلاك الطاقة والمعدات والتصميم والتصنيع، لتحقيق أربع قيم رئيسية: تحسين الجودة، وخفض التكلفة، وخلق الإيرادات، ورفع الكفاءة.

تنقسم الصناعة وفقًا لاختلاف العمليات المرتبطة بمنتجها إلى صناعات إجرائية وصناعات متقطعة، وسيُقدَّم لاحقًا على حدة وضع تطبيق التوأم الرقمي في هاتين الفئتين من الصناعات. 

         
08 القيادة الذاتية

في منظومة اختبار التوأم الرقمي، يمكن لمركبات الاختبار الحقيقية نقل البيانات المجموعة في الوقت الحقيقي إلى منصة التوأم الرقمي، لتُستخدم في قيادة نموذج المركبة الافتراضية، وإتمام معالجة البيانات الديناميكية الحقيقية وتحليلها، وتقييم سلوك المركبة بناءً على أبعاد التقييم وقواعد البيانات.    

في الوقت نفسه ترسل منصة التوأم الرقمي بيانات السيناريو إلى وحدات التحكم في مركبات الاختبار الحقيقية، فتتخذ السيارة قراراتها السلوكية وفقًا لخوارزميتها الخاصة. ومن خلال الجمع بين الحقيقي والافتراضي، يتم تبسيط أعمال بناء نموذج المركبة الافتراضية وإنشاء سيناريوهات الاختبار، مما يرفع كفاءة اختبار القيادة الذاتية.

         
09الرعاية الصحية الذكية

تجمع تقنية التوأم الرقمي الطبي في الوقت الحقيقي وتحسب البيانات الحقيقية متعددة الأبعاد والمتنوعة مثل بيانات الأجهزة الطبية وأنظمة معلومات الرعاية الصحية وغيرها، وبالاستناد إلى نمذجة الذكاء الاصطناعي، بالاقتران مع تقنيات BIM وCIM وغيرها، تحويل الفضاء المادي للمستشفى إلى نموذج توأم للمستشفى، ومن خلال وظائف التنبؤ والتحليل إتمام أعمال الإدارة الدقيقة مثل إدارة الكوادر الطبية وإدارة العيادات الخارجية وإدارة المعدات.

          

علاوة على ذلك، وبالاستناد إلى تقنية إعادة البناء من بيانات DICOM، يتم بناء نماذج بشرية عالية الدقة وإجراء التوأم لعمليات الجراحة وخطط العلاج وغيرها.    

لتطبيق التوأم الرقمي الطبي دلالات إيجابية اقتصادية واجتماعية، لكن تقنية التوأم الرقمي في المجال الطبي لم تنضج بعد، ولا تزال تواجه تحديات تتعلق بأمن البيانات والخصوصية والأخلاقيات.

          

          

END

الآراء الواردة في هذا المقال تعبّر عن رأي الكاتب  حقوق النشر © Zhuwei Architectural Technology

يُحظر إعادة النشر دون تصريح

عند إعادة النشر يُرجى ذكر المصدر: Zhuwei Architectural Technology

      شركة Zhuwei للتكنولوجيا المعمارية هي شركة خدمات تقنية من طراز جديد، متخصصة في التحسين المتكامل للتصميم واستشارات BIM واستشارات التصميم المسبق الصنع. يجمع فريقنا مهندسين كبار من كبريات معاهد التصميم، ومديرين تنفيذيين سابقين في شركات عقارية، ومهندسي BIM ومهندسي تصنيع مسبق، ويقدم التحسين المتكامل للتصميم، والمراجعة الدقيقة للمخططات، واستشارات BIM مع تفصيل MEP، وخدمات التصميم المسبق الصنع.

      استشارات تحسين التصميم: نعمل امتداداً ومكملاً لإدارة التصميم لدى المطورين العقاريين، ونركز على الاستشارات والتحسين للمباني المدنية. عبر العملية بأكملها — أو في المراحل الرئيسية التي يحددها العميل — نضبط اقتصادية التصميم وعقلانيته وسلامته، ونزيل التكاليف غير الضرورية مع تحسين جودة المخططات بشكل قابل للقياس، محققين "تكلفة أقل وكفاءة أعلى".

      استشارات BIM: من خلال تقنيات البناء الرقمي، نساعد المصممين على تقليل الأخطاء ورفع الجودة في مرحلة التصميم، ونساعد المقاولين على توفير التكاليف وتخطيط تركيبات MEP عالية الجودة في مرحلة البناء، ونمد نماذج BIM إلى إدارة المرافق في مرحلة التشغيل — بالتعاون مع كبرى شركات البرمجيات.

      استشارات التصميم مسبق الصنع: تصميم كامل العملية على منصات BIM، باستخدام Revit وTekla لتفصيل مكونات PC. ترتبط هندسة المكونات وحديد التسليح بارامترياً — ما تراه هو ما تحصل عليه. نسلم مخططات جاهزة للثورة الصناعية 4.0 مع أطوال القص لكل قضيب حديد، ودعماً بإنترنت الأشياء لإنتاج مكونات PC وتخزينها ونقلها وتركيبها.

      يضم فريق خبرائنا كوادر من كبريات مؤسسات التصميم، بقاعدة تقنية راسخة وخبرة غنية في التصميم والتحسين المزدوج، مع قدرة تقنية ومستوى تحكم في صدارة القطاع.

—— هذا المقال مزامَن تلقائيًا من حساب WeChat الرسمي «Zhuwei Architectural Technology». اقرأ الأصل ——