我們所有人都有過這樣的經(jīng)歷：在一個(gè)要么過熱，要么過冷的建筑里，似乎與一天或一年的時(shí)間沒有什么聯(lián)系。在這種情況下的建筑中，能源和成本的節(jié)約潛力是巨大的。減少建筑行業(yè)的溫室氣體(GHG)排放對于應(yīng)對氣候變化至關(guān)重要，因?yàn)?0%的溫室氣體排放來自建筑物。在這些總排放量中，建筑運(yùn)營每年占 28%，而建筑材料和建設(shè)過程(通常稱為隱含碳)每年占額外的 11%。

減少溫室氣體排放的一種新興可能性被稱為數(shù)字雙胞胎。 數(shù)字孿生，加上無處不在的寬帶，為建筑行業(yè)提供了降低成本和排放的承諾，同時(shí)提高運(yùn)營效率和透明度。

什么是數(shù)字孿生(Digital Twins)?

數(shù)字孿生也叫數(shù)字雙胞胎，數(shù)字孿生的概念已有二十年歷史。 IBM 將該技術(shù)定義為“跨越其生命周期的對象或系統(tǒng)的虛擬表示，從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)更新，并使用模擬、機(jī)器學(xué)習(xí)和推理來幫助決策制定?！? 數(shù)字孿生為城市環(huán)境中的創(chuàng)新和可持續(xù)性提供了一個(gè)令人興奮的選擇，這也是 Venture Beat 將該技術(shù)列為 2021 年前五名趨勢之一的原因。

但是，要全面優(yōu)化建筑物中的數(shù)字孿生，還需要一些關(guān)鍵組件——即大量投資在無處不在的寬帶中，使傳感器和其他物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 設(shè)備在建筑物內(nèi)和周圍以無線和安全的方式(即隱私保護(hù))互連，以降低運(yùn)營成本，同時(shí)減少溫室氣體排放。

這一建成環(huán)境互聯(lián)數(shù)字孿生的愿景將需要各級政府以及科技創(chuàng)業(yè)行業(yè)的私營企業(yè)之間強(qiáng)有力的公私協(xié)調(diào)與協(xié)作。以美國為例，政府的HR 3684 基礎(chǔ)設(shè)施投資和就業(yè)法案 (IIJA) 提供了潛在的資金來源，其中包括寬帶基礎(chǔ)設(shè)施擴(kuò)展撥款的具體分配、能源數(shù)據(jù)收集的資金，也許是數(shù)字孿生最獨(dú)特的、商業(yè)建筑能源消耗的信息共享。

有幾種有趣的數(shù)字孿生技術(shù)試點(diǎn)模型，例如美國拉斯維加斯市與兩家私營公司 Cityzenith(數(shù)字孿生軟件平臺)和 Terbine(物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)和數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施管理)之間的公私合作伙伴關(guān)系。 Cityzenith 專注于開發(fā)城市數(shù)字孿生，以幫助建筑脫碳和實(shí)施可再生能源系統(tǒng)，以促進(jìn)減排并提高建筑業(yè)主的績效。

合作包括使用模板輸入數(shù)據(jù)的業(yè)主的參與，該軟件根據(jù)建筑物的年齡、狀況和用途等因素創(chuàng)建一個(gè)數(shù)字孿生。數(shù)字孿生模型使用拉斯維加斯現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)傳感器和 5G 網(wǎng)絡(luò)來收集實(shí)時(shí)街道數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)將為有關(guān)能源使用、排放、交通、停車、噪音和應(yīng)急管理的決策提供信息。數(shù)字孿生還尋求模擬解決可持續(xù)性和流動性的場景，以提高運(yùn)營效率并在公共福祉、教育、安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面產(chǎn)生積極的社區(qū)成果。

拉斯維加斯市目前正在試點(diǎn)項(xiàng)目，以測試該技術(shù)的可行性和有效性，如果證明自己有價(jià)值和有益，它計(jì)劃擴(kuò)大規(guī)模。讓我們希望這個(gè)食譜可以復(fù)制到其他社區(qū)。但值得注意的是拉斯維加斯在寬帶/電信基礎(chǔ)設(shè)施方面的投資，這是該項(xiàng)目的關(guān)鍵促成部分。

又如Metro21，位于匹茲堡的卡內(nèi)基梅隆大學(xué) (CMU) 智慧城市研究所支持?jǐn)?shù)字孿生試點(diǎn)項(xiàng)目，包括由 Burcu Akinci 和 Mario Berges 教授領(lǐng)導(dǎo)的 Hazelwood Green 的 Mill19 能源和基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)監(jiān)測。該項(xiàng)目通過解決與建筑系統(tǒng)運(yùn)行相關(guān)的問題、提高舒適度、優(yōu)化能源使用和確定改造機(jī)會來關(guān)注持續(xù)調(diào)試過程。目標(biāo)是通過使用和采用數(shù)字孿生，結(jié)合電氣化，建筑物可以降低運(yùn)營成本，同時(shí)減少溫室氣體排放。

公共和私營部門都需要大量投資才能轉(zhuǎn)向減少建筑物的溫室氣體排放，這將是建筑物向全電動的轉(zhuǎn)變(這意味著它不僅包括實(shí)際建筑物，還包括整個(gè)場地，包括分布式能源)。根據(jù) CMU 建筑學(xué)院教授 Vivian Loftness 的說法，挑戰(zhàn)在于減少能源負(fù)荷、鼓勵節(jié)約能源并通過建筑計(jì)量跟蹤這些數(shù)據(jù)，因?yàn)楹茈y知道哪個(gè)系統(tǒng)正在使用哪種特定能源以及使用了多少特定能源。

一項(xiàng)重大突破是引入了 15 分鐘間隔的能源數(shù)據(jù)和遠(yuǎn)程訪問樓宇自動化系統(tǒng)的能力。在這種情況下，樓宇自動化數(shù)據(jù)屬于樓宇業(yè)主，不對外公開，使樓宇業(yè)主可以根據(jù)績效指標(biāo)做出實(shí)時(shí)調(diào)整的決定，其好處是他們的能源成本和溫室氣體排放量都減少了。Loftness 教授表示，她相信寬帶為繪制建筑物地圖并將其與最佳展示進(jìn)行比較提供了機(jī)會，而數(shù)字雙胞胎可以促進(jìn)模型建筑物或標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)營和管理協(xié)議的創(chuàng)建。

美國有望成為通過應(yīng)用數(shù)字孿生技術(shù)減少溫室氣體排放的領(lǐng)導(dǎo)者，看到案例研究和模型在全國范圍內(nèi)的擴(kuò)展將令人興奮。有一長串項(xiàng)目自詡為值得 IIJA 資助的項(xiàng)目。通過在建筑領(lǐng)域利用數(shù)字孿生技術(shù)的協(xié)作和包容性公私合作伙伴關(guān)系，與這些大型資本投資相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)和回報(bào)將被共享，每個(gè)人都會獲益，包括地球。