Digitální dvojčata – jak mohou pomoci u stavby budov a projektování měst?

Co jsou to digitální dvojčata budov a jak se liší od modelu BIM? K čemu jsou tyto záležitosti dobré a jaké informace vlastně obsahují?

Digitální dvojčata jsou, zjednodušeně řečeno, neustále se aktualizující modely reálných budov. Jedním z jejich průkopníků byla samotná NASA, která používala digitální dvojčata svých vesmírných lodí, aby tak dokázala zlepšit jejich výkon.

Pro lepší představu o tom, jaké předstupně digitalizace a sběru dat předchází využívání digitálních dvojčat, vám přinášíme seznam termínů, s jejichž pomocí se postupně propracujeme až k samotnému (nejkomplexnějšímu) systému digitálních dvojčat.

DiMS = Digitální model stavby

Model stavby vytvořený projektantem v systému pro navrhování staveb. Obsahuje grafické i negrafické informace o stavbě, informace o jejím prostorovém uspořádání (místnosti, zóny) a vlastnostech (rozměry, plocha, objem, nosnost,…).

IMS = Informační model stavby

Jedná se o základní pilíř BIM, kde se propojuje DiMS spolu s digitalizovanými procesy, dokumenty a záznamy o komunikaci ohledně budovy a fázích jejího vývoje (stavební záměr, plánování stavby, změnová řízení, …)

BIM = Building Information Modeling

BIM slouží jako dokumentace skutečného provedení stavby. Je to metoda, pomocí níž lze vytvářet a sdílet informační model budovy. Tedy digitální model, který reprezentuje aktuální stav fyzického objektu a slouží zároveň jako databáze informací o stavbě od chvíle jeho návrhu, přes výstavbu, úpravy a provoz po celou dobu životního cyklu stavby, která slouží i jako pasport pro provoz budovy.

Databázi informací o stavbě lze využít při přestavbách, rekonstrukcích či demolici (kdy bude k dispozici např. soupis materiálů k likvidaci. Ve fázi projektování umožňuje digitální model přenos přesných dat, na jejichž základě s ním mohou pracovat další odborníci a analyzovat budovu po statické či energetické stránce. Při výstavbě BIM předchází kolizi v návrzích a pomáhá plánovat stavební práce.

Od roku 2022 by měla být podle usnesení vlády číslo 41/2021 metoda BIM využívána u všech nadlimitních veřejných zakázek, ale výhodná je také u starších budov, kde může díky četným přestavbám například část stavební dokumentace chybět, nebo již není jasné, podle které verze návrhu byla budova upravena.

V takovém případě se vytvoří výkresová dokumentace a 3D model stávajícího objektu pomocí 3D skeneru, fotogrametrie a analýzy geografických dat (Jihomoravský kraj si například nechal vytvořit takovýto model Nemocnice Hustopeče).

CDE = Common Data Environment

Tato data jsou umístěna ve společném datovém prostředí CDE, které je jediným zdrojem informací. To kvůli tomu, aby nemohlo dojít k záměně verze za starší, aby měli všichni spolupracovníci k ruce aktuální data a aby se, pokud možno, předešlo chybám a nedorozuměním.

Digital twin = Digitální dvojče

Technologie digitálních dvojčat sestává ze tří prvků – fyzického objektu, jeho digitální podoby a také neustálého toku dat, který obě podoby synchronizuje. Pokud se bavíme o digitálních dvojčatech v architektuře, jsou to neustále se měnící modely staveb, které existují od chvíle, kdy se stavba začíná navrhovat do doby, kdy je zbourána.

Oproti BIM jsou digitální dvojčata technologickým posunem, jelikož zachycují data v aktuálním čase a díky tomu umožňují provádět simulace a předpovídat změny v reálném prostředí, díky čemuž mohou pomoci při rozhodování ve velkých měřítcích předcházet nákladným chybám a hrát klíčovou roli při zlepšování infrastruktury.

Digitální dvojčata pro své fungování využívají senzory, technologie internetu věcí (IoT), umělou inteligenci a virtuální či rozšířenou realitu. Cílem je, aby se reálná stavba a její digitální dvojče dokonale podobaly v jakémkoliv okamžiku.

Plánují budovy i celá města

Novinkou je to, že jsme schopni vytvářet digitální dvojčata celých měst a plánovat tak změny v jejich infrastruktuře ještě lépe. Což by mohlo navždy změnit způsob, jakým jsou budovy i celá města navrhována, jelikož lze s pomocí digitálních dvojčat s předstihem sledovat dopady navrhovaných vylepšení nebo simulovat nečekané změny struktury.

Jedná se tedy o nadmíru věrohodné testovací prostředí jednotlivých scénářů včetně ukázky celého životního cyklu stavby. Díky digitálním dvojčatům by tak bylo možné navrhovat stavby a celá města s ohledem na jejich co největší energetickou soběstačnost a co nejnižší produkci CO₂ – vzhledem k tomu by mohla být digitální dvojčata pomocí v boji proti klimatické změně.

Již nyní jsou technologie digitálních dvojčat zahrnuty v modelovacích softwarových programech Catia a SolidWorks od Dassault Systèmes v rámci platformy 3DExperience, pracuje s nimi i Unreal Engine od firmy Epic Games určený původně pro herní průmysl.

Aby bylo možné vytvořit správně fungující digitální dvojče objektu nebo systému, je zapotřebí dodat do systému velké množství přesných dat. Bude tak pravděpodobně třeba spolupráce designérů, architektů, vědců i datových analytiků, aby mohla dvojčata plnohodnotně fungovat.