1970 年 4 月 11 日,阿波羅 13 號太空船從甘迺迪太空中心發射升空兩天後,船員聽到一聲「非常大的響」。隨後是一句不朽的話:「好了,休士頓,我們這裡出問題了」。氧氣罐內裸露的電線引燃並發生爆炸,預示著 330,000 公里外休士頓的任務控制中心進行了戲劇性的救援。接下來四天的太空梭返航之旅,是最典型的「可能出錯,就一定會出錯」。正如人們對那次任務所說的:「從來沒有人在離家這麼遠的地方遇到過這麼大的麻煩」。
在如此複雜的救援任務中,有許多英雄。其中之一肯定是「數位孪生」。15 台模擬器連接到電腦,能夠複製對大量技術變數的反應,引導飛船在環繞月球後返航。太空梭及其乘員於4月17日安全降落在太平洋上。
今天,在 Google 上搜尋「數位孪生」的結果超過 300,000,000 個!簡單來說,它是實體系統的即時虛擬呈現(如果您喜歡的話,就是虛擬化身)。我們的想法是,數位孪生體可以棲息並展現實體資產的真實性。
在科技進步的同時,科技的使用也是由文化和人們所決定的。在這個節奏快速、瞬息萬變的數位時代,數位姊妹遍佈許多產業和私人生活的各個層面,對某些人來說並不足為奇。工業 4.0 的概念在工廠作業中使用數位姊妹監控機器效能並發現問題。醫院、醫療設備甚至人體器官都有數位姊妹。一級方程式賽車則以數位姊妹為主,可在超高速賽事中預測問題、糾正困難並優化賽車。每輛賽車上都有超過一百個感應器,數十億的資料(輪胎壓力、溫度、阻力、加速度、重心位置偏移、駕駛艙狀況)透過遙測傳送到遠端指揮中心。
建築環境產業也不是最後一個見證數位孪生影響的堡壘,數位孪生將塑造並改變建築環境產業的未來。任何受大數據影響的產業都會受到數位孪生的影響。事實上,早在建築環境實務從傳統的二維繪圖和實體模型轉換到三維的、「活 」的模型,跨越工作流程的連續性之前,這些雙胞胎資訊存在的深遠價值已經為人所知。
2019 年 4 月,12 世紀的法國聖母大教堂遭到一場毀滅性的大火摧毀。在一位瓦薩教授,已故的 Andrew Tallon 和他的數位孪生兄弟的英勇工作下,將大教堂恢復成原始設計現在已成為一個現實的目標。五年前,也就是 2015 年,Tallon 教授使用雷射來建立大教堂內外立面的點雲圖,這些立面充滿了石像鬼和尖塔。這就是今天用於修復這座歷史建築的 3D 數位渲染的基礎。
雙胞胎在很多方面都是三胞胎。其中之一是他們的「DNA」取決於精密的軟體程式碼、資料吸收能力和模式識別(透過機器學習或人工智慧)。也有評論者將雙胞胎形容為網路、物理和社會三胞胎,因為他們的屬性表現在這三個領域。無論從哪個角度來看,促成數位雙胞胎的都是推動許多其他革命的相同技術:更快的處理速度、幾乎無法滿足的資料吸收能力、廉價感測器的超整合網路、通訊速率與頻寬、資料儲存、早熟的分析工具,以及可讓實體世界與數位世界交融的新視覺化技術。
思考數位孪生的價值的一種方式是,它能夠透過概念、設計、開發、專案管理、施工和管理服務,參與整個建築環境產業的資產生命週期。以虛擬新加坡(Virtual SingaporeTM)平台為例。媒體對新加坡建模和模擬一個充滿活力的城市脈搏的願景讚不絕口。該平台充斥著關於該城邦的地理空間數據。當平台完成後,將提供數位空間與實驗公共空間,以制定政策與設計決策、測試都會系統及其相互依賴關係的假設、建模環境對景觀的時間影響,以及研究市鎮與周遭社區的參與。這是一項雄心勃勃的數位姊妹計畫,只有能夠善用其價值的組織與人才能成功。
憑藉 盛裕集團 在建築環境領域的專業知識,我們已在交通、防洪、工程、總體規劃、設計及資產管理等廣泛領域,建構出 3D 模型、大規模模擬以及高維度的建築資訊模型(BIM)系統。 憑藉我們整合數據擷取的能力,我們亦成功建構了數位孿生。舉例而言,盛裕 的 VR City 平台(參見圖 1a、1b 及 1c)便是一套用於測試基礎設施及其設計的解決方案,旨在評估其與周邊連通性及鄰近依存關係的互動。透過該平台,使用者能以多種方式進行調整,並藉由更完善的資訊推導出潛在解決方案,進而達成最佳結果。 其願景是模擬一座智慧且具感知能力的城市,該城市會持續監測環境狀況、交通狀況、事故、緊急事件,以及通勤者與行人的活動模式等因素。資訊隨後會被傳送至整合式營運中心,並將適當的應對措施傳達給相關人員或機構。
說明 1 - 盛裕 VR City 可以整合各種資料來源,是城市規劃人員進行環境可視化研究的便利平台
說明 1a - 洪水模擬分析 - 使用整合至 3D 模型的雨水管理模型來識別易受洪水侵襲的脆弱區域。
說明 1b - 在全市範圍內的電梯或關鍵 M&E 資產監控中,使用者將獲得資產狀態和條件的圖形概覽,並在必要時深入到個別資產進行查詢或啟動後續追蹤。
說明 1c - 透過相關的視訊分析功能進行交通監控,使用者可以放大路況或問題點,建議改道路線以緩解壅塞情況,或協助警方追蹤闖空門的車輛。
我們正在利用 BIM、物聯網、人工智能、綜合數位傳輸、感測器網絡和新時代可視化工具的力量,為 Moshe Safdie 設計的 盛裕 校園創建數位孪生建築(見插圖 2a 和 2b)。為了在眾多複雜因素中取得平衡,該校園展示了從概念到施工,再到長期維護的綜合雙胞胎的使用。其目的是創造一個平衡的熱帶生態環境,包括光線與樹蔭、冷卻與輻射偏轉、優良的空氣流通與品質。該校園將成為一個有生命的、脈動的實驗室,對內部和外部環境因素做出反應,並始終具有生命力。
插圖 2a 和 2b - 利用 BIM、IoT、人工智慧、整合式數位傳輸、感測器網路和新時代可視化工具的力量,創造 Moshe Safdie 設計的 盛裕 Campus 數位孪生體。
圖 2a
圖解 2b
城市和校園的組成部分是實體資產,其中一些關鍵資產如電梯、機場或醫院,其屬性由其孪生體體現。如果將這些組成物(各為數位孪生體)連結起來,就形成了一條數位主線。這讓我們瞥見了一個未來,在這個未來中,連接的孪生體可以相互協作、分享資訊,並以優化群組或網路屬性的方式作出回應。因此,在 盛裕,我們採用多尺度、多功能、多學科的策略來發展數位孪生及其相關技術。這樣,我們的想法、創造力和合作文化就不會受到技術或學科專業的限制。
當然,數位孪生的吸引力不能掩蓋困難。其中一個障礙就是數位孪生資產的建立與維護成本。這提供了一個商業模式創新的機會,讓顧問成為客戶數位資產的保管人和管理人。提供管理和定期改善資料安全性、儲存和完整性的服務,可提升模型品質、更新技術,並處理管理數位孪生的其他重要因素。有大量證據顯示,提供數位孪生開發服務的產業在短時間內迅速崛起。另一個提供數位孪生與數位資產管理及品質保證服務的產業一定會在不久的將來出現,或許就像另一個被稱為雲端服務供應商的資料管理與應用程式託管產業一樣。
數位雙胞胎或三胞胎、四胞胎或兄弟姊妹,虛擬化身已從想像中的領域,成為企業的現實。歷史證明,善於透過數位姊妹等技術進行創造、使用、創新和改進的公司,最終會比那些能力較弱的公司擁有明顯而強大的優勢。