Nell’era dell’innovazione tecnologica, le città stanno vivendo una trasformazione straordinaria attraverso un concetto affascinante e rivoluzionario: le “Città Gemelle Digitali”. Questi gemelli digitali rappresentano un nuovo modo di comprendere, pianificare e gestire l’urbanizzazione moderna, introducendo una serie di caratteristiche sorprendenti che stanno cambiando il volto delle aree urbane in tutto il mondo.
In questo articolo, esploreremo in dettaglio cosa sono le città gemelle digitali, le loro caratteristiche distintive e analizzeremo alcuni casi di applicazione concreti. Scopriremo come queste innovazioni stiano migliorando la qualità della vita nelle città, promuovendo la sostenibilità ambientale e rivoluzionando la pianificazione urbana per le generazioni future.
CARATTERISTICHE DELLE URBAN DIGITAL TWIN
Lo studio “The adoption of urban digital twins” pubblicato a dicembre 2022, contribuisce alla concettualizzazione del gemello digitale nella gestione urbana, individuando le caratteristiche minime che definiscono un urban digital twin:
- livello di acquisizione dati
- livello di modellazione dei dati
- livello di simulazione
- livello di servizio/attuazione
Al fine di rappresentare accuratamente il mondo fisico, il livello di acquisizione dei dati è responsabile dell’acquisizione e della trasmissione dati al livello di modellazione digitale, dove la replica digitale del sistema reale viene continuamente aggiornata. Il livello di simulazione elabora i dati inclusi nel modello e invia i risultati al servizio/attuazione, in cui il gemello digitale interagisce con il sistema reale attraverso l’azionamento diretto oppure indiretto.
Il modello digitale, in base alla risposta elaborata, interagisce con il sistema reale o in modo diretto, agendo sulle infrastrutture urbane, per esempio, gestendo semafori, controllando valvole e chiuse della rete idrica, o in modo indiretto fornendo informazioni, per esempio, a squadre di manutenzione o a cittadini.
Inoltre, per realizzare e mantenere aggiornato un urban digital twin vengono utilizzate diverse fonti di dati, ad esempio database come:
- il catasto, per fornire informazioni sull’ubicazione e la planimetria degli edifici, che insieme alle immagini terrestri e aeree, forniscono le informazioni necessarie per il modello 3D della città;
- sensori di temperatura e umidità per i modelli meteorologici
- sensori che monitorano la qualità dell’aria per i modelli di inquinamento atmosferico
- sensori che misurano il livello dell’acqua per il monitoraggio degli allagamenti e della rete fognaria
CITTÀ GEMELLE DIGITALI NEL MONDO
Sono diverse le città nel mondo che hanno testato la tecnologia del digital twin. In America, città come New York City, Las Vegas, Los Angeles, Phoenix e Chattanooga, stanno sfruttando i loro gemelli digitali per ridurre le emissioni di anidride carbonica, affrontare il riscaldamento globale e migliorare la pianificazione urbana. In Europa Rotterdam, Helsinki, Zurigo e Rennes, in Francia, sono già in prima linea di fronte a questa innovazione.
Secondo ABI Research, le città dovrebbero risparmiare 280 miliardi di dollari entro il 2030 grazie a una pianificazione urbana più efficiente ottenuta tramite i gemelli digitali.
“I gemelli digitali diventeranno lo strumento definitivo per le amministrazioni cittadine per progettare, pianificare e gestire le infrastrutture e gli asset connessi in modo efficiente ed economico…Inoltre, i gemelli digitali urbani offrono anche molti altri vantaggi in termini di sostegno e miglioramento della sostenibilità, della circolarità, della decarbonizzazione e della qualità complessiva della vita urbana”, afferma Dominique Bonte, Vice President End Markets di ABI Research.
IL DIGITAL TWIN DI ZURIGO
Zurigo è tra le città che hanno implementato un avanzato sistema di rappresentazione digitale urbana, consultabile tramite il seguente link, basato su un modello 3D della città. Questa piattaforma permette la visualizzazione di spazi stradali, edifici pubblici e servizi.
Tale modello è stato creato come parte integrante della strategia di sviluppo della smart city, al fine di migliorare la gestione comunale e sostenere il processo decisionale in ambito urbanistico. Ciò comprende la possibilità di confrontare e valutare diversi scenari di sviluppo urbano, l’integrazione delle tematiche legate al cambiamento climatico nei piani di sviluppo, e la facilitazione della partecipazione pubblica nei processi di pianificazione.
Al fine di agevolare il coinvolgimento di diverse parti interessate e garantire l’accessibilità ai dati urbani, il sistema digitale si basa su fonti di dati aperti. Inoltre, è stato sviluppato un geoportale dedicato, che semplifica la raccolta di dati geografici per l’aggiornamento automatico del modello.
CHATTANOOGA: COMBATTERE LE EMISSIONI DI CO2
Chattanooga, una città di circa 180.000 abitanti, rappresenta un interessante banco di prova grazie alle sue dimensioni più piccole, che consentono maggiore flessibilità nell’attuazione dei progetti di gemellaggio digitale. In collaborazione con partner come l’Oak Ridge National Laboratory e l’Università del Tennessee a Chattanooga, la città ha affrontato specifiche questioni creando progetti di gemellaggio digitale. Per combattere le emissioni crescenti di CO2, i ricercatori hanno utilizzato l’apprendimento automatico e dati in tempo reale provenienti da sensori infrastrutturali per sviluppare un gemello digitale che rappresenta le condizioni del traffico a Chattanooga.
Questa simulazione, basata sui dati in real-time, ha catturato le condizioni effettive del traffico, consentendo ai ricercatori di ottenere intuizioni sulle cause della congestione. Le informazioni ottenute hanno contribuito a individuare le aree da migliorare, testare soluzioni possibili e suggerire strategie efficaci di gestione del traffico alle autorità cittadine. In una fase iniziale del progetto, i ricercatori hanno applicato algoritmi ai dati di traffico esistenti per ottimizzare i tempi dei semafori. L’implementazione delle tempistiche ottimali per alcuni semafori ha portato a una riduzione dell’energia fino al 16%.
“Questa ricerca dimostra la potenza di un gemello digitale per aiutarci a comprendere appieno un sistema, i miglioramenti degli algoritmi di controllo ottimali sviluppati e l’impatto potenziale dell’intelligenza artificiale addestrata in un mondo digitale”, ha dichiarato Wesley Jones del NREL, scienziato computazionale principale e co-capo del team di progetto del laboratorio.
ROTTERDAM: IL TRASPORTO MARITTIMO DEL FUTURO
“Questo sarà il prossimo uomo sulla luna per il porto di Rotterdam”, prevede Erwin Rademaker, il responsabile del programma incaricato di garantire che il porto più grande d’Europa possa ospitare navi autonome entro il 2030.
La città olandese di Rotterdam ospita uno dei porti più antichi e più grandi del mondo. Il porto di Rotterdam si estende per 26 miglia vicino e lungo il fiume Maas, attracca più di 140.000 navi ogni anno e gestisce 461 milioni di tonnellate di merci all’anno.
“Grazie alle informazioni in tempo reale su infrastrutture, acqua, aria e altro ancora, possiamo migliorare enormemente il servizio che forniamo a tutti coloro che utilizzano il porto e prepararci ad abbracciare il trasporto marittimo connesso e autonomo del futuro” afferma Paul Smits, direttore finanziario dell’Autorità portuale di Rotterdam.
I dispositivi in tempo reale, alimentati dall’Internet delle cose (IoT), acquisiranno tutti i tipi di dati, tra cui la temperatura dell’acqua, le condizioni di marea, la salinità del mare, le correnti d’acqua, la direzione e la velocità del vento, le operazioni di carico e scarico e lo spazio disponibile per l’ormeggio e quando. Le informazioni saranno analizzate da un programma in grado di analizzare i big data in tempo reale. Al centro di questo esame ci sarà un GIS (Geographic Information System) che raccoglie, gestisce e analizza i dati del porto, fornendo il contesto necessario.
Attraverso mappe e simulazioni degli asset e delle condizioni del porto, ad esempio la posizione delle gru oppure la vicinanza di una nave a una banchina, il GIS rivela intuizioni che i dati grezzi non potrebbero fornire, compresi modelli e relazioni in tempo reale. Questo non solo aiuta a gestire le operazioni in modo più efficace, ma sarà anche un pilastro del mondo delle navi autonome di domani.
HELSINKI: IL PROGETTO KALASATAMA
Helsinki, Finlandia, ha uno dei programmi di gemelli digitali più longevi al mondo. Stiamo parlando del prima city modeling nel 1987.
Negli ultimi trent’anni, si è spinta oltre con l’adozione precoce della progettazione assistita da computer (CAD), della mappatura 3D della città e, successivamente, dei gemelli digitali a grandezza naturale.
Lungo il percorso, ha sperimentato molte idee. Il più recente è Kalasatama, in nuovo quartiere balneare in via di sviluppo a Helsinki, che sta sperimentando servizi intelligenti in collaborazione con i residenti, le imprese e gli altri stakeholder dell’area. Il progetto di gemellaggio digitale è stato finanziato da KIRA-digi, il programma nazionale di digitalizzazione del governo finlandese, e prevede cinque attività fondamentali:
- Creare gemelli digitali dello sviluppo di Kalasatama
- Condividere i modelli come dati aperti
- Fornire una piattaforma virtuale per gli esperimenti che fanno parte del progetto Fiksu Kalasatama
- Testare nuove tecnologie
Interessante è il software di analisi digitale del vento per valutare l’effetto del vento sui grattacieli di Kalasatama. Il software può sostituire le costose analisi in galleria del vento ed è già utilizzato nell’industria automobilistica.
RENNES: SOLUZIONI URBANE SOSTENIBILI
Con l’adozione di un modello digitale 3D nel 1999, Rennes è stata tra le prime città in Francia a scegliere questo strumento.
A partire dal 2017, l’area metropolitana della città francese di Rennes ha avviato un progetto di digitalizzazione della pianificazione urbana basato sulla piattaforma 3DEXPERIENCity di Dassault Systèmes con l’obiettivo di ottimizzare futuri progetti, prodotti e servizi per i residenti.
La soluzione non solo consente di navigare nelle strade, ma è anche possibile effettuare vere e proprie visite guidate, seguendo i percorsi storici o con uno sguardo al futuro, dato che sono inclusi anche i principali progetti immobiliari e urbani.
Questo gemello digitale della città promuove la collaborazione tra i diversi attori grazie al suo approccio sistemico: sperimentare e visualizzare una riproduzione completa e dettagliata della città e della sua evoluzione, collaborando allo sviluppo di soluzioni urbane sostenibili che rispondano alle nuove sfide sociali. Ad esempio, coordinare la ristrutturazione e la pianificazione di edifici, reti di servizi pubblici, sistemi di mobilità e per visualizzare e testare immediatamente le diverse soluzioni.
“Rennes vanta un patrimonio ricco e diversificato che attira famiglie, professionisti, aziende e oltre 65.000 studenti, richiedendo una pianificazione e decisioni di lungo periodo, per soddisfare le esigenze dei residenti attuali e futuri,” spiega Emmanuel Couet, Presidente di Rennes Métropole. “Con 3DEXPERIENCity di Dassault Systèmes possiamo coinvolgere tutti i soggetti interessati in un progetto collaborativo, per guidare in modo digitale la trasformazione della nostra città nell’ottica della sostenibilità.”
I gemelli digitali rappresentano una potenziale rivoluzione nell’ambito della progettazione e gestione urbana. Finora, sono stati sviluppati diversi gemelli digitali per le città.
Tuttavia, manca ancora una definizione chiara di cosa costituisca esattamente un gemello digitale urbano; spesso ci si riferisce semplicemente a un modello digitale 3D della città, il quale costituisce solo la base del gemello digitale.
Nonostante l’attuale confusione e la varietà di approcci, il futuro dei gemelli digitali urbani appare promettente. Queste innovazioni stanno dimostrando il loro potenziale per trasformare radicalmente la progettazione e la gestione delle città, migliorando la qualità della vita dei residenti e la sostenibilità urbana. Con ulteriori sviluppi tecnologici e una maggiore collaborazione tra settori, è probabile che vedremo emergere definizioni più chiare e standard comuni per i gemelli digitali urbani. In definitiva, questo nuovo approccio alla pianificazione urbana offre un entusiasmante panorama di possibilità, indicando una direzione positiva per il futuro delle città intelligenti e sostenibili.
Fonti
https://edition.cnn.com/2023/01/31/world/digital-twin-cities-tnf-spc-intl/index.html
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0264275122003444
https://venturebeat.com/ai/helsinkis-pioneering-city-digital-twin/
https://aec-business.com/helsinki-is-building-a-digital-twin-of-the-city/
https://ietresearch.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1049/smc2.12015
