ملخص تنفيذي
مع مواجهة المدن في جميع أنحاء العالم لتحديات التوسع الحضري وتغير المناخ، أصبح السعي لتحقيق الاستدامة وهدف تحقيق صافي انبعاثات كربونية صفرية أمرًا بالغ الأهمية. تتناول هذه الورقة البحثية الدور المحوري للتكنولوجيا الرقمية التوأم في تحقيق التخطيط والتصميم الحضري المستدام، وهو حجر الزاوية في تطوير المدن الخالية من الانبعاثات. من خلال تقديم استكشاف موسع للتوائم الرقمية وتطبيقاتها في البناء والتنمية الحضرية، توضح هذه الورقة البحثية كيف يمكن لهذه التقنيات أن تسهل إنشاء بيئات حضرية فعالة وصديقة للبيئة.
جدول المحتويات
مقدمة
فهم التوائم الرقمية
2.1 التعريف
2.2 المكونات الرئيسية
2.3 مصادر البيانات
دور التوائم الرقمية في التخطيط الحضري المستدام
3.1 النمذجة التنبؤية
3.2 المراقبة في الوقت الحقيقي
3.3 دعم القرار 3.3 دعم القرار
الاستفادة من تكنولوجيا البناء للتوائم الرقمية
4.1 نمذجة معلومات البناء (BIM)
4.2 إنترنت الأشياء (IoT)
4.3 الاستشعار عن بعد
حالات الاستخدام
5.1 الشبكات الذكية وإدارة الطاقة
5.2 إدارة النقل والمرور
5.3 إدارة الموارد المائية
التحديات والاعتبارات
6.1 خصوصية البيانات وأمنها
6.2 قابلية التشغيل البيني
6.3 قابلية التوسع
التوقعات المستقبلية
1. مقدمة
وقد أدى النمو السريع لسكان المناطق الحضرية إلى جانب المخاوف البيئية المتزايدة إلى الحاجة الملحة إلى خضوع المدن لعملية تحوّل، مما يقلل من آثار الكربون فيها مع تعزيز الاستدامة الشاملة. ويتوقف هذا التحول على إعادة تصور النهج التقليدية للتخطيط والتصميم الحضريين، مع وجود محفز أساسي هو التوأم الرقمي.
2. فهم التوائم الرقمية
2.1 التعريف
يعمل التوأم الرقمي كنسخة افتراضية طبق الأصل من كيان أو نظام مادي، مما يتيح المراقبة والتحليل والتنبؤ في الوقت الفعلي. في نطاق التخطيط الحضري، تنشئ التوائم الرقمية نماذج شاملة لمدن بأكملها، مما يمكّن المخططين من اتخاذ قرارات مستنيرة بالبيانات وتحسين تخصيص الموارد.
2.2 المكونات الرئيسية
تتكون التوائم الرقمية من ثلاثة عناصر أساسية: الكيان المادي، والتمثيل الرقمي، والاتصال الذي يربط بينهما. يدمج التوأم الرقمي البيانات من مجموعة واسعة من المصادر، بما في ذلك أجهزة الاستشعار وتقنيات الاستشعار عن بُعد والسجلات العامة، لإنشاء نموذج شامل للمدينة.
مكونات التوأم الرقمي
2.3 مصادر البيانات
تعتمد التوائم الرقمية على مجموعة متنوعة من مصادر البيانات، بما في ذلك صور الأقمار الصناعية، وبيانات وسائل التواصل الاجتماعي، وأجهزة استشعار إنترنت الأشياء، والسجلات التاريخية. ينتج عن هذا الدمج للبيانات تمثيل دقيق ومفصّل للغاية للمدينة وبنيتها التحتية.
3. دور التوائم الرقمية في التخطيط الحضري المستدام
3.1 النمذجة التنبؤية
تعمل التوائم الرقمية على تمكين النمذجة التنبؤية، مما يمكّن المخططين من محاكاة عواقب مختلف التغييرات في التصميم والسياسات على استدامة المدينة. هذه القدرة ضرورية لتحسين استهلاك الطاقة وشبكات النقل واستخدام الموارد.
3.2 المراقبة في الوقت الحقيقي
توفر تغذية البيانات في الوقت الحقيقي من أجهزة إنترنت الأشياء وأجهزة الاستشعار مراقبة مستمرة للبنية التحتية والظروف البيئية. تسهل إمكانية المراقبة هذه الاستجابة الفورية للمشاكل، مما يقلل من هدر الطاقة واستهلاك الموارد.
3.3 دعم القرار 3.3 دعم القرار
تزود التوائم الرقمية صناع القرار بالأدوات اللازمة لاتخاذ خيارات مستنيرة فيما يتعلق بالتنمية الحضرية المستدامة. ومن خلال عرض البيانات بشكل مرئي بطريقة مفهومة، فإنها تتيح تخصيص الموارد بشكل أكثر فعالية وتنفيذ سياسات صديقة للبيئة.
4. الاستفادة من تكنولوجيا البناء للتوائم الرقمية
4.1 نمذجة معلومات البناء (BIM)
تعمل تقنية نمذجة معلومات المباني على إنشاء تمثيلات رقمية لمشاريع البناء. يتيح تكامل نمذجة معلومات البناء مع التوائم الرقمية الانتقال السلس لبيانات البناء إلى مرحلة التخطيط العمراني، مما يعزز الدقة والكفاءة.
4.2 إنترنت الأشياء (IoT)
توفر مستشعرات إنترنت الأشياء بيانات في الوقت الفعلي عن مختلف جوانب الحياة الحضرية، بما في ذلك حركة المرور وجودة الهواء واستهلاك الطاقة. وتلعب هذه المستشعرات دوراً محورياً في إنشاء توأم رقمي محدّث والحفاظ عليه.
4.3 الاستشعار عن بعد
تلتقط الأقمار الاصطناعية والطائرات بدون طيار وغيرها من تقنيات الاستشعار عن بعد صورًا وبيانات عالية الدقة، مما يسهل النمذجة الدقيقة ورصد المناطق الحضرية.
5. حالات الاستخدام
5.1 الشبكات الذكية وإدارة الطاقة
كان للتوائم الرقمية دور فعال في تحسين شبكات الطاقة، مما يضمن التوزيع الفعال والمستدام للطاقة، وبالتالي تقليل النفايات وانبعاثات الكربون.
5.2 إدارة النقل والمرور
يسمح التوأم الرقمي بمراقبة حركة المرور في الوقت الفعلي، مما يؤدي إلى تحسين تدفق حركة المرور وتقليل الازدحام وتقليل الانبعاثات الناتجة عن تباطؤ المركبات.
5.3 إدارة الموارد المائية
تساعد التوائم الرقمية في الإدارة الفعالة لموارد المياه، مما يقلل من هدر المياه والأثر البيئي لمرافق معالجة المياه.
6. التحديات والاعتبارات
6.1 خصوصية البيانات وأمنها
تُعد حماية البيانات الحساسة التي تستخدمها التوائم الرقمية ذات أهمية قصوى. يجب وضع تدابير قوية للأمن السيبراني لضمان سلامة البيانات وحماية الخصوصية.
6.2 قابلية التشغيل البيني
تعتمد التوائم الرقمية على بيانات من مصادر وأنظمة مختلفة، مما يجعل قابلية التشغيل البيني تحديًا. يمكن أن يساعد توحيد المعايير ومنصات البيانات المفتوحة في معالجة هذه المشكلة.
6.3 قابلية التوسع
مع توسع المدن، يجب أن تتوسع نماذج التوأم الرقمي وفقاً لذلك. التخطيط لقابلية التوسع ضروري لاستيعاب النمو الحضري المستقبلي.
7. التوقعات المستقبلية
إن مستقبل تكنولوجيا التوأم الرقمي في التخطيط الحضري المستدام واعد. سيؤدي دمج الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي إلى زيادة تعزيز قدرات النمذجة التنبؤية وصنع القرار. علاوة على ذلك، ستتيح التقنيات الناشئة مثل الجيل الخامس (5G) معالجة البيانات والاتصالات بشكل أسرع، مما يجعل المراقبة في الوقت الفعلي واتخاذ القرارات المستندة إلى البيانات أكثر سهولة.
توفر تكنولوجيا التوأمة الرقمية مساراً واعداً لتحقيق مدن خالية من الانبعاثات من خلال تعزيز التخطيط والتصميم الحضري المستدام. من خلال الاستفادة من تكنولوجيا البناء والبيانات في الوقت الحقيقي والنمذجة التنبؤية، يمكن للمدن العمل على تقليل تأثيرها البيئي وخلق مستقبل أكثر إشراقاً وأكثر اخضراراً للجميع.
نبذة عن الكاتب
الرئيس العالمي – التوأم الرقمي والخدمات المرتبطة به
م/س. SoftTech Engineers Ltd., بونه
تمكين التحول الرقمي في البيئة العمرانية
مؤسس مشارك ومدير العمليات,
م/س. تشي سكوير بي تي إي المحدودة سنغافورة
BtrLyf – نظام بيئي رقمي للبيئة المبنية,
تعزيز كفاءة استخدام الطاقة والاستدامة والبيئة الخضراء
مؤسس مشارك ومدير مشارك,
م/س. شركة الكترو-ميك للاستشارات الكهربائية والتكنولوجيا المحدودة. (EMCPL), مومباي
الرئيس – فرع مومباي لاتحاد هيئات الخدمات المالية الإسلامية – السنة الدراسية 2021-2023 و2023-24
الرئيس – فرع مومباي للجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين في مومباي – SY 2021-22
الرئيس – فرع مومباي INBAC – SY 2023-24
رئيس المنطقة الفرعية – ASHRAE RAL – SY 2023-24
يقود السيد روبيش أومتول مجموعة من المهندسين/المحترفين المتخصصين في مجال التوأم الرقمي – مجال البيئة الافتراضية لكفاءة الطاقة، والمباني الصفرية الصافية، وشهادات LEED للمباني الخضراء، ونمذجة المباني والمحاكاة الديناميكية لتحسين تصميم المباني وتوفير الطاقة المحتملة لتحقيق كفاءة الطاقة في المباني الجديدة والقائمة من أجل تدابير RCx وRFx.
كونه استشاري تصميم هندسي وأخصائي استدامة لأكثر من عقدين من الزمن، فهو ملتزم بكل إخلاص بالاستدامة والتصاميم المستجيبة للمناخ مع معرفة تحليلية واسعة بأداء الطاقة في المباني واستراتيجيات الحفاظ على الموارد للمشاريع في الهند وسنغافورة وهونج كونج وماليزيا والإمارات العربية المتحدة ودول الخليج وشرق آسيا الأخرى.
يشغل السيد روبيش منصب رئيس مجلس إدارة الجمعية الأمريكية لهندسة التدفئة والتبريد وتكييف الهواء (ASHRAE) كرئيس إقليمي فرعي في المنطقة ككل.