Il Digital Twin Model è uno strumento di analisi e modellazione che focalizza l'attenzione oltre che sugli edifici, anche sui processi complessi e, soprattutto, sulle interazioni fra le persone e l'ambiente costruito.
Con riferimento all'obiettivo condiviso dalle diverse istituzioni pubbliche, a livello internazionale, di garantire efficacia ed efficienza del processo di progettazione e di costruzione delle opere (con particolare attenzione alle opere pubbliche), in termini di controllo della qualità, dei costi e dei tempi, il Digital Twin Model, rispetto agli strumenti di digitalizzazione maggiormente noti, come il Building Information Modeling (BIM), consente di gestire un insieme di informazioni e di parametri in cui confluiscono diversi aspetti pluridisciplinari e, soprattutto, di estendere la gestione dei processi: dal manufatto all'ambiente costruito, al contesto urbano e alle interazioni che lo interessano.
In questo ambito, la Ricerca, attraverso la creazione di un ambiente di condivisione dati, con il contributo di diverse discipline, si propone la realizzazione del gemello digitale di un comparto urbano, con applicazione ad un insieme di complessi edilizi di nuova edificazione, finalizzandolo allo studio degli aspetti di: innovazione nei processi di progettazione; innovazione nel progetto urbano; ridefinizione dei processi partecipativi; sostenibilità sociale, ambientale ed economica; facility management; energy management; sicurezza, igiene e sanità pubblica; utilizzo dei data economy, attraverso una sintesi progettuale nel modello.
L'applicazione al caso di studio del gemello digitale del contesto urbano che sarà preso in esame, il sistema di dati tridimensionali, opportunamente strutturato, potrà garantire un notevole supporto alle diverse operazioni orientate alla gestione intelligente dell'ambiente costruito, al fine di contribuire all'ottimizzazione funzionale delle attività.
Lo sviluppo dei gemelli digitali della aree urbane sta sicuramente permettendo di ridurre il divario tra realtà e vita virtuale e sarà essenziale per dare linee di sviluppo incisive ad interi quartieri e porzioni di città
Rispetto al paradigma dell'Industria 4.0, dunque, il concetto di Digital twin rappresenta un importante momento di trasformazione. Di fatto è stata la crescente diffusione della Internet of Things, del cloud, delle tecnologie mobili, dell'intelligenza artificiale e della Blockchain a rendere accessibili a molte più aziende i vantaggi associati ai digital twins. Gartner aveva previsto che nel 2020 ci sarebbero stati 21 miliardi di sensori collegati che avrebbero reso possibili gemelli digitali per un'infinità di situazioni. Considerando l'impatto delle tecnologie associate in tutti i settori, dalle smart fabric alla smart agricolture, dalla smart health alle smart city, l'evoluzione dei digital twin si propone come un naturale percorso di sviluppo per le organizzazioni che puntano ad intraprendere la digital transformation. L'implementazione di un approccio digitale sistemico applicato allo sviluppo di sistemi urbani produce modelli digitali diversificati in base alla scala di analisi e, soprattutto, alla quantità di dati tratti dalla struttura urbana reale, e strutturati all'interno del suo gemello digitale. Tale metodologia di analisi rappresenta anche la base per l'evoluzione e la progressiva trasformazione tecnologica della tradizionale mappa urbana, così sviluppata, gestita e costantemente monitorata nelle sue tre dimensioni tramite modelli basati su Geo-database intelligenti.
Nell'ambito delle costruzioni, ad esempio, è possibile collegare al gemello digitale di un edificio, un blocco di edifici o di una porzione di quartiere, parametri di tipo energetico in modo da monitorare il consumo di energia, i relativi costi e le possibili misure volte alla loro ottimizzazione. Tali possibilità di monitoraggio possono trovare applicazione nella gestione di singole infrastrutture o, su scala più ampia, di intere aree urbane, aprendo scenari di sviluppo come quelli delle città intelligenti ed evolutive. Esistono indubbi punti di contatto metodologici e disciplinari fra Building Information Modeling (BIM) e Digital Twin Models (DTM), che sono, tuttavia, caratterizzati anche da alcune importanti e rilevanti differenze al di là del tratto comune derivante dall'essere entrambi metodi di definizione informativa e digitale di un oggetto.
Un gemello digitale si aggiorna continuamente, traendo informazioni da molteplici fonti, rappresentando in tempo reale il suo stato, le condizioni di lavoro o i fattori ambientali. Il gemello digitale "impara" da sé stesso e dai dati che incessantemente raccoglie, attraverso l'integrazione con l'intelligenza artificiale e gli algoritmi di apprendimento automatico. Si tratta di un processo fondamentale per individuare risposte sempre più mirate per far fronte a specifiche esigenze e risolvere problemi concreti, un supporto decisionale che non può sostituirsi comunque all'intelligenza dei decisori umani.
L'ecosistema che regola la composizione del Digital twin varia in base alla sua complessità, alle dimensioni, alla granularità della rappresentazione alla scala spaziale e temporale della porzione di realtà fisica che il modello rappresenta.
Il gemello digitale rappresenta una singola entità o un sistema di esse, come nel caso del comparto urbano, ed il suo valore innovativo risiede nell'uso delle simulazioni, dei dispositivi e dei sistemi di intelligenza artificiale che analizzano e processano dati operativi storici, così come presenti e futuri, sviluppando capacità predittive.
Sul fronte tecnologico sussistono tre tipologie di progresso che rendono possibile il valore del gemello digitale: la capacità di calcolo, i sensori e la capacità di simulazione/visualizzazione. Il motore del Digital twin si basa su un'enorme quantità di dati e su elaborazioni che necessitano di una elevata potenza di calcolo, nonché di memorizzazione. Questo permette di elaborare, memorizzare e comunicare le enormi quantità di informazioni utilizzate per gestire gli edifici ed interi comparti in maniera efficiente.
Mediante strumenti di realtà virtuale ed aumentata e simulazione visiva, sarà possibile studiare gli edifici in modalità immersiva, camminando dentro il progetto stesso e descrivendo realisticamente le entità fisiche che lo compongono, generando valore e supporto ai processi decisionali ma, soprattutto, delineando scenari di evoluzione che soltanto l'utilizzo degli strumenti finalizzati a sviluppare i digital twins, con i loro sviluppi, potranno consentire.