التكنولوجيا الرقمية المزدوجة: اللبنات الأساسية للبنية التحتية المستدامة والمرنة
تقدم لوري هافورد ، نائب رئيس التعاون الهندسي ،بينتلي سيستمز، رؤى متخصصة حول كيف ستكون التكنولوجيا الرقمية المزدوجة ضرورية في تصميم بنية تحتية مستقبلية أكثر استدامة وقوة.
ستكشف نظرة سريعة على أي صحيفة في جميع أنحاء العالم عن قصص الجفاف ودرجات الحرارة الزائدة – الباردة والساخنة – ونقص المياه والفيضانات الشديدة والعواصف والحرائق وجميع أنواع الكوارث المرتبطة بالمناخ.
نظرًا لأن المجتمعات والشركات والحكومات تتعامل مع هذه الأحداث، نحتاج إلى الاعتراف بأن البنية التحتية التي نبنيها تلعب دورًا كبيرًا في معالجة علاقتنا مع كوكبنا.
تنتج البنية التحتية تقدمًا اقتصاديًا واجتماعيًا في المجتمعات، لكنها أدت تاريخياً إلى انبعاثات الكربون وغيرها من الآثار البيئية غير المرغوب فيها.
من خلال تطوير كيفية تصميم البنية التحتية وبنائها وتشغيلها، يمكننا أن نطمح إلى تحقيق أهدافنا الاقتصادية والاستدامة لأننا نحمي بيئتنا المادية في المستقبل من تغير المناخ.
اليوم، تتيح التكنولوجيا الغامرة، كمقدمة للميتافيرس ، لمطوري البرامج إنشاء عوالم افتراضية تفاعلية لأي غرض وفي أي مكان. يمكننا استخدام هذه التكنولوجيا لجعل بنيتنا التحتية أكثر استدامة ومرونة في العالم الحقيقي.
مثال على ذلك، التوأم الرقمي للبنية التحتية.
ما هو التوأم الرقمي للبنية التحتية؟
التوأم الرقمي للبنية التحتية هو تمثيل رقمي ثلاثي الأبعاد لشيء ما في العالم المادي يتم تحديثه باستمرار ببيانات في الوقت الفعلي، مما يجعل التوأم الرقمي تمثيلاً رقميًا تفاعليًا “مباشرًا” لكائن أو نظام.
في عوالم ثلاثية الأبعاد تفاعلية تم إنشاؤها للترفيه فقط، لا يلزم تطبيق الدقة الهندسية وقوانين الفيزياء.
لكن بالنسبة للبنية التحتية، فهي مطلب. يجب أن تتمتع التوائم الرقمية للبنية التحتية بدقة ميليمترية ، ومحاذاة جغرافية مكانية، ودعم لمخططات هندسية ثلاثية الأبعاد معقدة.
سواء كان أنبوب مياه مدفونًا تحت أحد شوارع المدينة أو توربينات الرياح على بعد ثلاثة أميال من الشاطئ، فإن التوائم الرقمية للبنية التحتية تدمج بيانات نموذجية من المفهوم إلى البناء، مثل البيانات الحقيقية من مسوحات الطائرات بدون طيار – بما في ذلك البيئة المحيطة.
كما يقومون بجمع البيانات من خلال الأجهزة المتصلة بإنترنت الأشياء (IoT)، مثل المستشعرات الثابتة أو المحمولة التي تلتقط معلومات مفصلة وغنية بالهندسة – بما في ذلك تقلبات درجات الحرارة وسرعة الرياح وانبعاثات الكربون.
تعمل شركة برمجيات هندسة البنية التحتية، بنتلي سيستمز، على تطوير التوائم الرقمية للبنية التحتية.
من خلال إقران التوائم الرقمية للبنية التحتية مع تقنية التصور والمحاكاة المتقدمة – مثل محرك Unreal Engine الذي تقدمه Epic Games والذي يشغل اللعبة التفاعلية عبر الإنترنت Fortnite ، بالإضافة إلى المنصات الرائدة من NVIDIA (Omniverse) و Unity – يمكننا الاستفادة من هذه البيانات في لعبة غامرة تجارب افتراضية لتحليل الآثار الضارة للفيضانات السريعة، ومراقبة التلوث في المدن، وحتى إدارة صحة الأشجار في المناظر الطبيعية الحضرية.
من كان يظن أن تصميم وبناء وتشغيل البنية التحتية في عوالم رقمية تفاعلية يمكن أن يساعدنا في تتبع انبعاثات الكربون والحفاظ على الموارد للتأثير على تغير المناخ بشكل إيجابي؟
المفتاح لتسخير قيمة الكوكب فيما يتعلق بالبنية التحتية هو توأم رقمي دقيق ماديًا مكتمل ببيانات هندسية غنية لنمذجة البنية التحتية المبنية ومحيطها.
تخيل أن تكون قادرًا على نمذجة العالم الحقيقي المتأثر بتغير المناخ ثم توليد تجارب ومحاكاة ميتافيرية غنية لإيجاد حلول.
سواء كان الأمر يتعلق بالتقاط السهول الفيضية المتغيرة وارتفاع مستوى المحيطات في العالم الطبيعي أو تحليل مرونة البنية التحتية الحيوية مثل الشبكة الكهربائية، فإن التوائم الرقمية للبنية التحتية هي المفتاح.
ومع ذلك، فإن وجهة نظر نقطة في الوقت ليست كافية. من خلال تسجيل ونمذجة العمليات في بيئاتنا المبنية والطبيعية وتتبع هذه التغييرات بمرور الوقت، يمكننا استخدام التوائم الرقمية للبنية التحتية مثل آلة الزمن للنظر إلى أين كنا، وأين نحن الآن، وإلى أين نحن ذاهبون.
هذه أداة قوية لتقييم وتغيير وحتى عكس بصمتنا الكربونية. توفر التوائم الرقمية للبنية التحتية والتجارب التفاعلية الغامرة المبنية عليها عوامل تغيير افتراضية وتخلق مرحلة لتلبية احتياجات البنية التحتية في العالم بشكل مستدام.
التكنولوجيا ذات قيمة فقط إذا كانت قابلة للاستخدام ويمكن الوصول إليها. توفر تقنية التوأم الرقمي، مع metaverse المتطور، إمكانية الوصول عبر أي منصة لتتناسب مع التجربة المطلوبة –
الويب أو سطح المكتب أو الجوال أو الحقيقة المختلطة.
تصل هذه التطورات إلى ما هو أبعد من مجتمع الألعاب إلى مصممي البنية التحتية والمهندسين ومديري المشاريع وغيرهم من أصحاب المصلحة الذين يرغبون في تصور ونمذجة استدامة مشروعهم – سواء كانوا ينسقون موقع بناء، أو يقومون بجولة في محطة طاقة، أو يعيدون تصميم جسر ليكون أكثر مقاومة للطقس القاسي.
يمكن للمهندسين استخدام البيانات في الوقت الفعلي والذكاء الاصطناعي لنقلنا في رحلة محاكاة إلى المستقبل ومعرفة نتائج قرارات التصميم والأساليب واختيار المواد التي تؤثر على بصمتنا الكربونية.
تطبيقات العالم الحقيقي لمكافحة تغير المناخ
مكافحة تغير المناخ هي جهد عالمي، وأي منظمة تحاول تلبية مستدامة
تحتاج أهداف التنمية (SDGs) إلى الأدوات المناسبة للوصول إليها. يمكن إضفاء الطابع الديمقراطي على هذه التكنولوجيا لأي حجم أو نطاق أو تعقيد، بغض النظر عن مكان المشروع في العالم.
الفوائد الاقتصادية والبيئية لاستخدام التوائم الرقمية للبنية التحتية ليس لها حدود. بدلاً من ذلك، فإن طبيعة المصدر المفتوح للتعاون في العالم الافتراضي تستفيد استفادة كاملة من المواهب من أي مكان لحل المشكلات الملحة.
وفقًا لمركز الدراسات الاستراتيجية والدولية، تعتبر البنية التحتية للمياه النظيفة “ جانبًا مهمًا من أجندة المياه ” التي حددتها G7 Build Back Better World Partnership (B3W)، وتستعد التكنولوجيا الرقمية المزدوجة لمواجهة تحديات المياه الندرة والصرف الصحي على نطاق عالمي.
في الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي، يستخدم علماء المركز الوطني للبيانات المناخية بيانات هطول الأمطار التاريخية من التوائم الرقمية لاختبار تشغيل أنظمة مياه الأمطار الحالية تقريبًا.
يمكنهم بعد ذلك التنبؤ بالبيانات لنمذجة تأثير حدث عاصفة كبير ومعرفة تأثيره على أي تصميمات للبنية التحتية لمياه العواصف حالية أو مستقبلية.
تعالج مشاريع البنية التحتية للمياه التي تم تحديدها باستخدام التوائم الرقمية أنظمة مياه الأمطار التي عفا عليها الزمن والتي تتعثر تحت ضغط هطول الأمطار الغزيرة والفيضانات المتزايدة الناجمة عن تغير المناخ.
يمكن أيضًا تحقيق مستقبل خالٍ من الانبعاثات بمساعدة التوائم الرقمية للبنية التحتية.
يعمل العلماء والمهندسون فعليًا باستخدام التوائم الرقمية للبنية التحتية لإنشاء تجربة طاقة خالية من الكربون، حيث تتعاون 35 دولة لبناء أكبر توكاماك في العالم – جهاز اندماج مغناطيسي يهدف إلى إثبات جدوى الاندماج النووي.
يتوقع مشروع المفاعل النووي الحراري التجريبي الدولي (ITER)، مقره جنوب فرنسا، أن تولد التجربة 500 ميجاوات من الطاقة لتزويد ما يصل إلى 200000 منزل بالطاقة إذا نجحت.
إن الآثار المترتبة على هذا المصدر المحتمل غير المحدود للطاقة النظيفة سيكون لها تأثير غير مسبوق على أهداف التنمية المستدامة.
تستمر التوائم الرقمية للبنية التحتية في لعب دور مؤثر في الحد من انبعاثات الكربون من مشاريع الطرق والسكك الحديدية.
تعد شبكة السكك الحديدية عالية السرعة في المملكة المتحدة مثالًا رئيسيًا على كيفية تمكين التوائم الرقمية للبنية التحتية للمهندسين من تصميم تأثير الكربون لنظام السكك الحديدية قبل مرحلة البناء، وتحسين تصميم منخفض الكربون والسير على المسار الصحيح لتلبية متطلبات الكربون المنصوص عليها بمبادرة صافي الصفر للأمم المتحدة.
بسبب زيادة تواتر وشدة الظواهر الجوية المتطرفة، تتعرض البنية التحتية لضغوط متزايدة لتحسين المراقبة والتفتيش.
في عام 2021، استخدمت وزارة النقل بولاية نيويورك (NYSDOT) التوائم الرقمية لتقييم واستبدال جسر East 138 th Street في حي برونكس بمدينة نيويورك.
تضمن إكمال المشروع في مثل هذه المنطقة المزدحمة تصميمًا إنشائيًا معقدًا وتنسيقًا باستخدام التوأم الرقمي كوثيقة إنشاء أولية. يمكن الآن تحديث التوأم الرقمي بشكل مستمر واستخدامه كأداة لإدارة الأصول وفحص الجسر.
أثناء تطور metaverse ، يتوقع بعض الخبراء أنه يمكن أن يكون منصة العمل العظيمة التالية.
في الوقت الحالي، في عالم البنية التحتية، تجتمع فرق المشروع وأصحاب المصلحة فعليًا لإجراء مراجعات شاملة لتصميم البنية التحتية والمهام الحاسمة الأخرى، مثل تنسيق الموارد في الموقع، لإنجاز هذه المشاريع بشكل فعال.
يمكن أن يكون تقديم العوالم الافتراضية كثيفًا للكمبيوتر، مما يؤدي إلى انبعاثات الكربون الخاصة بها. يجب مراعاة ذلك واتخاذ خيارات تصميم الحوسبة الفعالة في الاعتبار عند إنشاء تجارب metaverse.
مع استمرار نمو احتياجات عالمنا وتغير حجمها ونطاقها، تعد التوائم الرقمية ضرورية لبنية تحتية واقية من المستقبل وقيادة العمل المناخي بتصميمات مستدامة تقلل انبعاثات الكربون وتزيل النفايات.
التوائم الرقمية للبنية التحتية ليست مستقبلية. باعتبارها اللبنات الأساسية للبنية التحتية metaverse ، فإنها تسمح للمجموعات بالتفاعل والتعاون بطرق جديدة للمساعدة في حل المشكلات اليوم من أجل غد أكثر استدامة ومرونة.
المصدر: innovationnewsnetwork
إقراء ايضا:
