Digitaalisten kaksosten avulla simuloidaan parhaimmillaan kokonaisia kaupunkeja

Digitaalisella kaksosella tarkoitetaan rakennetussa ympäristössä täysin digitaaliseen ympäristöön rakennettua vastinetta tietystä rakennuksesta tai kokonaisesta alueesta. Saatavilla oleva tieto kohteesta on tuotu digitaaliseen ympäristöön, jossa kohteen olemusta ja toimintoja pystytään virtualisoimaan, visualisoimaan tai simuloimaan.

Digitaalinen kaksonen mahdollistaa ympäristön toimintojen suunnittelun digitaalisessa toimintaympäristössä, josta ratkaisut voidaan viedä myös todellisuuteen. Esimerkiksi itseohjautuvia busseja voidaan testata ensin kaupungista rakennetussa digitaalisessa kaksosessa, ennen niiden tuomista kaupungin kaduille. 

Sitowisen asiantuntija Jarkko Männistö uskoo, että digitaalisten kaksosten avulla voidaan parhaimmillaan löytää ratkaisuja ja arvokasta tietoa nykypäivän kaupunkeja ja ympäristöjä uhkaaviin ongelmiin. 

– Digitaalisia kaksosia voidaan hyödyntää eri tasoisissa haasteissa yksittäisen rakennuksen tai korttelin visualisoinnista kokonaisen uuden liikennejärjestelmän simuloimiseen tai vaikkapa asuinalueen valaistuksen suunnitteluun ja virtuaaliseen testaamiseen tai käyttöön, Männistö kertoo.

Mitä enemmän digitaaliseen kaksoseen tuodaan tietoa, sitä moniulotteisemman kuvan se kohteestaan tuottaa ja sitä luotettavammin sitä voidaan hyödyntää myös tulevaisuuden suunnitteluun. 

Uskon, että digitaaliset kaksoset voivat auttaa meitä pelastamaan maailmaa, mutta se edellyttää toimijoiden välistä yhteistyötä ja datan jakamista. Toimintatapamme ja ajattelumme ovat edelleen hyvin siilomaisia.

Jarkko Männistö, Sitowise

Yksinkertaisimmillaan kyse on datan visualisoinnista

Yksinkertaisimmillaan digitaalinen kaksonen voi olla rakennuksen tai kaupunginosan staattinen, virtualisointi digitaalisessa muodossa.  Digitaalisen kaksosen voi siis rakentaa hyödyntämällä esimerkiksi suunnittelussa ja rakentamisessa käytettäviä BIM-malleja sekä ympäristöstä luotuja ilmakuvauksiin perustuvia kaupunkimalleja, jotka tarjoavat kolmiulotteisen mallin esimerkiksi suunniteltavissa olevasta alueesta.

Astetta monimutkaisemmalla tasolla digitaalisen kaksosen avulla voi virtualisoida ympäristöä dynaamisesti. Tällöin sinne voidaan tuoda esimerkiksi 360 astetta kattavia kuvia ja animaatioita, jotka yhdessä ensimmäisen tason elementtien kanssa tekevät digitaalisesta kaksosesta toiminnallisemman ja moniulotteisemman. Tällä tasolla voidaan visualisoida esimerkiksi suunnitteilla olevan rakennuksen suhdetta maisemaan tietyistä pisteistä katsottuna. Lisäksi animaatioiden avulla suunnitelmaan voidaan lisätä esimerkiksi rakennuksen ohitse ajava raitiovaunu havainnollistamaan liikenteen kulkemista tietyssä paikassa.

Kun alue halutaan visualisoida mahdollisimman tarkasti ja monipuolisesti, mukaan tuodaan myös muut kaupunkiobjektit, kuten valaisimet, kadunkalusteet, puusto ja viheralueet sekä liikenne. Näin digitaalisen kaksosen avulla saadaan rakennettua mahdollisimman tarkka kuva kohteesta. Tätä kokonaiskuvaa puolestaan on mahdollista käyttää esimerkiksi päätöksenteon tukena ja alueen havainnollistamisessa kaupungin asukkaille ja siellä liikkujille.

Visualisoinnista kohti simulointia ja ennustamista

Teknologian ja datan tarjoamien mahdollisuuksien avulla digitaalinen kaksonen voi olla paljon muutakin kuin visualisointia. Ensinnäkin on mahdollista simuloida erilaista toimintaa rakennuksessa tai alueella. Digitaalisessa kaksosessa voidaan esimerkiksi testata alueen valaistuksen tarvetta eri vuodenaikoina hyödyntäen tarjolla olevaa dataa valon määrästä alueella. Lisäksi voidaan mallintaa ja simuloida ihmisten käyttäytymistä ja kulkureittejä tai liikennettä, jolloin saadaan aikaan testattavia ratkaisuja tosielämän haasteisiin.

– Digitaalisten kaksosten avulla voidaan tosielämään tuoda kokonaan uusia kokeilevia ratkaisuja, esimerkiksi siten, että ulkona liikkujat voivat itse säätää vaikkapa puiston jalankulkureittien ulkovalaistusta tarpeen mukaan sen sijaan, että alue olisi aina samalla tavoin valaistu läpi yön, kertoo Männistö.

Vielä astetta moniulotteisempi toteutus digitaalisesta kaksosesta saadaan keräämällä ympäristöstä aitoa, reaaliaikaista dataa suoraan kohteen digitaaliseen kaksoseen. Tällaista dataa voisi olla esimerkiksi tietyn tilan käyttöaste, reaaliaikainen ja tarkka kohteen säätieto tai tieto kulutetun energian määrästä. Kun tämä data tuodaan suoraan digitaaliseen kaksoseen mahdollisten simulaatioiden tueksi, saadaan tiedon tilannekuvalle lisäulottuvuuksia.

Digitaalisen kaksosen moniulotteisin taso on se, jossa kaikesta kerätystä datasta pyritään muodostamaan analyyseja ja tulevaisuuden ennusteita tilannekuvan rinnalle. Kun kaikki saatavissa oleva data esimerkiksi kaupungista ja sen rakennuksista, liikenteestä ja ihmisistä saadaan tuotua digitaaliseen kaksoseen, on mahdollista muodostaa analyyseja ja ennusteita myös tulevaisuudesta. Analyysia voidaan hyödyntää esimerkiksi tulevien rakennustarpeiden suunnitteluun tai sen avulla voidaan myös löytää esimerkiksi kaupungin hiilineutraaliustavoitteen kannalta kriittisimmät pisteet tutkimalla, miten eri datat käyttäytyvät ja korreloivat keskenään virtuaalisessa muodossa.

Digitaalisen kaksonen on konsepti, joka ratkaisee kompleksisten hankkeiden osakokonaisuuksien haasteita, jolloin kerättyjen datojen yhteisvaikutukset ja sidokset voidaan havainnoida.

– Juuri näiden mahdollisuuksien vuoksi digitaalisessa kaksosessa on potentiaalia ratkaista kaupungistumisen suuria ongelmia maailmassa. Ratkaisuja voidaan testata ja ongelmia ennustaa, kun kohde on tarkkaan mallinnettu digitaalisessa muodossa, Männistö toteaa.

Digitaalisen kaksosen avulla voidaan mallintaa ja simuloida kokonaisia kaupunkeja tai suuria alueita rakennuksineen. Jotta tähän lopputulokseen päästään, on työ kuitenkin aloitettava jostakin. Tärkeintä kehitystyön aloittamisessa on tunnistaa digitaaliselle kaksoselle halutut käyttökohteet ja näihin tarvittava data. Parhaimmillaan digitaalinen kaksonen luo verkon muihin digitaalisiin kaksosiin ja kaikkeen ympäristöstä kerättyyn dataan. Tällöin digitaaliset kaksoset ovat hyödynnettävissä kaikessa suunnittelussa, viestinnässä sekä päätöksenteossa ja mahdollistavat turvallisen, kestävän ja viihtyisän ympäristön luomisen.

Tampereella on laadittu Hervannan automaattiliikenteen testialueesta digitaalinen kaksonen. Tutustu digitaalisesta kaksosesta laadittuun videoon: