Использование Цифровых двойников в дорожной отрасли: от концепции до эксплуатации

Цифровые двойники становятся одним из важнейших технологических направлений в транспортной инфраструктуре: они играют ключевую роль в улучшении качества проектирования, модернизации визуальных инструментов для совместной работы и повышении надежности и производительности активов. Цифровые двойники — это основной инструмент для принятия инфраструктурных решений, поскольку в них содержится актуальная информация о проектах, их статусе и связанных с ними рисках. Цифровые двойники дают инженерам­строителям возможность визуализировать активы на протяжении всего жизненного цикла, что, в свою очередь, позволяет отслеживать изменения и выполнять анализ для оптимизации производительности активов.

Что такое Цифровой двойник

Цифровой двойник — это виртуальная копия физичес­кого объекта, процесса или системы в совокупности с инженерной информацией, позволяющей понимать и моделировать общую производительность. Проще говоря, Цифровой двойник — это цифровая модель высокой степени детализации, которая является аналогом (или двойником) физического объекта. Цифровые двойники постоянно обновляются данными из нескольких источников, что отличает их от статических 3D­моделей.

Почему Цифровые двойники так важны

На всех этапах жизненного цикла дорог — от концепции до эксплуатации — подрядчики, строительные фирмы, а также владельцы — операторы дорог и мостов могут использовать Цифровые двойники, чтобы предоставить проектным командам большую наглядность. Цифровые двойники также позволяют руководству и владельцам осознавать последствия принимаемых ими проектных решений уже на ранней стадии процесса, а также повышать производительность на протяжении всего жизненного цикла объекта.

При планировании, проектировании и строительстве или капитальном ремонте новой дороги или моста Цифровые двойники помогут оптимизировать проектирование в соответствии с эксплуатационными требованиями и снизить риск задержек или несоответствий с помощью моделирования. Цифровые двойники проектов также улучшают логистическую систему и связь между членами цепочки поставок, что помогает соблюдать график и оставаться в рамках бюджета.

Наибольшей ценностью Цифровые двойники обладают при эксплуатации. Владельцы­операторы получают представление о том, как устройства, подключенные к Интернету вещей (IoT), такие как дроны, применяемые для отслеживания изменений в активах в режиме реального времени, добавляют данные в виртуальную копию. Такая прозрачность помогает владельцам­операторам расставлять приоритеты и улучшать техническое обслуживание и обновления.

При использовании искусственного интеллекта (ИИ) и машинного обучения (МО) аналитическая наглядность, полученная из больших данных, может обеспечить понимание и возможность иммерсивных цифровых операций для повышения эффективности эксплуатации и технического обслуживания. В итоге доступ к Цифровым двойникам актива позволяет сотрудникам предвидеть и предотвращать проблемы до их возникновения и улучшать скорость реагирования.

С применением дронов и роботов, наряду с компьютерным зрением на базе ИИ и автоматизацией задач по проверке с помощью Цифрового двойника, эксперты могут проводить инспектирование удаленно, что, в свою очередь, способствует увеличению производительности, использованию всего потенциала специалистов и минимизации рисков, возникающих в связи с пребыванием членов команды в опасных условиях.

Цифровые двойники дорог и мостов в действии

Компания Bentley видит, как ее пользователи переходят на цифровые технологии с помощью Цифровых двойников, совершенствуют цифровые бизнес­процессы и используют интеллектуальные компоненты и цифровой контекст для повышения качества проектов и улучшения производительности активов каждый день по всему миру.

Вот несколько примеров, демонстрирующих, как пользователи Bentley переходят на цифровые технологии в проектной деятельности.

Компания Italferr использует Цифровые двойники при строительстве виадука для компании Pergenova в Генуе (Италия)

Pergenova Consortium Company выбрала компанию Italferr для разработки проекта реконструкции аварийного моста Моранди длиной 1182 м через реку Полчевера в Генуе (Италия). Несколько лет назад из­за обрушения моста были перекрыты три железнодорожные линии, в результате чего дальность проезда автотранспорта увеличилась на 120 км. Как следствие, его скорейшее восстановление имело решающее значение для долгосрочного экономичес­кого и культурного процветания города, поэтому строительство должно было начаться уже в ходе проектирования.

Чтобы обеспечить точность проектирования и уложиться в график, Italferr использовала методологию BIM компании Bentley и создала Цифровой двойник виадука для оптимизации рабочих процессов на этапе проектирования. Для достижения этой цели компания Italferr включила в модель подробную информацию о строительстве и эксплуатации, поскольку после этапа проектирования оставалось мало времени для существенных изменений модели. Кроме того, организация создала открытую единую среду данных для оптимизации совместной работы многопрофильной проектной команды и создания единого источника достоверных данных. Приложения Bentley также помогли Italferr определить стандарты, шаблоны и основные критерии создания Цифрового двойника и единой информационной 3D­модели, являющейся основой для проектирования, строительства и эксплуатации.

Применение BIM и создание цифрового рабочего процесса с помощью приложений Bentley позволило компании Italferr визуализировать проект с гораздо более высоким качеством и скоростью по сравнению с традиционными проектами в формате 2D. Применив решения BIM и Цифровые двойники компании Bentley, компания Italferr сократила затраты на проектирование, оптимизировала процесс принятия решений, повысила точность и улучшила многодисциплинарную коммуникацию.

Достижения BIM и Цифровые двойники оптимизируют проектирование и строительство скоростной автомагистрали в Китае

Скоростная автомагистраль Мэйтан — Шицянь  является ключевым проектом 13­го пятилетнего плана развития транспортной инфраструктуры в китайской провинции Гуйчжоу. Это первая скоростная автомагистраль в Китае, при строительстве и управлении которой масштабно применяются многопрофильные методологии BIM. Общая протяженность проложенной в сложной гористой местности скоростной автомагистрали составляет 113 км, на всем протяжении которых расположены многочисленные мосты, скоростные автомобильные эстакады и туннели.

Для повышения качества строительства и реализации концепции управления полным жизненным циклом в работе над проектом использовались Цифровые двойники. При разработке проекта для геодезических съемок местности применялись беспилотные летательные аппараты, а для создания трехмерной модели реальности использовалось ПО Bentley. Наличие этого контекста реальности помогло команде ускорить и оптимизировать проектирование и сократить период строительства на 89 дней.

В рамках этого проекта виртуальные технологии проектирования и строительства изменили традиционный жизненный цикл строительства. Уже на стадии проектирования команда выявила проблемы, которые, в случае применения старых методов, могли бы быть обнаружены лишь на этапе строительства. Выявление проблем на стадии проектирования позволяет вдвое сократить трудозатраты и время проектирования, повысить качество и снизить затраты на строительство. BIM­модели, созданные в ходе проекта, использовались для создания Цифрового двойника, который обеспечил основу для технического обслуживания, моделирования и прогнозирования будущей производительности активов.

Foth использует Цифровые двойники для проекта модернизации дороги в г.Сидар­Фолс (Айова)

Компания Foth Infrastructure and Environment получила подряд на разработку комплексного плана транспортной системы, который включал в себя все этапы — от подготовительных инженерных работ до разработки готового проекта и строительства дорожного коридора с оживленным движением в г.Сидар­Фолс (Айова). Целью городской администрации было улучшить транспортный поток и безопасность, создать удобные и доступные пешеходные и велосипедные дорожки, а также повысить коммерчес­кую доступность при минимальном размере капитальных вложений и эксплуатационных расходов. Действуя в соответствии с приоритетами, установленными городом, компания Foth ввела в проект инновационные элементы, которые редко использовались в штате, включая кольцевые развязки, сокращение полос движения и подход «улицы для всех», благодаря которым обеспечивается мультимодальная мобильность.

Единая 3D­модель повысила точность и эффективность проектирования, объединив проектировщиков и консультантов из глобальной сети специалистов. Кроме того, 3D­модель помогла на этапе строительства. Компания Foth создала 3D­модель в виде Цифрового двойника, получающего и выдающего данные по мере определения и разрешения персоналом потенциальных проблем на площадке. Помимо строительства инженерная информация в Цифровом двойнике будет очень полезна для эксплуатации и управления активами в будущем, поскольку подобные цифровые активы позволяют городу получать грамотно оформленную критически важную информацию для повышения производительности.

Экономия времени на этапе проектирования привела к значительному опережению общего графика проекта, что позволило компании Foth соблюдать сроки строительства и городские планы, обеспечив высокое качество исполнения. Работа в открытой единой среде данных с помощью приложений Bentley позволила улучшить конечные результаты на всех этапах, повысив эффективность совместной работы и производительность мобильных и рассредоточенных по всему земному шару команд, а также оптимизировать связь с городскими структурами, коммунальными предприятиями и заинтересованными сторонами местного сообщества.

BIM, моделирование реальности и данные ГИС для создания Цифровых двойников для автомагистрали в Малайзии

Автомагистраль Пан Борнео в Малайзии — это 1060­километровая 4­полосная дорога с двусторонним движением, проходящая по холмистой местности через населенные пункты и заповедники в штате Саравак. Компания Lebuhraya Borneo Utara (LBU), партнер в реализации проекта, и Reveron Consulting, партнер Bentley по продажам, были выбраны правительством Малайзии для проектирования, строительства и эксплуатации автомагистрали Пан Борнео с помощью решений Bentley.

Компания LBU использовала цифровые технологии для планирования, проектирования и строительства автомагистрали Пан Борнео, чтобы гарантировать соответствие государственным стандартам и обеспечить максимальные преимущества для заказчика. Приложения Bentley применялись на протяжении всего строительства, в том числе и для мониторинга процесса. Следующий этап был посвящен эксплуатации, техническому обслуживанию и управлению активами, чтобы автомагистраль соответствовала актуальным и будущим функциональным требованиям.

Технология Цифровых двойников послужила в качест­ве основы для решений в работе благодаря возможнос­тям моделирования реальности, цифровых и бизнес­процессов. Интегрированные приложения Bentley и единая среда данных представляют собой комплексное решение для создания Цифрового двойника. Цифровые двойники использовались для интеграции дорожной информационной системы, системы управления мостами и системы управления техническим обслуживанием, специально разработанных таким образом, чтобы включать отчеты о несоответствиях. В Цифровых двойниках технология Bentley применялась для объединения BIM, моделирования реальности и данных ГИС для иммерсивной наглядности и аналитики, позволяющих своевременно принимать решения и повышать производительность объектов инфраструктуры.

Краткие итоги

Цифровые двойники позволяют как визуализировать инфраструктурные объекты на протяжении всего жизненного цикла, так и отслеживать изменения и выполнять анализ для оптимизации их производительности. Цифровые двойники Bentley объединяют инженерную информацию, данные о реальности и данные IoT для получения комплексного представления о надземной и подземной инфраструктуре. Иммерсивная визуализация, наглядность и аналитические данные обеспечивают более глубокое понимание инфраструктуры и позволяют оптимизировать процесс принятия решений для достижения лучших результатов.