Durch die M?glichkeit, verschiedene Zukunftsszenarien zu testen, kann unser digitaler Zwilling Anlagenbesitzern und -betreibern helfen, komplexe Fragen in einfache Antworten zu verwandeln. Im Vergleich zu anderen überwachungssystemen kann ein digitaler Zwilling helfen, riesige Datenmengen zu generieren und zu analysieren, um die Auswirkungen von System?nderungen vorherzusagen und die Geb?udenutzung zu optimieren.

Die niederl?ndische Provinz Zuid-Holland, die sich mit der Frage auseinandersetzt, wie Geb?ude bis 2030 klimaneutral gestellt werden k?nnen, beauftragte Arup mit der Erstellung eines digitalen Zwillings für einen Teil des Rathausgeb?udes. Durch die Zusammenarbeit unserer Digital- und Designexperten wurde unser digitaler Zwilling genutzt, um die kosteneffizientesten Ma?nahmen zur Energiewende zu finden und den Sitz der Regionalregierung zukunftssicher zu machen. Unsere Arbeit hat weitreichende Optimierungen zutage gef?rdert und dazu beigetragen, den Energieverbrauch allein durch die Anpassung einiger Systemeinstellungen um 39 % zu senken - und das ohne weitere Investitionen.

Der digitale Zwilling von Arup hat der Regierung auch dabei geholfen, herauszufinden, wie der Raum im Geb?ude effektiver genutzt werden kann - was angesichts der Anpassung der Arbeitgeber an neue Arbeitsweisen von entscheidender Bedeutung ist - und hat eine um 40 % effektivere Nutzung der R?umlichkeiten ergeben.

Der digitale Zwilling - der perfekte Ma?stab

Mit seiner einzigartigen Form, Ausrichtung und Systemkonfiguration ist jedes Geb?ude einzigartig - und schwer zu bewerten. Die meisten Geb?udemanager k?nnen nur schwer einsch?tzen, wie gut ein Geb?ude funktioniert oder ob es unterdurchschnittliche Leistungen erbringt. Defekte oder Fehler im Managementsystem einer Immobilie sind jedoch kostspielig und führen dazu, dass Geb?ude etwa 30 % mehr Energie verbrauchen als sie normalerweise ben?tigen.

Der innovative digitale Zwilling von Arup stellt eine exakte digitale Kopie des realen Geb?udes dar: über die Bereitstellung eines 3D-Modells hinaus kann der digitale Zwilling detailliert aufzeigen, wie das Geb?ude funktioniert, indem er die exakten Systeme und Einstellungen, die Geb?udebelegung und die gleichen Wetterbedingungen reproduziert.

Der digitale Zwilling des Rathauses

Mithilfe von 3D-Scans hat Arup ein 3D-Modell (BIM) des Rathauses entwickelt. Das Modell fungiert als Informationstr?ger, der geometrische Daten mit produkt- und systemspezifischen Informationen, Sensordaten und Simulationsdaten verknüpft. Das Datenmodell des Rathauses ist mit dem bestehenden Geb?udemanagementsystem verknüpft, das alle Heiz-, Kühl- und Lüftungssysteme steuert.

Es wurden Tausende von Datenpunkten gesammelt, wie z. B. Einzelraumtemperatur, System- und Au?entemperaturen, Str?mungen, Lüftungstemperatur und Sonneneinstrahlung. Au?erdem wurden IoT-Sensoren eingebaut, mit denen die Nutzer die Belegung des Geb?udes überwachen k?nnen. Das wichtigste Element des digitalen Zwillings ist jedoch seine Analysef?higkeit, um alle gesammelten Daten zu bewerten und entsprechend zu handeln.

A digital twin

über die Datenüberwachung hinaus: maschinelles Lernen und Simulation

Die wahre St?rke unseres digitalen Zwillings liegt in der Verknüpfung seiner maschinellen Lernf?higkeiten mit seinen Simulationsf?higkeiten. Ein Modell mit maschinellem Lernen wei? nur, worauf es "trainiert" worden ist. Mit seinen fortschrittlichen Simulationsf?higkeiten verl?sst sich der digitale Zwilling von Arup nicht nur auf Daten, sondern auf die zugrunde liegende Physik der Anlage. Selbst wenn nur wenige oder gar keine Sensordaten des realen Geb?udes vorliegen, kann der digitale Zwilling ein robustes, einsatzbereites Vorhersagemodell bereitstellen, das bereits vor dem Bau einer Anlage Einblicke in die Leistungsf?higkeit bietet.

Der Clou passiert, wenn der digitale Zwilling beginnt, seine eigenen "Trainingsdaten" zu liefern. Noch bevor er mit den Sensoren des Geb?udes verbunden ist, kann das digitale Modell beginnen, Daten zu generieren. Durch kleine Anpassungen des Simulationsmodells werden verschiedene Ver?nderungen erzeugt, die 100.000 Mal mehr "Trainingsdaten" generieren, als die physischen Sensoren im gleichen Zeitraum liefern k?nnen. Ab dem Tag, an dem er mit den Sensordaten des Geb?udes verbunden wird, kann der digitale Zwilling mit der Vorhersage, Diagnose und Optimierung der Systeme beginnen. Ihm kann sogar beigebracht werden, Situationen zu verstehen, die im Geb?ude noch nicht stattgefunden haben.

Arup ist in der Lage, einen digitalen Zwilling des Geb?udes zu entwerfen, in dem die Auswirkungen von Eingriffen getestet und durch die Zusammenführung von Daten und Messungen sichtbar gemacht werden k?nnen. Dies erleichtert es, langfristige Entscheidungen in Bezug auf Energieeffizienz, Geb?udebelegung, Raumluftqualit?t und Effektivit?t der aktuellen HLK-Systeme zu treffen.

Jury der Urban Energy Challenge 2018

Der Weg zum Netto-Nullpunkt: Optimierung von Systemeinstellungen und Belegung

Ein digitaler Zwilling kann so trainiert werden, dass er komplexe Zusammenh?nge zwischen Symptomen (z. B. einemCO2-überschuss in einem Raum) und zugrundeliegenden Fehlfunktionen (z. B. ein im System festsitzendes Ventil) erkennt. Im Vergleich zur herk?mmlichen überwachung zeigen digitale Zwillinge nicht nur auf, was schief gelaufen ist, sondern k?nnen Geb?udemanagern auch helfen, die Ursachen der St?rungen zu analysieren - und Verbesserungsvorschl?ge zu machen.

Der digitale Zwilling von Arup fand heraus, dass die Lüftungsanlage des Rathauses ihren Energieverbrauch allein durch Anpassung der Einstellungen und ohne weitere Investitionen um 39 % senken k?nnte. Die richtigen Systemeinstellungen sind schwer zu finden, da die optimalen Temperatur- und Durchflusseinstellungen in zentralen Systemen von den einzigartigen Situationen in allen angeschlossenen R?umen abh?ngen, die auf der Nutzung, den Sonnenlasten und den Raumsystemen basieren. Indem er die genaue Situation im Geb?ude durchspielte und verschiedene Einstellungen testete, konnte der digitale Zwilling die optimalen Einstellungen finden und deren Auswirkungen auf den j?hrlichen Energieverbrauch vorhersagen.

Das Geb?udemanagement des Rathauses war auch daran interessiert, zu verstehen, ob das Geb?ude auf die effektivste Weise genutzt wird. Eine ineffiziente Nutzung eines Geb?udes dieser Gr??e kann dazu führen, dass Millionen von Euro für die Miete von ineffektiv genutztem Raum verschwendet werden. Die Belegung des Geb?udes wurde überwacht und mit der eines effektiv genutzten Geb?udes verglichen. Dabei zeigte sich, dass die Belegung des Geb?udes um 40 % gesteigert werden konnte (Situation vor der COVID). Für das Rathaus wurden die Verbesserungen auf 2.400.000 €/Jahr bzw. 781.000 kgCO2/Jahr gesch?tzt.