Michael Jansen - người sáng lập, Giám đốc điều hành công ty CityZenith chuyên sản xuất phần mềm ứng dụng Digital Twins cho biết, đối với các thành phố, các tòa nhà và hạ tầng đô thị, động lực chính để áp dụng công nghệ chính là phi carbon hóa. Digital Twins là trợ lý đắc lực ở một số giai đoạn trong quá trình chuyển đổi một tòa nhà từ dương carbon sang trung hòa carbon.
Những tòa nhà đạt chỉ số tiêu thụ năng lượng cực thấp trong khuôn viên Đại học Nanyang, Singapore
Theo Thỏa thuận Paris, để duy trì mức ấm lên toàn cầu ở ngưỡng 1,5oC so với thời kỳ tiền công nghiệp, nền kinh tế toàn cầu phải đạt mức phát thải ròng bằng 0 vào năm 2050. Điều này có nghĩa là chấm dứt toàn bộ việc phát thải khí nhà kính hoặc loại bỏ lượng khí thải không thể tránh khỏi thông qua việc bù đắp để thu giữ carbon từ khí quyển. Các nhà phát triển phần mềm và giới kinh doanh công nghệ dự đoán điều này tất dẫn đến sự phổ biến rộng rãi của Digital Twins, khi các Chính phủ và doanh nghiệp đối mặt với áp lực ngày càng tăng trong việc cắt giảm mức đóng góp của mình vào biến đổi khí hậu.
Digital Twins - giai đoạn mới trong sự phát triển ngành xây dựng
Chính phủ Anh đã bắt đầu đầu tư phát triển công nghệ Digital Twins. Hợp tác với Trung tâm Kỹ thuật số Vương quốc Anh (thành lập trong khuôn khổ hợp tác với Đại học Cambridge), Chính phủ đã triển khai chương trình National Digital Twin nhằm xây dựng hệ sinh thái hợp nhất các bản sao kỹ thuật số trong tất cả các doanh nghiệp, qua đó dữ liệu có thể được trao đổi dễ dàng hơn. Trung tâm Digital Built Britain với sự hỗ trợ của Chính phủ Anh đang xây dựng hệ sinh thái của các bản sao kỹ thuật số được kết nối. Sarah Hayes - Giám đốc quan hệ công chúng khẳng định công nghệ có vai trò quan trọng trong việc giúp các thành phố đạt được lượng phát thải ròng bằng không. Digital Twins chính là công cụ để đạt được việc tập hợp các thông tin lại cùng nhau để hiểu rõ hơn về bức tranh toàn cảnh; giúp doanh nghiệp hiểu rõ ảnh hưởng của các quyết định và hành động. Bà lập luận: nếu cách đây 20 - 30 năm đã có Digital Twins, liệu giờ đây nhân loại có phải đối mặt với cuộc khủng hoảng khí hậu hay không. Liệu có nên đầu tư quá nhiều vào dầu mỏ và khí đốt nếu như khi đó có tất cả thông tin về hậu quả trong tương lai.
Một nghiên cứu được công bố vào tháng 9/2020, trong đó dự báo thị trường Digital Twins sẽ tăng từ 3,1 tỷ USD lên 48,2 tỷ USD vào năm 2026. Công nghệ được áp dụng nhiều nhất trong sản xuất, chăm sóc sức khỏe và logistic. Chẳng hạn, BMW và Tesla đã tích hợp bản sao kỹ thuật số vào quy trình sản xuất ô tô; các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực y tế đang áp dụng công nghệ để mô hình hóa tác động của các phương pháp điều trị khác nhau; dịch vụ chuyển phát nhanh DHL đang sử dụng công nghệ để tối ưu hóa hoạt động tại các kho của mình.
Công cụ giúp các tòa nhà giảm tiêu thụ năng lượng, giảm phát thải carbon
Các kiến trúc sư và nhà thiết kế cũng đang thử nghiệm Digital Twins: công nghệ được áp dụng trong thử nghiệm năng lực của cây cầu in 3D đầu tiên trên thế giới, để dữ liệu có thể được sử dụng cho các lần lặp lại thiết kế trong tương lai; Foster + Partners đã sử dụng robot để tạo dữ liệu cho bản sao kỹ thuật số của một tòa nhà đang được xây dựng.
Một báo cáo gần đây của công ty dịch vụ chuyên nghiệp EY cho thấy Digital Twins có thể giúp giảm tới 50% lượng khí thải nhà kính và lượng phát thải carbon của tòa nhà đang có, cũng như giảm tới 35% chi phí xây dựng. Báo cáo nêu ra một số nghiên cứu điển hình, trong đó có việc thử nghiệm áp dụng công nghệ để giảm mức tiêu thụ năng lượng, tiêu thụ nước, phát thải carbon và chất thải trong hơn 200 tòa nhà thuộc khuôn viên của Đại học Công nghệ Nanyang ở Singapore. Sử dụng dữ liệu trong thời gian 5 năm, công nghệ có thể tạo nên những thay đổi trong việc vận hành các tòa nhà, giúp tiết kiệm 31% năng lượng, và giảm khoảng 9,6 kiloton lượng khí thải carbon.
Quản lý thông minh các tòa nhà
SmartWorldPro là gói phần mềm ứng dụng Digital Twins (của công ty CityZenith) giúp giảm phát thải carbon thông qua quản lý tòa nhà một cách hiệu quả. Được thiết kế đặc biệt cho lĩnh vực xây dựng và bất động sản, phần mềm có thể được sử dụng để quản lý cả các tòa nhà hiện có cũng như đang được xây dựng. Mới đây, trong khuôn khổ chiến dịch mang tên “Các thành phố sạch - Tương lai sạch”, CityZenith đề xuất phần mềm miễn phí cho một loạt thành phố với cam kết phần mềm này sẽ giúp các thành phố đạt mức phát thải ròng bằng 0 vào năm 2050. Trong khuôn khổ dự án thí điểm, công nghệ được áp dụng để giảm chi phí vận hành và lượng phát thải carbon cho tòa nhà Brooklyn Navy Yard ở New York.
Digital Twins có thể đóng vai trò trung tâm trong việc phi carbon hóa môi trường xây dựng. Các chủ sở hữu tòa nhà, các nhà quy hoạch và Chính phủ có thể sử dụng công nghệ để theo dõi, quản lý và giảm thiểu lượng khí thải từ cả tòa nhà mới và tòa nhà cũ cũng như trong quá trình xây dựng. Công nghệ cũng có thể được áp dụng để dự báo luồng phương tiện giao thông hay kiểm soát nhiệt độ trong từng căn phòng riêng biệt.
Bản sao kỹ thuật số là công cụ giúp các tòa nhà, các thành phố tiết kiệm năng lượng, ít phát thải carbon
Công ty Integrated Environmental Solutions (IES) của Scotland - nhà cung cấp các công nghệ Digital Twins về môi trường nhân tạo đã chứng minh công nghệ có thể giúp giảm lượng khí thải carbon ở quy mô rộng lớn hơn. Bản sao kỹ thuật số được tạo bằng phần mềm Virtual Environment của IES đã giúp tối ưu hóa năng lượng gió tại Eday (một trong những đảo thuộc quần đảo Orkney), cho phép toàn bộ khu vực giảm 76% nhu cầu năng lượng với thời gian thu hồi vốn chưa tới sáu năm. Cộng đồng Eday hy vọng những thay đổi này sẽ cho phép từ bỏ hoàn toàn việc tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch trên đảo.
Digital Twins đóng vai trò là dịch vụ truy xuất nguồn gốc
Phi carbon hóa chuỗi cung ứng vật liệu và sản phẩm xây dựng là một quá trình rất phức tạp, do có thể liên quan đến việc lấy dữ liệu từ mạng lưới các nhà sản xuất, nhà cung cấp toàn cầu, không ít trong số đó không muốn chia sẻ dữ liệu của mình. Công ty Circulor đang giải quyết thách thức này với việc hình thành mạng lưới rộng lớn các nguồn cung cấp thông tin chi tiết về chuỗi cung ứng. Circulor cung cấp dịch vụ truy xuất nguồn gốc cho một loạt công ty trong phạm vi mô hình kinh doanh, làm việc với các nhà sản xuất lớn, nổi tiếng như hãng xe Volvo và Mercedes, công ty Boeing và nhà sản xuất ắc quy cho ô tô điện CATL... nhằm bảo đảm tính minh bạch, hiệu quả cho hoạt động sản xuất của họ. Hiện nay, Circulor đang chuyển hướng sang lĩnh vực xây dựng. Douglas Johnson Poensgen - Giám đốc điều hành và đồng sáng lập của Circulor cho rằng các nhà xây dựng đang sẵn sàng để thấy nhiều thông số kỹ thuật hơn cho xây dựng bền vững; để làm được điều đó, rất cần khả năng truy xuất nguồn gốc. Chẳng hạn, các nhà xây dựng đương nhiên muốn biết rõ liệu thép xanh mà họ sử dụng có thực sự “xanh” hay không.
Công nghệ là trọng tâm hoạt động của Circulor. Công ty sử dụng Digital Twins song song với công nghệ blockchain để theo dõi nguồn vật liệu mà không để xảy ra bất cứ khả năng tham nhũng nào.
Theo Giám đốc Johnson Poensgen, bản chất quy trình này phức tạp hơn hệ thống “túi và thẻ” (trong đó vật liệu đơn giản là được theo dõi từ đầu đến cuối). Nhiều vật liệu trải qua nhiều cải tiến trong cả quá trình, và giám sát các mạng lưới phức tạp như vậy chỉ có thể thực hiện được nhờ bản sao kỹ thuật số. Circulor sử dụng cặp song sinh kỹ thuật số và công nghệ chuỗi khối để theo dõi các mạng lưới chuỗi cung ứng phức tạp. Hình ảnh kỹ thuật số của sản phẩm xây dựng phải tương thích với từng giai đoạn biến chuyển của sản phẩm đó. Đối với các tòa nhà, ý tưởng là theo dõi, giám sát các thành phần gây ô nhiễm nhất để chắc chắn rằng các tòa nhà được sản xuất (xây dựng) một cách bền vững nhất. Sau đó, tạo “hộ chiếu kỹ thuật số” cho tòa nhà, trong đó thể hiện tất cả các thành phần được sử dụng để sản xuất từng bộ phận của tòa nhà. Như vậy trong tay các nhà xây dựng đã có cơ sở vững chắc để sau này có thể tiến hành sửa chữa/cải tạo tòa nhà đó một cách thân thiện hơn với môi trường.
Tại Mỹ, Cơ quan Bảo tồn Công viên Trung tâm, Viện Môi trường Yale và Cơ quan Bảo tồn các khu vực tự nhiên đã hợp tác để biến Công viên Trung tâm nổi tiếng ở New York thành nơi thí nghiệm nghiên cứu các chiến lược giảm nhẹ hậu quả và thích ứng với biến đổi khí hậu. Phòng thí nghiệm khí hậu thuộc Công viên Trung tâm mới được thành lập sẽ cung cấp thông tin về cách bảo vệ và sử dụng các công viên đô thị chống lại tác động của khủng hoảng khí hậu, phát triển các công cụ mà kết quả cuối cùng sẽ được triển khai trên cả nước.
Một số thành phố Mỹ đang quan tâm tới môi trường sinh thái, trong khi đó, nhiều thành phố khác đang chuyển sang sử dụng công nghệ để cải thiện môi trường xây dựng. Las Vegas cùng với Los Angeles và Phoenix đang tạo bản sao kỹ thuật số trong nỗ lực tiến tới đạt mức phát thải carbon ròng bằng không. Trong dự án hợp tác giữa Las Vegas, nền tảng Digital Twins Cityzenith của Chicago và công ty chuyên xử lý dữ liệu Turbine, khoảng 7 km2 tại khu vực trung tâm Las Vegas đã được thí điểm xây dựng sử dụng dữ liệu đô thị của địa phương. Bản sao kỹ thuật số giúp thành phố đánh giá tác động của những nghiên cứu mới về khí thải, quản lý tài nguyên nước hoặc tính di động...
Tạp chí Quỹ đạo Xây dựng (Nga) tháng 2/2023