СТВОРЕННЯ ТА ВИКОРИСТАННЯ ЦИФРОВИХ ДВІЙНИКІВ БУДІВЕЛЬ І СПОРУД: СУЧАСНИЙ СТАН ТА ПЕРСПЕКТИВИ РОЗВИТКУ
Ключові слова:
цифровий двійник, будівлі та споруди, геоінформаційні системи (ГІС), лазерне сканування, фотограмметрія, BIM, управління життєвим циклом, Інтернет речей (IoT), Scan-to-BIMАнотація
В епоху цифрової трансформації будівельна галузь активно впроваджує інноваційні підходи для підвищення ефективності, стійкості та безпеки об'єктів протягом їхнього життєвого циклу. Концепція цифрових двійників (ЦД) є одним із ключових драйверів цієї трансформації, пропонуючи динамічну віртуальну репрезентацію фізичної будівлі чи споруди, інтегровану з даними реального часу. У статті проаналізовано фундаментальну роль геоінформаційних методів та систем (ГІС) у процесах створення, оновлення та використання цифрових двійників будівель. Детально розглянуто сучасні методи збору геопросторових даних, зокрема наземне та мобільне лазерне сканування (НЛС, МЛС), фотограмметрію (включаючи використання БПЛА), як основні джерела отримання точної 3D геометрії існуючих об'єктів. Висвітлено важливість інтеграції ГІС та BIM для створення комплексних цифрових двійників, що поєднують детальну внутрішню модель об'єкта з його зовнішнім просторовим контекстом. Розглянуто інтеграцію даних з IoT-сенсорів для моніторингу стану конструкцій та параметрів середовища в реальному часі. Проаналізовано міжнародний досвід впровадження ЦД у будівництві (Велика Британія, Сінгапур, Німеччина). Визначено ключові переваги використання ЦД на різних етапах життєвого циклу – від проєктування до експлуатації та демонтажу. Окреслено основні виклики та перспективні напрями подальших досліджень, включаючи автоматизацію процесів, інтероперабельність даних, масштабування до рівня міських ЦД, застосування штучного інтелекту та забезпечення кібербезпеки. Стаття доводить, що геоінформаційні методи є невід'ємною технологічною основою для реалізації повного потенціалу цифрових двійників у будівельній галузі.
Посилання
McKinsey Global Institute. (2017). Reinventing Construction: A Route to Higher Productivity. {in English}
Grieves, M. (2014). Digital Twin: Manufacturing Excellence through Virtual Factory Replication. {in English}
Grieves, M., & Vickers, J. (2017). Digital Twin: Mitigating Unpredictable, Undesirable Emergent Behavior in Complex Systems. {in English}
Tao, F., Sui, F., Liu, A., Qi, Q., Zhang, M., Song, B., ... & Nee, A. Y. C. (2018). Digital twin-driven prognostics and health management for complex equipment, 67(1), 169-172. {in English}
Lu, Q., Parlikad, A. K., Woodall, P., Donus, F., & Schooling, J. M. (2020). Developing a Digital Twin at building and city levels: A case study of the West Cambridge campus. 173(1), 37-52. {in English}
Boje, C., Guerriero, A., Kubicki, S., & Rezgui, Y. (2020). Towards a semantic Construction Digital Twin: Directions for future research. Automation in Construction, 114, 103179. {in English}
Tao, F., & Zhang, M. (2017). Digital Twin Shop-Floor: A New Shop-Floor Paradigm Towards Smart Manufacturing. IEEE Access, 5, 20418-20427. {in English}
Opoku, D. G. J., Perera, S., Osei-Kyei, R., & Rashidi, M. (2021). Digital twin application in the construction industry: A literature review. Journal of Building Engineering, 40, 102726. {in English}
Bosché, F., Ahmed, M., Guerriero, A., & Rezgui, Y. (2020). The value of integrating Scan-to-BIM and energy simulation: A case study. Automation in Construction, 113, 103060. {in English}
Logothetis, S., Radwan, A., et al. (2021). A BIM-Based Digital Twin Framework for Advanced Monitoring and Predictive Maintenance of Buildings, 13(11), 6239. {in English}
Tang, S., Shelden, D. R., Eastman, C. M., Pishdad-Bozorgi, P., & Gao, X. (2019). A review of building information modeling (BIM) and the internet of things (IoT) devices integration: Present status and future trends, 101, 127-139. {in English}
Volk, R., Stengel, J., & Schultmann, F. (2014). Building Information Modeling (BIM) for existing buildings—Literature review and future needs, 38, 109-127. {in English}
Vosselman, G., & Maas, H. G. (Eds.). (2010). Airborne and terrestrial laser scanning. {in English}
Remondino, F., & Campana, S. (Eds.). (2014). 3D recording and modelling in archaeology and cultural heritage: Theory and best practices. {in English}
Nex, F., & Remondino, F. (2014). UAV for 3D mapping applications: a review. Applied geomatics, 6(1), 1-15. {in English}
Liu, X., Wang, X., Wright, G., Cheng, J. C., Li, X., & Liu, R. (2017). A state-of-the-art review of the integration of Building Information Modeling (BIM) and Geographic Information System (GIS). ISPRS International Journal of Geo-Information, 6(2), 53. {in English}
Biljecki, F., Stoter, J., Ledoux, H., Zlatanova, S., & Çöltekin, A. (2015). Applications of 3D city models: State of the art review. ISPRS international journal of geo-information, 4(4), 2842-2889. {in English}
Fuller, A., Fan, Z., Day, C., & Barlow, C. (2020). Digital Twin: Enabling Technologies, Challenges and Open Research. IEEE Access, 8, 108952-108971. {in English}
Centre for Digital Built Britain (CDBB). URL: https://www.cdbb.cam.ac.uk/.{in English}
National Research Foundation, Prime Minister’s Office, Singapore. (n.d.). Virtual Singapore. URL: https://www.nrf.gov.sg/programmes/virtual-singapore. {in English}
Bolton, A., et al. (2018). The Gemini Principles: Guiding values for the national digital twin and information management framework. CDBB. {in English}
ISO. (n.d.). ISO 23247: Automation systems and integration — Digital twin framework for manufacturing. URL: https://www.iso.org/standard/78376.html. {in English}
Ochmann, S., Vock, R., & Klein, R. (2019). Automatic reconstruction of parametric building models from indoor point clouds. Computers & Graphics, 82, 122-133. {in English}
Zhao, J., Zhen, Z., Liu, Y., & He, Y. (2021). A review of digital twin technology applications in building energy management. Energy and Buildings, 250, 111307. {in English}
Sacks, R., Eastman, C., Lee, G., & Teicholz, P. (2018). BIM handbook: A guide to building information modeling for owners, managers, designers, engineers and contractors. John Wiley & Sons. {in English}
The Vital Role of Laser Scanning in Heritage Conservation, URL: https://globalsurvey.co.nz/surveying-gis-news/the-vital-role-of-laser-scanning-in-heritage-conservati. {in English}
Richter, R & Knospe, F & Trapp, M & Döllner, J. (2023). Dynamic Digital Twins: Challenges, Perspectives and Practical Implementation from a City's Perspective. {in English}
Watson, C., et al. (2020). Digital twins for the built environment: learning from manufacturing. Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Smart Infrastructure and Construction, 173(2), 83-92. {in English}
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
