التوائم الرقمية في البناء

ما هي التوائم الرقمية في البناء؟

التوأم الرقمي هو اندماج نظام العالم الحقيقي والتمثيل الافتراضي المصمم للتحكم في وظائف المشروع ومراقبتها وتحسينها. وبمساعدة البيانات والتعليقات، يمكن للنماذج المحاكاة والمادية تطوير قدرات الاستقلالية والتعلم من بيئاتهم. حيث أنه في البداية، قد يبدو أن التوائم الرقمية هي نسخ طبق الأصل.

مع ذلك، فإنّ التوائم الرقمية ليست بالضرورة تمثيلات واقعية ولكنها إلى حد ما تجريدات ذات صلة بالأصل المادي. ولا تحتاج التوائم الرقمية إلى محاولة عكس كل شيء عن النظام الأصلي. كما ما هو أساسي هو الحاجة إلى تطوير توائم رقمية مناسبة للغرض، بينما يختلف مستوى الدقة اعتمادًا على حالات الاستخدام الأساسية.

تتمثل إحدى الوظائف المهمة بشكل خاص في التوائم الرقمية في قدرتها على الفهم والعقل وتقديم القيمة من خلال تبسيط مشروع معقد. على سبيل المثال، يجب أن يحاكي التوأم الرقمي لمحطة الطاقة الحرارية السلوك الأساسي لمحطة الطاقة، أيّ الإنتاج والتخزين والاستهلاك وما إلى ذلك جنبًا إلى جنب مع المدخلات البشرية للنظام والقدرة على التعامل مع الأحداث غير المتوقعة.

فقط المعالجة المتزامنة لهذه الأنواع المختلفة من البيانات ستمكن من التحكم الفعال في الشبكة. حيث يمكن أن يكون لدى التوأم الرقمي أصحاب مصلحة فرديون أو متعددون وقد يستخدم المحاكاة ثلاثية الأبعاد ونمذجة معلومات البناء وأجهزة إنترنت الأشياء والبلوك تشين والواقع المعزز والحوسبة السحابية والذكاء الاصطناعي.

وتجدر الإشارة أيضًا إلى أن الاختلاف بين التوأم الرقمي ونمذجة معلومات البناء يكمن في طريقة اتصالهما. حيث في التوائم الرقمية، يرتبط التمثيل الافتراضي بالأصل المادي، ممّا يسمح للمستخدمين بالحصول على استجابة تشغيلية في الوقت الفعلي. وفي المقابل، تم تصميم نمذجة معلومات البناء فقط للتصور والتعاون أثناء مرحلة التصميم والبناء.

تطبيقات التوائم الرقمية في البناء:

1. مراقبة التقدم الآلي في البناء:

تؤكد مراقبة التقدم أن العمل المنجز يتم تنفيذه وفقًا للخطط والمواصفات المنصوص عليها. حيث يتطلب ذلك مراقبة موقع فعلية للتحقق من النسبة المئوية للعمل المنجز وتحديد حالة عمل المشروع. ومن خلال ربط موقع العمل بتوأمه الرقمي، من الممكن مقارنة التنفيذ في الوقت الفعلي وتنفيذه في نمذجة معلومات البناء واتخاذ الخطوات المناسبة لتصحيح أي انحرافات.

2. التنفيذ مقابل النماذج المخطط لها:

من خلال التوائم الرقمية، من الممكن تتبع التغييرات في نموذج تم تنفيذه على أساس الوقت الفعلي. حيث يمكن أن يساعد الاكتشاف المبكّر لأي تناقضات في التحليل التفصيلي لبيانات النمذجة التاريخية، حيث يعمل كطبقة من المعلومات لأي عمليات صنع قرار أخرى.

عندئذٍ يمكن للمشروع المسؤول إعادة بناء الخطوات التي تسببت في الخطأ وإجراء تغييرات في جدول العمل المستقبلي لمنع حدوث أخطاء مماثلة. بينما يمكنهم أيضًا تحديد ذوي الأداء الضعيف ومحاولة معالجة سبب المشكلة في وقت مبكّر من المشروع، أو التخطيط للتغييرات المطلوبة على الميزانية والجدول الزمني للمشروع بأكمله.

3. إدارة الموارد والخدمات اللوجستية:

يمكن أن تساعد تقنية التوأم الرقمي في إنشاء خط أنابيب للمعلومات بين المكتب والميدان. وبمساعدة تسليم البيانات تلقائيًا، يمكن للمرء التنبؤ بمشكلات التخصيص والمساعدة في تحقيق التوازن بين تكاليف العمالة والميزانية. حيث هذا يساعد موقع العمل على العمل بشكل أكثر كفاءة وبتكلفة معقولة.

يمكن أن يجعل التوأم مديري المرافق على دراية بكيفية أداء المبنى في الوقت الفعلي، ممّا يمكنهم من تعديل الأداء لتحسين الكفاءة. كما يمكن استخدام هذه البيانات لتخطيط وتصميم المباني المستقبلية. وإنّها حقيقة أن حوالي 25% من وقت الإنتاج يضيع على المناولة غير الضرورية وحركة المواد.

توفر تقنية التوأم الرقمي تتبع النفايات والمراقبة التلقائية لتخصيص الموارد، ممّا يسمح بنهج تنبؤي بسيط لإدارة الموارد. وباستخدام التوأم الرقمي، يمكن لشركات التكنولوجيا تجنب الإفراط في التخصيص وتقدير متطلبات الموارد ديناميكيًا في مواقع البناء، وبالتالي منع الحاجة إلى نقل الموارد لمسافات طويلة وتحسين إدارة الوقت.

4. مراقبة السلامة:

تسمح تقنية التوأم الرقمي بمراقبة الأماكن الخطرة وحركة الأشخاص في الموقع لمنع السلوك غير المرغوب فيه واستخدام المواد غير الآمنة والنشاط في المناطق الخطرة. كما يمكن للشركة تطوير نظام إخطار، ممّا يتيح للمشروع المسؤول معرفة متى يقترب عامل ميداني بشكل خطير من المعدات قيد التشغيل، وإخطاره بالمخاطر القريبة التي يتعرض لها جهاز العامل القابل للارتداء.

5. تقييم الجودة للبناء:

يمكن أن تساعد خوارزميات معالجة الصور في التحقق من حالة الخرسانة من خلال الصور الفوتوغرافية أو مقاطع الفيديو. ومن الممكن أيضًا التحقق من وجود شقوق في الأعمدة أو إزاحة المواد في موقع العمل. بحيث سيؤدي ذلك إلى إجراء عمليات تفتيش إضافية وبالتالي المساعدة في اكتشاف المشكلات المحتملة في مرحلة مبكّرة.

6. تحسين استخدام المعدات:

استخدام المعدات شيء تريد كل شركة إنشاءات تعظيمه. حيث يجب تحرير الآلات الخاملة من موقع إلى آخر لضمان الاستخدام الأمثل للمعدات في موقع العمل المطلوب. ومن خلال التتبع التلقائي والتصوير المتقدم، أصبح من الممكن الآن معرفة مدى تكرار استخدام الجهاز، وفي أي موقع للموقع، ونوع النشاط.

مزايا التوائم الرقمية في البناء:

1. سلسلة العرض والطلب المبسطة:

يمكن أن يجعل التوأم الرقمي سلسلة التوريد بأكملها شفافة من خلال تتبع المخزون في الوقت الفعلي ثم التوصية أو أتمتة إعادة التوزيع بناءً على الطلب.

2. تحسين الأداء التشغيلي:

يمكن للتوائم الرقمية مراقبة العمليات باستمرار وتحديد الانحرافات، ممّا يسمح للمسؤولين بالتفاعل بسرعة وتقليل وقت الخمول. حيث يمكنهم أيضًا تطبيق التعلم الآلي للصيانة التنبؤية. على سبيل المثال، في نظام الصرف الصحي مع اتجاه محدد للتدفق، يمكن استخدام الصيانة التنبؤية لتحديد العوائق من خلال تطبيق خوارزميات التصنيف والكشف عن الشذوذ.

3. إدارة البيانات في الوقت الحقيقي:

يمكن أن تساعد التوائم الرقمية في إدارة الأصول من خلال الاحتفاظ بسجلات المخزون والعمليات والبيانات التاريخية والمعدات الإضافية، بما في ذلك الأدلة وبيانات الفحص. حيث يسمح هذا للمالكين بتحديد أوجه القصور وطرق معالجتها.

4. أغراض المحاكاة:

يمكن للمصممين والمهندسين استخدام النماذج الرقمية المزدوجة للحصول على نماذج أولية سريعة وغير مكلفة للأفكار الجديدة، لا سيما من منظور المستخدم النهائي. كما يمكن أن يؤثر هذان التوأم في أي شيء من الضوضاء إلى الطقس والتفاعلات البشرية والإضاءة والاحتكاك.

تعمل التوائم الرقمية لمراكز النقل، على سبيل المثال، على تحسين تجربة الركاب من خلال تحديد أوقات الذروة وفهم أفضل للتدفق البشري، ممّا يؤدي في النهاية إلى تقليل الازدحام. ويمكن أن تشمل الأنظمة المحاكاة المباني والمحركات والقطارات والمركبات المستقلة وما إلى ذلك.

5. انخفاض تكاليف البناء والتشغيل:

يمكن تشغيل السيناريوهات الافتراضية حول تسلسل البناء والخدمات اللوجستية وتصورها، وتأقلم العمال مع المهام المطلوبة، وتقليل عمليات إعادة الأعمال المكلفة. حيث من خلال اتخاذ القرارات المستندة إلى البيانات والذكاء الاصطناعي، يمكنهم التنبؤ بأنشطة وأحداث الصيانة، والتي بدورها تساعد في التنقل في التدخلات غير المتوقعة وفي النهاية تبسيط التكاليف طوال العمر التشغيلي للأصل.