MỤC LỤC
Khái niệm về Digital Twin
Digital Twin là một mô hình ảo 3D chính xác của các tài sản, cơ sở hạ tầng và quy trình vận hành, được tích hợp dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau như cảm biến IoT, hình ảnh vệ tinh, dữ liệu GIS để tạo ra một bản sao số hoàn chỉnh của công trình thực. Công nghệ này cho phép tạo bản sao kỹ thuật số – một mô hình kỹ thuật số đa miền thể hiện chính xác sản phẩm, quy trình sản xuất hoặc hiệu suất của sản phẩm/hệ thống sản xuất đang hoạt động. Bản sao kỹ thuật số được tạo ra bằng cách sử dụng kết hợp các công nghệ như mô phỏng 3D, Internet of Things (IoT), Machine Learning và các công nghệ phần mềm khác.
Digital Twin không chỉ đơn thuần là một mô hình 3D tĩnh, mà là một hệ thống động thay đổi theo thời gian. Thông qua việc sử dụng các công nghệ như Internet of Things (IoT), trí tuệ nhân tạo (AI), và tính toán đám mây, chúng ta có thể thu thập dữ liệu thời gian thực từ các cảm biến và thiết bị, từ đó tạo ra một phiên bản số độc đáo và đầy đủ về đối tượng thực tế.
Các Loại Digital Twin trong Xây dựng
Digital Twin có 5 loại chính được ứng dụng trong ngành xây dựng:
Loại 1: Sinh đôi Mô tả
Tạo bản sao trực quan với dữ liệu xây dựng để tạo ra mô hình thông tin 3D BIM. Đây là dạng cơ bản nhất của Digital Twin, tập trung vào việc tái hiện hình dáng và cấu trúc của công trình.
Loại 2: Sinh đôi Thông tin
Tích hợp thêm các cảm biến để ghi nhận và cập nhật dữ liệu hoạt động. Loại này bổ sung thông tin vận hành thời gian thực vào mô hình 3D cơ bản.
Loại 3: Sinh đôi Dự đoán
Thu thập dữ liệu thời gian thực, phân tích dữ liệu theo ngữ cảnh và đưa ra các cảnh báo về các vấn đề tiềm ẩn. Khả năng dự đoán giúp ngăn ngừa sự cố trước khi chúng xảy ra.
Loại 4: Sinh đôi Toàn diện
Mô phỏng nâng cao công trình và đưa ra các phân tích và khuyến nghị. Loại này cung cấp cái nhìn tổng thể về hiệu suất và tối ưu hóa hoạt động.
Loại 5: Sinh đôi Tự chủ
Công trình có khả năng tự học và đưa ra các quyết định thông qua AI, dựa trên các thuật toán để đưa ra các mô phỏng trên 3D. Đây là dạng tiên tiến nhất với khả năng tự động hóa cao.
Ứng dụng Digital Twin trong Xây dựng
Giai đoạn Thiết kế và Quy hoạch
Digital Twin hỗ trợ quá trình thiết kế bằng cách cho phép các nhóm dự án thử nghiệm bằng kỹ thuật số và phân tích kết quả mong đợi trước khi thực hiện các thay đổi có tác động đến tòa nhà, kết cấu hoặc địa điểm làm việc thực tế. Công nghệ này giúp tạo ra một đường dẫn thông tin giữa văn phòng và hiện trường, với sự hỗ trợ của việc cung cấp dữ liệu tự động.
Trong thiết kế cầu sử dụng cấu kiện đúc sẵn, Mô hình số kỹ thuật (Digital Engineering Model – DEM) đã được nghiên cứu đề xuất để kết nối các dòng chảy kỹ thuật từ mô hình kỹ thuật số cho thiết kế, đến mô hình số cho chế tạo và lắp dựng. Kết quả thử nghiệm chứng minh các mô hình này giúp tăng tính hiệu quả trong việc phối hợp và giao tiếp giữa các bên hữu quan dự án.
Giai đoạn Thi công
Digital Twin được đồng bộ với thiết bị vật lý tương ứng thông qua phần mềm dựng hình 3D và BIM, quét và dữ liệu point cloud, dữ liệu khảo sát cũng như bất kỳ số lượng cảm biến và thiết bị IoT nào gửi thông tin trở lại bản sao trong thời gian thực. Công nghệ này cho phép giám sát tiến độ thời gian thực và phát hiện sớm các vấn đề trong quá trình thi công.
Trong giai đoạn này, Digital Twin giúp trực quan hóa thiết kế trong thời gian thực bằng cách sử dụng bất kỳ thiết bị di động nào để phủ lên dữ liệu mô hình hóa thông tin xây dựng (BIM) tại hiện trường bằng AR để nhanh chóng kiểm tra thiết kế và các điều kiện lắp đặt. Các vấn đề được ghi lại trong trường được đánh dấu trực tiếp trong mô hình, giảm thời gian chết và làm cho giao tiếp giữa văn phòng với hiện trường trở nên liền mạch.
Giai đoạn Vận hành và Bảo trì
Digital Twin có thể được bàn giao cho chủ dự án để giúp hỗ trợ các cải tiến kết cấu. Thông tin chi tiết của nó có thể giúp cung cấp thông tin cho quá trình ra quyết định trong tương lai và cung cấp thông tin chi tiết vô giá về các hoạt động hàng ngày.
Khi cần sửa chữa, một bản sao kỹ thuật số có thể xác định chính xác các khu vực có vấn đề và chia sẻ thông số kỹ thuật cần thiết với các kỹ thuật viên. Digital Twin thậm chí có thể tình hình thanh toán hóa đơn cho công việc, giúp tối ưu hóa quy trình quản lý tài sản.
Tích hợp với Công nghệ BIM
Lợi ích chính của Digital Twin trong xây dựng là giúp cải thiện khả năng phân tích của mô hình thông tin xây dựng (BIM). Công nghệ Digital Twin bổ sung một mức độ tinh vi mới cho các mô hình BIM, để các bên liên quan có thể hình dung trạng thái thời gian thực, điều kiện làm việc và vị trí của tài sản hữu hình.
Digital Twin cung cấp một lợi thế phân tích quan trọng cho hoạt động BIM bằng cách tích lũy dữ liệu từ nhiều nguồn và tích hợp thông tin đó vào mô hình 3D. Với sự trợ giúp Digital Twin, các mô hình BIM đang được nâng cấp để trở thành phiên bản tự động cập nhật “sống” của các tài sản vật chất mà chúng đại diện.
Lợi ích của Digital Twin trong Xây dựng
Cải thiện Hiệu quả và Quản lý Tài nguyên
Digital Twin giúp các bên liên quan của dự án có thể dự đoán các vấn đề phân bổ và giúp cân bằng chi phí lao động với ngân sách. Điều này giúp công trường hoạt động hiệu quả hơn và kinh tế hơn thông qua việc tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên.
Theo nghiên cứu, việc triển khai Digital Twin có thể giảm chi phí dự án đáng kể thông qua việc lập kế hoạch tốt hơn, giảm lỗi và tối ưu hóa tài nguyên. Công nghệ này cũng giúp hoàn thành dự án nhanh hơn bằng cách giảm thời gian phát hiện và giải quyết vấn đề.
Nâng cao Chất lượng và An toàn
Digital Twin cung cấp khả năng giám sát toàn diện dẫn đến cải thiện chất lượng và an toàn trong xây dựng. Công nghệ này cho phép phát hiện sớm các vấn đề tiềm ẩn và ngăn ngừa rủi ro trước khi chúng trở thành vấn đề nghiêm trọng.
Trong đào tạo an toàn, Digital Twin giúp chuyển đổi việc học tập và đào tạo quan trọng trong công việc thành môi trường tương tác, nhập vai trong các tình huống chính. Điều này tạo ra một môi trường an toàn để thực hành và nâng cao kỹ năng mà không gặp rủi ro thực tế.
Tăng cường Hợp tác và Giao tiếp
Digital Twin cung cấp thông tin trong một nền tảng tập trung, đưa BIM tiến xa hơn bằng cách tự động cập nhật các mô hình 3D với dữ liệu xây dựng. Kích thước cấu kiện, chi tiết mô hình, điều kiện làm việc có thể được thêm vào các mô hình hỗ trợ nội dung.
Digital Twin hoạt động như trung tâm thu thập cho tất cả thông tin dự án, do đó chúng cho phép tăng mức độ hợp tác giữa các bên liên quan. Công nghệ này giúp giảm thiểu thông tin bị cô lập và làm cho giao tiếp trở nên mượt mà hơn.
Thách thức trong Triển khai Digital Twin
Vấn đề Kỹ thuật và Cơ sở hạ tầng
Một trong những thách thức lớn nhất của Digital Twin liên quan đến cơ sở hạ tầng kỹ thuật số cần thiết. Để công nghệ này hoạt động, cần có môi trường dựa trên mô hình, và nếu một tổ chức chưa hoạt động trong môi trường kỹ thuật số, họ sẽ cần tạo ra một môi trường đó.
Thiếu sự kết nối là một vấn đề phổ biến khi các mô hình BIM thường được tạo mà không sử dụng dữ liệu hoàn công. Điều này dẫn đến một đại diện kỹ thuật số không phải là bản sao thực sự – một đại diện không thể kết nối với internet vạn vật (IoT).
Vấn đề Dữ liệu và Bảo trì
Thông tin lỗi thời là một thách thức khi các nhà thầu không cập nhật các mô hình thiết kế với các thay đổi thứ tự. Nếu không có dữ liệu chính xác theo thời gian thực, Digital Twin không thể hoạt động như dự định.
Sau khi Digital Twin được tạo ra, nó phải được duy trì. Trong suốt vòng đời, các đối tượng vật lý sẽ đi chệch Digital Twin của chúng do các yếu tố như điều kiện hoạt động, tuổi tác, hao mòn. Nhiều nỗ lực áp dụng Digital Twin thất bại vì tài sản kỹ thuật số không nhận được nỗ lực bảo trì cần thiết giống như tài sản vật lý.
Chi phí và Đầu tư Ban đầu
Việc áp dụng công nghệ Digital Twin đòi hỏi đầu tư ban đầu lớn về phần mềm, phần cứng và đào tạo. Mặc dù lợi ích lâu dài là rất lớn, các công ty xây dựng phải cân nhắc kỹ về lợi tức đầu tư, đặc biệt đối với các dự án nhỏ.
Giải pháp và Khuyến nghị
Cải thiện Quy trình Dữ liệu
Để khắc phục các thách thức về dữ liệu, cần giám sát tiến độ bằng cách thu thập và chia sẻ dữ liệu trên toàn bộ quy trình xây dựng sử dụng các công cụ như nội dung được quản lý, phần mềm quản lý dự án và môi trường dữ liệu chung. Luồng thông tin nhất quán giúp đảm bảo các chi tiết quan trọng không bị mất trong quá trình chuyển đổi khi mô hình tiến triển.
Cần căn chỉnh dữ liệu bằng cách so sánh các mô hình thiết kế với các kết cấu hoàn công để khám phá sự khác biệt sử dụng máy quét laser 3D và dữ liệu point cloud. Thông tin này được sử dụng để thông báo các quyết định và điều chỉnh trong tương lai.
Phát triển Năng lực Nhân sự
Digital Twin liên quan nhiều lĩnh vực khác nhau như công nghệ thông tin địa không gian, AI, dữ liệu lớn (Big Data), blockchain, tính toán mô phỏng, thiết kế và vận hành hệ thống lớn, an ninh mạng. Do đó, bài toán hàng đầu đối với Digital Twin là yếu tố nhân sự, với yêu cầu chuyên môn tốt, khả năng thích nghi và đặc biệt là làm việc nhóm.
Cách mạng Công nghiệp 4.0 đang tạo ra những thay đổi mạnh mẽ trong ngành xây dựng, đặc biệt là trong quản trị nhân sự quản lý dự án. Sự xuất hiện của các công nghệ như BIM, AI, IoT và Big Data không chỉ tối ưu hóa quy trình làm việc mà còn đặt ra yêu cầu mới đối với đội ngũ nhân sự.
Triển vọng Tương lai
Ứng dụng trong Thành phố Thông minh
Digital Twin đang được ứng dụng rộng rãi trong phát triển thành phố thông minh. Theo ABI Research năm 2021, hơn 500 thành phố trên toàn thế giới sẽ triển khai bản sao kỹ thuật số vào năm 2025 và việc sử dụng Digital Twin trong quy hoạch đô thị có thể mang lại 280 tỷ đô la tiết kiệm chi phí cho các thành phố trên toàn cầu vào năm 2030.
Digital Twin tích hợp tất cả các chuyên ngành, lĩnh vực khác nhau vào chung một nền tảng quản lý. Công nghệ này hướng đến một thành phố phát triển bền vững, quản lý tốt không gian, tối ưu hóa quá trình vận hành.
Phát triển Công nghệ
Digital Twin dự kiến sẽ tiếp tục thay đổi ngành xây dựng. Một nghiên cứu năm 2020 dự đoán thị trường cho Digital Twin sẽ tăng lên 48,2 tỷ USD vào năm 2026. Các công nghệ mới nổi đang giúp tạo ra các mô hình kỹ thuật số chính xác hơn.
Các hệ thống tài sản thông minh kỹ thuật số sẽ sử dụng nhiều robot quét di động hơn để thu thập dữ liệu theo thời gian thực – rất quan trọng đối với sự thành công của Digital Twin. Bất kể công nghệ được sử dụng như thế nào, một thực tế vẫn là Digital Twin nâng cao khả năng BIM bằng cách cho phép các quy trình thực sự có thể xây dựng được.
Kết luận
Digital Twin đại diện cho một bước tiến quan trọng trong ngành xây dựng, mang lại khả năng tích hợp dữ liệu thời gian thực với mô hình 3D để tạo ra các bản sao kỹ thuật số sống động của các công trình xây dựng. Công nghệ này không chỉ cải thiện hiệu quả trong các giai đoạn thiết kế, thi công và vận hành mà còn mở ra những cơ hội mới cho việc quản lý dự án thông minh và bền vững.
Mặc dù vẫn còn những thách thức về cơ sở hạ tầng, chi phí đầu tư và năng lực nhân sự, nhưng lợi ích lâu dài của Digital Twin trong việc giảm chi phí, nâng cao chất lượng và tối ưu hóa quy trình làm việc là không thể phủ nhận. Với sự phát triển không ngừng của các công nghệ liên quan như IoT, AI và cloud computing, Digital Twin sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi số ngành xây dựng và phát triển các thành phố thông minh trong tương lai.
Các nguồn tham khảo:
- https://iicm.com.vn/digital-twins-cong-nghe-dot-pha-cho-cac-thanh-pho-thong-minh/
- https://vnua.edu.vn/tin-tuc-su-kien/nghien-cuu-khoa-hoc/digital-twin-cong-nghe-moi-trong-san-xuat-thong-minh-56007
- https://caohoc.fpt.edu.vn/digital-twins-su-ket-hop-giua-the-gioi-thuc-va-ao-xu-huong-cong-nghe-trong-linh-vuc-iot-phan-1.html
- https://onecadvn.com/blog/ban-sao-ky-thuat-so-digital-twin-trong-nganh-xay-dung
- https://vietcad.com/tin-tuc-su-kien/cach-su-dung-digital-twins-trong-nganh-xay-dung-1251.html
- https://stce.huce.edu.vn/index.php/vn/article/view/1896
- https://vietcad.com/tin-tuc-su-kien/ung-dung-digital-twin-trong-nganh-cong-nghiep-xay-dung-1236.html
- https://www.linkedin.com/pulse/how-digital-twins-revolutionizing-construction-project-management-pusif
- https://bap-software.net/vi/knowledge/digital-twins/
- https://vnexpress.net/viet-nam-nghien-cuu-ban-sao-xa-hoi-so-4507468.html
- https://ojs.jomc.vn/index.php/vn/article/view/847
- https://vietcad.com/tin-tuc-su-kien/xay-dung-thanh-pho-thong-minh-voi-digital-twin-1301.html
