Digital Twin – Vorteile, Herausforderungen und Status quo

Das Bauwesen ist von Natur aus komplex, vielfältig und unvorhersehbar. Der Faktor hat es wohl in der Vergangenheit schwieriger gemacht, die eher "kontrollierten" Umgebungen wie moderne Fabriken digital zu transformieren. Aber jetzt eröffnen die großen Fortschritte bei den cyber-physikalischen Technologien in Verbindung mit dem Verschwimmen der Grenzen zwischen den Branchen massive Möglichkeiten für den digitalen Wandel.

Einer der spannendsten Bereiche des Wandels ist das Aufkommen vom sogenannten "Digital Twin". Dabei handelt es sich um virtuelle Darstellungen tatsächlicher physischer Anlagen, wobei der Digital Twin im Laufe der Zeit aktualisiert wird, um das reale Objekt genau wiedergeben zu können. Zum Beispiel würde ein Digital Twin eines Gleisabschnitts aktualisiert werden, wenn das Gleis gewartet wird oder wenn es ein Problem mit der Signalanlage gibt.

Digital Twins bauen auf einer Vielzahl von bestehenden Technologien und Initiativen auf. Sie können als natürliche Weiterentwicklung von Building Information Modelling (BIM) gesehen werden, das bereits damit beginnt, die gebaute Umwelt digital darzustellen. Sensoren aus dem Internet of Things (IoT) liefern wichtige Daten, die helfen, digitale Modelle in dynamische, aktuelle Twins zu verwandeln. Da diese Daten immer umfangreicher und komplexer werden, werden Analytik und künstliche Intelligenz (KI) immer wichtiger, um diese Daten zu verknüpfen und zu interpretieren, damit sie die Entscheidungsfindung verbessern können.

Unternehmen, die Anlagen entwerfen, bauen und warten, können Ideen im Digital Twin testen, bevor sie etwas im realen Objekt umsetzen. Das spart Kosten, Zeit und reduziert das Risiko, dass Dinge in der realen Welt schief gehen. Fragen wie "Was wäre, wenn wir die Frequenz der Züge auf diesem Streckenabschnitt verdoppeln würden?" oder "Was wäre, wenn wir die HLK-Anlage (Heizung, Lüftung und Klimaanlage) in einem unserer Gebäude aufrüsten würden?" können zuerst durch das digitale Modell laufen.

Digital Twins werden noch leistungsfähiger, wenn sie verwendet werden können, um vorherzusagen, was als Nächstes passiert. Die Analyse im Modell könnte anzeigen, wann Signalanlagen wahrscheinlich ausfallen oder wann die Türen in einem Zugwaggon gewartet werden müssen. Die potenziellen Vorteile erstrecken sich über den gesamten Lebenszyklus physischer Anlagen im Bauwesen und umfassen:

• Bessere Entscheidungen über Art und Umfang der benötigten Ressourcen
• Bessere Entscheidungen über den Zeitpunkt, wann Anlagen gewartet oder ersetzt werden sollen
• Verbesserung der Sicherheit und Reduzierung anderer Risiken (z. B. Kombination von digitalen Zwillingen mit virtueller Realität (VR) für virtuelle Begehungen von Tunneln und Tunnelausrüstungen)
• Höhere Effizienz von der Planung bis zur Wartung, einschließlich höherer Produktivität der Arbeitskräfte und geringerer Verschwendung von Baumaterialien
• Verbesserung der Dienstleistungen, wie Versorgungseinrichtungen und Transport, die von der physischen Infrastruktur abhängen

Der Gewinn könnte beträchtlich sein. IDC schätzt, dass Digital Twins bis 2021 Innovations- und Produktivitätsgewinne von bis zu 25 % für G2000-Unternehmen bringen könnten, während McKinsey auf ein globales Produktivitätsdefizit von 1,6 Billionen Dollar im Bauwesen hinweist - Digital Twin und Digital Transformation können eine große Rolle dabei spielen, die Lücke zu anderen Branchen zu schließen.

Eine der größten Herausforderungen bei der Erstellung von Digital Twins ist die schiere Komplexität der Aufgabe. Ein umfassender Digital Twin, der die gesamte gebaute Umwelt abdeckt, müsste Millionen von einzelnen Anlagen und eine Fülle von zugehörigen Daten umfassen.

Wenn beispielsweise ein Bauunternehmen einen Digital Twin eines einzelnen Gebäudes erstellt, muss dieser auch von Subunternehmern, IoT-Geräteherstellern und Gebäudemanagern genutzt werden können - sie alle würden den Twin auf unterschiedliche Weise nutzen und müssen ihn mit immer größeren Datensätzen verbinden und pflegen.

Aus unseren Gesprächen mit führenden Anbietern in diesem Bereich geht hervor, dass einige der größten Herausforderungen wahrscheinlich folgende sein werden:

• Ein gemeinsames Verständnis von Digital Twin, unterstützt durch eine gemeinsame Sprache
• Kommerzielle und vertragliche Modelle
• Sicherheit und Datenschutz
• Interoperabilität, einschließlich Datenmodelle und APIs
• Änderung von Verhaltensweisen zur Förderung neuer, digitaler Verfahren

Digital Twins rufen bei einigen die Vorstellung einer Science-Fiction-Zukunft mit fantastisch komplexen Avataren hervor. Tatsächlich wird der Begriff seit den frühen 2000er-Jahren verwendet und einige führen seine Ursprünge auf die NASA und die Verwendung von physischen Twins zurück, die von Teams am Boden verwendet werden konnten, um Probleme von Raumfahrzeugen während des flugs zu testen und zu beheben.

Viele Unternehmen beginnen bereits damit, Digital Twins ihrer Anlagen zu erstellen. Insbesondere einige Hersteller sehen Digital Twin als Grundlage für die digitale Transformation ihrer Unternehmen, Dienstleistungen und Lieferketten an.

Es gibt auch ein zunehmendes Interesse aus anderen Bereichen der Bauindustrie. Planer, Architekten, Ingenieure, Baufirmen, Anlagenbesitzer und -betreiber sind alle daran interessiert, Digital Twins zu nutzen, um die Effizienz zu steigern und die Qualität der Dienstleistungen während des gesamten Lebenszyklus der Anlagen zu verbessern. Der Bericht "Data for the Public Good" der National Infrastructure Commission ging noch einen Schritt weiter und forderte die Schaffung eines nationalen Digital Twins - der letztendlich zu einer Verbindung der einzelnen Twins werden könnte, die von einer Vielzahl von Unternehmen des privaten und öffentlichen Sektors erstellt wurden.

Im Moment gibt es eine Menge fantastischer Innovationen rund um Digital Twins. Dies hat das Potenzial, enorme Vorteile freizusetzen, aber nur, wenn die verschiedenen Twins und die ihnen zugrunde liegenden Daten und Technologien zusammenarbeiten können.

Um die erwarteten Vorteile von Digital Twins zu realisieren, ist es wichtig, dass sich die Stakeholder entlang der Wertschöpfungskette auf eine gemeinsame Sichtweise einigen, wie "what good looks like", sowohl in wirtschaftlicher als auch in technologischer Hinsicht.

Zurück zur Übersicht >