شهرها با دوقلویشان آینده را طراحی می‌کنند

به گزارش سرویس ترجمه خبرگزاری ایمنا، شهرها سیستم‌های پیچیده‌ای شامل ساختمان‌ها، شبکه‌های انرژی، حمل‌ونقل، آب و فاضلاب، فضاهای سبز و میلیون‌ها تعامل انسانی هستند و مدیریت چنین سیستمی بدون ابزارهای پیشرفته غیرممکن است. یکی از فناوری‌های نوین که نقش کلیدی در شکل‌دهی آینده شهری ایفا می‌کند و در سال‌های اخیر توجه بسیاری از مدیران شهری، پژوهشگران و شرکت‌های فناوری را به خود جلب کرده، دوقلوهای دیجیتال است.

دوقلوی دیجیتال در ساده‌ترین تعریف، یک بازنمایی دیجیتال از یک سیستم واقعی است که با داده‌های لحظه‌ای به‌روز می‌شود و امکان شبیه‌سازی سناریوهای مختلف را فراهم می‌سازد. این فناوری ابتدا در صنایع پیشرفته همچون هوافضا و تولید صنعتی مورد استفاده قرار گرفت، اما به‌سرعت راه خود را به حوزه مدیریت شهری باز کرد. مدیران شهری می‌توانند با استفاده از دوقلوهای دیجیتال، تصویری جامع و پویا از شهر در اختیار داشته باشند که وضعیت فعلی را نشان می‌دهد و امکان پیش‌بینی آینده را نیز فراهم می‌کند. برای مثال، اگر قرار باشد محله‌ای جدید ساخته شود، دوقلوی دیجیتال می‌تواند تأثیر آن بر ترافیک، مصرف انرژی، کیفیت هوا و سلامت عمومی را شبیه‌سازی کند.

تحلیل‌ها نشان می‌دهد که استفاده از دوقلوهای دیجیتال می‌تواند بهره‌وری انرژی ساختمان‌ها را ۳۰ تا ۴۰ درصد افزایش دهد، هزینه‌های نگهداری زیرساخت‌ها را کاهش دهد و کیفیت زندگی شهروندان را ارتقا ببخشد. علاوه بر این، دوقلوهای دیجیتال به شهرها کمک می‌کنند تا در مسیر هوشمندسازی و توسعه پایدار گام بردارند که همزمان نیازهای اقتصادی، اجتماعی و زیست‌محیطی را در نظر می‌گیرد.

از سال ۲۰۱۴ که نخستین نمونه دوقلوی دیجتیال شهری در سنگاپور معرفی شد، این فناوری به‌سرعت در شهرهای مختلف جهان گسترش یافته است. امروز شهرهایی همچون سنگاپور، روتردام، هلسینکی، پکن، میلان و هیوستون هر یک نمونه‌های پیشرفته‌ای از کاربرد دوقلوهای دیجیتال ارائه کرده‌اند. دوقلوهای دیجیتال در حال تغییر چهره مدیریت شهری هستند؛ از شبیه‌سازی بحران‌ها تا طراحی زیرساخت‌های سبز و مدیریت انرژی، آینده شهرها بیش از هر زمان دیگری به داده‌ها و مدل‌های دیجیتال وابسته شده است.

سنگاپور؛ شهر مجازی به‌عنوان آزمایشگاه ملی

سنگاپور یکی از نخستین کشورهایی بود که به‌طور جدی به سراغ دوقلوهای دیجیتال رفت. پروژه «سنگاپور مجازی» در سال ۲۰۱۵ آغاز شد و هدف آن ایجاد یک مدل سه‌بعدی جامع از کل کشور بود. این مدل ساختمان‌ها و زیرساخت‌ها را با جزئیات کامل بازنمایی می‌کند و داده‌های لحظه‌ای از حسگرهای اینترنت اشیا، سامانه‌های حمل‌ونقل، شبکه‌های انرژی و کیفیت هوا را در خود جای داده است.

سنگاپور مجازی یک آزمایشگاه ملی برای سیاست‌گذاران و مدیران شهری محسوب می‌شود. آن‌ها می‌توانند سناریوهای مختلف را شبیه‌سازی کنند: برای مثال اگر جمعیت در یک منطقه خاص افزایش پیدا کند، چه تأثیری بر مصرف انرژی و ترافیک خواهد داشت؟ اگر بارندگی شدید رخ دهد، کدام بخش‌ها در معرض خطر سیلاب قرار می‌گیرند؟ این شبیه‌سازی‌ها به دولت اجازه می‌دهد پیش از وقوع بحران، راهکارهای عملی طراحی کند.

یکی از ویژگی‌های برجسته سنگاپور مجازی مقیاس ملی آن است. برخلاف بسیاری از شهرها که دوقلوی دیجیتال را در سطح محله یا پروژه‌های خاص اجرا می‌کنند، سنگاپور مجازی کل کشور را تحت پوشش قرار داده است. این امر موجب شده است که هماهنگی میان بخش‌های مختلف از بندر و فرودگاه گرفته تا شبکه حمل‌ونقل عمومی و ساختمان‌های مسکونی به‌طور کامل برقرار شود. شهروندان می‌توانند از طریق پلتفرم‌های عمومی به داده‌ها دسترسی داشته باشند و در تصمیم‌گیری‌های شهری مشارکت کنند. این رویکرد شفافیت را افزایش داده و اعتماد عمومی به سیاست‌های شهری را تقویت کرده است.

روتردام؛ دوقلوی دیجتیال در نبرد با آب

روتردام یکی از آسیب‌پذیرترین شهرهای هلند در برابر خطر سیلاب است زیرا بخش بزرگی از این شهر پایین‌تر از سطح دریا قرار دارد و تغییرات در سطح آب می‌تواند تهدیدی جدی ایجاد کند. به همین دلیل، این شهر به سراغ توسعه یک دوقلوی دیجیتال جامع رفته است که داده‌های هواشناسی، مدل‌های هیدرودینامیک و اطلاعات زیرساختی را ترکیب می‌کند. دوقلوی دیجیتال روتردام به‌عنوان یک سیستم پشتیبان تصمیم‌گیری عمل می‌کند و به مدیران شهری امکان می‌دهد سناریوهای مختلف سیلاب را با دقت بالا شبیه‌سازی کنند. به‌عنوان مثال، اگر بارندگی شدید در یک روز رخ دهد، مدل نشان می‌دهد که آب در کدام خیابان‌ها و محله‌ها جمع خواهد شد، چه میزان خسارت به ساختمان‌ها و شبکه حمل‌ونقل وارد می‌شود و چه اقداماتی باید برای تخلیه اضطراری انجام گیرد.

فناوری‌های کلیدی این پروژه شامل حسگرهای هوشمند و اینترنت اشیا برای پایش لحظه‌ای سطح آب و بارش، هوش مصنوعی و کلان‌داده‌ها برای پیش‌بینی شدت بارندگی و جریان آب، و مدل‌سازی سه‌بعدی شهری برای بازنمایی دقیق ساختمان‌ها، پل‌ها و زیرساخت‌های زیرزمینی است. این ترکیب موجب شده است دقت پیش‌بینی‌ها به‌طور چشمگیری افزایش و زمان واکنش به بحران تا ۴۰ درصد کاهش پیدا کند.

در سال‌های اخیر، روتردام چندین بار با بارش‌های بسیار شدید روبه‌رو شده است. در یکی از این موارد، پیش‌بینی‌ها نشان داد که بارش ۷۰ میلی‌متر باران در کمتر از دو ساعت می‌تواند بخش‌های مرکزی شهر را دچار آب‌گرفتگی کند. با استفاده از حسگرهای هوشمند و اینترنت اشیا که سطح آب و شدت بارش را لحظه‌به‌لحظه پایش می‌کردند، داده‌ها به مدل دیجیتال منتقل شد، سپس هوش مصنوعی جریان آب را در شبکه‌های زهکشی و خیابان‌ها شبیه‌سازی کرد و مدل سه‌بعدی شهری نشان داد که در صورت ادامه بارش، سه محله اصلی در مرکز شهر در کمتر از ۴۵ دقیقه دچار آب‌گرفتگی خواهند شد.

این هشدار دقیق موجب شد شهرداری بتواند پیش از وقوع بحران، مسیرهای تخلیه اضطراری را باز کند، پمپ‌های آب را در نقاط حساس فعال کند و نیروهای امدادی را به مناطق پرخطر اعزام کند. نتیجه این اقدام، کاهش خسارت به زیرساخت‌ها و جلوگیری از اختلال گسترده در حمل‌ونقل شهری بود. بر اساس گزارش رسمی، زمان واکنش به بحران در این حادثه ۴۰ درصد سریع‌تر از موارد مشابه در گذشته و خسارت مالی به میزان قابل‌توجهی کمتر بود.

کاربردهای دوقلوی دیجیتال روتردام تنها به مدیریت سیلاب محدود نمی‌شود و در حوزه‌های دیگر نیز نقش مهمی ایفا می‌کند. یکی از مهم‌ترین زمینه‌ها، برنامه‌ریزی انرژی شهری است. با استفاده از شبیه‌سازی دقیق مصرف انرژی در محله‌های مختلف، مدیران شهری می‌توانند الگوهای مصرف را بهتر درک کنند و بر اساس آن تصمیم بگیرند که کدام مناطق برای نصب پنل‌های خورشیدی یا توربین‌های بادی مناسب‌تر هستند.

روتردام به‌عنوان بزرگ‌ترین بندر اروپا، نیازمند مدیریت هوشمند در حوزه لجستیک و حمل‌ونقل بندری است. دوقلوی دیجیتال این امکان را فراهم می‌کند که تأثیر سیلاب یا تغییرات زیرساختی بر جریان کالا در بندر شبیه‌سازی شود. مدیران می‌توانند پیش از وقوع بحران، راهکارهای جایگزین برای مسیرهای حمل‌ونقل طراحی کنند و از اختلال در زنجیره تأمین جهانی جلوگیری کنند.

هلسینکی؛ مدل باز و مشارکتی برای آینده شهری

هلسینکی، پایتخت فنلاند، یکی از پیشگامان جهانی در استفاده از دوقلوهای دیجیتال با رویکرد باز و مشارکتی است. این شهر با ترکیب یک مدل سه‌بعدی بصری و یک مدل معنایی توانسته است داده‌های مربوط به ساختمان‌ها، زیرساخت‌ها و محیط زیست را یکپارچه کند و به ابزاری قدرتمند برای مدیریت شهری دست پیدا کند. ویژگی برجسته دوقلوی دیجیتال هلسینکی، رویکرد باز و مشارکتی آن است. برخلاف بسیاری از شهرها که داده‌های دیجیتال را در اختیار سازمان‌های دولتی یا شرکت‌های خصوصی قرار می‌دهند، هلسینکی تصمیم گرفت اطلاعات را به‌صورت عمومی منتشر کند. شهروندان، پژوهشگران و شرکت‌های نوآور می‌توانند به داده‌ها دسترسی داشته باشند و در توسعه راهکارها مشارکت کنند.

دوقلوی دیجیتال هلسینکی تنها یک ابزار مدیریتی نیست؛ بلکه یک پلتفرم چندمنظوره است. برای مثال، مدیران شهری می‌توانند بررسی کنند که افزایش جمعیت یا تغییرات آب‌وهوایی چه تأثیری بر مصرف انرژی و زیرساخت‌ها خواهد داشت. داده‌های دقیق درباره مصرف انرژی و کارایی ساختمان‌ها به شهر کمک می‌کند تا سیاست‌های بهینه‌سازی مصرف را طراحی کند. دانشگاه‌ها و شرکت‌های فناوری از داده‌های باز برای توسعه راهکارهای جدید در حوزه انرژی، حمل‌ونقل و مدیریت شهری استفاده می‌کنند.

هلسینکی دوقلوی دیجیتال خود را نه‌تنها برای مدیریت شهری و انرژی، بلکه به‌عنوان ابزاری برای گردشگری مجازی نیز توسعه داده است. این سامانه بر پایه یک مدل سه‌بعدی بسیار دقیق از شهر ساخته شده است که با داده‌های لحظه‌ای از حسگرها و پایگاه‌های اطلاعاتی شهری به‌روز می‌شود.

این سیستم شامل مدل‌سازی سه‌بعدی با وضوح بالاست که ساختمان‌ها، خیابان‌ها، پل‌ها و فضاهای عمومی با جزئیات کامل بازنمایی شده‌اند. هر عنصر شهری دارای داده‌های توصیفی از جمله سال ساخت، کاربری، مصرف انرژی و وضعیت بازسازی است. اطلاعات مربوط به کیفیت هوا، وضعیت حمل‌ونقل عمومی و تراکم جمعیت به مدل افزوده شده است تا تجربه‌ای نزدیک به واقعیت ایجاد شود. گردشگران می‌توانند پیش از سفر به هلسینکی، از طریق پلتفرم‌های آنلاین و اپلیکیشن‌های موبایل، شهر را به‌صورت مجازی پیمایش کنند، مسیرها را انتخاب کنند و از شرایط آب‌وهوای واقعی آگاه شوند.

میلان؛ مبارزه با جزایر گرمایی و آلودگی هوا

میلان در ایتالیا تمرکز خود را بر کیفیت هوا و توسعه زیرساخت‌های سبز گذاشته است. این شهر با استفاده از دوقلوی دیجیتال، اثربخشی راهکارهایی همچون بام‌های سبز، افزایش پوشش گیاهی و توسعه فضاهای سبز شهری را ارزیابی می‌کند. یکی از چالش‌های بزرگ میلان، پدیده جزایر گرمایی شهری است که به‌دلیل تراکم ساختمان‌ها و کمبود فضای سبز، دمای بالاتری نسبت به سایر بخش‌ها دارند. دوقلوی دیجیتال به مدیران و مسئولان کمک می‌کند تا بهترین راهکارها برای کاهش این پدیده را شناسایی کند.

از سوی دیگر، میلان از فناوری برای پایش کیفیت هوا استفاده می‌کند. صدها حسگر محیطی و اینترنت اشیا در سطح شهر نصب شده‌اند که داده‌های لحظه‌ای درباره غلظت آلاینده‌ها، دما، رطوبت و سرعت باد را جمع‌آوری می‌کنند. این داده‌ها هر چند دقیقه یک‌بار به سامانه مرکزی ارسال می‌شوند. الگوریتم‌های یادگیری ماشین داده‌های حسگرها را با مدل‌های هواشناسی ترکیب می‌کنند تا نقشه‌های لحظه‌ای آلودگی هوا تولید شود و روندهای آینده پیش‌بینی گردد.

در زمستان ۲۰۲۴، زمانی که شرایط وارونگی دما منجر به افزایش شدید غلظت ذرات پی‌ام ۲.۵ در مرکز شهر شده بود، دوقلوی دیجیتال نشان داد که سطح ذرات معلق در بعضی مناطق به بیش از ۷۵ میکروگرم بر متر مکعب رسیده است؛ در حالی که حد مجاز سازمان جهانی بهداشت ۲۵ میکروگرم بر متر مکعب است. این هشدار فوری به سیاست‌گذاران امکان داد تا محدودیت‌های ترافیکی موقت اعمال کنند و مسیرهای حمل‌ونقل عمومی را تقویت کنند. نتیجه این اقدام کاهش ۳۰ درصدی سطح آلاینده‌ها در عرض ۴۸ ساعت بود.

هیوستون؛ دوقلوهای دیجیتال در قلب صنعت انرژی

هیوستون، بزرگ‌ترین شهر ایالت تگزاس و پایتخت انرژی ایالات متحده، یکی از پیشرفته‌ترین نمونه‌ها در استفاده از دوقلوهای دیجیتال است. این شهر از دهه ۲۰۱۰ به‌طور گسترده فناوری دوقلوی دیجیتال را در بخش‌های حیاتی از جمله در پالایشگاه‌ها و تأسیسات صنعتی خود به کار گرفته و توانسته است مدیریت انرژی، زیرساخت‌های صنعتی و شبکه‌های برق را متحول کند. این فناوری با ترکیب اینترنت اشیا، هوش مصنوعی و کلان‌داده‌ها توانسته است تصویری دقیق از وضعیت واقعی صنایع، عملکرد تجهیزات، مصرف انرژی و فرایندهای تولید ارائه دهد و امکان پیش‌بینی خرابی‌ها و بهینه‌سازی مصرف انرژی را فراهم کند.

یکی از مهم‌ترین کاربردهای دوقلوی دیجیتال در هیوستون، مدیریت شبکه‌های برق است. این شهر با استفاده از مدل‌های دیجیتال توانسته شبکه‌های توزیع انرژی را مقاوم‌تر کند و در برابر بحران‌هایی همچون طوفان‌های شدید یا افزایش ناگهانی مصرف برق واکنش سریع نشان دهد. شبیه‌سازی‌های دیجیتال به مدیران کمک می‌کند تا نقاط ضعف شبکه را شناسایی کنند و پیش از وقوع مشکل، اقدامات اصلاحی را انجام دهند.

هیوستون بارها با بحران‌های طبیعی همچون طوفان هاروی ۲۰۱۷ روبه‌رو شده است که خسارت‌های سنگینی به زیرساخت‌های انرژی و شهری وارد کرد. پس از این تجربه، استفاده از دوقلوهای دیجیتال برای مدیریت بحران اهمیت بیشتری پیدا کرد. در حال حاضر این فناوری به شهر اجازه می‌دهد تا سناریوهای مختلف بحران را شبیه‌سازی، مسیرهای تخلیه اضطراری را طراحی و میزان خسارت احتمالی را پیش‌بینی کند. این قابلیت‌ها تاب‌آوری شهری هیوستون را به‌طور چشمگیری افزایش داده‌اند. هیوستون نمونه‌ای روشن از این است که دوقلوهای دیجیتال می‌توانند در شهرهایی با زیرساخت‌های پیچیده و حساس، نقشی حیاتی ایفا کنند.