BIM interoperable digital twin for building energy simulations and predictive studies

The AEC sector is in the era of Digital advancements, one such advent is about Digital Twin, a replica of a physical asset, process, and systems to depict reality in a virtual environment. DTs combine artificial intelligence, machine learning, and data analytics to build interactive digital simulations that can represent and forecast the present and future states of their physical counterparts while also learning from a variety of sources. The concept of DT has huge ambiguities as it takes various forms and different developing methodologies which are end-use specific. In the AEC sector, DTs are developed mainly for the operation and maintenance phase or some specific process and assets part of that phase, which is justified by the fact that it is the longest phase in the building's lifecycle, consuming more energy and emission of the same scale. In the current study, model-level passive DT is developed for already built UMAR unit, which is a hybrid data-driven physics-based simulation DT. The interoperable BIM model serves as starting point of DT, which is further populated with data to replicate an as-built model of the UMAR unit and is simulated in ICD integrated engine till the point where simulated data matches with actual measured data with a minimal difference, the process is termed as DT calibration. The actuated DT is tested for its predictive capabilities with What-if climate change scenarios, shallow retrofit intervention, and prediction of Socio Economic Environmental indicators. Model level DT focusing on energy aspects which is relatively less complex, requiring minimal data specific to end use aims to validate the potential of DT in boosting up the slow-paced EU’s renovation and retrofit market and in turn accelerating the decarbonisation in the building sector by cutting down the energy consumptions. This shallow intervention is further validated by financial feasibility studies in terms of costs and benefits compiled as a 'Performance Contract’. Socio Economic Environmental indicators also back the benefits of intervention measures which can be useful in policy design to lay out future development plans.

Il settore AEC è nell'era dei progressi digitali, uno di questi avvento riguarda Digital Twin, una replica esatta di un asset fisico, processo e sistemi per rappresentare la realtà in un ambiente virtuale. I DT combinano intelligenza artificiale, apprendimento automatico e analisi dei dati per creare simulazioni digitali interattive in grado di rappresentare e prevedere gli stati presenti e futuri delle loro controparti fisiche, imparando anche da una varietà di fonti. Il concetto di DT ha enormi ambiguità poiché assume varie forme e diverse metodologie di sviluppo che sono specifiche per l'uso finale. Nel settore AEC, i DT sono sviluppati principalmente per la fase di funzionamento e manutenzione o per alcuni processi e asset specifici che fanno parte di tale fase, il che è giustificato dal fatto che si tratta di una fase più lunga nel ciclo di vita degli edifici, che consuma più energia ed emissioni della stessa scala. Nello studio attuale, il DT passivo a livello di modello è sviluppato per unità UMAR già costruite, che è un DT di simulazione basato sulla fisica basato su dati ibridi. Il modello BIM interoperabile funge da punto di partenza del DT, che viene ulteriormente popolato con dati per replicare il modello as-built dell'unità UMAR ed è simulato nel motore integrato ICD fino al punto in cui i dati simulati corrispondono ai dati misurati effettivi con una differenza minima, il processo è definito come calibrazione DT. Il DT attivato viene testato per le sue capacità predittive con scenari di cambiamento climatico What-if, intervento di retrofit poco profondo e previsione di indicatori socio-economici ambientali. Il DT a livello di modello, incentrato sugli aspetti energetici, è relativamente meno complesso e richiede dati minimi specifici per l'uso finale, mira a convalidare il potenziale del DT nell'incrementare il ritmo lento del mercato del rinnovamento e dell'ammodernamento dell'UE e, a sua volta, nell'accelerare la decarbonizzazione nel settore edilizio riducendo abbattere i consumi energetici. Questo intervento superficiale è ulteriormente convalidato da studi di fattibilità finanziaria in termini di costi e benefici compilati come "Contratti di prestazione". Gli indicatori socio economici ambientali supportano anche i benefici delle misure di intervento che possono essere utili nella progettazione delle politiche per impostare i piani di sviluppo futuri.