A Digital Twin-enabled Building Logbooks implementation. A framework to enhance data access and knowledge extraction supporting information management in the built environment

Digitalisation plays a significant role in the Architecture, Engineering, Construction and Operation (AECO) sector meeting new needs, supporting sustainability, optimising construction costs and time. New devices, such as sensors, produce digital information that depicts the built environment and its users moving towards an improvement of the built asset performance. Despite the digital uptake, AECO industry is characterised by plenty and variety of data and involved stakeholders that make difficult the acquisition, storage, retrieval, and use of information. Issues in information management intensify during the in-use phase of the building where actors are more numerous as well as data to be managed. Buildings not only produce a lot of data, but they heavily impact the environment, thus building management plays a central role in achieving higher sustainability objectives. The research investigates how to have a deeper knowledge of the building and its status to facilitate decision-making and building management, and how to gather, preserve, and handle data from the building's in-use phase to counteract information fragmentation and improve data availability and transparency. Given the different types of data generated, how to address the interoperability issue to enable an enhanced information exchange is explored as well. Within this context, starting from an analysis of digital technologies, the research defines a Digital Twin–based data model for implementing the Digital Building Logbook (DBL). The proposed framework is built upon the use of ontologies and related data models following a federation approach, that allows the integration of data coming from different systems, using them within their domain. The core part of the framework results to be the DBL, which acts as a gateway that connects different areas, structuring information on assets, and maintenance interventions associated with different spaces and systems. To demonstrate the framework effectiveness, a testing is carried out on a case study. The framework allows to collect various building-related data, to have an interdisciplinary knowledge, and to make more informed decisions during the in-use phase when the built asset is or has to be the object of interventions. The results obtained in the framework development contribute to improving building management towards better data access and knowledge extraction for Digital Twin applications in the Facilities Management domain, and solving the interoperability issue when data arise from different domains.

La digitalizzazione svolge un ruolo significativo nel settore delle costruzioni per soddisfare le nuove esigenze, sostenendo la sostenibilità, ottimizzando i costi e i tempi di costruzione. Nuovi dispositivi IoT producono informazioni digitali che descrivono l'ambiente costruito e i suoi utenti in movimento verso un miglioramento delle prestazioni dell'asset costruito. Nonostante l'adozione digitale, il settore è caratterizzato da una grande varietà di dati e da diversi attori coinvolti che rendono difficile l'acquisizione, la memorizzazione, il recupero e l'uso delle informazioni. I problemi nella gestione delle informazioni si intensificano durante la fase di utilizzo dell'edificio in cui gli attori sono più numerosi così come i dati da gestire. Gli edifici non solo producono molti dati, ma hanno un forte impatto sull'ambiente, quindi la gestione degli edifici svolge un ruolo centrale nel raggiungimento di obiettivi di sostenibilità più elevati. La ricerca indaga su come avere una conoscenza più approfondita dell'edificio e della sua performance per facilitare il processo decisionale e la gestione degli edifici e su come raccogliere, conservare e gestire i dati derivanti dalla fase d'uso per contrastare la frammentazione delle informazioni e migliorare la disponibilità e la trasparenza dei dati. Tenuto conto dei diversi tipi di dati generati, si esamina anche come affrontare il problema dell'interoperabilità per consentire un migliore scambio di informazioni. In questo contesto, partendo dall'analisi delle tecnologie digitali, la ricerca definisce un modello di dati basato sul Digital Twin per l'implementazione del Digital Building Logbook (DBL). Il framework proposto si basa sull'uso di ontologie e relativi modelli di dati seguendo un approccio federato, che consente l'integrazione di dati provenienti da sistemi diversi, utilizzandoli all'interno del loro dominio. La parte centrale del framework risulta essere il DBL, che funge da gateway che collega diverse aree, strutturando le informazioni sugli asset e gli interventi di manutenzione associati a diversi spazi e sistemi. Per dimostrare l'efficacia del quadro, viene effettuato un test su un caso di studio. Il framework permette di raccogliere vari dati relativi all'edificio, di avere una conoscenza interdisciplinare, e di prendere decisioni più informate durante la fase di utilizzo quando l'asset costruito è o deve essere oggetto di interventi. I risultati ottenuti nello sviluppo del quadro contribuiscono a: migliorare la gestione degli edifici verso un migliore accesso ai dati e acquisizione della conoscenza per le applicazioni Digital Twin nel settore Facility Management e risolvere il problema dell'interoperabilità quando i dati provengono da sistemi diversi.