CC BY
79Создание цифровых двойников в строительстве при помощи искусственного интеллекта
Шананин Василий Андреевич
старший преподаватель департамента анализа данных и машинного обучения Финансового университета при Правительстве РФ, vasiliyshananin@yandex.ru Лосев Константин Юрьевич
к.т.н., доцент, доцент кафедры ИСТАС, МГСУ, LossevKY@mgsu.ru
Используя искусственный интеллект, современное строительство нашло перспективный и инновационный подход за счет создания цифровых двойников, позволяющих отрасле идти в ногу с эпохой технического прогресса и цифровизации. В области оптимизации цифровые двойники появились как виртуальные модели материальных объектов или процедур, которые позволяют проводить эксперименты и анализ без какого-либо физического вмешательства в объект. С этой целью искусственный интеллект оказывается ценным инструментом, способным автоматизировать рабочие процессы и обеспечивать точность, тем самым повышая эффективность цифровых двойников. Благодаря множеству преимуществ, строительная отрасль может использовать цифровых двойников для более эффективного управления проектами, снижения рисков и повышения эффективности. Создавая виртуальную копию строительного проекта, заинтересованные стороны могут следить за развитием и заранее выявлять потенциальные проблемы, что позволяет им принимать обоснованные решения. Это также ограничивает задержки проектов и перерасход средств. Кроме того, цифровые двойники могут моделировать различные ситуации, прокладывая путь к оптимизации строительных процессов, что приводит к повышению производительности и эффективности. Перспективы на будущее впечатляют, когда речь идет о преимуществах использования искусственного интеллекта в строительстве для создания цифровых двойников. В этой статье мы рассмотрим, как можно использовать такую технологию и какие преимущества она дает отрасли. Ключевые слова: цифровой двойник, искусственный интеллект, строительство, автоматизация, эффективность, инновации, технологии.
Цифровые двойники — виртуальные копии физических объектов, действий или систем — все чаще используются в строительной отрасли. Они создают виртуальные модели зданий и инфраструктурных проектов для отслеживания прогресса, выявления надвигающихся проблем и повышения эффективности [1]. Кроме того, они могут помочь снизить затраты [2]. Без сомнения, эта технология становится довольно популярной среди строителей из-за ее большого потенциала [3].
Слияние искусственного интеллекта (ИИ) и цифровых двойников быстро растет, и на то есть веские причины. Алгоритмы ИИ могут анализировать данные с датчиков для выявления закономерностей, делать прогнозы о том, как будет вести себя конструкция, контролировать оборудование и даже оптимизировать строительные процессы. Это сделало цифровые двойники бесценными в строительной отрасли, экономя время и деньги людей, обнаруживая потенциальные проблемы на ранней стадии. Кроме того, они идеально подходят для оптимизации использования материалов и оборудования. В целом, эта технология значительно повышает эффективность строительства и прибыль.
Цифровые двойники не только позволяют сэкономить средства, но и могут резко повысить эффективность и производительность строительного проекта. С помощью AI и ML можно запустить моделирование потенциальных проблем, чтобы можно было заранее устранить любые неполадки. Это означает меньшее количество задержек и выполнение проектов быстрее, чем когда-либо прежде [7]. Кроме того, эти цифровые двойники можно использовать для отслеживания прогресса в данный момент, чтобы убедиться, что на объекте все в порядке, что приводит к повышению производительности проекта.
В строительном бизнесе цифровые двойники могут сделать вашу рабочую площадку намного безопаснее. Это потому, что они являются виртуальными копиями ваших сборок, что позволяет вам предвидеть и приспосабливаться к любым опасным ситуациям, которые могут возникнуть. Кроме того, вы можете использовать их для проверки возможных сценариев и проверки законности ваших планов эвакуации. Это полностью меняет правила игры — в результате создается более безопасная среда и здания, способные лучше справляться с чрезвычайными ситуациями.[9]
Создание цифрового двойника любой физической структуры, процесса или явления? Кусок пирога! Нам просто нужно получить данные от реального объекта с помощью некоторых датчиков, связанных с IoT. Затем следует этап обработки — сбор информации, такой как размеры, текстура и рабочая среда, и преобразование ее в виртуальное подобие, максимально точное по форме [1]. Достаточно прямолинейно, не так ли?
После первого шага мы должны построить 3D-модель рассматриваемого объекта. По сути, это смоделированная версия, которую можно использовать для анализа и виртуального крафта. Это достаточно просто сделать с помощью программного обеспечения CAD и BIM [11], но что делает его еще круче, так это то, что вы можете синхронизировать его с алгоритмами ИИ для создания цифрового двойника [12]. Таким образом, вы
X X
о го А с.
X
го m
о
2 О M
со
fO CS
о
CS <0
о ш m
X
<
m О X X
можете использовать его для профилактического обслуживания и оптимизации».
Завершением этой одиссеи цифровых близнецов является интеграция 3D-моделей и алгоритмов искусственного интеллекта. Это позволяет нам использовать цифрового двойника для профилактического обслуживания и оптимизации. Возьмем, к примеру, использование алгоритмов ИИ для анализа данных цифрового двойника, чтобы предвидеть, когда потребуется техническое обслуживание и повышение производительности физических объектов [3]. Использование искусственного интеллекта с цифровыми двойниками — быстро развивающаяся область, в которой постоянно появляются новые возможности [1]. Поскольку эта технология продолжает развиваться, ожидается, что она окажет огромное влияние на строительство, позволяя использовать более эффективные и экологически безопасные методы [10].
Цифровые близнецы встряхивают строительный бизнес. Архитекторы и инженеры теперь имеют впечатляющую цифровую копию любого здания или сооружения, что позволяет им прорабатывать различные сценарии и варианты проектирования, прежде чем начинать строительство. Это экономит деньги, драгоценное время и позволяет получить более эффективный и удобный в использовании конечный продукт — в немалой степени благодаря развитию искусственного интеллекта для комплексного моделирования и анализа [4].
Разработчики и подрядчики используют цифровых двойников на этапе строительства проекта, чтобы следить за ходом работ и контролировать последствия любых модификаций — как на самом объекте, так и на его атмосфере. Используя датчики и другие устройства для сбора данных, строители могут создавать виртуальные клоны строительной площадки в режиме реального времени, что позволяет им быстро выявлять любые потенциальные проблемы и при необходимости вносить изменения. Это помогает свести к минимуму ошибки и повысить надежность работы. Кроме того, цифровые двойники используются для моделирования процесса строительства и определения областей, которые можно было бы модернизировать для повышения производительности.
Как только структурный жизненный цикл завершен, цифровые двойники все еще могут использоваться для целей обслуживания и управления. Проводя проверки работы двойного здания, администраторы объектов могут выявлять проблемы и принимать необходимые решения для повышения энергоэффективности и сокращения затрат [14]. Кроме того, цифровые двойники могут использоваться для разумного использования ресурсов и прогнозирования потребностей в обслуживании, способствуя долговечности конструкции [10]. В целом, использование цифровых двойников в строительстве может произвести революцию в этой отрасли за счет повышения эффективности, сокращения затрат и обеспечения безопасности.
BIM — это обычная технология, используемая в строительном бизнесе, и она хороша по целому ряду причин, таких как улучшение связи между заинтересованными сторонами, более плавная координация проекта и повышение эффективности на этапах проектирования и строительства [15]. Но знаете ли вы, что при сочетании BIM с цифровыми двойниками эти преимущества могут стать еще более заметными? Цифровые двойники — это виртуальные копии физических объектов или систем, которые используются для мониторинга, анализа и повышения производительности^]. Объединяя их с BIM, специалисты по архитектуре получают более точное и широкое представление о здании, что позволяет делать более разумный выбор на протяжении всего процесса. Кроме того, эти цифровые двойники можно использовать для моделирования возможностей и оценки альтернативных проектов, потоковой передачи экономической эффективности конструкций [1]. Тем
не менее, еще предстоит преодолеть препятствия, прежде чем цифровые двойники будут полностью интегрированы с BIM. Одним из них является несоответствие протоколов связи и форматов данных между различными программами [1]. Кроме того, накопление огромных объемов информации из различных источников является дорогостоящим и утомительным. Но AI + машинное обучение могут помочь с этой автоматизацией. Также библиотеки/платформы с открытым исходным кодом могут помочь во включении цифровых двойников в BIM.
Россия идет в ногу со временем и садится на цифровой поезд. Сегодня в строительной отрасли нашей страны можно увидеть примеры успешного применения цифровых двойников — продукта искусственного интеллекта и современных технологий.
Кампания «Россетей» в 2020 году по созданию цифровых двойников 300 электросетевых объектов — впечатляющая демонстрация потенциала технологий. Результат? Сокращение времени подготовки проектной документации на треть, а также сокращение затрат на ремонтные работы на 10 % — немаловажное достижение. Это отличный пример того, как решения 21 века трансформируют инфраструктуру.
Впечатляющие усилия Госкорпорации Ростех в авиационной отрасли заслуживают высокой оценки. В 2021 году удалось построить цифровой двойник двигателя ВК-2500, который широко используется в вертолетах Ми-8/17 и Ка-52. Это революционное усовершенствование позволяет им быстро создавать и тестировать новые модификации этого двигателя с повышенной надежностью и производительностью. По сути, это позволяет им двигаться быстрее при инновациях.
В последнее время цифровые двойники стали горячей темой в строительной отрасли, но есть одна серьезная проблема, которую необходимо решить, когда дело доходит до их запуска: стоимость. Как отметил Билл Рю, генеральный директор Lendlease Digital, внедрение цифровых двойников может помочь проектам сэкономить деньги в долгосрочной перспективе, но многие компании просто не могут позволить себе огромные первоначальные инвестиции. И не забывайте о специализированном программном и аппаратном обеспечении, необходимом для создания и обслуживания цифровых двойников — это еще более серьезное финансовое препятствие!
Внедрение цифровых двойников в строительстве может стать головной болью. Для их создания и обслуживания требуется не только набор технических навыков — просто не хватает специалистов, являющихся экспертами в области искусственного интеллекта или науки о данных. Даже если вы найдете подходящего человека для этой работы, он все равно может столкнуться с трудностями при объединении цифровых двойников с существующими структурами, от которых уже зависят строительные компании. Этот процесс может показаться чрезмерно сложным и затянутым, и он требует большого количества информации, чтобы создатели могли создать точную модель любого актива, с которым они работают [3]. Более того, эти наборы данных необходимо правильно собирать и анализировать [12].
Цифровые двойники в строительстве — что дальше? Строительная отрасль переживает трансформацию с появлением технологии цифровых двойников. Будущее строительства связано с этой передовой технологией, которая создает виртуальные копии объектов реального мира. Технология цифровых двойников помогает оптимизировать этапы планирования, проектирования, строительства и обслуживания зданий и инфраструктуры. От использования дронов для сбора данных до зD-печати для строительства — возможности применения цифровых двойников безграничны. Используя эту технологию, отрасль может значительно снизить затраты, сэкономить время и повысить безопасность. Будущее строительства,
несомненно, за цифровыми близнецами, а возможности безграничны.
В строительной отрасли цифровые двойники на основе искусственного интеллекта преодолевают все более сложные препятствия. Эти близнецы предлагают множество моделей объектов и процессов, которые обеспечивают повышенную эффективность и перспективность проектирования, строительства и эксплуатации [1]. При интеграции с Интернетом вещей (IoT) данные можно собирать в режиме реального времени, что способствует созданию этих цифровых двойников [14]. Интеграция технологии цифровых двойников с IIoT (промышленный Интернет вещей) позволяет собирать данные с различных устройств, что приводит к созданию точных цифровых моделей объектов. Следовательно, цифровые двойники повышают производительность и точность строительных проектов, одновременно сокращая затраты и время, необходимые для повышения эффективности [5].
В мире строительства цифровые двойники получили все большее распространение благодаря использованию искусственного интеллекта. Обрабатывая данные с устройств IoT, ИИ может выявлять потенциальные проблемы до их возникновения как в процессе сборки, так и в процессе эксплуатации. Ярким примером этого является то, как это может помочь улучшить системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха в республике, что положительно повлияет на уровень эффективности. В конечном счете, сочетание искусственного интеллекта и цифровых двойников обеспечивает повышенный уровень эффективности и экологической устойчивости строительных предприятий.
Благодаря достижениям в области искусственного интеллекта и Интернета вещей распространение цифровых двойников в строительстве продолжится. Цифровые двойники играют решающую роль в анализе больших данных и визуализации точных цифровых моделей, повышая эффективность и точность промышленных проектов.
Благодаря технологии, управляемой искусственным интеллектом, цифровые двойники революционизируют наш подход к проектированию, строительству и эксплуатации объектов. Упрощая виртуальные испытания, технология цифровых двойников ускоряет процесс проектирования и улучшает качество строительства, обеспечивая превосходные результаты. Кроме того, возможности цифровых двойников для оценки различных процессов эксплуатации объектов безграничны.
Сотрудничество является ключевым моментом, когда речь идет об успешных проектах цифровых двойников. Объединение экспертов отрасли и поставщиков технологий может продвигать более качественные проекты и ускорять их реализацию. Кроме того, эти совместные усилия могут помочь в разработке плана действий по внедрению цифровых двойников в строительстве.
Числовые двойники могут способствовать совершенствованию процессов строительства и эксплуатации объектов, предлагая большие перспективы. Однако для их успешной реализации необходимы совместные усилия поставщиков технологий и специалистов отрасли, а также использование передовых технологий искусственного интеллекта. Представление о том, что цифровые двойники могут в итоге стать фундаментальным аспектом строительной отрасли, чтобы гарантировать безопасность проекта и оптимизировать качество и эффективность строительства. Таким образом, строительная отрасль может извлечь огромную выгоду из внедрения цифровых двойников.
Литература
1. Soderberg R., Wârmefjord K., Carlson J. S., Lindkvist L. Toward a Digital Twin for real-time geometry assurance in
individualized production/ CIRP Annals URL: doi.org/10.1016/j.cirp.2017.04.038.
2. Алексеева Н.С. Применение сквозных цифровых технологий при управлении проектированием и строительством. Сборник трудов всероссийской научно-практической и учебно-методической конференции В 4 ч. Фундаментальные и прикладные исследования в области управления, экономики и торговли. г Санкт-Петербург 2021. С. 224-228.
3. Бауэр В.П., Еремин В.В., Смирнов В.В. Цифровые платформы как инструмент трансформации мировой и российской экономики в 2021 -2023 годах // Экономика. Налоги. Право, вып. 14, №1, 2021, С. 41-51.
4. Викторов М.Ю. Цифровые двойники. Основные аспекты внедрения и применения технологий информационного моделирования (ТИМ) в строительстве. Журнал Русский инженер. 2021. С.15-16.
5. Гинзбург А.В., Рыжкова А.И. Возможности искусственного интеллекта по повышению организационно-технологической надежности строительного производства // Вестник МГСУ. 2018. № 1 (112). С. 7-13.
6. Гусев А.В., Добриднюк С.Л. Искусственный интеллект в медицине и здравоохранении // Информационное общество. 2017. № 4-5. С. 7893
7. Иванова И. Б., Васильева А. Ю. «Цифровой двойник» здания: отличие от BIM-технологий, источники эффективности применения в жилищно-коммунальном хозяйстве // Социально-экономическое управление: теория и практика. 2021. № 2 (45). С. 43-49. DOI: 10.22213/2618-9763-2021-1-43-49.
8. Иванова И. Б., Васильева А. Ю. «Цифровой двойник» здания: отличие от BIM-технологий, источники эффективности применения в жилищно-коммунальном хозяйстве // Социально-экономическое управление: теория и практика. 2021. № 2 (45). С. 43-49. URL: DOI: 10.22213/2618-9763-2021-1-4349
9. Козлов, П. О., Рогачев Е. С., Шипелев И. Л. Цифровые двойники в строительстве на фоне развития технологий BIM // Материалы 61 -й студенческой научно-технической конференции инженерно-строительного института ТОГУ: Материалы конференции, Хабаровск, 19-23 апреля 2021 года. - Хабаровск: Тихоокеанский государственный университет, 2021. - С. 275-279с.
10. Кудрявцев Н.Г., Типикин Д.К., Разработка системы персональной идентификации на базе платформы. материалы конференции. Информация и образование: границы коммуникаций. г. Горно-Алтайск. 2017. С. 102-103.
11. Кузнецова, С. В. Преимущества применения технологии "цифровых двойников" в зарубежном и отечественном производстве // Сборник научных трудов вузов России "Проблемы экономики, финансов и управления производством". - 2019. -№ 45. - С. 49-57.
12. Лысенко Д.А. Метод автоматизированной адаптации цифрового двойника объекта строительства // Инженерно-строительный вестник Прикаспия. 2020. № 4 (34). С. 139-141.
13. Лысенко Д.А.. Метод автоматизированной адаптации цифрового двойника объекта строительства // Инженерно-строительный вестник Прикаспия : научно-технический журнал / Астраханский государственный архитектурно-строительный университет. Астрахань : ГАОУ АО ВО «АГАСУ», 2020. № 4 (34). С.139-141.
14. Неизвестный С.И. Социальные проблемы принятия решений искусственным интеллектом в цифровом обществе // Социологический журнал. 2021. № 2. С. 90-108
15. Селезнев М. Как искусственный интеллект становится эффективным бизнес-инструментом. - 10.02.2021 // РБК. Тренды. - ULR: https://trends.rbc.ru/trends/indus-try/cmrm/60224ec09a79475d351c0503
X X
о
го А с.
X
го m
о
2 О M
со
Creating digital doubles in construction using artificial intelligence Shananin V.A., Losev K.Yu.
Financial University under the Government of the Russian Federation, MGSU JEL classification: C01, C02, C1, C4, C5, C6, C8
The construction industry is not left behind in the age of digital advancement and progress. Utilizing artificial intelligence, the development of digital twins stands out as a promising and pioneering technique in contemporary construction. Various analyses and tests can be done without affecting the actual object or process using a digital twin - a virtual replica. Artificial intelligence plays a crucial role in creating and using these digital doubles, bringing efficiency, accuracy and automation to the table. Through the creation of digital twins, the construction industry is capable of experiencing numerous improvements, such as advanced project management, minimized hazards, and heightened productivity. This virtual model permits project evaluators to observe progression and recognize any possible dilemmas long before they become significant issues. Hence, you are able to make efficient decisions that could minimize delays and expensive budget overruns. Furthermore, it is also possible to replicate different situations using digital clones and improve construction procedures, leading to amplified efficacy and output. Creating digital counterparts in construction with the assistance of artificial intelligence is a subject we will discuss in this piece. We will explore the advantages it offers to the industry and the future possibilities ahead.
Keywords: digital twin, artificial intelligence, construction, automation, efficiency, innovation, technology.
References
1. Soderberg R., Warmefjord K., Carlson J. S., Lindkvist L. Toward a Digital Twin for
real-time geometry assurance in individualized production/ CIRP Annals URL: doi.org/10.1016/j.cirp.2017.04.038.
2. Alekseeva N.S. Application of end-to-end digital technologies in design and
construction management. Collection of proceedings of the All-Russian scientific-practical and educational-methodical conference At 4 o'clock. Fundamental and applied research in the field of management, economics and trade. St. Petersburg 2021. P. 224-228.
3. Bauer V.P., Eremin V.V., Smirnov V.V. Digital platforms as a tool for transforming
the global and Russian economy in 2021-2023 // Economics. Taxes. Right, no. 14, No. 1, 2021, pp. 41-51.
4. Viktorov M.Yu. Digital twins. The main aspects of the introduction and application
of information modeling technologies (TIM) in construction. Journal Russian engineer. 2021. P.15-16.
5. Ginzburg A.V., Ryzhkova A.I. Possibilities of artificial intelligence to improve the
organizational and technological reliability of construction production. Vestnik MGSU. 2018. No. 1 (112). pp. 7-13.
6. Gusev A.V., Dobridnyuk S.L. Artificial intelligence in medicine and healthcare //
Information society. 2017. No. 4-5. S. 7893
7. Ivanova I. B., Vasilyeva A. Yu. "Digital twin" of a building: difference from BIM
technologies, sources of efficiency in housing and communal services // Socioeconomic management: theory and practice. 2021. No. 2 (45). pp. 43-49. DOI: 10.22213/2618-9763-2021-1-43-49.
8. Ivanova I. B., Vasilyeva A. Yu. "Digital twin" of the building: difference from BIM
technologies, sources of efficiency in housing and communal services // Socioeconomic management: theory and practice. 2021. No. 2 (45). pp. 43-49. URL: DOI: 10.22213/2618-9763-2021-1-4349
9. Kozlov, P. O., Rogachev E. S., Shipelev I. L. Digital twins in construction against
the backdrop of the development of BIM technologies // Proceedings of the 61st student scientific and technical conference of the Civil Engineering Institute of TOGU: Proceedings of the conference, Khabarovsk , April 19-23, 2021. -Khabarovsk: Pacific State University, 2021. - S. 275-279s.
10. N. G. Kudryavtsev, D. K. Tipikin, Development of a platform-based personal identification system. conference materials. Information and education: the boundaries of communication. Gorno-Altaisk. 2017. S. 102-103.
11. Kuznetsova, S. V. Advantages of using "digital twins" technology in foreign and
domestic production // Collection of scientific papers of Russian universities "Problems of Economics, Finance and Production Management". - 2019. - No. 45. - S. 49-57.
12. Lysenko D.A. The method of automated adaptation of the digital twin of a construction object // Engineering and Construction Bulletin of the Caspian Sea. 2020. No. 4 (34). pp. 139-141.
13. Lysenko D.A. The method of automated adaptation of the digital twin of the construction object. Astrakhan: GAOU JSC VO "AGASU", 2020. No. 4 (34). pp.139-141.
14. Unknown S.I. Social problems of decision-making by artificial intelligence in a digital society // Sociological journal. 2021. No. 2. S. 90-108
15. Seleznev M. How artificial intelligence becomes an effective business tool. -
10.02.2021 // RBC. Trends. - ULR: https://trends.rbc.ru/trends/indus-try/cmrm/60224ec09a79475d351c0503
fO CN O CN
<£
O HI
m
X
<
m o x
X
