我們所有人都有過這樣的經(jīng)歷：在一個要么過熱，要么過冷的建筑里，似乎與一天或一年的時間沒有什么聯(lián)系。在這種情況下的建筑中，能源和成本的節(jié)約潛力是巨大的。減少建筑行業(yè)的溫室氣體(GHG)排放對于應對氣候變化至關重要，因為40%的溫室氣體排放來自建筑物。在這些總排放量中，建筑運營每年占28%，而建筑材料和建設過程(通常稱為隱含碳)每年占額外的11%。

減少溫室氣體排放的一種新興可能性被稱為數(shù)字雙胞胎。數(shù)字孿生，加上無處不在的寬帶，為建筑行業(yè)提供了降低成本和排放的承諾，同時提高運營效率和透明度。

什么是數(shù)字孿生(Digital Twins)?

數(shù)字孿生也叫數(shù)字雙胞胎，數(shù)字孿生的概念已有二十年歷史。IBM將該技術定義為“跨越其生命周期的對象或系統(tǒng)的虛擬表示，從實時數(shù)據(jù)更新，并使用模擬、機器學習和推理來幫助決策制定。”數(shù)字孿生為城市環(huán)境中的創(chuàng)新和可持續(xù)性提供了一個令人興奮的選擇，這也是Venture Beat將該技術列為2021年前五名趨勢之一的原因。

但是，要全面優(yōu)化建筑物中的數(shù)字孿生，還需要一些關鍵組件——即大量投資在無處不在的寬帶中，使傳感器和其他物聯(lián)網(wǎng)(IoT)設備在建筑物內(nèi)和周圍以無線和安全的方式(即隱私保護)互連，以降低運營成本，同時減少溫室氣體排放。

這一建成環(huán)境互聯(lián)數(shù)字孿生的愿景將需要各級政府以及科技創(chuàng)業(yè)行業(yè)的私營企業(yè)之間強有力的公私協(xié)調(diào)與協(xié)作。以美國為例，政府的HR3684基礎設施投資和就業(yè)法案(IIJA)提供了潛在的資金來源，其中包括寬帶基礎設施擴展撥款的具體分配、能源數(shù)據(jù)收集的資金，也許是數(shù)字孿生最獨特的、商業(yè)建筑能源消耗的信息共享。

有幾種有趣的數(shù)字孿生技術試點模型，例如美國拉斯維加斯市與兩家私營公司Cityzenith(數(shù)字孿生軟件平臺)和Terbine(物聯(lián)網(wǎng)服務和數(shù)字基礎設施管理)之間的公私合作伙伴關系。Cityzenith專注于開發(fā)城市數(shù)字孿生，以幫助建筑脫碳和實施可再生能源系統(tǒng)，以促進減排并提高建筑業(yè)主的績效。

合作包括使用模板輸入數(shù)據(jù)的業(yè)主的參與，該軟件根據(jù)建筑物的年齡、狀況和用途等因素創(chuàng)建一個數(shù)字孿生。數(shù)字孿生模型使用拉斯維加斯現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)傳感器和5G網(wǎng)絡來收集實時街道數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)將為有關能源使用、排放、交通、停車、噪音和應急管理的決策提供信息。數(shù)字孿生還尋求模擬解決可持續(xù)性和流動性的場景，以提高運營效率并在公共福祉、教育、安全和經(jīng)濟發(fā)展方面產(chǎn)生積極的社區(qū)成果。

拉斯維加斯市目前正在試點項目，以測試該技術的可行性和有效性，如果證明自己有價值和有益，它計劃擴大規(guī)模。讓我們希望這個食譜可以復制到其他社區(qū)。但值得注意的是拉斯維加斯在寬帶/電信基礎設施方面的投資，這是該項目的關鍵促成部分。

又如Metro21，位于匹茲堡的卡內(nèi)基梅隆大學(CMU)智慧城市研究所支持數(shù)字孿生試點項目，包括由Burcu Akinci和Mario Berges教授領導的Hazelwood Green的Mill19能源和基礎設施系統(tǒng)監(jiān)測。該項目通過解決與建筑系統(tǒng)運行相關的問題、提高舒適度、優(yōu)化能源使用和確定改造機會來關注持續(xù)調(diào)試過程。目標是通過使用和采用數(shù)字孿生，結合電氣化，建筑物可以降低運營成本，同時減少溫室氣體排放。

公共和私營部門都需要大量投資才能轉(zhuǎn)向減少建筑物的溫室氣體排放，這將是建筑物向全電動的轉(zhuǎn)變(這意味著它不僅包括實際建筑物，還包括整個場地，包括分布式能源)。根據(jù)CMU建筑學院教授Vivian Loftness的說法，挑戰(zhàn)在于減少能源負荷、鼓勵節(jié)約能源并通過建筑計量跟蹤這些數(shù)據(jù)，因為很難知道哪個系統(tǒng)正在使用哪種特定能源以及使用了多少特定能源。

一項重大突破是引入了15分鐘間隔的能源數(shù)據(jù)和遠程訪問樓宇自動化系統(tǒng)的能力。在這種情況下，樓宇自動化數(shù)據(jù)屬于樓宇業(yè)主，不對外公開，使樓宇業(yè)主可以根據(jù)績效指標做出實時調(diào)整的決定，其好處是他們的能源成本和溫室氣體排放量都減少了。Loftness教授表示，她相信寬帶為繪制建筑物地圖并將其與最佳展示進行比較提供了機會，而數(shù)字雙胞胎可以促進模型建筑物或標準運營和管理協(xié)議的創(chuàng)建。

美國有望成為通過應用數(shù)字孿生技術減少溫室氣體排放的領導者，看到案例研究和模型在全國范圍內(nèi)的擴展將令人興奮。有一長串項目自詡為值得IIJA資助的項目。通過在建筑領域利用數(shù)字孿生技術的協(xié)作和包容性公私合作伙伴關系，與這些大型資本投資相關的風險和回報將被共享，每個人都會獲益，包括地球。