我們所有人都有過這樣的經歷：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系。在這種情況下的建筑中，能源和成本的節約潛力是巨大的。減少建筑行業的溫室氣體(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字雙胞胎。 數字孿生，加上無處不在的寬帶，為建筑行業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。

什么是數字孿生(Digital Twins)?

數字孿生也叫數字雙胞胎，數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的虛擬表示，從實時數據更新，并使用模擬、機器學習和推理來幫助決策制定。” 數字孿生為城市環境中的創新和可持續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，要全面優化建筑物中的數字孿生，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網 (IoT) 設備在建筑物內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。

這一建成環境互聯數字孿生的愿景將需要各級政府以及科技創業行業的私營企業之間強有力的公私協調與協作。以美國為例，政府的HR 3684 基礎設施投資和就業法案 (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、能源數據收集的資金，也許是數字孿生最獨特的、商業建筑能源消耗的信息共享。

有幾種有趣的數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(數字孿生軟件平臺)和 Terbine(物聯網服務和數字基礎設施管理)之間的公私合作伙伴關系。 Cityzenith 專注于開發城市數字孿生，以幫助建筑脫碳和實施可再生能源系統，以促進減排并提高建筑業主的績效。

合作包括使用模板輸入數據的業主的參與，該軟件根據建筑物的年齡、狀況和用途等因素創建一個數字孿生。數字孿生模型使用拉斯維加斯現有的物聯網傳感器和 5G 網絡來收集實時街道數據，這些數據將為有關能源使用、排放、交通、停車、噪音和應急管理的決策提供信息。數字孿生還尋求模擬解決可持續性和流動性的場景，以提高運營效率并在公共福祉、教育、安全和經濟發展方面產生積極的社區成果。

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，它計劃擴大規模。讓我們希望這個食譜可以復制到其他社區。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，位于匹茲堡的卡內基梅隆大學 (CMU) 智慧城市研究所支持數字孿生試點項目，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監測。該項目通過解決與建筑系統運行相關的問題、提高舒適度、優化能源使用和確定改造機會來關注持續調試過程。目標是通過使用和采用數字孿生，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 CMU 建筑學院教授 Vivian Loftness 的說法，挑戰在于減少能源負荷、鼓勵節約能源并通過建筑計量跟蹤這些數據，因為很難知道哪個系統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 分鐘間隔的能源數據和遠程訪問樓宇自動化系統的能力。在這種情況下，樓宇自動化數據屬于樓宇業主，不對外公開，使樓宇業主可以根據績效指標做出實時調整的決定，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，而數字雙胞胎可以促進模型建筑物或標準運營和管理協議的創建。

美國有望成為通過應用數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字孿生技術的協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。