Ο ρόλος των Ψηφιακών Διδύμων στη βιώσιμη ανάπτυξη και διαχείριση Έξυπνων Πόλεων – Η περίπτωση της Αθήνας

Τα Ψηφιακά Δίδυμα (Digital Twins), ως δυναμικές αναπαραστάσεις φυσικών συστημάτων σε ψηφιακό περιβάλλον, αποτελούν μια αναδυόμενη αναπτυξιακή τεχνολογική επανάσταση, επιτρέποντας την ακριβή εξ αποστάσεως μοντελοποίηση των λειτουργιών και υποδομών μιας πόλης.

Ήδη, με το 56% του παγκόσμιου πληθυσμού, κατά μέσο όρο, να κατοικεί σε αστικές περιοχές και την εκτίμηση του ποσοστού αυτού να ανέρχεται στο 68% έως το 2050 (Urbanization – Our World in Data, 2024), καταδεικνύεται ευδιάκριτα η εντατική αστικοποίηση και η εξέλιξη του μητροπολιτικού σχεδιασμού, που χαρακτηρίζει τη σύγχρονη εποχή.

Σε αυτό το πλαίσιο, η τεχνολογία των Ψηφιακών Διδύμων έχει αρχίσει να διαδραματίζει καθοριστικό ρόλο στην αναβάθμιση των αστικών κέντρων, στοχεύοντας στην αντιμετώπιση κρίσιμων προκλήσεων, όπως κυκλοφοριακή συμφόρηση, ενεργοβόρα δίκτυα, συντήρηση υποδομών, καθώς και ζητήματα ασφάλειας και πολιτικής.

Πηγή: gim-international.com

Αντιμετώπιση φυσικών καταστροφών

Η διαχείριση φυσικών καταστροφών, και συγκεκριμένα των πλημμυρικών φαινομένων, συγκαταλέγεται στις σημαντικότερες προκλήσεις των σύγχρονων πόλεων. Οι αυξανόμενες επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής εντείνουν την ανάγκη για καινοτόμες και αποτελεσματικές λύσεις, καθιστώντας ολοένα και πιο σημαντική τη διασφάλιση της προστασίας των πολιτών και των περιουσιακών τους στοιχείων.

Η τεχνολογία των Ψηφιακών Διδύμων, έχοντας ως πρωταρχικό μέλημα την πρόληψη καθώς και τη βελτίωση της ανθεκτικότητας των υφιστάμενων αστικών υποδομών, προσφέρει ακριβή δεδομένα για το υψόμετρο των δρόμων της πόλης, τα δίκτυα όμβριων υδάτων, καθώς και τις εγκαταστάσεις αποχέτευσης.

Η διαδικασία αυτή επιτρέπει τον ακριβή εντοπισμό πεζόδρομων και δρόμων, που ενδέχεται να καταστούν απρόσιτοι για πεζούς και οχήματα σε περίπτωση πλημμύρας, προκαλώντας σημαντικές αλλαγές στα μοτίβα κίνησης της πόλης. Μια τέτοια κατάσταση είναι ιδιαίτερα κρίσιμη κυρίως για μονόδρομους ή στενούς δρόμους, όπου υπάρχει κίνδυνος τα οχήματα να παγιδευτούν χωρίς δυνατότητα αλλαγής πορείας (A digital twin smart city for citizen feedback, 2021b).

Πηγή: Destination-earth.eu

Επιπροσθέτως, τα αιφνίδια σεισμικά φαινόμενα, ικανά να προξενήσουν καταρρεύσεις κτιρίων, απώλειες ανθρώπινων ζωών, καταστροφή υποδομών και κοινοτική αναστάτωση, χρήζουν ώριμων υλοποιήσεων αντιμετώπισης.

Για τον σκοπό αυτό, τα σύγχρονα τεχνολογικά μέσα αναπτύσσουν δυνατότητες υποβοήθησης στην αντισεισμική μηχανική και τη μετασεισμική αξιολόγηση υποδομών, μέσα από μεθόδους αυτόματης εικονικής ανίχνευσης δομικών ανωμαλιών (Post-Earthquake Building Evaluation Using UAVs: A BIM-Based Digital Twin Framework, 2022).

Έχοντας συλλέξει τα εξωτερικά χαρακτηριστικά κάθε στοιχείου ενός επηρεασμένου κτιρίου και συγκρίνοντάς τα με τα αντίστοιχα προσεισμικά του, επιτρέπεται η ανίχνευση εκτεθειμένου οπλισμού, καθώς και ρωγμών ή μετατοπίσεων του σκυροδέματος, χωρίς την υποχρεωτική ανάγκη φυσικής παρουσίας μηχανικού.

Αστικές Υλοποιήσεις Ψηφιακών Διδύμων

Σε όλο τον κόσμο, αρκετές μητροπόλεις χρησιμοποιούν ήδη τις καινοτόμες αυτές τεχνολογίες για να βελτιώσουν τη διαχείριση της κυκλοφορίας, την ενεργειακή απόδοση και την περιβαλλοντική βιωσιμότητα, με την Αθήνα να αποτελεί μία από τις ελληνικές πόλεις που κάνει τα πρώτα ενεργά βήματα προς αυτόν τον τομέα.

Πιο συγκεκριμένα, υλοποιείται ένα ευρωπαϊκό πιλοτικό πρόγραμμα της EU Horizon στην πρωτεύουσα της χώρας μας, με την επωνυμία DUET (Digital Urban European Twins, 2022).

Το συγκεκριμένο έργο αποτελεί ουσιαστικά ένα πλήρες πακέτο δεδομένων, μοντέλων και προσομοιώσεων, τα οποία εστιάζουν σε τρεις βασικούς τομείς: την κυκλοφορία, το περιβάλλον και την ποιότητα ζωής, η οποία αξιολογείται, μεταξύ άλλων, μέσω της ηχορύπανσης.

Πηγή: Astydama, 2024

Με το 36% του πληθυσμού της χώρας να ζει στην Αττική (Πληθυσμός στην Ελλάδα, 2024) και με τις ολοένα μεγαλύτερες εποχικές αυξήσεις τουριστικής κίνησης και επισκεπτών, η Αθήνα χρειάζεται ένα ολοκληρωμένο ψηφιακό μοντέλο, που θα ενοποιεί και θα καθιστά προσβάσιμα όλα τα δεδομένα διαχείρισης της πόλης.

Πιο αναλυτικά, το DUET θα δοκιμάσει τρεις διαφορετικούς τύπους μοντέλων κυκλοφορίας -το στατικό, το δυναμικό και το μοντέλο τοπικής κινητικότητας (DUET: A Framework for Building Interoperable and Trusted Digital Twins of Smart Cities, 2022). Ως αποτέλεσμα, θα προκύψει μια ολοκληρωμένη εικόνα των κυκλοφοριακών ροών, επιτρέποντας, μέσω της Ψηφιακής Δίδυμης προσομοίωσης, την πρόβλεψη εναλλακτικών διαδρομών σε περιπτώσεις απενεργοποίησης λωρίδων, λόγω κατασκευαστικών έργων ή τροχαίων ατυχημάτων.

Ακολούθως, τα μοντέλα ποιότητας αέρα βασίζονται σε μαθηματικές προσομοιώσεις για να αποτυπώσουν τον τρόπο, που οι ατμοσφαιρικοί ρύποι διασκορπίζονται και μεταβάλλονται μέσω χημικών αντιδράσεων.

Η Αθήνα αντιμετωπίζει σοβαρά προβλήματα ατμοσφαιρικής ρύπανσης, με περίπου το 6% των θανάτων στην Ελλάδα να σχετίζονται με αυτήν (Athens Twin, 2022). Στο DUET, οι εκπομπές ρύπων υπολογίζονται με βάση την ένταση της κυκλοφορίας, το οδικό δίκτυο, καθώς και από περιβαλλοντικούς παράγοντες, όπως την ταχύτητα και την πορεία του ανέμου, με τα αποτελέσματα να μετατρέπονται σε οπτικούς χάρτες με τεχνικές θερμικής παρεμβολής.

Πηγή: swecogroup.com

Όσον αφορά τον περιβαλλοντικό θόρυβο, το πρόγραμμα αξιοποιεί ανοιχτού κώδικα εργαλεία για να δημιουργήσει, με παρόμοιο τρόπο, χάρτες ηχητικής ρύπανσης, οι οποίοι μπορούν να χρησιμοποιηθούν από τις τοπικές αρχές για να αξιολογήσουν την έκθεση των κατοίκων στον αστικό θόρυβο, λαμβάνοντας υπόψη σχετικούς περιβαλλοντικούς και κοινωνικούς παράγοντες.

Αξιοποιώντας, λοιπόν, μοντέλα κυκλοφορίας, ποιότητας αέρα και θορύβου στο περιβάλλον του Ψηφιακού Διδύμου, οι πιλότοι του DUET θα εξετάσουν διάφορα υποθετικά σενάρια, όπως για παράδειγμα, ποια θα ήταν η επίδραση στα επίπεδα θορύβου και την ποιότητα του αέρα εάν το όριο ταχύτητας σε έναν συγκεκριμένο δρόμο αυξανόταν ή μειωνόταν, καθώς και αν η μετατροπή ενός δρόμου σε ζώνη χωρίς αυτοκίνητα μπορεί να συμβάλει στη βελτίωση της ατμοσφαιρικής καθαρότητας και στην αντιμετώπιση της ηχορύπανσης.

Συμπερασματικά, η εφαρμογή τέτοιων τεχνολογιών στις αστικές περιοχές δεν αποτελεί ουτοπία, καθώς η ανάγκη για ψηφιακές λύσεις, που να εξυπηρετούν τους πολίτες και να ενισχύουν τη βελτίωση της ποιότητας ζωής είναι επιτακτική. Η μετάβαση από τη θεωρία στην πράξη, ωστόσο, ιδίως για την ελληνική επικράτεια, όπου δεν βρίσκεται ακόμα σε στάδιο πλήρους ωριμότητας για την εφαρμογή τόσο εξειδικευμένων αστικών προγραμμάτων, αντιμετωπίζει σημαντικά εμπόδια.

Περισσότερες απτές εφαρμογές, καθιέρωση τυποποιημένων πρωτοκόλλων και ανάπτυξη καινοτόμων στρατηγικών για τη διαχείριση δεδομένων και ενοποίηση συστημάτων, είναι ορισμένα από αυτά.

Για την αντιμετώπιση των μικρών ή μεγάλων προκλήσεων επομένως, απαιτείται ενίσχυση των ανοιχτών δεδομένων και της διαλειτουργικότητας, συνεργασία με πανεπιστήμια και start-ups για οικονομικά αποδοτικές λύσεις, καθώς και τήρηση αυστηρών προτύπων απορρήτου και ασφάλειας, προκειμένου τα ψηφιακά μοντέλα να κερδίσουν την εμπιστοσύνη των σύγχρονων πόλεων και πολιτών, δεδομένου ότι οι τελευταίοι είναι ολοένα και πιο ευαισθητοποιημένοι σε θέματα κυβερνοασφάλειας και δικαιωμάτων δεδομένων (Digital Twin: Enabling Technologies, Challenges and Open Research, Fuller et al, 2020).

Καταλήγοντας, για να διασφαλιστεί η βιωσιμότητα των έξυπνων πόλεων στο μέλλον, είναι απαραίτητο να διατηρηθούν αυτούσιες βασικές αρχές, όπως η δημοκρατία, η ελευθερία και ο σεβασμός προς τον άνθρωπο, διασφαλίζοντας ότι η τεχνολογία χρησιμοποιείται αποκλειστικά προς όφελος των πολιτών. Η μελλοντική έρευνα θα πρέπει να επικεντρωθεί στη γεφύρωση αυτών των αρχών, καλώντας τους μελετητές, τους υπεύθυνους χάραξης πολιτικής και τους επαγγελματίες των πόλεων να ενώσουν τις δυνάμεις τους, συμβάλλοντας τόσο στη βελτίωση της ποιότητας ζωής εντός των πόλεων, όσο και στην αποδοτικότερη διαχείριση των έξυπνων αστικών περιβαλλόντων.

Καθηγητής Κωνσταντίνος Ζοπουνίδης, Ακαδημαϊκός
Επίτιμος Δρ. ΑΠΘ
Πολυτεχνείο Κρήτης

Δρ. Αντωνία Στεφανίδου
Μέλος του Εργαστηρίου Financial Engineering
Πολυτεχνείο Κρήτης

Γεώργιος Διονύσιος Καρτεράκης
Απόφοιτος Σχολής ΜΠΔ
Πολυτεχνείο Κρήτης