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Digitaler Zwilling: Management realer Hochwasserrisiken in einer virtuellen Welt
Bessere Intelligenz durch maschinelles Lernen und digitale Zwillinge sind die wichtigsten Mittel, mit denen Wasserversorger die Einhaltung von Vorschriften in Bezug auf Überschwemmungen in Abwasserkanälen, den Umgang mit Verschmutzung und die Netzkapazität sicherstellen werden.
Wenn unsere Städte plötzlich von "unerwarteten" Ereignissen wie Überschwemmungen durch übermäßige Regenfälle, Sturmfluten oder dem Versagen alternder Anlagen bei der Bewältigung des erhöhten Drucks betroffen sind, reagieren wir allzu oft nur, um das aktuelle Problem zu lösen. Die Realität ist, dass die meisten dieser Ereignisse nicht wirklich "unerwartet" sind. In vielen Fällen sind sie vorhersehbar, wir versäumen es nur, zu planen und uns vorzubereiten.
Ein konkretes Beispiel: Überschwemmungen in der Kanalisation sind im Vereinigten Königreich ein immer häufigeres Risiko. Im Jahr 2019 gab es in England und Wales mehr als 3.250 interne Überschwemmungen und fast 23.500 externe Überschwemmungen von privaten Grundstücken und Gärten. Kunden empfinden Überschwemmungen in der Kanalisation als beunruhigend, und die meisten, die überschwemmt wurden, haben Angst, ihr Haus für längere Zeit zu verlassen, falls es zu einem Überschwemmungsereignis kommt. Wenn wir also wissen, dass das Problem vorhanden ist und zunimmt, was können wir tun, um eine bessere Reaktion zu planen?
Risikomodellierung in Echtzeit
Digitale Zwillinge sind eine großartige Möglichkeit, um ein neues präventives Management und einen neuen Betrieb für jedes Gebäude oder jede Anlage zu ermöglichen, und die Technologie eignet sich auch hervorragend für die Wasserinfrastruktur.
Ein digitaler Zwilling ist einfach eine datengesteuerte digitale Darstellung von Anlagen, Prozessen oder Systemen in der bebauten oder natürlichen Umwelt. Ein Zwilling kann ein sich entwickelndes Bild der aktuellen Leistung und Schwachstellen einer Anlage liefern und dabei helfen, zu erkennen, wo Investitionen priorisiert werden müssen.
Wichtig ist, dass sie mehr sind als nur Modelle oder Visualisierungen. Sie wandeln Daten von physischen Anlagen in wertvolle Erkenntnisse um, die den Betreibern helfen können, strategische Entscheidungen zu treffen und einzugreifen, den Betrieb zu verbessern und zukünftige Pläne und Projekte zu gestalten.
Dieses Maß an Intelligenz und Kontrolle ist im Zusammenhang mit komplexen Abwassersystemen längst überfällig, da es eine zeitnahe "Was passiert jetzt"-Situation ermöglicht und diese mit "Was wäre wenn"-Simulationen und Szenarienplanung kombiniert, um zu untersuchen, wie sich unterschiedliche Leistungsmerkmale auf die Komponenten auswirken. All dies ist möglich, ohne dass physische Tests durchgeführt oder potenziell gefährliche Bedingungen hergestellt werden müssen, so dass wir insgesamt besser vorbereitet sind. Dies sind alles Fähigkeiten, von denen unsere alternden Abwassersysteme profitieren würden.
Ein Wassersystem, das lernt (und voraussagt)
Wasserversorgungsunternehmen geben weltweit Millionen aus, um auf Überschwemmungen in der Kanalisation zu reagieren, die die Umwelt schädigen und negative Auswirkungen auf ihre Kunden haben. Gegenwärtig handeln sie je nach Ereignis und verwalten ihr Netz mit Hilfe großer, komplexer hydraulischer Modelle. Diese Modelle sind oft durch ihre Rechenressourcen eingeschränkt und können nicht in Echtzeit laufen, um brauchbare Vorhersagen über den Ort und die Häufigkeit von Überschwemmungsereignissen zu liefern.
Digitale Zwillinge ermöglichen es den Nutzern, datengestützte Vorhersagen mit Hilfe von maschinellem Lernen (ML) zu treffen. Ein von uns entwickelter digitaler Zwilling nutzt maschinelles Lernen, um das Verhalten eines bestimmten Systems zu verstehen und daraus zu lernen und den Ort künftiger Überschwemmungen oder Verschmutzungen vorherzusagen. Mithilfe von Sensoren im gesamten Einzugsgebiet lernt unser maßgeschneiderter Algorithmus das Verhalten der einzelnen Sensoren, die Beziehungen zwischen den Sensoren und die Auswirkungen des Wetters auf sie. Unser Algorithmus trainiert einen maßgeschneiderten Satz von ML-Modellen, die für jeden Sensor optimiert sind. Letztlich ermöglicht dies den Netzbetreibern, präventiv zu handeln, was zu geringeren Betriebskosten und größerer Effizienz führt.
Ein Netzwerk braucht gemeinsame Daten
Als Werkzeuge funktionieren digitale Zwillinge am besten, wenn sie auf offenen, gemeinsam genutzten Datenstandards beruhen, die es ermöglichen, eine möglichst breite Palette von Informationsquellen innerhalb des Systems miteinander zu verknüpfen, so dass es mit anderen Teilen der Infrastruktur eines Betreibers kommunizieren kann. Das ist einer der Gründe, warum wir das nationale Programm für digitale Zwillinge des Centre for Digital Built Britain (CDBB) unterstützen und dessen Gemini-Prinzipien bei der Entwicklung digitaler Zwillinge übernommen haben. Diese Grundsätze ermöglichen eine Angleichung des Ansatzes für das Informationsmanagement in der gesamten gebauten Umwelt, indem von Anfang an einheitliche Definitionen und Grundsätze festgelegt werden, die die gemeinsame Nutzung von Daten in der Zukunft erleichtern. Durch die Entwicklung eines digitalen Zwillings auf diese Weise können Sie also auch eine bessere, interoperable Nutzung von Daten innerhalb Ihrer Organisation fördern - ein weiterer zentraler Vorteil.
Bereit für eine höhere Nachfrage
Vor allem der britische Wassersektor investiert massiv in eine intelligentere Infrastruktur. In der nächsten Periode des Asset Management Plans (AMP7) werden die Geschäftspläne der Unternehmen von einer Gesamtinvestition von 51 Milliarden Pfund zur Verbesserung der Dienstleistungen profitieren, von denen 13 Milliarden Pfund für die Bereitstellung widerstandsfähiger Dienstleistungen und die Verbesserung der Umweltleistung vorgesehen sind. Große Kapitalinvestitionen in die Infrastruktur werden nur dann in Betracht gezogen, wenn sie Teil einer klaren langfristigen Strategie sind, deren Hauptaugenmerk auf der Instandhaltung und der intelligenteren Nutzung der Anlagen liegt, wobei die Nachfragesteuerung im Vordergrund steht, ohne das Wachstum zu bremsen.
Digitale Zwillinge werden den Versorgungsunternehmen helfen, diese Anforderungen zu erfüllen, insbesondere beim Betrieb von Kanalisationsnetzen. Bessere Intelligenz ist das wichtigste Mittel, mit dem die Wasserversorger die Einhaltung der Vorschriften in Bezug auf Überschwemmungen in der Kanalisation, das Management der Verschmutzung und die Netzkapazität zur Deckung des ständig steigenden Bedarfs sicherstellen können.
Dies ist nicht nur ein britisches Problem. Weltweit bleibt die Überalterung der Infrastruktur in Verbindung mit dem Bevölkerungswachstum und dem Klimawandel eine zentrale Herausforderung. Rasche Verbesserungen in der Kommunikationstechnologie, niedrigere Kosten für Sensoren und Datenspeicherung sowie fortschrittliche Datenanalyse werden zu einer Verlagerung vom Bau der Infrastruktur hin zur Verwaltung der Kapazitäten durch einen digitalen Zwilling führen.
