Ce que nous avons livré

  • Création d'un jumeau numérique d'un bâtiment de 16 000 m2, donnant un aperçu des performances du bâtiment et de ses utilisations potentielles, ce qui était impossible auparavant.

  • Nous avons pu réduire la consommation d'énergie du bâtiment de 39 % en utilisant le jumeau numérique pour identifier la température optimale de chaque pièce, ce qui aurait été impossible auparavant.

  • Le jumeau numérique devrait permettre au propriétaire du bâtiment d'économiser plus de 2 000 000 € et de réduire les émissions deCO2 de 700 000 kg.

Services utilisés
Modélisation des informations sur le bâtiment (BIM) / Services de performance et de mise en service des bâtiments / Données et intelligence artificielle / Décarbonisation /

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En étant capable de tester différents scénarios futurs, notre jumeau numérique peut aider les propriétaires d'actifs et les opérateurs à transformer des questions complexes en réponses simples. Comparé à d'autres systèmes de surveillance, un jumeau numérique peut aider à générer et à analyser d'énormes quantités de données pour prévoir l'impact des changements de système et optimiser l'occupation des bâtiments.

Confrontée à la question de savoir comment rendre les bâtiments neutres sur le plan climatique d'ici 2030, la province néerlandaise de Zuid-Holland a chargé l'Arup de créer un jumeau numérique pour une partie du bâtiment de l'hôtel de ville. Réunissant nos experts en numérique et en conception, notre jumeau numérique a été utilisé pour trouver les mesures de transition énergétique les plus rentables afin d'assurer la pérennité du siège du gouvernement régional. Notre travail a révélé des optimisations de grande envergure, aidant à réduire la consommation d'énergie de 39% simplement en ajustant certains paramètres du système - et sans nécessiter d'investissement supplémentaire.

Le jumeau numérique d'Arup a également aidé le gouvernement à déterminer comment l'espace dans le bâtiment peut être utilisé plus efficacement - ce qui est crucial à l'heure où les employeurs s'adaptent à de nouvelles méthodes de travail - en révélant une utilisation de l'espace plus efficace de 40 %.

Le jumeau numérique - la référence parfaite

Avec sa forme, son orientation et ses systèmes propres, chaque bâtiment est unique - et difficile à évaluer. La plupart des gestionnaires d'installations ont du mal à évaluer le bon fonctionnement d'un bâtiment ou à déterminer s'il est sous-performant. Or, les défauts ou les erreurs dans le système de gestion d'un bien immobilier sont coûteux et font que les bâtiments consomment environ 30 % d'énergie en plus que ce dont ils ont normalement besoin.

Le jumeau numérique innovant d'Arup fournit une copie numérique exacte du bâtiment réel : au-delà du modèle 3D, le jumeau numérique peut détailler le fonctionnement du bâtiment, en reproduisant le système et les paramètres exacts, l'occupation du bâtiment et les mêmes conditions météorologiques.

Le jumeau numérique de l'hôtel de ville

Grâce à la numérisation 3D, Arup a développé un modèle 3D (BIM) du bâtiment de l'hôtel de ville. Le modèle sert de support d'information reliant les données géométriques aux informations spécifiques au produit et au système, aux données des capteurs et aux données de simulation. Le modèle de données de l'hôtel de ville est relié au système de gestion du bâtiment existant, qui contrôle tous les systèmes de chauffage, de refroidissement et de ventilation.

Des milliers de points de données ont été collectés, tels que la température des pièces individuelles, les températures du système et de l'extérieur, les flux, la température de l'air de ventilation et le rayonnement solaire. Des capteurs IoT ont également été ajoutés pour permettre aux utilisateurs de surveiller l'occupation du bâtiment. Mais l'élément le plus important du jumeau numérique est sa capacité d'analyse pour évaluer et agir sur toutes les données collectées.

A digital twin

Au-delà du contrôle des données : apprentissage automatique et simulation

La véritable puissance de notre jumeau numérique est liée à ses capacités d'apprentissage automatique et de simulation. Un modèle d'apprentissage automatique ne connaît que ce qu'il a été "formé" à reconnaître. Grâce à ses capacités de simulation avancées, le jumeau numérique d'Arup ne s'appuie pas uniquement sur des données, mais sur la physique sous-jacente de l'actif. Même avec peu ou pas de données de capteurs provenant du bâtiment réel, le jumeau numérique peut fournir un modèle prédictif robuste et prêt à l'emploi qui peut donner des indications sur les performances avant même que le bien ne soit construit.

La magie opère lorsque le jumeau numérique commence à fournir ses propres "données d'entraînement". Avant même d'être connecté aux capteurs du bâtiment, le modèle numérique peut commencer à générer des données. En apportant de petites modifications au modèle de simulation, il crée différentes altérations, générant ainsi 100 000 fois plus de "données d'entraînement" que celles fournies par les capteurs physiques dans le même laps de temps. Dès le jour où il est connecté aux données des capteurs du bâtiment, le jumeau numérique peut commencer à prédire, diagnostiquer et optimiser les systèmes. On peut même lui apprendre à comprendre des situations qui ne se sont pas encore produites dans le bâtiment.

Arup est en mesure de concevoir un jumeau numérique du bâtiment dans lequel l'effet des interventions peut être testé et rendu visible en fusionnant les
données et les mesures. Il est ainsi plus facile de prendre des décisions à long terme concernant l'efficacité énergétique, l'occupation du bâtiment, la qualité de
l'air intérieur et l'efficacité des systèmes CVC actuels.

Jury de l'Urban Energy Challenge 2018

La voie vers le zéro net : optimiser les réglages et l'occupation du système

Un jumeau numérique peut être formé pour reconnaître les liens complexes entre les symptômes (tels qu'un excès deCO2 dans une pièce) et les dysfonctionnements sous-jacents (par exemple, une vanne bloquée dans le système). Par rapport à la surveillance traditionnelle, les jumeaux numériques ne révèlent pas seulement ce qui n'a pas fonctionné, mais ils peuvent aussi aider les gestionnaires d'installations à analyser les causes des défaillances - et à faire des suggestions d'amélioration.

Le jumeau numérique d'Arup a révélé que le système de ventilation de l'hôtel de ville pouvait réduire sa consommation d'énergie de 39 % simplement en ajustant les réglages et sans investissements supplémentaires. Il est difficile de trouver les bons réglages pour le système, car les réglages optimaux de température et de débit dans les systèmes centraux dépendent des situations uniques dans toutes les pièces connectées, en fonction de l'utilisation, des charges solaires et des systèmes de la pièce. En reproduisant la situation exacte du bâtiment tout en testant différents réglages, le jumeau numérique a pu trouver les réglages les plus optimaux et prédire leur impact sur la consommation annuelle d'énergie.

La direction de l'hôtel de ville souhaitait également savoir si le bâtiment était utilisé de la manière la plus efficace possible. Une utilisation inefficace d'un bâtiment de cette taille peut entraîner le gaspillage de millions d'euros pour la location d'un espace utilisé de manière inefficace. L'occupation du bâtiment a été contrôlée et comparée à celle d'un bâtiment utilisé de manière efficace. Il en est ressorti que l'occupation du bâtiment pouvait être augmentée de 40 % (situation pré-COVID). Pour l'hôtel de ville, les améliorations ont été estimées à 2 400 000 €/an et 781 000 kg deCO2/an, respectivement.