城市基础设施——桥梁、公路、铁路、管道、输电塔等——必须定期检查，以保证安全运行。想象一下，如果我们使用现有的先进技术，比如无线传感器、移动应用程序和机器学习，来远程检查和维护这些基础设施。这可以消除日常检查的需要，为工程师和资产所有者节省时间和金钱，并降低在现场工作的风险。

每个人都有使用手机和ipad等智能设备的经验。使用这些技术来执行技术和工程工作是一个游戏规则改变者。我们一直在开发“数字双胞胎”——在用基础设施的三维可视化——以监测基础设施在各种服务条件下的性能，并作出智能维护决策。

数字模型是真实基础设施的孪生兄弟。结构上的无线传感器将性能数据传输到计算机上。我们可以实时在线地看到基础设施的性能。

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这对于需要定期监控基础设施性能的工程师非常有用。他们做出关键的维护决策，包括哪些结构部件需要修复或替换，以及何时必须进行修复，以确保基础设施的安全。

数字双胞胎是如何被创造出来的?

数字双胞胎本质上是一个过程、产品或服务的数字复制品或虚拟模型。对于土木和基础设施工程师来说，创建数字双胞胎的概念仍然相对较新。

在荷兰，数字双胞胎正在开发中，以在鹿特丹港运行。挪威科技大学的一个团队正在研究一台操作起重机的数字模型。

为了发展智能基础设施维护的数字双胞胎，我们必须整合各种学科。这些技术包括三维可视化、无线技术、结构工程和物联网。输出是物理基础设施的数字模型，可以在PC、平板电脑或手机上看到。

通过在家里或办公室里观察他们的智能设备，工程师可以观察到所有的变形、变形、裂缝甚至是由于各种负载(如交通或风)而产生的应力。智能数字双胞胎模型还可以建议适当的维护决策。

成本效益总计达数十亿美元

仅在维多利亚州就有7000多座桥梁需要定期检查。加上所有的管道、公路、铁路等等，这是一个庞大的维护项目。

每年有数万亿美元花费在检查、监控和维护世界各地的基础设施上。非营利组织沃尔克联盟(Volcker Alliance)最近警告称，美国老化基础设施延期维护的维修成本可能超过1万亿美元，相当于该国国内生产总值(gdp)的5%。2010年至2024年间，澳大利亚当地公路的维护和更新成本总计约为450亿澳元。

从长远来看，将我们照看基础设施的方式数字化，可以使这个过程比传统的劳动密集型做法更准确，成本更低。使用数字双胞胎有望节省20-30%的成本。考虑到监督基础设施的巨大成本——在美国，仅桥梁检查一年就花费13.5亿美元——潜在的节约是巨大的。

对国家也有一些间接的好处。

COVID-19危机凸显了减少公共场所人群的重要性。考虑到高速公路、公交和铁路等交通基础设施的巨大工作量，任何能够减少日常出行的概念都是重要的。数字化基础设施管理和维护有助于减少检查员和技术人员前往项目的需要。

通过减少排放，减少旅行有利于公共健康和环境。

澳大利亚正在做什么?

在澳大利亚，RMIT工程学院的研究人员正在开发数字双胞胎，用于全国几乎所有基础设施的智能维护。

我们目前的重点是桥梁和港口基础设施。不过，我们很快就能将开发的模型用于铁路、水和废水管道、液化天然气、石油和天然气管道、海上平台、风力涡轮机和电力传输塔。

RMIT的研究人员还开发了一个云托管的资产管理平台——中央资产管理系统(CAMS)。它使用通过检查给予基础设施组件的离散条件评级。我们可以利用这些评级来开发预测模型，以帮助对民用基础设施进行主动规划和决策。

该系统正在商业上用于房地产资产。许多公私合作的客户正在使用该系统进行建筑的生命周期建模。

桥梁、排水系统和地方议会基础设施的概念证明已经完成。受资助的公路和铁路研究正在进行中。

我们正致力于集成基础设施的实时监控，以推进平台的数字双胞胎的创建。该系统可供试用的任何感兴趣的基础设施业主谁希望联系我们。

这项工作代表了发展智能城市的重要一步。它将有助于创建一个更安全和更健康的社区。

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