La tecnologia dei gemelli digitali aiuta a riprogettare gli spazi urbani: innovazione sostenibile e visione lungimirante negli investimenti per ripensare e creare le città del futuro
Le smart city sono un ponte tra l’eredità storica e le prospettive di un futuro degli spazi urbani che si prospetta sempre più all’insegna di una tecnologia avanzata che guarda attentamente alla sostenibilità.
La vera sfida per il futuro degli agglomerati urbani è di aggregare tutti i diversi elementi digitali in un unico modello: ampliare il concetto di smart city in gemelli digitali urbani.
“È per questa ragione che stiamo lavorando al continuo sviluppo di un gemello digitale di un’intera città, un modello che possa mettere a sistema i dati che si hanno a disposizione” spiega Giordana Castelli, ricercatrice del Dipartimento di Ingegneria, Ict e tecnologie per l’energia e i Trasporti (Diitet) del Cnr, intervenuta a Roma durante la presentazione del Centro interdipartimentale sulla scienza delle città.
Una rete composta dal Dipartimenti e Istituti del Cnr e sviluppata per supportare la gestione delle città attraverso l’impiego della Urban intelligence. Reti e servizi tradizionali resi più efficienti con l’uso di soluzioni digitali, a beneficio di cittadini, imprese e ovviamente anche dell’ambiente: questa è una città smart.
I gemelli digitali e loro applicazioni urbane
Costruire un gemello digitale di una città permette di poter approfondire ogni scelta strategica, ma anche di monitorare i cambiamenti nel tempo, così da attuare in ogni momento le migliori politiche urbane.
In sostanza, il gemello digitale offre diversi vantaggi in ambito di pianificazione e monitoraggio. Un’opportunità che il Cnr non si è lasciato scappare con il progetto Urban Intelligence, per lo sviluppo dei Gemelli Digitali Urbani.
Trasformare le città in smart city, offrendo strumenti integrati e soluzioni per evitare la frammentazione dei progetti implementati: questo l’obiettivo del progetto.
La tecnologia a disposizione delle città per semplificare tutte le analisi necessarie, simulando scenari e monitorando in tempo reale e da remoto ogni aspetto significativo. In ogni momento, quindi, il digital twin replica lo stato della città, che si evolve nel tempo.
Esempi di questo tipo sono già visibili in alcune realizzazioni all’estero – a Parigi, per esempio, Dassault Systemes insieme all’amministrazione pubblica ha usato il suo Digital Twin per cambiare la viabilità di un tratto molto utilizzato di strada.
In Italia, invece, a Bologna si sta lavorando per costruire un digital twin della città con il quale progettare interventi di mobilità e di urbanistica innovativi.
Come riconoscere un Digital Twin urbano
Alta fedeltà, in quanto la versione digitale riproduce fedelmente la città reale. Dinamismo continuo, quindi costante aggiornamento del gemello digitale: una connessione continua e uno scambio incessante di informazioni tra il mondo fisico e quello virtuale.
Ciò implica un costante flusso aggiornato di dati provenienti da diverse fonti cittadine. Utilizzo multifunzionale: un’ampia platea di utenti è coinvolta nel digital twin: decisori pubblici, urbanisti e diverse figure dell’amministrazione pubblica.
Inoltre, prevede anche il coinvolgimento attivo dei cittadini, consentendo loro di sfruttare il gemello digitale per ottenere una visione personalizzata della città. Questo approccio mira a ottimizzare le attività individuali, allineandole con la visione complessiva della smart city.
Previsione e prevenzione: attraverso i gemelli digitali si è in grado di anticipare eventuali problematiche ed errori nelle fasi future della riprogettazione del suo gemello fisico, appunto la città già esistente.
Progettare in Italia le città del futuro
Se guardiamo al contesto nazionale, si tratta di un’evoluzione di città complesse, che richiedono una progettualità integrata e specifica: i gemelli digitali sono un valido aiuto.
Immaginiamo di creare una copia molto fedele di una città e favorire lo sviluppo di strategie urbane, simulando scenari, ipotizzando interventi e verificandone in anticipo conseguenze e relazioni.
Ci pensa il gemello digitale. In Italia non nascono come progetti di nuovi centri urbani, ma piuttosto come frutto di una progettualità finalizzata a rinnovare e a far evolvere città che, in realtà, hanno alle loro spalle secoli di storia.
E questo va bene: non perdere la memoria storica, ma sfruttarla con consapevolezza per migliorarne la vivibilità. Sfruttare un gemello digitale per realizzare smart city significa avviare una progettualità integrata e in grado di prendere in considerazione tutte le interconnessioni presenti, gli effetti successivi e i cambiamenti che si verificheranno nel tempo.
Le città italiane hanno un vissuto e uno stato di fatto che non può essere ignorato, ma che deve essere un punto di partenza valorizzato per progetti specifici, attenti alle peculiarità.
Grazie a IoT, sensori, analisi dei dati e Intelligenza Artificiale è possibile effettuare simulazioni, analizzare contesti complessi, monitorare cambiamenti, accelerare studi di fattibilità.
È possibile elaborare dati in grandi quantità in poco tempo, acquisendo costantemente nuove informazioni ed effettuare stime precise anche relative al futuro. Pianificare e programmare in modo efficace, considerando tempi, effetti e vantaggi.
Si possono migliorare la mobilità, le infrastrutture, coinvolgere i cittadini in modo interattivo, simulare ogni progetto, studiare fenomeni urbani di varia natura. Le possibilità sono davvero molte e, dato che la tecnologia è protagonista in questi processi, i gemelli digitali urbani entrano a far parte di quegli strumenti utili per lo sviluppo urbano intelligente.
Nella città di Milano l’amministrazione comunale ha avviato, da diversi anni, una collaborazione con Esri Italia – società che si occupa di soluzioni geospaziali, geolocalizzazione e sistemi informativi geografici.
L’obiettivo è di promuovere l’innovazione tecnologica per realizzare sistemi a supporto della smart city, su tematiche strategiche come la mobilità, la gestione e l’accesso ai servizi comunali, lo studio dei vincoli urbanistici e delle suddivisioni catastali, la sicurezza.
Un’opera di collaborazione interessante presentata anche alla sessione plenaria della Conferenza di Esri Spagna a Madrid. Da Milano ci spostiamo nella città dei sassi, Matera che è stata anche il primo caso studio di gemello digitale urbano e dove è stato impiantato il primo centro interdipartimentale del Cnr Scienza della città per fare ricerca e favorire un confronto costruttivo pubblico- privato, pubblica amministrazione e cittadini.
Un’iniziativa che ha interessato circa 70 ricercatori tra l’Università degli Studi della Basilicata e il Politecnico di Bari e che ha permesso lo studio e l’elaborazione di un progetto multidisciplinare di un gemello digitale urbano, grazie anche al finanziamento del Mimit al Comune di Matera per un valore di circa 15 milioni di euro.
Circa 3.000 luoghi mappati che hanno trovato il loro corrispettivo in molteplici percorsi, riuscendo a rendere la massima fruibilità possibile della città.
“La città lucana rappresenta il primo esperimento di questo tipo nel nostro Paese. La scommessa è quello di realizzare qualcosa che, almeno in Europa, non è ancora mai stato fatto ovvero un’integrazione multi-sistemica e multidisciplinare per sviluppare simulatori complessi che passano mettere a sistema tutte le componenti della smart city: la mobilità, la smart community, il sistema ambientale, il sistema morfologico della città – mette in evidenza Giordana Castelli – Quello che manca ancora al concetto di smart city è un lavoro di sintesi che metta a sistema tutti gli elementi di questo universo e che lo faccia usando tutte le tecnologie che abbiamo oggi a disposizione.
Il digital twin di Matera ha proprio questo obiettivo ma anche una specificità. Oltre a offrire un modello per comprendere meglio le dinamiche della città, vogliamo realizzare un modello previsionale in grado di fornire informazioni utili per promuovere policy e governance più oculate“.
Scendiamo ancora e arriviamo in Sicilia, a Catania, dove con il Poc Metro 2014-2020 Urban Intelligence Science Hub for City Network e la collaborazione del Cnr, il Comune realizza il suo gemello digitale: consentire la navigazione del territorio per ispezionare eventuali criticità valutando possibili interventi senza la necessità di effettuare ispezioni fisiche, identificando automaticamente lo spazio pubblico per poter intervenire tempestivamente.
Rendere più gestibile e fruibile città attraverso la lettura di proiezioni, scenari e relative implicazioni dei cambiamenti. Replicare in 3D a nuvole di punti il centro cittadino, il sottosuolo e i suoi impianti.
È stato inoltre prodotto lo strumento che simula l’evoluzione del traffico cittadino al variare delle condizioni imposte al traffico. Questi gli obiettivi concreti. L’iniziativa è stata il giusto impulso che ha permesso ad altri Comuni metropolitani di attivarsi per replicare il progetto personalizzandolo sulle proprie necessità, nell’ambito della programmazione del Pn Metro Plus Città Medie Sud 2021-2027.
Risaliamo lo stivale e arriviamo a una città che si affaccia sul mare, Genova e il suo porto, il più grande e importante d’Italia e uno dei principali a livello europeo. L’impegno dell’amministrazione della città ligure è stato forte nel voler provare a concretizzare una smart city.
Collegare porto e città, gestendolo in maniera smart e così nasce il progetto Castore, cofinanziato da Abb, Gruppo Sigla, Amt e Cnr per realizzare una soluzione basata sull’adozione di strumenti e tecniche di Intelligenza Artificiale, Data Analysis e Internet of Thing in modo da ottimizzare la gestione dei flussi dei passeggeri tra porto e trasporto pubblico locale.
Port Lab 4.0, il nome del progetto di Genova, trova delle similitudini con altre iniziative in via di definizione in alcuni dei più importanti porti al mondo come Amsterdam, Rotterdam, Singapore.
La realizzazione di una piattaforma per simulare porto, logistica e i processi doganali basati sul paradigma Industria 4.0. L’obiettivo è di mettere a disposizione dei sistemi di tracciamento merci e prodotti basati su tecnologia blockchain, lo sviluppo di nuovi strumenti e tecnologie per la sicurezza in ambienti di lavoro, lo sviluppo di sistemi Internet of Thing e di tecniche di manutenzione predittiva su infrastrutture strategiche e linee di produzione 4.0.
Ma la città ligure ha pensato anche ad altri due digital twin: uno relativo alla sopraelevata di Genova, percorsa quotidianamente da oltre 80mila veicoli e che attraversa il porto antico; l’altro relativo al nuovo ponte della Val Polcevera, il Genova San Giorgio.
Riguardo a quest’ultimo, l’intelligenza digitale è alla base della nuova struttura dotata di oltre 240 sensori per monitorare la sicurezza e di un sistema che conta su due robot per l’ispezione e la pulizia, che è stato donato dall’Iit (Istituto italiano di Tecnologia) alla città di Genova e sarà possibile integrarlo nei successivi sviluppi che il sistema di monitoraggio e controllo nel complesso potrà avere, a partire dal Bim – Building information modeling.
Per il ponte è già previsto che disponga di un digital twin con sensoristica IoT e realtà aumentata.
Finanziare i progressi dei gemelli digitali
L’Italia è un paese esposto alla crisi climatica, con un aumento della temperatura media due volte più veloce della media mondiale e un numero di eventi estremi in forte e costante crescita nell’ultimo decennio.
L’osservatorio Città – Clima di Legambiente ha fornito una panoramica dettagliata degli eventi meteorologici estremi nel nostro paese degli ultimi 10 anni, con particolare riferimento alla distribuzione geografica nelle città italiane.
Fra il 2010 e il 2020, infatti, secondo i dati Legambiente, si è assistito a circa 1.000 eventi metereologici estremi, distribuiti in oltre 500 Comuni italiani.
La maggior parte degli eventi segnalati riguardano danni e impatti catastrofici causati dalle piogge intense (allagamenti, danni alle infrastrutture e al patrimonio storico, frane ed esondazioni), confermando ancora una volta la fragilità idrogeologica del nostro Paese e la necessità di non poter abbassare la guardia e di intervenire in maniera immediata e sistematica.
E se guardiamo al resto dell’Europa, è anche questa poco preparata ad affrontare la rapida evoluzione dei rischi climatici. È intervenuta quindi l’Agenzia Europea per l’Ambiente (Eea) che ha pubblicato i risultati dell’European Climate Risk Assessment (Eucra) – valutazione europea dei rischi climatici, contribuendo all’individuazione delle priorità politiche pubbliche in materia di adattamento ai cambiamenti climatici e in supporto ai settori sensibili al clima.
La relazione Eucra sviluppa e integra l’attuale base di conoscenze sugli impatti climatici e sui relativi rischi per l’Europa, tra cui le recenti relazioni del Gruppo intergovernativo di esperti sul cambiamento climatico (Ipcc), del servizio relativo ai cambiamenti climatici di Copernicus (C3S) e del Centro comune di ricerca della Commissione europea (Jrc), oltre ai risultati di progetti di ricerca e sviluppo finanziati dall’Europa e le valutazioni dei rischi climatici a livello nazionale.
Una più stretta cooperazione è fondamentale e i finanziamenti possono sicuramente essere un buon punto di appoggio su cui contare. Nell’ambito del quadro strategico delle riforme finanziate dal Pnrr, una parte dei 750 miliardi di euro che l’Europa ha messo a disposizione degli Stati membri viene destinata allo sviluppo di servizi per le città smart.
In particolare, 40 miliardi di euro servono per finanziare il progetto Mas – Mobility as a Service, con Milano, Napoli e Roma che si sono aggiudicate il bando.
Fra le voci finanziate dal Pnrr anche la gestione del rischio di alluvioni e del rischio idrogeologico, le infrastrutture di ricarica elettrica e rete idrica digitale, che rientrano nella Missione 2.
C’è poi anche un capitolo dedicato alla sicurezza delle strade, che rientra nella Missione 2, fino ai piani urbani integrati, nell’ambito dell’inclusione e della coesione sociale.
Dall’Europa, poi, da NetZeroCities è stato pubblicato il bando Enabling City Transformation, con scadenza fissata al 14 ottobre 2024: le città, singolarmente o in consorzi che possono comprendere anche altre organizzazioni, quali Pmi, università, enti di ricerca, Ong, associazioni di cittadini e altri portatori di interesse, sono invitate a proporre azioni innovative per superare le sfide sistemiche legate all’implementazione delle azioni climatiche, favorendo una trasformazione su larga scala e a livello locale.
Il bando, con oltre 22 milioni di euro, finanzia soluzioni pratiche e replicabili per portare avanti la trasformazione verde delle città, le attività pionieristiche a sostegno della neutralità climatica, le azioni di costruzione delle capacità, di diffusione delle conoscenze e iniziative fondate sulla scienza, per le comunità e per gli amministratori locali.
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