Optimizing Digital Twin for Net-Zero Retrofitting for UK Existing Building Stock

私たちが住み、働く建物は、気候変動問題の極めて大きな一部となっています。英国では、建築環境が国内の炭素排出量のほぼ4分の1を占めています。課題は、2050年まで存続すると予想される建物のほとんどが、すでに建設済みであるということです。これは、クリーンな未来への道筋が、新しい完璧な構造物を建てることにあるのではなく、古いものを修復することにかかっていることを意味しています。これらの建物をアップグレードする従来の方法（多くの場合「レトロフィット」と呼ばれます）は、通常、静的な計画に基づいて断熱材を追加したり、暖房システムを交換したりすることです。しかし、これらの手法は、人々が実際にそこで生活する際に建物がどのように機能するかを予測できないことが多く、書類上の上で約束されたエネルギー節約と、現場の現実との間に乖離を生じさせてしまいます。この溝を埋めるために、研究者たちは「デジタルツイン」と呼ばれるツールに注目しています。デジタルツインを、物理的な建物の「生きて呼吸している仮想的なコピー」だと考えてみてください。単純な設計図とは異なり、このデジタル版はリアルタイムのデータと接続されており、天候に対して建物がどのように反応するか、人々がどのように建物を使用するか、そしてそのエネルギーシステムが時間の経過とともにどのように機能するかをシミュレーションすることができます。これは、物理的な変更に資金を投じる前に、仮想空間でさまざまなアップグレードをテストする方法を提供し、ネットゼロ排出に向けた、よりスマートで効率的なルートを約束するものです。

リンカーン大学とウェストミンスター大学の研究チームは、この技術が実際に英国のレトロフィット危機を解決できるかどうかを確かめるべく乗り出しました。彼らは単にデジタルツインの理論に関心があったのではなく、国内の何千もの既存の建物に対してデジタルツインを実際に使用するという実務的な現実に注目しました。これを知るために、彼らは建築家、エンジニア、請負業者、政策担当者を含む、この分野で働く383人の専門家を対象に調査を行いました。彼らは、設計、建設、およびアップグレードの管理を担当している人々です。研究者たちは、彼らの現在の手法、デジタルツイン技術への習熟度、そして何がその使用を妨げているのかについて質問しました。目的は、単なるハイプ（誇大広告）を超えて、これらの強力なツールを国の住宅ストックの脱炭素化に使用することを妨げている実際の障壁を理解することでした。

結果は、可能性を理解していながらも、最初の一歩を踏み出すのに苦労している業界の姿を浮き彫りにしました。調査対象となった専門家たちは、一般的にデジタルツインが非常に有用であるという意見で一致していました。彼らは、リアルタイムのデータと、改修後の性能を追跡する能力が、期待されるエネルギー節約と実際の節約との間のギャップを埋めるために極めて重要であることを認識していました。実際、回答者はリアルタイムのデータ統合の重要性を非常に高く評価していました。しかし、自身の技術に対する経験について尋ねられると、状況は変わりました。ほとんどの人が、自身をデジタルツインに対して「わずかに詳しい」または「中程度に詳しい」と表現しました。彼らは概念については話せても、実際のプロジェクトで使用した経験を持つ人は極めて少数でした。この研究は、現在、レトロフィット部門におけるこの技術は初期段階にあり、その採用は日常的な実践ではなく、主にパイロットプロジェクトや理論的な議論に限られていることを明らかにしました。

おそらく最も驚くべき発見は、単にテクノロジーについて知っているだけでは、それを使用することを保証しないということです。研究者たちは、個人のデジタルツインへの習熟度、自身のデジタルスキルへの自信、あるいは政府の資金援助への信頼が、その技術に基づいた新しいフレームワークを採用するかどうかを予測できるかどうかを分析しました。答えは「ノー」でした。これらの個別の要因のいずれも、単独では採用を予測するほど強力ではありませんでした。これは、問題が意識の欠如や個人の意欲の問題ではないことを示唆しています。むしろ、障壁は構造的なものです。業界は一人のエキスパートが現れるのを待っているのではありません。システム全体が変わるのを待っているのです。専門家たちは、真の障害は構造的なものであると指摘しました。すなわち、異なるソフトウェアシステム同士が互いに通信できないこと、データを共有するための標準化された方法の欠如、そして移行をサポートするための不十分な資金です。

この調査は、デジタルツインを機能させるために業界が対処すべきと考えている5つの具体的な領域を浮き彫りにしました。最も頻繁に挙げられた優先事項は「データの相互運用性（インターオペラビリティ）」であり、これは異なるコンピュータプログラムやデータベースが情報をシームレスに交換できる能力のことです。これがないと、センサー、設計モデル、またはエネルギー料金から必要なデータを収集できないため、デジタルツインは機能しません。第2および第3の優先事項は、標準化されたフレームワークの必要性と、より良い資金提供または財政的インセンティブでした。専門家たちは、現在の政府政策は意図こそ素晴らしいものの、実施方法が不十分であり、新しいデジタルツールに投資するために必要な明確なルールや財政的なセーフティネットを欠いていると感じていました。第4および第5の優先事項は、異なるセクター間のコラボレーションと、労働力のスキルアップのためのトレーニングプログラムの開発でした。

これらの調査結果に基づき、研究者たちは英国の移行を導くための新しいフレームワークを提案しました。このアプローチは単にソフトウェアをインストールすることではなく、問題を一つの包括的なシステムとして扱う4部構成の戦略です。第一の柱は、すべての異なるデジタルツールが同じ言語を話せるようになる「国家的なデータエコシステム」の構築に焦点を当てています。第二の柱は、政府の資金提供をこれらのデジタルツールの使用に結びつけ、プロジェクトが特定のデータ基準を満たす場合にのみ財政的支援が提供されるようにする、一貫した政策パッケージを求めています。第三の柱は「キャパシティ・ビルディング（能力構築）」を強調しており、これは大学や専門機関が次世代の建築家やエンジニアに対し、デジタルモデリングやデータ分析に精通するための訓練を行う必要があることを意味します。最後の柱は「協調的なガバナンス」であり、これは政府、産業界、学術界の間に同盟を形成し、知識を共有し、実世界の環境で新しいアイデアをテストすることを提案しています。

本研究は、英国の建物ストックを最適化するための技術は存在するものの、現在は「行動を伴わない認識」のサイクルの中で停滞していると結論付けています。専門家たちは前進する準備ができていますが、技術的および財務的なハードルを取り除くサポート環境を必要としています。研究者たちは、ネットゼロへの道はテクノロジーが完璧になるのを待つことではなく、それを効果的に使用できるエコシステムを構築することにあると主張しています。データ標準、一貫した政策、労働力のトレーニング、そしてコラボレーションに焦点を当てることで、英国はその老朽化した建物ストックを、炭素の負債から効率性のモデルへと変貌させることができるのです。静的で非効率な建物から、動的でネットゼロを実現する資産への旅路には、単なる新しいツール以上のもの、つまり、共に働くための新しい方法が必要なのです。