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

De gebouwen waarin we wonen en werken vormen een enorm deel van het klimaatprobleem. In het Verenigd Koninkrijk is de gebouwde omgeving verantwoordelijk voor bijna een kwart van de CO2-uitstoot van het land. De uitdaging is dat de meeste gebouwen die in 2050 nog overeind worden verwacht, al zijn gebouwd. Dit betekent dat de weg naar een schonere toekomst niet afhangt van het bouwen van nieuwe, perfecte constructies, maar van het verbeteren van de oude. De traditionele manier om deze gebouwen te upgraden — vaak renovatie of 'retrofitting' genoemd — houdt meestal in dat er isolatie wordt toegevoegd of verwarmingssystemen worden vervangen op basis van statische plannen. Deze methoden slagen er echter vaak niet in te voorspellen hoe een gebouw zich in werkelijkheid zal gedragen zodra mensen erin wonen, wat leidt tot een kloof tussen de op papier beloofde energiebesparingen en de realiteit op de grond. Om deze kloof te overbruggen, kijken onderzoekers naar een hulpmiddel genaamd een 'digital twin' (digitale tweeling). Denk aan een digitale tweeling als een levende, ademende virtuele kopie van een fysiek gebouw. In tegen tegenstelling tot een simpel blauwdruk, is deze digitale versie verbonden met realtime gegevens, waardoor het kan simuleren hoe het gebouw reageert op het weer, hoe mensen het gebruiken en hoe de energiesystemen door de tijd heen presteren. Het biedt een manier om verschillende upgrades in een virtuele ruimte te testen voordat er geld wordt uitgegeven aan fysieke wijzigingen, wat belooft een slimmere, efficiëntere route naar netto-nul emissies te bieden.

Een team van onderzoekers van de University of Lincoln en de University of Westminster wilde onderzoeken of deze technologie het Britse renovatiecrisis daadwerkelijk kon oplossen. Ze waren niet alleen geïnteresseerd in de theorie van digitale tweelingen, maar in de praktische realiteit van het gebruik ervan op de duizenden bestaande gebouwen in het hele land. Om dit te achterhalen, ondervroegen zij 383 professionals werkzaam in de sector, waaronder architecten, ingenieurs, aannemers en beleidsfunctionarissen. Dit waren de mensen die verantwoordelijk zijn voor het ontwerpen, bouwen en beheren van de upgrades. De onderzoekers vroegen hen naar hun huidige methoden, hun bekendheid met digitale tweelingtechnologie en wat in de weg staat van het gebruik ervan. Het doel was om voorbij de hype te gaan en te begrijpen wat de werkelijke barrières zijn die het gebruik van deze krachtige instrumenten voor de decarbonisatie van de woningvoorraad in de weg staan.

De resultaten schetsen een beeld van een industrie die het potentieel begrijpt, maar moeite heeft met de eerste stap te zetten. De ondervraagde professionals waren het er over het algemeen over eens dat digitale tweelingen ongelooflijk nuttig kunnen zijn. Ze erkenden dat realtime gegevens en de mogelijkheid om de prestaties na een renovatie te volgen, cruciaal zijn om de kloof tussen de verwachte en de werkelijke energiebesparingen te dichten. Sterker nog, de respondenten gaven de belangrijkheid van de integratie van realtime gegevens zeer hoog een cijfer. Echter, wanneer zij naar hun eigen ervaring met de technologie werd gevraagd, veranderde het beeld. De meesten beschreven zichzelf als slechts enigszins of matig bekend met digitale tweelingen. Hoewel ze over het concept konden praten, hadden zeer weinig mensen het daadwerkelijk gebruikt in een echt project. De studie toonde aan dat de technologie zich momenteel nog in de kinderschoenen bevindt binnen de renovatiesector, waarbij de adoptie voornamelijk beperkt is tot pilotprojecten of theoretische discussies in plaats van de dagelijkse praktijk.

Misschien wel de meest verrassende bevinding was dat het louter kennen van de technologie niet garandeert dat iemand het ook zal gebruiken. De onderzoekers analyseerden de gegevens om te zien of de bekendheid van een persoon met digitale tweelingen, hun vertrouwen in hun eigen digitale vaardigheden of hun geloof in overheidsfinanciering een voorspeller was voor het wel of niet adopteren van een nieuw kader gebaseerd op de technologie. Het antwoord was nee. Geen van deze individuele factoren was sterk genoeg om op zichzelf de adoptie te voorspellen. Dit suggereert dat het probleem niet een gebrek aan bewustzijn of individuele bereidheid is. In plaats daarvan is de barrière systemisch. De industrie wacht niet op één expert; de industrie wacht tot het hele systeem verandert. De professionals identificeerden dat de echte obstakels structureel zijn: het onvermogen van verschillende softwaresystemen om met elkaar te communiceren, een gebrek aan gestandaardiseerde manieren om gegevens te delen, en onvoldoende financiering om de transitie te ondersteunen.

De enquête benadrukte vijf specifieke gebieden die de industrie als essentieel beschouwt om digitale tweelingen te laten werken. De meest genoemde prioriteit was data-interoperabiliteit, oftewel het vermogen van verschillende computerprogramma's en databases om naadloos informatie uit te wisselen. Zonder dit kan een digitale tweeling niet functioneren, omdat deze geen gegevens kan verzamelen van sensoren, ontwerpen of energierekeningen. De tweede en derde prioriteiten waren de behoefte aan gestandaardiseerde kaders en betere financiering of financiële prikkels. Professionals vonden dat het huidige overheidsbeleid weliswaar goedbedoeld was, maar slecht werd uitgevoerd, waardoor zij zonder de duidelijke regels of financiële vangnetten bleven die nodig zijn om in nieuwe digitale tools te investeren. De vierde en vijfde prioriteiten waren samenwerking tussen verschillende sectoren en de ontwikkeling van trainingsprogramma's om de beroepsbevolking bij te scholen.

Op basis van deze bevindingen stelden de onderzoekers een nieuw kader voor om de Britse transitie te begeleiden. Deze aanpak gaat niet alleen over het installeren van software; het is een vierdelige strategie die het probleem als een heel systeem behandelt. De eerste pijler richt zich op het bouwen van een nationaal data-ecosysteem waar alle verschillende digitale tools dezelfde taal spreken. De tweede pijler roept op tot een samenhangend beleidspakket dat overheidsfinanciering koppelt aan het gebruik van deze digitale tools, waardoor wordt gewaarborgd dat financiële steun alleen beschikbaar is wanneer projecten voldoen aan specifieke datastandaarden. De derde pijler legt de nadruk op capaciteitsopbouw, wat betekent dat universiteiten en beroepsorganisaties de volgende generatie architecten en ingenieurs moeten opleiden om vloeiend te zijn in digitale modellering en data-analyse. De laatste pijler is collaboratieve governance, wat suggereert dat er allianties moeten worden gecreëerd tussen de overheid, de industrie en de academische wereld om kennis te delen en nieuwe ideeën in de echte wereld te testen.

De studie concludeert dat de technologie om de Britse gebouwvoorraad te optimaliseren bestaat, maar dat deze momenteel vastzit in een cyclus van bewustzijn zonder actie. De professionals zijn klaar om vooruit te gaan, maar ze hebben een ondersteunende omgeving nodig die de technische en financiële hindernissen wegneemt. De onderzoekers stellen dat de weg naar netto-nul niet een kwestie is van wachten tot de technologie perfect is, maar van het bouwen van het ecosysteem dat ervoor zorgt dat het effectief kan worden gebruikt. Door te focussen op datastandaarden, consistent beleid, training van de beroepsbevolking en samenwerking, kan het Verenigd Koninkrijk zijn verouderde gebouwvoorraad transformeren van een koolstofverplichting naar een model van efficiëntie. De reis van een statisch, inefficiënt gebouw naar een dynamische, netto-nul activa vereist meer dan alleen een nieuw hulpmiddel; het vereist een nieuwe manier van samenwerken.