Optimizing Digital Twin for Net-Zero Retrofitting for UK Existing Building Stock
本研究提出了一个由数字孪生驱动的框架，旨在优化英国现有建筑存量的净零改造，通过混合方法研究识别了显著的采用障碍，并提出了政策与协作策略，以弥合数字创新与脱碳目标之间的差距。
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我们居住和工作的建筑是气候问题的重要组成部分。在英国，建筑环境占该国碳排放量的近四分之一。挑战在于，到2050年预计仍将存在的多数建筑已经建成。这意味着通往更清洁未来的路径并不依赖于建造新的、完美的结构，而在于修复旧的结构。传统的建筑升级方式——通常被称为“改造”（retrofitting）——往往涉及根据静态计划添加隔热层或更换供暖系统。然而，这些方法通常无法预测建筑在人们实际居住时的表现，从而导致纸面上的节能承诺与现实情况之间出现差距。为了弥补这一差距，研究人员正在研究一种名为“数字孪生”（digital twin）的工具。可以将数字孪生想象成物理建筑的一个活生生的、呼吸着的虚拟副本。与简单的蓝图不同，这个数字版本与实时数据相连，使其能够模拟建筑如何应对天气、人们如何使用它，以及其能源系统随时间变化的性能。它提供了一种在投入资金进行物理变更之前，在虚拟空间中测试不同升级方案的方法，有望为实现净零排放提供一条更智能、更高效的路径。
来自林肯大学和威斯敏斯特大学的一个研究小组致力于研究这项技术是否真的能解决英国的改造危机。他们不仅对数字孪生的理论感兴趣，更关注将其应用于全国数千座现有建筑的实际应用情况。为此，他们调查了383名从事该领域的专业人士，包括建筑师、工程师、承包商和政策官员。这些人负责设计、建造和管理这些升级工程。研究人员询问了他们目前的方法、对数字孪生技术的熟悉程度，以及阻碍其使用的因素。其目标是超越炒作，了解阻碍这些强大工具用于实现国家住房存量脱碳的实际障碍。
结果描绘了一幅行业虽理解潜力但却在迈出第一步时挣扎的画面。受访专业人士普遍认为数字孪生可能非常有用。他们认识到，实时数据以及在装修后追踪性能的能力，对于缩小预期节能与实际节能之间的差距至关重要。事实上，受访者对实时数据集成的重要性给出了极高的评价。然而，当被问及自身的数字化技术经验时，情况发生了变化。大多数人描述自己对数字孪生的了解仅处于初级或中级水平。虽然他们可以谈论这个概念，但极少有人在实际项目中真正使用过它。研究发现，该技术目前在改造领域仍处于起步阶段，其应用主要局限于试点项目或理论讨论，而非日常实践。
或许最令人惊讶的发现是，仅仅了解这项技术并不能保证某人会去使用它。研究人员分析了数据，以观察一个人的数字孪生知识储备、对自身数字技能的信心或对政府资金的信任，是否能预测其是否会采用基于该技术的新框架。答案是否定的。这些个人因素中没有一个是足以独立预测采用行为的强有力因素。这表明，问题不在于缺乏意识或个人意愿，而是系统性的。行业并非在等待某个人成为专家，而是在等待整个系统的变革。专业人士指出，真正的障碍是结构性的：不同软件系统之间无法互通、缺乏标准化的数据共享方式，以及支持转型所需的资金不足。
调查强调了行业认为必须解决的五个特定领域，以使数字孪生发挥作用。被提及最多的优先事项是“数据互操作性”（data interoperability），即不同的计算机程序和数据库无缝交换信息的能力。如果没有这一点，数字孪生就无法运作，因为它无法从传感器、设计模型或能源账单中收集必要的数据。第二和第三个优先事项是需要标准化的框架以及更好的资金或财务激励措施。专业人士认为，目前的政府政策虽然初衷良好，但执行不力，导致他们在投资新数字工具时缺乏明确的规则或财务安全网。第四和第五个优先事项是不同部门之间的协作以及开发培训计划以提升劳动力技能。
基于这些发现，研究人员提出了一个新的框架来引导英国的转型。这种方法不仅仅是安装软件，它是一种将问题视为整体系统的四部分策略。第一支柱侧重于建立一个国家级的数据生态系统，使所有不同的数字工具都能使用同一种语言。第二支柱要求制定连贯的政策包，将政府资金与数字工具的使用挂钩，确保只有在项目达到特定数据标准时才能获得财政支持。第三支柱强调能力建设，这意味着大学和专业机构必须培养下一代精通数字建模和数据分析的建筑师和工程师。最后的支柱是协作治理，建议在政府、工业界和学术界之间建立联盟，以分享知识并在现实环境中测试新想法。
研究结论指出，优化英国建筑存量的技术已经存在，但目前正陷入一种“只有意识而无行动”的循环。专业人士已准备好向前迈进，但他们需要一个能够消除技术和财务障碍的支持性环境。研究人员认为，通往净零排放的路径不在于等待技术变得完美，而在于构建一个能让技术得到有效应用的生态系统。通过专注于数据标准、一致的政策、劳动力培训和协作，英国可以将其陈旧的建筑存量从碳负担转变为效率典范。从静态、低效的建筑向动态、净零资产的转变，需要的不仅仅是一个新工具，更需要一种全新的协作方式。
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