UGR: Datele geospatiale – baza necesara pentru realizarea Smart City/Digital Twin

In prezent, in  Bucuresti, o zona de maxim interes pe care administratia centrala si locala ar trebui sa o reconsidere cu siguranta, in mod fundamental, o reprezinta in prima faza investitiile pentru achizitia datelor geospatiale (folosind tehnologii diverse) si pentru modelarea 3D a acestora (inclusiv initierea realizarii cadastrului 3D). Dezvoltarea oraselor inteligente este un concept important pentru gestionarea problemelor de sustenabilitate urbana, folosind senzorii si tehnologiile IoT, AI, ML, tehnicile de analiza avansata a datelor ca instrumente. Scopul este de a face lucrurile sa functioneze mai bine, iar, treptat, deciziile la nivelul orasului sa aiba un impact mai mare in ceea ce priveste imbunatatirea vietii cetatenilor. Aceste abordari au luat amploare la nivel international, in special pentru orasele mari, existand exemple in acest sens (vezi cityzenith.com si nrf.gov.sg)

Cu doi ani in urma, Facultatea de Geodezie (UTCB) impreuna cu Uniunea Geodezilor din Romania, Asociatia Patronala din Cadastru, Geodezie si Cartografie, Agentia Nationala de Cadastru si Publicitate Imobiliara si Comisiile 5, 6, 10 ale FIG (Federatia Internationala a Geodezilor) a organizat simpozionul international „Geodesy for Smart Cities”, care s-a bucurat de participarea multor specialisti din domeniu, din mediul academic si din domeniul privat, dar si a multor studenti (2018.geoprevi.ro). De atunci, tehnologia a evoluat si, la nivel international, au fost implementate din ce in ce mai mult abordari noi, precum conceptul Digital Twin pentru orase inteligente.

Se poate pleca de la afirmatia ca „tehnologia Digital Twin poate face orasele inteligente mai inteligente” [10], facand astfel trecerea de la orase inteligente la orase receptive. In domeniul oraselor inteligente, Digital Twin, sau replica digitala, este modelul virtual al orasului creat ca replica a lumii fizice, fiind un instrument indispensabil pentru a analiza pulsul orasului in timp real, pe baza surselor de date organizate pe straturi, pentru cladiri, infrastructura urbana, utilitati, afaceri, circulatia persoanelor si vehiculelor. Un astfel de model virtual urias evident ca trebuie sa fie de incredere, din perspectiva datelor geospatiale care il compun, aceste date fiind furnizate de cadastru, de sistemele informationale specifice domeniilor de activitate, de proiectele de constructii etc.

Cazurile cheie de utilizare, care pot fi rezolvate pe baza Digital Twin, includ simularea evacuarilor sau relocarilor umane de urgenta, modelarea riscurilor de inundatii, proiectarea inteligenta a cladirilor si gestionarea energiei, modelarea si simularea traficului rutier, monitorizarea si predictia calitatii aerului, modelarea infrastructurii verzi, analiza amenintarilor cibernetice, infractionalitatea, dezvoltarea afacerilor etc.

Cadastrul 2D, prin inregistrarea imobilelor in cartea funciara, furnizeaza atat date geospatiale de incredere, cat si informatii complexe, inclusiv juridice, referitoare la proprietatile in cauza. Toate aceste informatii sunt in prezent gestionate in Romania de sistemul integrat de cadastru si carte funciara, folosind aplicatia e-Terra, pe structura GIS. Si de aici rezulta importanta integrarii acestor informatii GIS cu ceea ce numim proiecte BIM (modelarea informatiilor despre constructii), cu scopul de a gestiona informatia si a lua decizii in mod integrat. Evident ca unul dintre deziderate ramane implementarea cadastrului 3D (care va fi tot o activitate a ANCPI), in special in zonele urbane unde situatia complexa necesita o astfel de abordare. Informatiile digitale referitoare la constructii sunt furnizate de dezvoltatori si utilizate pentru inregistrarea proprietatii. Documentatia tehnica de construire este obligatorie, dar informatiile digitale aferente acesteia, utilizate in procesul de inregistrare a proprietatii, nu mai sunt folosite dupa ce problema a fost rezolvata. De aceea, se poate considera ca BIM poate oferi valoare adaugata pentru imbunatatirea procesului de formare, inregistrare si vizualizare a proprietatilor imobiliare.

Totodata, ar putea constitui o baza pentru un posibil sistem cadastral 3D. Practic, pentru un condominiu nou exista urmatoarea situatie: initial exista informatii 3D din documentatia de proiect si o calitate geometrica superioara a acestora, aferenta planurilor de construire, dar aceste informatii sunt utilizate doar ca date initiale pentru individualizarea geometrica 2D pe planul cadastral si pentru introducerea datelor atribut necesare in cartea funciara. De aici rezida si importanta inregistrarilor 3D in cadastru, construirea BIM, precum si analiza posibilitatilor de integrare a acestora.

In constructii exista tendinta ca din ce in ce mai multe proiecte sa fie realizate folosind tehnologia BIM.  Practic, folosind BIM se optimizeaza costurile si timpul alocat pe perioada proiectarii si edificarii constructiei. Este necesar sa se realizeze modele 3D detaliate ale elementelor din lumea reala, avand in vedere si informatiile despre producator si materialele folosite. Informatiile BIM au fost initial create pentru a fi utilizate la obtinerea aprobarilor, stabilirea costurilor si procesul de construire, dar managementul complex oferit de BIM a condus la utilizarea acestor informatii inclusiv pentru intretinerea constructiilor.

In prezent, majoritatea organizatiilor care livreaza proiecte BIM sau primesc documente BIM ca parte a rezultatelor proiectului au convingerea ca pot fi obtinute beneficii in timpul intretinerii si functionarii constructiilor printr-o combinatie de date BIM si GIS. Utilizarea mixta a informatiilor BIM si GIS ofera urmatoarele avantaje: proiectantilor – sa planifice si sa creeze in contextul geospatial existent, inginerilor – sa ia in considerare mediul si contextul in timpul analizei, iar personalului din constructii sa planifice logistica santierului – si impactul asupra zonelor inconjuratoare.

Avantajele utilizarii integrate BIM-GIS cu scopul de a crea baza pentru „Digital Twin” si „Smart City” se afla intr-o zona interdisciplinara definita de domeniul constructii, de domeniul arhitecturii, al planificarii urbane si cel al geodeziei. Astfel, daca exista acces la informatii detaliate despre constructii ca BIM, prin folosirea unui context geospatial GIS, se pot realiza cu succes inclusiv planificarea, operarea, evaluarea performantei, intretinerea si managementul de urgenta in mod mai precis si eficient, atat pentru constructii individuale, cat si pentru orase in ansamblul lor. Un alt avantaj este testarea oricarei initiative sau proiect intr-un model virtual inainte de implementare, ceea ce conduce la reducerea costurilor si evitarea situatiilor de esec in lumea reala. Testarea si prototiparea pot imbunatati foarte mult managementul urban, deoarece, avand informatii in timp real despre orice situatie de urgenta, planificatorii au posibilitatea, de exemplu, de a aloca resurse, de a planifica operatiuni si a optimiza traficul, ceea ce ar imbunatati de la sine multe alte sisteme urbane.

In acelasi timp, disponibilitatea unei replici digitale aproape complete a unui oras – practic un model virtual al infrastructurii de transport, constructiilor si spatiilor publice ale acestuia – combinata cu fluxuri de informatii in timp real de la senzori si alte surse de date, conduce la avantaje deosebite: cetatenii sa vizualizeze impactul unei constructii noi inainte de a incepe efectiv edificarea acesteia, rularea simularilor pe computer pentru a se pregati pentru scenarii de urgenta, urbanistii ar putea analiza si raspunde mai bine la schimbarile locale de mediu.

Tehnologia si schimbul de date din si in diferite produse software si formate de date au evoluat mult in ultima perioada, permitand in prezent integrarea datelor. Daca in ceea ce priveste integrarea GIS-BIM  existau anumite probleme, in prezent lucrurile s-au armonizat mult. Informatiile despre constructii pot fi organizate in multe formate de fisiere, cum ar fi Revit si Industry Foundation Classes (IFC). Se poate folosi un fisier Revit direct in ArcGIS, ca spatiu de lucru pentru fisiere BIM. Pentru IFC, trebuie folosite instrumentele de interoperabilitate a datelor pentru a converti informatiile referitoare la cladire sub forma de schema a unui set de date cladire.

Astfel, ca modalitate tehnica pentru a crea si a lucra cu modelarea informatiilor despre constructii (BIM), una dintre solutiile existente este Autodesk Revit, care include geometriile complexe si informatiile asociate care descriu o cladire si procesul de construire al acesteia. Modelul Revit este compus din elementele  structurii 3D si contine toate informatiile pentru a identifica modul in care sunt construite aceste parti, fiind utilizat pentru a documenta BIM in organizatiile implicate in industriile de inginerie civila, urbanism, arhitectura, geodezie. Revit este baza de proiectare, de simulare, vizualizare si colaborare pentru a crea in mod eficient date interconectate pentru a reprezenta BIM. Datele sunt organizate in functie de o schema, astfel incat sa poata fi interpretate corect de orice organizatie sau produs, permitand ArcGIS Pro sa utilizeze nu numai geometriile, ci si proprietatile din desene ca atribute.

Pentru modelarea datelor GIS, tehnologia Esri (ArcGIS Pro, CityEngine, ArcGIS Urban) raspunde cu succes si este in continua dezvoltare, ArcGIS Pro acceptand formatele de fisiere Autodesk Revit (*.rvt). Desi este posibil sa se creeze date BIM care sa corespunda coordonatelor x, y din teren, majoritatea datelor BIM sunt create in sistem local, iar acestea este necesar sa fie georeferentiate pentru a le repozitiona in ArcGIS. Pentru a fi compatibile cu alte surse de date, cum ar fi o geodatabase, fisierele Revit trebuie sa fie organizate in ArcGIS Pro in spatii de lucru, seturi de date si clase de elemente. De aceea, trebuie convertite folosind instrumentul de procesare a fisierelor BIM in Geodatabase. Datele online CAD sau Revit pot fi identificate si accesate in ArcGIS Pro folosind BIM Cloud Connection, care ofera o conexiune la zona online BIM de stocare in cloud a unui utilizator, cum ar fi Autodesk BIM 360.

In proiectele de constructii, diferitele elemente de structura, instalatii, arhitecturale etc., sunt executate in momente diferite, iar achizitionarea informatiilor despre constructii este esalonata in timp. Dupa ce constructiile sunt stocate intr-o geodatabase, se pot actualiza atributele sau geometria. Cladirile 3D din fisierele BIM sunt stocate in clase de elemente multipatch intr-un set de date al constructiei. In cazul in care avem texturi in fisierul BIM, acestea vor fi stocate in clasa de elemente multipatch. Exista totodata avantajul de a lega datele la tabele externe, care contin informatii de interes.

Datele geospatiale din prezent, din domeniul spatiilor construite si topografia inconjuratoare se bazeaza pe standardele internationale elaborate de ISO / TC 211 (GIS) si ISO / TC 59 / SC 13 (BIM). Datele GIS au la baza ISO / TC 211, in timp ce seturile de date BIM se bazeaza pe IFC (Industry Foundation Classes). Este nevoie de un schimb de date bidirectional, dar fara a transforma datele. In administratia publica locala este necesara atat utilizarea datelor din GIS, cat si din BIM. Eforturile se concentreaza in prezent pe maparea modelelor IFC (IFC pentru cladiri, poduri, drumuri si cai ferate) pe schemele de aplicatii GIS, si invers. In prezent, este in lucru o initiativa de standardizare comuna, coordonata de ISO / TC 59 / SC 13, cu participarea ISO / TC 211.

Specialistii geodezi care activeaza in cadastru – si nu numai – ar trebui sa evidentieze din ce in ce mai mult importanta muncii pe care o realizeaza – productia de date geospatiale de incredere – si sa acorde importanta cuvenita pregatirii profesionale continue pentru a tine pasul cu cele mai noi tendinte.

Totodata, in contextul actual atat de complicat al pandemiei, mediul academic trebuie sa poata identifica metode diverse pentru a le transmite studentilor toate aceste informatii intr-un mod structurat si aplicativ, pentru a dobandi acele competente specifice care ii formeaza ca specialisti de succes, care sa aiba abilitatile necesare pentru a colabora corect in activitati interdisciplinare, impreuna cu colegii constructori. Se vorbeste mult in prezent de metodele e-learning si multi incearca sa identifice cele mai bune tehnici de transmitere a informatiei in mod aplicat. Aici merita subliniat faptul ca la nivel universitar tehnic da rezultate mai bune metoda research-based learning, deoarece stimuleaza gandirea aplicata si formularea solutiilor proprii la problemele ce trebuie rezolvate.

Este in prezent sansa tuturor specialistilor – din administratie, din domeniul privat si din mediul academic – sa se implice activ in a dezvolta replici virtuale ale oraselor, cu ajutorul carora problemele sa poata fi gestionate in mod real, iar cetatenii sa se poata bucura de impactul pozitiv al deciziilor luate.

Bibliografie

[1] Atazadeh, B., Rajabifard, A., Zhang, Y., Barzegar, M., (2019) Querying 3D Cadastral Information from BIM Models,

https://www.mdpi.com/2220-9964/8/ 11/503

[2] El Mekawy, M.S.A., (2012) Feasibility of Building Information Models for 3D Cadastre in Unified City Models, International Journal of E-Planning Research, October 2012,w.researchgate.net/publication/265728468_Feasibility_of_Building_Information_Models_for_3D_Cadastre_in_Unified_City_Models

[3] Hämäläinen, M. (2020) Smart City Development with Digital Twin Technology,

https://www.researchgate.net/publication/342715735_SMART_CITY_DEVELOPMENT_WITH_DIGITAL_TWIN_TECHNOLOGY

[4] Sun, J., Mi, S., Olsson, P., Paulsson, J., Harrie, L. (2019) Utilizing BIM and GIS for Representation and Visualization of 3D Cadastre,

https://www.mdpi.com/2220-9964/8/ 11/ 503

[5] Badea, A. C., Badea, G. (2020) Defining and Applying Constraints for 3D Spatial Planning in Urban Areas using Dedicated Software, FIG Working Week,

https://www.fig.net/resources/proceedings/fig_proceedings/fig2020/papers/ts03e/TS03E_badea_badea_10457.pdf

[6] Badea, A. C., Badea, G. (2019) Geospatial Development using GIS Smart Planning

https://journals.usamvcluj.ro/index.php/horticulture/article/download/13465/ 11008

[7] Badea, A. C., Badea, G. (2019) Modern Methods for Spatial Urban Planning,

http://revcad.uab.ro/upload/48_737_badea_badea.pdf

[8] Badea, A. C., Badea, G., Vasilca, D., Iliescu-Cremeneanu, A., Badea, D., (2018) BIM, GIS and CAD(astre) under the Current Challenges,

https://www.sgem.org/sgemlib/spip.php?article12631

[9] https://www.smartcitylab.com/

[10] https://www.govtech.com/

[11] https://doc.arcgis.com/

[12] https://www.autodesk.com/products/revit/

[13] https://eu-smartcities.eu/

Autor:
prof. univ. dr. ing. Ana-Cornelia Badea – Vicepresedinte al Uniunii Geodezilor din Romania, Membru al ASRO CT 359

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 175 – noiembrie 2020, pag. 42