Defining the concept of digital twin to improve its adaptation in construction and real estate industry

Abstract

The infrastructure of current cities is trending towards more digital and interconnected systems. This leads to a demand of software and systems that can efficiently store, utilize, and transport the data. Digital Twin (DT) could be a feasibly technology to face this trend. Roughly speaking DT is a digital replica of a physical entity which common definition varies a lot. Therefore, several different organizations are trying to define it in terms of their characteristics and functions. In order to develop DTs for construction and real estate industry, more research in defining the characteristic and functionalities is needed and best practices should be adopted from other industries applying DTs.

The aim of the present research is to define a DT for construction and real estate industry and to investigate which are the most important functionalities that DT should contain. Additionally, the corresponding attributes and adaptation factors of different functionalities are recognized to analyze the overall feasibility of different solutions. Constructive research approach combined with literature review and theme interviews to construction and real estate industry professionals are used to investigate this complex unstandardized entity.

The results of the present research developed an alternative definition and framework for DT. Furthermore, functionalities and corresponding attributes and adaptation factors were recognized in a literature review and updated with findings from theme interviews. The findings revealed six different functionality categories along with a conclusion that the same attributes are needed for many functionalities.

Three possible base levels or starting points for the development were recognized and then analyzed to evaluate the most reasonable ones to start with. Even though many of the starting points could be achievable, the findings indicate that challenges such as complexity, cost, ownership, and a wide number of stakeholders affect to the overall development of DT.

The present research developed an implementation process for DTs, that is based on the findings from the interviews and literature. The future research should focus on implementation of the functionalities and improvement of the development process of DT.

Tulevaisuuden kaupungit tulevat tuottamaan enemmän digitaalista dataa kuin ennen, minkä hallitsemiseen sekä ohjaamiseen vaaditaan enemmän kehitettyjä järjestelmiä sekä ohjelmistoja. Digitaalinen kaksonen voisi olla mahdollinen teknologia tähän vastaamiseen. Karkeasti ottaen, digitaalinen kaksonen on fyysisen kokonaisuuden digitaalinen kopio. Digitaalisen kaksosen määritelmät vaihtelevat laajalti. Tämän takia eri organisaatiot yrittävät määritellä digitaalisista kaksosta sen ominaisuuksien sekä toiminnallisuuksien avulla.

Työn tavoitteena on määrittää digitaalinen kaksonen rakennus- ja kiinteistöalalle sekä selvittää, mitkä ovat digitaalisen kaksosen tärkeimmät toiminnallisuudet. Eri toiminnallisuuksien attribuutit sekä käyttöönottoon vaikuttavat tekijät tunnistetaan, jotta voidaan analysoida eri sovelluksien toteuttavuutta. Konstruktivistisen tutkimusotteen sekä kirjallisuuskatsauksen ja rakennus- ja kiinteistöalan ammattilaisille tehtyjen teemahaastatteluiden avulla tutkitaan tätä kompleksista standardoimatonta kokonaisuutta.

Tutkimuksen lopputuloksissa esiteltiin vaihtoehtoinen digitaalisen kaksosen määritelmä sekä viitekehys. Lisäksi kirjallisuuskatsauksen avulla tunnistettiin digitaalisen kaksosen eri toiminnallisuuksia sekä niitä vastaavia attribuutteja ja käyttöönottoon vaikuttavia tekijöitä, jotka päivitettiin haastatteluista saatujen tuloksien perusteella. Löydökset osoittavat, että kuuden toiminnallisuuskategorian vastaavat attribuutit todellisuudessa palvelevat useampia toiminnallisuuksia samanaikaisesti.

Digitaalisen kaksosen perustasoja tai kehityksen aloituspisteitä tunnistettiin kolme, joita analysoitiin sopivimman aloituspisteen löytämiseksi. Vaikkakin monet aloituspisteet ovat saavutettavissa, silti monet ongelmat kuten kompleksisuus, hinta, omistajuus sekä laaja sidosryhmäympäristö vaikuttavat merkittävästi digitaalisten kaksosten kehittymiseen.

Kirjallisuuskatsauksen sekä teemahaastatteluiden avulla kehitettiin implementointiprosessi digitaalisten kaksosten kehittämiseen. Jatkotutkimuksen pitäisi sisältää enemmän eri toiminnallisuuksien sekä niiden saavutettavuuden tutkimista digitaalisen kaksosen kehityksen parantamiseksi.