Digital Twin urbano: aiuto per un nuovo modello di città

Non chiamatela mappatura. Il gemello digitale urbano, o Urban Digital Twin, non si limita a riprodurre fedelmente l’immagine della città e gli oggetti fisici che la compongono (parchi, strade, infrastrutture, edifici, spazio pubblico e altro), ma si profila sempre più come il braccio destro delle amministrazioni comunali per migliorare la governance delle città, la pianificazione urbana e territoriale, implementare politiche energetiche sostenibili e svolgere attività di vigilanza e prevenzione per contrastare il cambiamento climatico e gli eventi meteorologici estremi. Anche con la partecipazione attiva di tutti i portatori di interesse che la abitano, cittadini in testa.

Alla base dell’Urban Digital Twin è un ecosistema di tecnologie digitali per la raccolta attraverso sensori in tempo reale di dati fisici e geometrici della città, integrati con dati gestionali interni delle amministrazioni locali, tecnologie IoT (Internet of Things) e intelligenza artificiale: i modelli digitali urbani sono quindi capaci di riflettere o simulare condizioni e comportamenti del corrispondente reale.

I vantaggi portati dal nuovo paradigma sono tangibili nel lavoro quotidiano dei Comuni. Per gli uffici tecnici comunali, per esempio, permettendo di effettuare rilievi e misurazioni dalla postazione di lavoro e riducendo, in questo modo, i tempi di lavoro per lo svolgimento delle pratiche. Ma anche, e soprattutto, sostengono il processo decisionale per individuare le strategie di intervento e sviluppo della città, mettendo in campo una vera e propria Control Room operativa.

Sempre più digitali

Digital Twin o meno, l’intero processo di digitalizzazione sta cambiando in modo sempre più spinto il volto, la fruizione e la governance delle città italiane, basandosi su raccolta, accessibilità e condivisione dei dati. Con una riduzione del divario Nord-Sud.

Secondo ICity Rank, la ricerca annuale di FPA sulla trasformazione digitale dei 108 Comuni capoluogo presentata a novembre in occasione della tredicesima edizione di Forum PA Città, Bergamo, Bologna, Firenze, Genova, Milano, Modena, Roma e Venezia sono le città italiane che guidano la classifica dell’innovazione digitale, in quanto hanno saputo integrare l’utilizzo della tecnologia in tutti gli aspetti di infrastruttura e servizi.
La ricerca, basata su una valutazione delle città articolata nelle tre dimensioni sulla base di 39 indicatori costruiti su circa 200 variabili, delle “Amministrazioni digitali” (digitalizzazione dell’attività amministrativa, tra siti web, fruizione dei servizi on line e adozione delle piattaforme nazionali), “Comuni aperti” (livello di utilizzo dei social media, la diffusione di dati aperti e la fruibilità di app) e “Città connesse” (trasformazione digitale dei servizi urbani tra sviluppo di reti di connessione, sistemi di sensori e device collegabili, strumenti per l’elaborazione dei flussi informativi e analisi dei dati), vede in pole position le città “altamente digitalizzate”: in testa il gruppo di otto centri urbani che comprende Brescia, Cagliari, Parma, Perugia, Reggio Emilia, Rimini, Torino e Trento, vicine alla piena digitalizzazione, seguite da ventidue realtà come Bari, Bolzano, Cesena, Cremona, Cuneo, Ferrara, La Spezia, Livorno, Lodi, Messina, Monza, Napoli, Padova, Palermo, Pavia, Pescara, Piacenza, Pisa, Prato, Siena, Verona e Vicenza, in procinto di raggiungere il risultato. Quarantadue le città “in transizione”, che hanno iniziato ad adottare dotazioni tecnologiche digitali e che mostrano risultati tendenzialmente in crescita, ma talvolta con situazioni molto differenziate e che comprendono Alessandria, Ancona, Arezzo, Ascoli Piceno, Asti, Biella, Caltanissetta, Catania, Fermo, Forlì, Frosinone, Grosseto, Imperia, Lecce, Lecco, Latina, Mantova, Massa, Matera, Macerata, Novara, Nuoro, Oristano, Pistoia, Pesaro, Pordenone, Ravenna, Reggio Calabria, Ragusa, Rovigo, Salerno, Sassari, Siracusa, Sondrio, Taranto, Terni, Trieste, Treviso, Udine, Varese, Verbania, Vercelli. Ventuno le città “ibride” a seguire, nelle quali convivono elementi tradizionali e digitali, e sette quelle nelle quali la trasformazione digitale è ancora in fase di avvio (Avellino, Crotone, Enna, Foggia, Isernia, L’Aquila e Rieti).

Dall’Europa arriva DUET

La costruzione di Digital Twins per le città è uno dei temi al centro del dibattito europeo sulla pianificazione e sulla governance urbana, non solo per le potenzialità offerte sul piano tecnico-operativo, ma anche come chiave di approccio per la gestione della complessità dell’evoluzione che integra in modo stretto le istanze del territorio a quelle della società e dell’economia.

Il progetto DUET (Digital Urban Europeans Twins), varato nel 2019 e chiuso nel 2022 nell’ambito del programma Horizon 2020, è nato come iniziativa di innovazione europea che, sfruttando in modo efficace le capacità avanzate del cloud, dei dati dei sensori e dell’analisi sotto forma di gemelli digitali, permette di aiutare il processo decisionale del settore pubblico implementando l’approccio democratico ed efficiente al processo di gestione della complessità urbana attraverso un’interfaccia condivisa e accessibile. Con il coinvolgimento di quindici partner europei (come città, mondo accademico e della ricerca, tecnologi, piccole e medie imprese), l’esperienza del progetto DUET ha messo a disposizione gli strumenti per la creazione di gemelli digitali per l’esplorazione e la sperimentazione di politiche sistemiche basate su Policy Ready Data as a Service (PRDaaS) in ambiente virtuale.

Tre le città e regioni europee sui quali è stato testato l’approccio di DUET: le Fiandre in Belgio, e le città di Pilsen in Repubblica Ceca e Atene in Grecia, grazie al varo di progetti pilota che partono da posizioni diverse e convergono nel percorso di costruzione di un Digital Twin adeguato per i diversi contesti specifici.

Ad Atene, DUET è al centro della creazione di un pool interattivo di dati inclusi in un sistema aperto, robusto e utilizzabile per facilitare la presa di decisioni basate su dati concreti, che sarà aggiornato dinamicamente, con particolare attenzione per riduzione dell’inquinamento e pianificazione della città e dello spazio pubblico urbano.

A Pilsen il progetto DUET ha messo al centro lo sviluppo e l’implementazione del concetto di Smart City in diversi settori fra cui sono la mobilità, la sicurezza, il supporto alle imprese, l’ambiente, le tecnologie ICT e la partecipazione pubblica, con  particolare attenzione per l’interrelazione tra trasporti e inquinamento acustico in un ambiente 3D, insieme con la progettazione urbana, la morfologia urbana, l’uso del suolo, la distribuzione delle strade, l’ambiente stradale e le infrastrutture verdi. Nelle Fiandre, il Digital Twin è strutturato per aiutare la regione a fornire una visione migliore sulle interazioni tra le evoluzioni della città e gli effetti decisionali su più ambiti politici che comprendono mobilità, ambiente e pianificazione territoriale, favorendo il coinvolgimento della comunità.

A misura di territorio

Sempre a livello internazionale, sono diverse le città che hanno sviluppato progetti di Digital Twin urbani, declinati secondo le peculiarità territoriale e di governo del territorio locali. A Singapore, la piattaforma Virtual Singapore è strutturata per facilitare la simulazione di scenari diversi per la pianificazione, la gestione delle emergenze e la ricerca.

In Finlandia, la città di Helsinki ha sviluppato un modello tridimensionale della propria area urbana integrando funzioni di pianificazione urbana, partecipazione dei cittadini e utilizzo di applicazioni tecnologiche innovative.

Grazie al Digital Twin, Cambridge (Regno Unito) ha simulato e analizzato i modelli di trasporto ai fini della riduzione della congestione da traffico e ila pianificazione ottimale delle infrastrutture.

Amsterdam, nei Paesi Bassi, ha visto lo sviluppo del proprio Gemello Digitale per integrare i dati in tempo reale e fornire in tempo reale le informazioni utili alle scelte di pianificazione urbana e gestione delle risorse.

La città statunitense di Boston ha utilizzato gli strumenti del Digital Twin per visualizzare i possibili sviluppi urbani futuri e valutarne l’impatto sui fattori ambientali.

Anche l’australiana Melbourne punta a utilizzare le tecnologie del gemello digitale urbano per gestire in modo efficace crescita, trasporto e politiche ambientali.

Zurigo, in Svizzera, utilizza gli strumenti del Digital Twin urbano per affrontare e gestire in modo efficace la fase di crescita della popolazione, stimata di circa 280mila persone entro il 2040, contrastando il rischio di consumo di suolo e promuovendo invece politiche di densificazione delle aree già urbanizzate. La digitalizzazione mette a disposizione una mole importante di dati che permettono a tutti gli stakeholders di accedere alle proiezioni e scenari di cambiamento in atto.

Nel 2018 il gemello digitale è stato utilizzato per la redazione del piano regolatore, sviluppando modelli tridimensionali dei diversi scenari di crescita, che comprendono fra gli altri la densificazione e gli impatti sul microclima urbano (per esempio con le isole di calore).

Digital Twin, dal centro urbano alla Regione

In Italia sono coinvolti nella definizione di un proprio Digital Twin sia i grandi centri metropolitani, sia le città minori. Quello che conta è aprire la strada a un nuovo approccio, integrato e inclusivo, alle politiche di gestione delle complessità sociali, economiche e urbanistiche che si riflettono sulla pianificazione del territorio. Conoscere (e condividere la conoscenza) è il primo step, e il discorso vale sia per i centri urbani che per l’intero territorio regionale, come nel caso dell’Emilia Romagna.

Bologna lavora al progetto di Digital Twin dal 2023 con 7 milioni di euro dei fondi Pon Metro, inteso come strumento innovativo per integrare diverse istanze di miglioramento e innovazione nella qualità urbana e dei servizi al cittadino. Attraverso il gemello digitale e l’uso dei dati, l’amministrazione comunale (coordinatore strategico di un gruppo che comprende la Fondazione Bruno Kessler, l’università Alma Mater Studiorum, Cineca, Fondazione Innovazione Urbana, oltre alla partnership con città europee del calibro di Barcellona) punta a intercettare i processi trasformativi indotti dal cambiamento climatico, economico e sociale nei contesti urbani grazie a nuove funzionalità di supporto alle decisioni, mettere a disposizione dati e conoscenze utili per varare meccanismi di analisi e capacità di previsione, nonché promuovere un processo virtuoso di co-produzione di conoscenza con ricadute positive sul valore pubblico e sulle economie del territorio. Fra i primi ambiti di lavoro per l’applicazione del gemello digitale bolognese spiccano i temi della mobilità urbana, dell’energia e dei cambiamenti climatici, anche in seguito ai recenti eventi meteorologici estremi che hanno provocato danni importanti da dissesto idrogeologico.

Sempre nell’ambito del Digital Twin, il Comune di Bologna ha anche approvato un memorandum di intesa con l’Agenzia spaziale europea (ESA) per lo sviluppo di applicazioni spaziali innovative, che potranno essere applicate ad esempio per la pianificazione e il monitoraggio delle infrastrutture, la protezione del verde nelle aree urbane e suburbane, i processi in atto legati al cambiamento climatico, la protezione della biodiversità, la promozione della mobilità urbana sostenibile e l’economia circolare.

Anche Modena ha mosso nel giugno scorso i primi passi per la realizzazione del proprio Digital Twin nell’ambito del Piano digitale 2024 dell’amministrazione comunale, con l’avvio delle attività di rilevamento e raccolta dati attraverso sensori, all’interno del quadro più ampio della Smart City. La costruzione della mappa tridimensionale della città riporterà dati e informazioni di edifici, strade, verde urbano, reti tecnologiche e infrastrutturali a supporto dell’attività degli amministratori nella gestione operativa e strategica della città, dell’offerta di servizi pubblici e della capacità di prevenire, fronteggiare e ridurre il rischio di danni dovuti ad alluvioni ed eventi climatici estremi.

Un approccio che vale anche a una scala territoriale più vasta. Le potenzialità di utilizzo del gemello digitale per il miglioramento della qualità ambientale e la risposta efficace ai rischi da dissesto idrogeologico hanno portato la Regione Emilia Romagna a mettere in campo Vera (Virtualizing Emilia Romagna Air Quality), uno strumento digitale di simulazione e previsione delle risposte del sistema territoriale e ambientale alle politiche promosse a livello regionale, allo scopo di supportare attivamente i processi decisionali per il miglioramento della qualità dell’aria, la decarbonizzazione, nonché il contrasto e la mitigazione dell’impatto del cambiamento climatico in atto. Vera integra diversi modelli meteorologici, climatici, di qualità dell’aria e della mobilità, oltre al dati territoriali, in modo da ampliare ulteriormente la raccolta dei dati e delle informazioni già disponibili. 

Gemello digitale per le città d’arte

Nelle città d’arte, l’elaborazione e l’attivazione di un gemello digitale urbano fa i conti con le esigenze di tutela e salvaguardia del patrimonio monumentale e si presenta come uno strumento scalabile dalla città al singolo edificio storico.

A Matera il progetto del Digital Twin promosso dall’amministrazione comunale si concentra sull’area del centro storico e ne realizza la mappatura virtuale integrando dati e analisi utili per la gestione urbana, con un processo inclusivo e di visione strategica sia per i cittadini che per i turisti. Realizzato da DIITET (dipartimento di Ingegneria, ICT e tecnologie per l’energia e i trasporti del Cnr, Politecnico di Bari e Università degli Studi della Basilicata, il gemello digitale è stata l’occasione per calare su una realtà urbana storicamente complessa e delicata un sistema digitale basato su sensori ambientali, sperimentando un approccio innovativo che limita l’impatto sul costruito .

Per Firenze il Digital Twin urbano, basato su un ecosistema di tecnologie open, strati informativi georeferenziati, banche dati, big data, dati fotogrammetrici, rilievi, modelli tridimensionali e strumenti di analisi, consente di creare scenari digitali a supporto decisionale per i diversi ambiti di lavoro, che comprendono le alberature e il verde pubblico, la mobilità e viabilità, gli edifici storici e patrimonio UNESCO, le comunità energetiche e l’ecosostenibilità, lo sviluppo della Smart City, oltre a progettazione e lavori pubblici. Le applicazioni di intelligenza artificiale che caratterizzano il gemello digitale supportano l’amministrazione comunale, per esempio, nelle attività di promozione e governance dell’efficienza energetica e della sostenibilità ambientale (per esempio con l’incrocio dei dati sulla disposizione dei tetti, delle piante e dei parcheggi con le rilevazioni provenienti dai sensori ambientali e le isole di calore, è possibile simulare correttivi e scenari per migliorare la sostenibilità ambientale), nella viabilità (creazione di modelli previsionali per la simulazione di chiusure stradali e deviazioni di traffico con il ricalcolo del flusso di veicoli e il carico di inquinamento atmosferico e acustico nelle aree interessate), e nella presenza e distribuzione dei servizi pubblici (trasporti, illuminazione stradale, raccolta dei rifiuti, manutenzione di strade e parchi).

Oltre che alla scala urbana, il Digital Twin è uno strumento che a Firenze è utilizzato per la tutela e la promozione turistica dei beni culturali. Fra i primi esempi di applicazione in questo senso è la Basilica della SS Annunziata. Il lavoro di rilievo e raccolta dei dati ha permesso di realizzare un modello tridimensionale del manufatto architettonico, sulla base del quale è possibile ottenere ingrandimenti, rotazioni, misurazioni e informazioni di supporto alla progettazione e alla pianificazione degli interventi di restauro e manutenzione nel tempo.

Lo studio del clima urbano è un altro campo di intervento che sfrutta le potenzialità delle tecnologie del Digital Twin. Sempre nel capoluogo toscano l’Istituto di BioRobotica della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa svilupperà un gemello digitale del contesto urbano fiorentino per migliorare il clima e la vivibilità all’interno del progetto DANTE (acronimo di Data Aware efficient models of the urbaNmicroclimaTE), finanziato dallo European ResearchCouncil (ERC) con fondi ERC Starting Grants. L’obiettivo del progetto è lo sviluppo di tecniche numeriche per predire il microclima in ambiente urbano attraverso l’utilizzo di modelli matematici, machine learning e assimilazione dati, affiancando il lavoro dei diversi attori coinvolti nella pianificazione urbanistica e territoriale. La creazione di un gemello digitale ad hoc consentirà di riprodurre il microclima del contesto urbano di Firenze concentrandosi in particolare sulla diffusione di inquinanti, da traffico veicolare urbano o da sorgenti fisse, così come sulla modellazione di fenomeni complessi come le isole di calore e gli eventi atmosferici estremi.

Migliorano sostenibilità e resilienza

A Milano, la creazione del Digital Twin rientra nel progetto più ampio di Ecosistema digitale urbano, inteso come organismo di governance e conoscenza della città e delle sue dinamiche con approccio aperto e inclusivo verso tutti i diversi portatori di interesse.

L’operazione, in linea con il Piano Triennale per l’Informatica 2024-2026 e le azioni di trasformazione digitale dell’amministrazione comunale, consiste in un sistema di Gemello Digitale Esteso, basato su una gestione avanzata dei dati (data lake, LIDAR, data lineage), che mira a integrare le informazioni provenienti da diverse fonti per migliorare la pianificazione e l’erogazione dei servizi pubblici, supportando le decisioni amministrative in un’ottica data-driven con importanti ricadute attese sui servizi e sul territorio, a partire da politiche per la sostenibilità e la resilienza ai fenomeni legati al cambiamento climatico. Rientrano fra i possibili casi di utilizzo del Digital Twin gli interventi per il raffrescamento cittadino con l’individuazione dei tetti piani che possono essere trasformati in tetti verdi, quelli per il contenimento energetico (individuazione dei tradizionali tetti a falda per la diffusione dei pannelli fotovoltaici), o il rilievo dell’accessibilità PEBA per gli utenti portatori di disabilità (individuazione di rampe e accessi facilitati e individuazione dei percorsi accessibili). Non solo Milano città: il progetto vuole coinvolgere anche i Comuni dell’area metropolitana grazie allo sviluppo di un sistema di interoperabilità e una piattaforma di supporto alle Control Room per la governance territoriale.

Nel caso di Brescia, nelle linee programmatiche di mandato 2023-2028 il Comune ha previsto il progetto di una piattaforma di Digital Twin per rivoluzionare la gestione e lo sviluppo urbano, con l’obiettivo di plasmare il cammino della trasformazione in Smart City. Dai dati raccolti attraverso gli strumenti del gemello digitale urbano passeranno modalità innovative di gestione del traffico, dell’efficienza energetica, della sicurezza e della pianificazione urbanistica. La piattaforma implementerà il data lake della città, un archivio centralizzato e scalabile che consente di raccogliere, archiviare e gestire grandi quantità di dati provenienti da diverse fonti e sorgenti con il compito di conservare e gestire dati eterogenei creando un vero e proprio patrimonio digitale, rendendoli nel contempo accessibili.

Due gli anni di lavoro previsti per la messa in campo del Digital Twin della Leonessa d’Italia, che avrà una forte propensione alla sostenibilità, alla resilienza e alla capacità di risposta al cambiamento climatico, compresi il monitoraggio dello stato del verde e dei valori di umidità al suolo, il traffico, gli indicatori di acqua, territorio (come la permeabilità e la presenza di pendenze a rischio idrogeologico), precipitazioni e venti. L’inclusione è uno dei temi cardine del progetto, con l’idea dell’amministrazione bresciana di un monitoraggio dei tempi della città che guarda, in prospettiva, alla realizzazione della “città in 15 minuti”: servizi pubblici a portata di cittadino per un raggio di spostamento non superiore al quarto d’ora con mobilità intermodale.

Anche la creazione del gemello digitale di Mira, comune della città metropolitana di Venezia, prende spunto dalla volontà dell’amministrazione comunale di varare una mappatura digitale del territorio per aprire la strada a un nuovo approccio alla gestione della città e delle sue risorse. Secondo il progetto presentato lo scorso novembre, il Digital Twin urbano sarà strutturato per offrire in tempo reale la situazione dettagliata di infrastrutture, edifici, sistemi per la mobilità, gestione delle acque e del territorio lagunare, spazi verdi e altre risorse urbane disponibili, allo scopo di attivare politiche innovative di manutenzione, prevedere di possibili criticità dovute al rischio idrogeologico e climatico, e promuovere lo sviluppo futuro della città con attenzione verso la sostenibilità.

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