雖然可能稱不上是地下網(wǎng)絡(luò)中最長(zhǎng)或者最繁忙的線路，但皮卡迪利線卻有著一段迷人的歷史。

這段線路誕生于1977年，也讓倫敦成為全球首個(gè)用地鐵連通機(jī)場(chǎng)的城市，并在二戰(zhàn)期間容納和保護(hù)了大批大英博物館中的寶貴藏品。如今，這段地鐵線路正在開發(fā)數(shù)字孿生項(xiàng)目，如果成功也許會(huì)從根本上改變整個(gè)倫敦地鐵網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行效率。

更重要的是，它還能幫助倫敦交通局在未來(lái)十年內(nèi)實(shí)現(xiàn)碳中和，令倫敦的公共交通業(yè)務(wù)變得更加環(huán)保。

受到疫情封控的影響，2019年至2020年間英國(guó)首都的交通運(yùn)輸碳排放量減少了近200萬(wàn)噸。盡管如此，交通運(yùn)輸仍成為溫室氣體排放的主要來(lái)源之一，再加上建筑物排放量已經(jīng)占到總體碳排放的90%。

實(shí)時(shí)可持續(xù)性公共交通，已經(jīng)成為倫敦交通局(TfL)的首要任務(wù)。

2021年，當(dāng)?shù)卣畽C(jī)構(gòu)發(fā)布了企業(yè)球門卉，其中提出了英國(guó)首都的交通系統(tǒng)未來(lái)將要遵循的戰(zhàn)略，希望借此支持倫敦市長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)、到2030年實(shí)現(xiàn)整個(gè)城市的碳中和。

為了支持環(huán)境議程，皮卡迪利線升級(jí)(PLU)計(jì)劃也被提上倫敦交通局重大項(xiàng)目理事會(huì)的議事日程。其任務(wù)就是在不關(guān)閉線路的前提下開展升級(jí)。面對(duì)未來(lái)項(xiàng)目的復(fù)雜性，倫敦交通局與初創(chuàng)企業(yè)Spinview合作開發(fā)出一套數(shù)字孿生模型，用于捕捉環(huán)境數(shù)據(jù)并通過(guò)定制化平臺(tái)建立可視化能力。

盡管數(shù)字孿生技術(shù)相對(duì)還不成熟，但卻已經(jīng)在制造、汽車、零售等領(lǐng)域成功模擬出解決方案。微軟通過(guò)其Azure數(shù)字孿生平臺(tái)率先突破，幫助風(fēng)電場(chǎng)了解渦輪發(fā)電機(jī)對(duì)于當(dāng)?shù)匾吧鷦?dòng)物和生態(tài)系統(tǒng)的影響;此外，羅爾斯羅伊斯和寶潔公司也據(jù)此建立起更快、更具彈性的制造模式。

各方對(duì)數(shù)字孿生的關(guān)注也在繼續(xù)推進(jìn)。凱捷與微軟合作開發(fā)了首個(gè)基于Azure的云原生、無(wú)服務(wù)器數(shù)字孿生平臺(tái)，名為Reflect IoD。最近，埃森哲投資了醫(yī)藥科技數(shù)字孿生廠商Virtonomy以及數(shù)字孿生仿真技術(shù)全球提供商Cosmo Tech。數(shù)據(jù)云供應(yīng)商Snowflake則發(fā)布了利用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和數(shù)字孿生技術(shù)開發(fā)的制造業(yè)數(shù)據(jù)云。

如大家所想，這種根據(jù)現(xiàn)實(shí)世界系統(tǒng)或流程建立潛在/實(shí)際數(shù)字副本的能力將為企業(yè)開辟出新的競(jìng)爭(zhēng)賽道。數(shù)字孿生技術(shù)在監(jiān)控、測(cè)試和編輯等層面具有極強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義，而且不存在在現(xiàn)實(shí)用例中引發(fā)損壞或故障的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于像倫敦交通局這樣的組織來(lái)說(shuō)，打造數(shù)字孿生模型還能在環(huán)境、社會(huì)和公司治理(ESG)方面帶來(lái)錦上添花的效果。

倫敦交通局創(chuàng)新負(fù)責(zé)人兼皮卡迪利線升級(jí)項(xiàng)目經(jīng)理Daniel Rahamim表示，一旦在倫敦交通局的原型設(shè)計(jì)中得到驗(yàn)證，數(shù)字孿生技術(shù)將被用于捕捉隧道和建筑物中的碳排放，支持倫敦交通局網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)碳減排，并協(xié)助實(shí)現(xiàn)2030年的零碳排放目標(biāo)。

Rahamim補(bǔ)充道，“我們將通過(guò)這套平臺(tái)，以可視化方式發(fā)現(xiàn)不同排放熱點(diǎn)，并據(jù)此規(guī)劃相應(yīng)的處理措施?！迸欧旁u(píng)估中需要關(guān)注的數(shù)據(jù)對(duì)象包括：顆粒物、一氧化碳、二氧化碳、揮發(fā)性有機(jī)化合物、丁烷、天然氣，以及熱量和噪音熱點(diǎn)等物理檢查期間常常被遺漏的信息源。

Spinview公司CTO Greg Roach解釋道，現(xiàn)在他們使用安裝在工程車輛前部的定制深軌傳感器設(shè)備以捕捉數(shù)據(jù)。以往，此類設(shè)備主要用于捕捉設(shè)施表面的幾何形狀。

該設(shè)備利用光探測(cè)與測(cè)距(LiDAR)技術(shù)發(fā)射激光，而后測(cè)量激光反射所需時(shí)間，從而讓設(shè)備檢測(cè)到空間中各個(gè)點(diǎn)位的距離。發(fā)射與接收過(guò)程每秒重復(fù)數(shù)百萬(wàn)次，由此即可生成“點(diǎn)云”——即關(guān)于空間或物體表面幾何形狀的虛擬表示。

Roach表示，“在將這么多獨(dú)立的數(shù)據(jù)點(diǎn)匯聚起來(lái)之后，就能建立起一套非常準(zhǔn)確的空間幾何形狀與表面結(jié)構(gòu)副本?！盨pinview正通過(guò)一種設(shè)備“推動(dòng)概念的代際升級(jí)”，擴(kuò)大能夠捕捉的數(shù)據(jù)通道類別?！拔覀兡壳安蹲降闹饕强梢姽夥懂牐罄m(xù)我們將進(jìn)一步捕捉紅外和高光譜成像等超出可見光譜的信息?！?/p>

在此之后，數(shù)據(jù)會(huì)被傳輸至Spinview托管的Vision平臺(tái)以供倫敦交通局員工使用。該平臺(tái)強(qiáng)調(diào)推動(dòng)數(shù)據(jù)“大眾化”普及，讓組織內(nèi)的每個(gè)人(而不僅僅是工程師)都能直觀訪問并輕松使用數(shù)據(jù)內(nèi)容。其最終目的就是讓設(shè)備和整個(gè)數(shù)字孿生系統(tǒng)持續(xù)運(yùn)行，為皮卡迪利線提供高保真數(shù)字副本，并可量化和繪制基礎(chǔ)設(shè)施變動(dòng)引發(fā)的各種影響。

不止于環(huán)保

除了為倫敦交通局的綠色議程提供支持之外，Rahamim認(rèn)為針對(duì)物理環(huán)境的數(shù)字孿生技術(shù)還能支持地下項(xiàng)目的交付、協(xié)助管路維護(hù)，同時(shí)改善員工的健康和安全。

Rahamim在采訪中表示，“我們希望能使用數(shù)字孿生制定出更具體、附帶圖像的工作指令，例如通過(guò)我們的軟件平臺(tái)進(jìn)行發(fā)布。我們的目標(biāo)是在網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中持續(xù)捕捉視覺數(shù)據(jù)，也就是真正實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)字孿生。但目前這還只是個(gè)原型，就是說(shuō)我們只能捕捉到特定時(shí)間的切片。”

事實(shí)上，倫敦交通局和Spinview目前在皮卡迪利線的數(shù)字孿生合作關(guān)系，也只是雙方攜手探索的環(huán)節(jié)之一。

旅途中的障礙

在新冠疫情爆發(fā)之前，Rahamim和他在倫敦交通局的同事曾在行業(yè)活動(dòng)中與私營(yíng)部門/中小企業(yè)積極接觸，想要找到解決管道線路運(yùn)營(yíng)挑戰(zhàn)的一些切實(shí)辦法，特別是應(yīng)對(duì)各種與測(cè)繪/測(cè)量相關(guān)的挑戰(zhàn)。

皮卡迪利線是地下七條“深管”或者叫“深層”線路之一，某些位置的軌道低至地下30米。這些線路在地底深處設(shè)有圓形隧道，管理人員習(xí)慣稱其為“管路”。

深管線路需要使用比常規(guī)線路更窄的軌道、更小的列車，這雖然能加快行車速度，但也給工程施工帶來(lái)了障礙。

這類深管環(huán)境中GPS和Wi-Fi連接的難度更高，導(dǎo)致以往運(yùn)營(yíng)人員很難詳盡繪制這些線路?？辈旃ぷ饕仓荒茉诹璩?點(diǎn)至5點(diǎn)間的施工期內(nèi)按計(jì)劃進(jìn)行。Rahamim坦言，“實(shí)際上，每天最多只能施工四個(gè)小時(shí)。”

在引入火車等任何新資產(chǎn)、或者調(diào)整現(xiàn)有資產(chǎn)之前，首先需要開展相應(yīng)調(diào)查。但任何工作的前期調(diào)研工作都強(qiáng)度巨大，加上可用的工程時(shí)間很短且必須遵循強(qiáng)制性流程和標(biāo)準(zhǔn)，因此導(dǎo)致進(jìn)展極其緩慢。

在皮卡迪利線實(shí)際動(dòng)工升級(jí)之前，Rahamim就已經(jīng)開始與業(yè)內(nèi)同行主動(dòng)聯(lián)絡(luò)，思考如何降低施工難度?！霸陧?xiàng)目初期就引入創(chuàng)新往往比較容易。畢竟在全面交付后再做升級(jí)，那么難度將會(huì)大很多。”

Rahamim解釋道，皮卡迪利線升級(jí)項(xiàng)目的“實(shí)時(shí)實(shí)驗(yàn)室”讓管道實(shí)時(shí)施工獲得了開展創(chuàng)新的機(jī)會(huì)，無(wú)需單獨(dú)設(shè)置項(xiàng)目即可引入新的設(shè)計(jì)。而且這項(xiàng)技術(shù)本身也適用于其他地下線路，因此皮卡迪利線就成了邊運(yùn)行、邊改造的寶貴試驗(yàn)環(huán)境。

也正是在新冠疫情前的行業(yè)外展期間，Spinview提出了數(shù)字孿生提案，希望克服皮卡迪利線升級(jí)中涉及的現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)。

下一站：數(shù)字孿生

數(shù)字孿生帶給皮卡迪利線的主要優(yōu)勢(shì)之一，就是允許工作人員在工程時(shí)間之外隨時(shí)開展遠(yuǎn)程虛擬勘測(cè)，且不會(huì)對(duì)線路運(yùn)營(yíng)造成影響。更重要的是，數(shù)字孿生有望徹底消除對(duì)資產(chǎn)的物理檢查，Rahamim認(rèn)為這將在員工的健康和安全保障方面向前邁進(jìn)一大步。

“擁有這種視覺呈現(xiàn)能力的意義，在于無(wú)需親臨現(xiàn)場(chǎng)即可查看所有信息。我們可以確定工作區(qū)域內(nèi)是否存在問題，特別是可能影響健康和安全的問題，這一點(diǎn)非常重要。通過(guò)全面的虛擬勘測(cè)體驗(yàn)，我們能夠顯著提高員工的安全保障水平?！?/p>

Spinview公司CTO Roach也表示贊同，“這套平臺(tái)的目標(biāo)不止于碳中和——這只是重要目標(biāo)之一。這項(xiàng)技術(shù)在健康和安全方面也有著突出貢獻(xiàn)?！?/p>

Spinview的虛擬現(xiàn)實(shí)多用戶平臺(tái)Agority一旦投入使用，將允許倫敦交通局的工作人員對(duì)皮卡迪利線開展虛擬檢查，效果與現(xiàn)場(chǎng)檢查高度一致。配合虛擬化身，工作人員可以遠(yuǎn)程“穿行”在地鐵隧道之內(nèi)，以類似于電子游戲的方式查看系統(tǒng)接收到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

Roach在談到Agority平臺(tái)時(shí)解釋道，“在這樣一套環(huán)境中，大家可以做到在現(xiàn)實(shí)中永遠(yuǎn)做不到的事情。例如，假設(shè)需要檢查或測(cè)量隧道頂部的某些指標(biāo)，在現(xiàn)實(shí)中我們需要搭起五、六米高的樣子并攀爬上去。但在虛擬現(xiàn)實(shí)中，一次點(diǎn)擊即可到達(dá)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位。”

如果證明成功，數(shù)字孿生模型未來(lái)還將在貝克盧線、中央線、滑鐵盧線和城市線的升級(jí)計(jì)劃中繼續(xù)發(fā)揮作用，并最終覆蓋整個(gè)倫敦交通局的完整地鐵網(wǎng)絡(luò)。

Rahamim補(bǔ)充道，“這些項(xiàng)目之間有著很強(qiáng)的相似性，遵循的也是非常相似的方法和基礎(chǔ)設(shè)施工作。也就是說(shuō)，我們完全可以將數(shù)字孿生技術(shù)遷移到其他線路當(dāng)中?！?/p>

皮卡迪利線復(fù)雜的深管環(huán)境，意味著只要數(shù)字孿生項(xiàng)目能在這里發(fā)揮作用，那么在其他地下系統(tǒng)中的部署難度只會(huì)更低。

Rahamim最后總結(jié)道，“簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，只要我們能在皮卡迪利線上成功，那就能在任何其他地點(diǎn)同樣成功?！?/p>