[論文レビュー] BIM, Digital Twin and Cyber-Physical Systems: crossing and blurring boundaries

Dean Douglas, Graham Kelly+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 4, 2021

Digital Transformation in Industry被引用数 5

ひとこと要約

本稿は、建築およびインフラ分野における建築情報モデリング（BIM）、デジタルツイン、サイバーフィジカルシステム（CPS）の違いと重複を明確にするための体系的レビューを実施している。共通する特徴と固有の属性を同定し、継続的な概念的混乱を解消し、実務における整合的な応用を支援する構造的フレームワークを提示している。

ABSTRACT

Digital Twin in construction and the built environment have started to attract the attention of researchers and practitioners in recent times. Its anticipated value proposition is focussed on its capability of generating new understanding and insights into an asset at all stages of its life cycle, exploiting diverse data sets from a multitude of sources and professions, in real or near real-time. However, there is still a significant debate about the delineation (i.e. communalities and differences) between digital twin and other related concepts, particularly Building Information Modelling (BIM) and Cyber-Physical Systems (CPS). To date, this debate has been confined to social media discussions, insights blogs and position papers. This paper addresses this challenge using a systematic review. The aim is to investigate communalities and differences between the three concepts, Digital Twin, BIM and CPS. The results of this paper are expected to foster the discussion around this theme within construction and the built environment.

研究の動機と目的

• 建設分野におけるBIM、デジタルツイン、およびサイバーフィジカルシステム（CPS）の概念的曖昧さを解消すること。
• 体系的文献レビューを通じて、BIM、デジタルツイン、CPSの共通性と相違点を同定すること。
• これらの概念がインフラ環境においてどのように重なり合い、分かれているかを構造的に理解すること。
• 研究者および実務家が資産ライフサイクル管理に適切なデジタル技術を選択・適用するのを支援すること。

提案手法

• 確立された学術データベースおよび検索プロトコルを用いて体系的文献レビューを実施した。
• 建築およびインfra構造分野におけるBIM、デジタルツイン、CPSに焦点を当てた査読付き論文を同定および分析した。
• テーマ的分析を適用し、3つの概念に共通するテーマ、定義、機能的差異を抽出した。
• データフロー、リアルタイム機能、システム統合に基づく比較フレームワークを用いて、概念的重複と相違をマッピングした。
• 各概念の成熟度とライフサイクル段階における応用範囲を評価した。
• 研究の焦点分野、技術的要素、統合レベルに基づいて、構造的なコード化アプローチを用いた。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 建設分野におけるBIM、デジタルツイン、サイバーフィジカルシステムの核心的な類似点と相違点は何か？
• RQ2 BIM、デジタルツイン、CPSは、データ統合、リアルタイム機能、ライフサイクル応用の観点でどのように異なるか？
• RQ3 既存のデジタルツインの定義および応用は、BIMやCPSとどの程度重複しているか、あるいは相違しているか？
• RQ4 現在の研究および実務において、どの概念的・技術的境界が曖昧化されているか、あるいは越えられているか？

主な発見

• 本研究は、デジタルツイン、BIM、CPSがデータ統合、モデルベース表現、ライフサイクル支援といった基盤的要素を共有しているが、範囲とリアルタイム応答性において相違していることを明らかにした。
• BIMは主に設計および文書作成ツールであり、実行時におけるデータ連携が限定的であるのに対し、デジタルツインは動的でリアルタイムのシミュレーションおよびフィードバックループを強調している。
• サイバーフィジカルシステムは、物理的システムの制御と自動化に焦点を当てており、埋め込みセンサーやアクチュエーターを多く含むことが多く、運用上の目的においてBIMやデジタルツインと明確に区別される。
• 文献において顕著な概念的重複と語義的混乱が認められ、デジタルツインがBIMやCPSと同一視されることが多く、機能的役割に著しい相違があるにもかかわらずである。
• 本稿では、静的情報モデリング（BIM）から動的シミュレーション（デジタルツイン）へ、さらにはリアルタイム制御（CPS）へと至る統合のスケールが特定され、階層的な概念的階層が示唆された。