/КРОСС/   Нова 3D карта на институт GATE разкрива уязвимите горещи точки и може да помогне за по-хладен и зелен град

Рубрика: Общество

Визитка: Д-р инж. Лидия Витанова е изследовател в GATE институт и част от авторския екип на Климатека. Тя е доктор по климатология и инженер-еколог, активно занимаваща се в сферите на градския климат и топлинните острови, с екология и опазване на околната среда, възобновяема енергия и интелигентни технологии. Завършила е магистратура в МГУ Св. Иван Рилски, София, специалност "Екология и опазване на околната среда". Защитила е докторантура в Цукубски Университет в Япония, специалност "Климатология". Автор е на многобройни международни научни публикации, свързани с градски климат, моделиране и градско планиране. Участвала е като лектор в различни конференции в Европа, Азия и Америка. 

Акценти:

• Центърът на София е с 3-6°C по-горещ - измервания от август 2018 г. показват, че в летните вечери (21 ч.) в центъра на столицата е с 3-6°C по-горещо от периферните квартали като Бояна, Драгалевци и Симеоново. Това е ярък пример за ефекта на градския топлинен остров.

• Защо София „гори" - липсата на зелени площи на определени места, както и гъстото застрояване, асфалтът и бетонът, в комбинация с отделяната топлина от сградите и транспорта влошават топлинния ефект. 

• Най-много топлина се натрупва в централни улици с малко зеленина, стари фасади и тесни пространства. Индустриалните зони и моловете с големи бетонни покриви също са сред „горещите точки".

• София вече разполага с уникален градски цифров двойник, разработен от Института GATE. Това е 3D дигитален модел, който обединява физическата и цифровата реалност като използва данни за сградите и симулирани температури, за да даде реалистична картина на микроклимата и да подпомага по-доброто планиране.

• Двойникът е важен инструмент за адаптация, но засега остава слабо използван от институциите. Науката и технологиите дават решения, но отговорността за тяхното прилагане е на градските власти.

• Цифровият двойник е потенциална споделена среда за иновации, в която институции и бизнеси работят заедно за по-подготвени и устойчиви градове. Инструментът е полезен за различни сектори: така енергийните компании ще оптимизират потреблението, здравните институции - ще идентифицират рискови зони, строителните фирми - ще проектират по-устойчиви сгради, а търговските оператори - ще подобрят логистиката.

• София е първият град с цифров двойник, но подобни инструменти могат да се създадат и за други големи населени места в България  - за по-добре планиран, устойчив и безопасен начин на живот на гражданите. 

Августовска вечер, около 21:00 ч. В центъра, край ЦУМ, Георги усеща тягостната жега - асфалтът още излъчва силна топлина, а термометърът показва 26,4 °C. Само няколко километра по-нагоре, до Боянската църква, Мария диша по-свеж въздух при 23,5 °C. Двамата са в един и същ град, но преживяват напълно различни вечери в центъра и в периферията под Витоша - резултат от ефекта на градския топлинен остров.

Фигура 1: 3D визуализация на София, показваща въздействието на градския топлинен остров в 21:00 часа през август 2018. Източник 

Градовете в България са засегнати все по-осезаемо от въздействието на климатичните промени, от по-дълги горещи вълни, от повишени температури и натрупване на топлина в плътно застроените зони. София не прави изключение от тази тенденция. В този контекст новите технологии като градските цифрови двойници се очертават като ключов инструмент за диагностика и управление на градския топлинен остров.

Защо градът да е по-горещ?

Градски остров на топлина е разликата в температура на въздуха между града и околните райони. Едни от основните факторите, които влияят на острова са генерираната от човешката дейност топлина, увеличената консумация на енергия, трафикът, презастрояването, намаляването на зелените зони и паркове, липсата на водни басейни, лошото градско планиране, пренаселването, недоброто усвояване на общи и неизползвани площи, използването на неподходящи строителни материали и влиянието на локалния климат и релеф.

Фигура 2: Градски остров на топлина в София през 2018 в (а) 21:00 часа и (b) 16:00 часа. Източник

Резултатите от изследването показват, че в централните части на София около Руски паметник, площад Македония, районите около църквата „Св. Неделя" и Лъвов мост, както и в жилищните комплекси Зона Б-5 и Б-3, както и в индустриалните зони, температурата на земната повърхност е с 3-6°C по-висока в сравнение със зелените и периферни квартали, като Бояна, Драгалевци, Симеоново, Бенковски и др. Това се дължи основно на високата плътност на застрояване, наличието на големи площи с асфалт и бетон и ограничените зелени пространства, които водят до натрупване и по-бавно отдаване на топлина.

През август 2018 г., в 21:00 ч. в центъра на София е отчетен ефект от градски топлинен остров с приблизително 3-6°C разлика спрямо крайградските райони. Това се обяснява с факта, че през нощта сградите и настилките в централните зони отдават натрупаната през деня топлина, докато периферните и по-зелените квартали се охлаждат значително по-бързо.

В 16:00 ч. температурите в центъра на града варират между 27 и 28°C, като ефектът от топлинния остров е по-слабо изразен, тъй като разликата между централни и периферни райони е по-малка в най-горещата част на деня. За сметка на това, именно тогава ефектът е по-отчетлив в квартали като Младост, Дружба, Суха река и Левски Г. Това е резултат от специфичната комбинация между гъсто жилищно застрояване, големи открити асфалтови пространства и относително по-малко зелени площи, което усилва локалния нагревателен ефект.

Тези наблюдения подчертават необходимостта от по-детайлно пространствено и времево разбиране на климатичните процеси в града. Именно тук данните могат да бъдат обогатени чрез прилагането на градски цифров двойник на София. Той позволява интегриране на климатични симулации с пространствени данни за сградите, инфраструктурата и зелените площи, като по този начин се създава динамична картина на ефекта от градския топлинен остров.

Какво е градски цифров двойник?

Двойникът е триизмерно копие на реален град, обогатено с различни данни - за сгради, инфраструктура, потребление на енергия, температури, транспорт, зелени площи и други характеристики на градската среда. Неговата сила е не само във визуализацията, а в способността да се правят симулации и прогнози - тоест да се изследва как градът ще реагира в различни ситуации. 

Фигура 3: Концепция за градски цифров двойник. Адаптирана визуализация. Източник

Примери за параметри и сценарии, които могат да се зададат и симулират?

• Температури и климатични условия - може да се проследи как се разпределя жегата при гореща вълна или колко бързо градът се затопля или охлажда.

• Ниво на озеленяване - може да се направи симулация, която да покаже какви ползи носи засаждането на нови дървета или увеличаването на зелените площи в центъра.

• Транспорт и трафик - може да се изследва какво ще стане с качеството на въздуха и натрупването на топлина при намаляване на автомобилите или въвеждане на нови транспортни ограничения.

• Енергийна ефективност на сградите - да се оцени как се променя енергийната консумация и отделянето на топлина при прилагане на нови стандарти и технологии в строителството и сградното обновяване.

• Застрояване и планиране - възможно е да се моделират различни типове енергийно-ефективни сгради в уязвимите от прегряване квартали, както и да се проследят ефектите от изграждането на нови високи сгради върху вентилацията и температурите в града.

Как помага цифровият двойник на градовете?

Цифровият двойник локализира най-уязвимите към прегряване зони в града. Той идентифицира „горещите точки" в реално време чрез пространствен анализ на температури, енергийна плътност, засенчване и движение на въздуха. 

Симулациите показват къде определени промени, като засаждане на дървета, изграждане на зелени фасади или инсталиране на градски охладителни системи биха имали най-голям ефект. По този начин отговорните институции могат да планират и инвестират в зелени коридори, сенчести алеи и охладителни станции на "правилните места", които да имат реален охлаждащ ефект за града. 

Подходът позволява рискът от градски топлинен остров и горещи вълни да се интегрира в дългосрочните стратегии за устойчивост, обществено здраве и социална защита, като се отчита: гъстотата на населението в засегнатите зони; наличие на чувствителни групи (деца, възрастни, болни); достъпът до климатизирани обществени пространства и медицинска помощ.

Използването на цифровия градски двойник позволява и друга важна предпоставка за справяне на общините и институциите с горещините, а именно възможност за симулация на бъдещи климатични сценарии, които да им показват как честотата, продължителността и интензитетът на горещите вълни ще се отразят на конкретни квартали и инфраструктура.

Това предполага и по-лесният и точен избор на устойчиво градско планиране, чрез подбор на материали с ниска топлинна абсорбция, подобряване на вентилацията между сгради и оптимизиране на градската плътност.

Енергийното потребление също може да бъде оптимизирано чрез анализ на взаимовръзките между климатичните условия, енергийната ефективност на сградите и нуждата от охлаждане.

Визуалните карти и отворените данни, могат да допринесат за по-добра информираност и ангажиране на гражданите - например да предприемат определени мерки в случай на екстремни горещини.

Как се нагрява столицата ни и къде са най-уязвимите „горещи точки"

В изследването, публикувано в Urban Climate (2025), градски цифров двойник на София анализира остров на топлина. С помощта на енергийни данни, данни от сгради и земеползване, симулацията показва температурните разпространения и рискове както в целия град (Фиг. 4), така и на различни райони в града (Фиг. 5).

Фигура 4: 3D визуализация на градски модел, показваща въздействието на градския топлинен остров в 21:00 часа през август 2018. Източник 1, Източник 2

Температурните стойности (2м височина от повърхността) са визуализирани чрез цветови скали, директно към всяка сграда (фасади и покриви). С бързата визуална идентификация на топлинно уязвимите зони, т.нар. „горещи точки" са маркирани с по-интензивни цветове (напр. лилаво), а по-слабо натоварените - с по-студени цветови тонове (синьо).

Всяка сграда в модела съдържа свързани помежду си атрибути, а именно: температурните стойности в конкретната геолокация, енергийното потребление - по тип сграда, както и класификация на сградата по функционално предназначение (напр. жилищна, административна, индустриална). Това дава възможност за научно обоснован анализ на връзките между типа застрояване и топлинно натоварване.

Фигура 5: Подробна визуализация на сградите в центъра на София с най-голямо въздействие върху градския топлинен остров. Сгради, разположени в центъра на града в (а) 21:00 часа и (b) в 16:00 часа. Сгради, разположени в най-близките северозападни квартали от центъра на града в (c) 21:00 часа и (d) в 16:00 часа. Източник 1, Източник 2

Градският цифров двойник в реалния живот

Проектът на институт GATE показва, че София разполага с потенциал да бъде иновационен хъб за климатична адаптация, използвайки дигитални инструменти като градски цифров двойник в комбинация с научни изследвания, общински политики и гражданско участие. Градският цифров двойник е инструмент за вземане на информирани решения, които могат да спасят човешки животи и да подобрят градската среда в условията на екстремни температури.

Той дава възможност за информирани решения, базирани на данни и симулации и помага на институциите да приоритизират градските промени, да управляват рискове и да изграждат по-устойчиви, по-здрави и по-хладни градски среди.

Климатичните симулации на София могат да служат не само на общините. От тях могат да се възползват и енергийните дружества, болници, училища, строителни компании и дори търговски оператори.

При горещи вълни цифровият двойник може да прогнозира кои зони на града са най-застрашени от претопляне. Това позволява училища и болници да получават автоматични известия и инструкции, съобразени с конкретната им локация - например кога да ограничат дейности на открито или да активират системи за охлаждане. Сценарии от цифров двойник помагат при вземане на решения за разполагане на сенчести площи в училищните дворове, избор на материали за фасади и покриви или оптимизация на озеленяването около болнични комплекси. При екстремни метеорологични условия (например продължителни горещини) болници и училища могат да използват данните от дигиталния двойник за по-добра координация с общините - например за организиране на „охлаждащи зони" или транспорт за уязвими групи.

Дигиталният двойник може да показва кои индустриални райони са най-застрашени от прегряване при горещи вълни. Това позволява на предприятията да планират работното време (например ранни смени или нощни производства), за да ограничат рисковете за работниците и оборудването. Също така може да прогнозира как топлинните условия влияят върху логистиката и транспорта (например при камиони или складови дейности).

Компаниите могат да използват резултатите за избор на локация на нови офиси, магазини или складови бази, съобразени с климатични рискове. Това намалява бъдещи загуби и увеличава устойчивостта на бизнеса в дългосрочен план. За компаниите това е шанс да управляват по-умно ресурсите си, да намалят рисковете и да бъдат по-подготвени за екстремното време. А когато институциите и бизнесът обменят данни и решения, градският цифров двойник от научен проект става практичен инструмент за устойчивост и по-добър живот в града.

Възможните решения за устойчиви климатични адаптации

Устойчивото развитие на градовете изисква комбинация от природни, технологични и социални мерки. Засаждането на дървета, зелени покриви и водни площи помагат за охлаждане на средата. Градското планиране с по-малко уплътняване и светли настилки намалява ефекта на топлинния остров. В сградите пасивните и интелигентни енергийни системи ограничават потреблението. Цифровите двойници и сензорните данни дават възможност да се моделират и предвиждат сценарии. Включването на гражданите и въвеждането на стимули за зелени технологии правят адаптациите реално приложими.

Добри практики по света

Цифровите двойници вече се прилагат ефективно в множество градове. В Сингапур платформата Virtual Singapore представлява първия национален дигитален двойник, който интегрира 3D-модели с данни в реално време за градско планиране, управление на енергията и адаптация към климатични рискове. 

В Хелзинки дигиталният модел Helsinki 3D+ се използва за енергийна оптимизация на сгради, анализ на соларни възможности и устойчиво планиране, като е постигнато значително намаление на енергийното потребление. 

В Шанхай е създаден един от най-големите цифрови двойници в света - 3 750 км² виртуален модел на града с данни в реално време за транспорт, инфраструктура и климатични рискове. 

Тези примери подчертават как цифровите двойници са се развили от изследователски концепции до мощни инструменти за информирано вземане на решения, както в публичния, така и в частния сектор.

Пътят към по-умни и адаптивни градове

Климатичните промени вече не са бъдеща заплаха, а настояща реалност - горещи вълни, градски топлинни острови и екстремни явления влияят пряко на нашето ежедневие. Затова градовете трябва не само да наблюдават тези процеси, но и да предприемат превантивни мерки.

Цифровите двойници дават възможност да се откроят уязвимостите, да се моделират различни сценарии и да се оценяват решения за адаптация. Те обединяват научни данни, технологии и градско планиране в подкрепа на енергийната ефективност, общественото здраве и устойчивото развитие.

Изследването за София използва данни от 2018 г. - климатични симулации, застрояване, земеползване и енергийно потребление. Методологията може да бъде приложена и към 2024 г., ако се осигурят нови данни. Това открива възможности за партньорства с институции и бизнес, които могат да допринесат с актуална информация.

Следващата стъпка е включване на по-богати източници, по-прецизни и разнообразни данни - като реално енергийно потребление, сензори в реално време и социално-икономически показатели. Това ще позволи разработването на по-надеждни модели и разработки, по-добри прогнози за горещи вълни и по-обосновано планиране на устойчиви политики за градската среда и климатично изменение.

Цифровите двойници показват, че решения има - остава въпросът дали София ще ги използва навреме.

Заглавна снимка: GATE Institute (свободна за разпространение)

Виж още: 

• Автомобилният пулс на София: Кога и къде градът се задъхва от трафик?

• Какви са ползите от първия енергиен атлас на София?

• Топлинен остров в България и какво е влиянието му върху градската среда и хората?

В публикацията са използвани материали от:

• Vitanova, L., Petrova-Antonova, D., & Shirinyan, E. (2025). Urban digital twin for assessing and understanding urban Heat Island impacts. Urban Climate, 62, 102530. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2212095525002469

• 3D City Model, GATE Institute, https://city.gate-ai.eu/Cesiumjs/Apps/Lozenets-Enriched.html

Тагове: Градски остров на топлина, Климатични промени, Технологии, Умни градове,горещи вълни, Здраве, Добри практики

Г