Il progetto Digitale Schiene Deutschland (DSD), promosso da Deutsche Bahn in collaborazione con NVIDIA, segna l’avvio di un’implementazione su larga scala del gemello digitale per la rete ferroviaria tedesca. Il progetto si propone di costruire una replica virtuale dell’intero sistema ferroviario nazionale, capace di riprodurre in tempo reale tutte le condizioni operative, gli scenari di traffico e le variabili infrastrutturali.
Una rete ferroviaria virtualizzata
La rete di Deutsche Bahn si estende per oltre 33.000 chilometri e include 5.700 stazioni. Creare una versione digitale di questa infrastruttura implica la sincronizzazione tra modelli CAD, mappe geospaziali, dataset in tempo reale e sensori veicolari. Il framework utilizzato è NVIDIA Omniverse, che consente la costruzione di ambienti fotorealistici e dinamici basati su Universal Scene Description (USD).
Il gemello digitale sviluppato integra dati provenienti da numerose fonti eterogenee: planimetrie, rilievi topografici, sensori installati su rotaie e convogli, informazioni operative provenienti dal sistema di gestione della rete (DB Netz). L’interfaccia consente di simulare condizioni complesse come variazioni del traffico, emergenze operative, congestioni o incidenti.
Integrazione tra AI e simulazione ferroviaria
Una componente chiave del progetto è l’applicazione di sistemi di percezione basati su intelligenza artificiale. I modelli predittivi vengono addestrati sia su dati reali raccolti dalla rete, sia su dati sintetici generati tramite Omniverse Replicator SDK. Questi ultimi vengono utilizzati per simulare scenari non frequenti ma ad alto impatto, come eventi atmosferici estremi o guasti tecnici improvvisi.
Le reti neurali addestrate su questo patrimonio di dati permettono di implementare sistemi di rilevamento automatico delle anomalie. I modelli sono progettati per identificare condizioni non ottimali in tempo reale e proporre strategie di mitigazione, abilitando l’automazione dei processi decisionali.
Calcolo distribuito e visualizzazione real-time
Il motore di simulazione si basa su NVIDIA OVX, una piattaforma hardware ottimizzata per l’elaborazione parallela e la gestione di ambienti simulati persistenti. Questo permette a DSD di mantenere sincronizzata la replica digitale con le condizioni reali della rete. I dati sono trasmessi in tempo reale e il modello viene continuamente aggiornato con nuovi input.
Attraverso il ray tracing accelerato via GPU, i progettisti possono osservare il comportamento dei convogli, delle segnalazioni e delle infrastrutture con precisione fisica. La simulazione tridimensionale in tempo reale non è finalizzata alla sola visualizzazione, ma consente l’esecuzione di scenari di stress test, ottimizzazione dei flussi e riprogettazione delle tratte in funzione delle proiezioni di carico.
BIM, interoperabilità e manutenzione predittiva
Uno degli obiettivi dichiarati del progetto è l’integrazione tra il gemello digitale ferroviario e i sistemi BIM (Building Information Modeling) utilizzati per la progettazione e la gestione delle infrastrutture. L’unione tra ambienti CAD tridimensionali e dati dinamici di esercizio apre nuove prospettive nella manutenzione preventiva e nella gestione documentale.
I modelli ferroviari possono interagire anche con sistemi MES (Manufacturing Execution Systems), per fornire visibilità estesa su attività di cantiere, lavori programmati, sostituzione di componenti e aggiornamenti infrastrutturali. La possibilità di simulare le operazioni su scala di rete consente di testare scenari futuri e di valutare in anticipo l’efficacia delle azioni correttive.
Verso una ferrovia automatizzata
Uno dei traguardi dichiarati da Deutsche Bahn consiste nell’automazione della rete ferroviaria. Il gemello digitale rappresenta il supporto tecnico e operativo per introdurre questa trasformazione. Le simulazioni consentono di verificare in anticipo la sicurezza dei treni automatizzati, simulando distanze minime di sicurezza, strategie di sorpasso e coordinamento tra tratte con livelli di traffico eterogenei.
Con un modello sincronizzato al mondo reale, è possibile applicare strategie what-if per testare gli effetti di modifiche infrastrutturali, introduzione di nuovi convogli o cambiamenti nei pattern di traffico. Questo approccio supporta una visione sistemica, che non si limita alla singola linea o stazione, ma comprende l’intero ecosistema ferroviario.
Efficienza e sostenibilità
La costruzione di un digital twin di questa scala contribuisce a una maggiore efficienza nel coordinamento delle attività ferroviarie. La possibilità di ottimizzare i percorsi, evitare congestioni e minimizzare le soste non pianificate consente un incremento della capacità della rete, senza dover realizzare nuove infrastrutture fisiche.
Il risultato atteso non è solo una riduzione dei costi operativi, ma anche un impatto ambientale contenuto grazie a una gestione più fluida e prevedibile del traffico ferroviario. Gli algoritmi impiegati sono progettati per suggerire pattern di circolazione che minimizzino il consumo energetico, bilanciando velocità, massa dei convogli e condizioni di carico.
Esperienze nel campo delle simulazioni industriali
Nel contesto della crescente diffusione dei digital twin applicati alla rappresentazione di impianti produttivi, è utile osservare come alcune case di produzione abbiano integrato strumenti simili nei flussi per il marketing delle aziende clienti. Tra queste, lo Studio di Giuseppe Galliano lavora stabilmente alla produzione di visualizzazioni tecniche in 3D per il settore industriale, con un’attenzione particolare verso supporti destinati alla promozione, fromazione e vendita di macchine, impianti e dispositivi meccatronici. Le animazioni realizzate dallo studio comprendono viste esplose, rendering semitrasparenti (x-ray view) e contenuti immersivi adattati sia per realtà aumentata che virtuale.
Una visita tra le pagine dedicate al 3d nel sito, consente di cogliere in modo diretto che cosa si intende quando si parla di animazione 3D industriale, senza ricorrere a definizioni astratte. Vi sono esempi che mostrano direttamente come un dato tecnico possa diventare un elemento di comunicazione operativo. L’impiego coordinato di modelli progettuali e strumenti di animazione tridimensionale consente di trasmettere informazioni complesse in modo immediato, mantenendo coerenza con i dati tecnici originali e riducendo il fabbisogno di materiale illustrativo ridondante.
Condivisione e interoperabilità internazionale
Un ulteriore elemento di interesse nel progetto DSD è la possibilità di esportare e condividere modelli e dati con altri Paesi europei. La standardizzazione degli asset digitali consente l’interoperabilità tra reti ferroviarie diverse, contribuendo a una mobilità continentale più efficiente e coordinata.
La diffusione del gemello digitale ferroviario oltre i confini nazionali è un obiettivo a lungo termine, supportato dall’adozione di framework condivisi come USD e dalle specifiche aperte dei sistemi di simulazione impiegati.
Conclusioni
La costruzione di un gemello digitale ferroviario, come quello sviluppato da DSD, rappresenta un’applicazione concreta di simulazione tridimensionale in tempo reale per la gestione delle infrastrutture su scala nazionale. La possibilità di eseguire valutazioni dinamiche, predire criticità operative e testare miglioramenti infrastrutturali in ambienti digitali rappresenta una evoluzione del modo con cui si pianifica, monitora e gestisce una rete ferroviaria complessa.
