Incluso si no eres un ávido jugador, es probable que haya oído hablar de SimCity. Lanzado en 1989 y distinguido por su juego abierto, SimCity les dio a muchos jugadores su primera experiencia de control total sobre el desarrollo de una ciudad, cimentando para siempre su lugar en la historia de los videojuegos.

En un curioso giro de la jugabilidad a la adaptación a la vida real, Las simulaciones de ciudades virtuales permiten ahora a los planificadores urbanos hacerse una idea de los resultados de sus decisiones sin tener que construir una sola estructura física. En un momento en que el cambio climático está remodelando drásticamente el mundo, El modelado de paisajes urbanos basado en datos también es inmensamente útil para que los gobiernos preparen sus ciudades para los peores escenarios provocados por el calentamiento global y el aumento del nivel del mar.

"Singapur, siendo una isla baja con un área de tierra limitada, es especialmente vulnerable al cambio climático, "dijo Hee Joo Poh, un científico senior en el Instituto de Computación de Alto Rendimiento (IHPC), UNA ESTRELLA, citando el aumento de las temperaturas y la urbanización en curso como amenazas para la habitabilidad de Lion City.

Pero no todo está perdido. "Al optimizar los factores ambientales, Los urbanistas de Singapur pueden diseñar viviendas e infraestructura que maximicen la comodidad y el bienestar de los ciudadanos a pesar del cambio climático. "bromeó.

Una vista de pájaro de una ciudad virtual

Si bien es más fácil pensar que el clima es uniforme en todo Singapur, el hecho es que diferentes partes de la ciudad-estado tienen sus perfiles climáticos distintos, conocidos como microclimas. El microclima de un área se ve afectado por una confluencia de factores, que van desde factores naturales como el viento, luz solar y vegetación a elementos artificiales como densidad de edificios y tráfico vehicular.

Tener en cuenta todos estos factores ambientales en la planificación urbana es un asunto complicado, pero el grupo de investigación de Poh ha creado una herramienta digital llamada Integrated Environmental Modeler (IEM) para hacer precisamente eso. Desarrollado en colaboración con colegas del Institute for Infocomm Research (I2R) de A * STAR y el Building &Research Institute, Junta de Vivienda y Desarrollo (HDB), Singapur, el IEM aprovecha múltiples fuentes de datos para recrear y simular escenarios microclimáticos en Singapur. Esto lo distingue de otros modeladores ambientales en el mercado que, por lo general, solo evalúan un factor ambiental a la vez.

"La brecha más significativa que llena el IEM es la integración, "Shared Poh." Es la primera herramienta integrada y escalable para acoplar todos los factores clave de la física ambiental y sus complejas interacciones en una única plataforma unificada ".

Para crear el IEM, Los investigadores recibieron datos geométricos tridimensionales intrincados de Singapur por parte de sus colaboradores en HDB. Luego, el equipo desarrolló un módulo que podría procesar los datos geométricos en 3-D para transformarlos en una simulación en 3D muy realista del país. Al mismo tiempo, Se instalaron 43 sensores ambientales en la mitad este de Singapur. Impulsado por el sol Estos sensores recopilaron datos sobre diferentes parámetros como la irradiancia solar, viento y temperatura, transmitir de forma inalámbrica los datos a los investigadores en tiempo real.

Con una gran cantidad de datos en la mano, Luego, los investigadores procedieron a realizar el minucioso trabajo de combinar todos los diversos parámetros en lo que se convertiría en el IEM. Datos sobre la dinámica del flujo de aire, la trayectoria del calor solar y la propagación del ruido se superpusieron en la simulación tridimensional de Singapur, a una resolución horizontal de diez metros. Esta, admitió Poh, fue la parte más desafiante del proyecto.

"Lo que hemos creado no es una integración de software existente, sino un sistema construido sobre una arquitectura informática escalable que utiliza mediciones en tiempo real, " él dijo.

Cuando lo digital se vuelve físico

El valor de una herramienta radica en el problema que resuelve para su usuario. En el caso del IEM, El primer problema que el equipo de Poh trató de abordar fue un fenómeno microclimático conocido como efecto isla de calor urbano. que es responsable de la marcada diferencia de temperatura entre áreas boscosas y urbanizadas.

Las islas de calor urbano son el resultado de la construcción de densas estructuras urbanas (piense en rascacielos y centros comerciales) que atrapan el calor a lo largo de calles relativamente estrechas. Junto con la falta de vegetación que proporcione sombra y el calor del tráfico vehicular, las temperaturas en estas islas de calor pueden elevarse a niveles insoportables.

Como era de esperar, Los datos satelitales han revelado que las islas de calor urbano son más evidentes en el sur altamente urbanizado de Singapur. Áreas como el Parque Industrial de Tuas y el aeropuerto de Changi también son particularmente cálidas debido a las grandes franjas de concreto y metal expuestos que se encuentran en estos sitios. Mientras tanto, el norte boscoso es comparativamente más fresco durante el día; los investigadores informaron una diferencia de temperatura de 4 ° C entre las áreas bien plantadas y el Distrito Central de Negocios de Singapur.

Al combinar estas diferencias de temperatura en conjunto con simulaciones de dinámica de fluidos computacional (CFD) de la velocidad y dirección del viento, así como la presencia o ausencia de vegetación y cuerpos de agua en un área, los investigadores pudieron identificar ubicaciones óptimas para construir servicios tales como áreas de juego en desarrollos nuevos o existentes. Es más, teniendo en cuenta los datos de ruido, los investigadores pudieron identificar un vínculo entre la distribución del calor y la propagación del ruido en entornos urbanos.

"El sonido viaja más rápido en el aire más cálido, así que cuando el aire sobre la tierra es más cálido que el aire en la superficie, la onda de sonido se dobla hacia la tierra, "Poh explicó." En tales circunstancias, la refracción descendente puede permitir que el sonido viaje sobre obstáculos como barreras de ruido y se propague más ".

Estos conocimientos podrían ser útiles para los planificadores urbanos de Singapur, ya que se están construyendo más edificios de gran altura cerca de las autopistas para maximizar el uso de la tierra. Es posible que también sea necesario ajustar la altura y la ubicación de las barreras acústicas para limitar el alcance de la contaminación acústica que experimentan los habitantes de los edificios.

Construyendo sobre una base sólida

De manera análoga a cómo el horizonte de Singapur está en un estado de cambio constante, el IEM sigue siendo un trabajo en progreso mientras Poh y sus colegas continúan mejorando las simulaciones.

"La visión a largo plazo de la herramienta IEM es transformarla en un modelo de" Digital Twin "de alta precisión para su uso en cualquier área urbanizada, capaz de tener en cuenta varios factores que afectan a los entornos urbanos, ", dijo Poh." Esto reduce el riesgo de costoso ensayo y error físico y permite que los planes de desarrollo se prueben computacionalmente antes de la implementación real ".

Incluso las características de los edificios individuales se pueden evaluar in silico utilizando el IEM, Poh agregado, destacando cómo ha trabajado con la Autoridad de Edificios y Construcción (BCA) de Singapur durante más de una década en el diseño de edificios sensibles al clima, contribuyendo con su experiencia en simulaciones CFD.

"En 2008, BCA incluyó CFD en su iniciativa (el BCA Green Mark Scheme) para impulsar la industria de la construcción de Singapur hacia edificios más respetuosos con el medio ambiente. y participé como asesor externo de proyectos bajo la iniciativa, ", dijo. Luego, en 2012, Además, colaboró ​​con BCA para desarrollar la metodología de simulación CFD y los parámetros de evaluación para modelar espacios con ventilación natural en edificios no residenciales bajo los criterios de Green Mark.

Por su contribución al campo de la habitabilidad urbana y la sostenibilidad en Singapur, Poh fue honrado por el Ministerio de Desarrollo Nacional (MND) como Líder Joven de la Cumbre Mundial de Ciudades en 2014. Más recientemente, en 2019, Poh, junto con Wee Shing Koh de IHPC, Fachmin Folianto de I2R y Sze Tiong Tan de HDB, fueron galardonados con el President's Technology Award 2019, el premio de ciencia y tecnología más prestigioso de Singapur, por su trabajo en el IEM.

"Nuestra investigación ayuda a brindar soluciones innovadoras para la planificación y el diseño de ciudades sostenibles, pero más allá del ámbito del urbanismo, Los científicos del clima y los investigadores ambientales también podrían utilizar el IEM para simular y estudiar los efectos localizados del futuro cambio climático global. "Dijo Poh.

"Los hallazgos de tales estudios serían útiles para que las agencias gubernamentales formulen políticas y pongan en marcha medidas para mitigar las amenazas relacionadas con el clima, " Él concluyó.