近年IoTやAIなどの関連技術の進化などを背景に、デジタルツインの活用が幅広い業界から注目を集めています。

　

デジタルツインの活用には、設備・製品の品質・効率向上はもちろん、技術継承や新たな収益機会の獲得など様々なメリットが存在します。

　

そんななか、「防災分野関連のビジネスにデジタルツインの活用を検討している」、「防災分野で具体的にどのような活用が進んでいるのか知りたい」という方も多いのではないでしょうか？

　

本記事は、以下のような方におすすめの記事となっています。

　

• 防災分野でのデジタルツインの活用を検討している
• 防災分野でデジタルツインを活用するメリットを知りたい
• 防災分野でデジタルツインを活用している先端事例を抑えておきたい

　

本記事を読めば、防災分野におけるデジタルツインの活用の全体像を効率良くキャッチアップできると思いますので、ぜひ最後までご一読ください。

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そもそもデジタルツインとは

デジタルツインとは一言でいうと、リアル空間から収集したデータをもとに、バーチャル空間上に全く同じ環境をまるで双子のように再現する技術のことです。

建物や設備に搭載されたIoTなどから集約した様々なデータをもとに、リアル空間に存在する都市全体や建物、設備をバーチャル空間上に再現し、AIなどを用いた分析を行うことで、効率的かつ正確なシミュレーションを行うことができます。

デジタルツインは幅広い対象や用途で活用が進んでおり、都市や建物、製品などの計画/設計・製造・運用・アフターフォローといった各プロセスのシミュレーションに活用されています。

　

※参照：IBM-How does a digital twin work?

防災分野にデジタルツインを活用する３つのメリット

防災分野にデジタルツインを活用するメリットとして主に以下の3つが挙げられます。

　

• ①シミュレーションによる災害リスクの予測・予防
• ②リアルタイムデータの活用による災害現場の状況把握
• ③災害規模の推計・原因分析による災害復旧の迅速化

　

それぞれのメリットについてわかりやすく紹介していきます。

①シミュレーションによる災害リスクの予測・予防

1つ目のメリットは、災害リスクの予測・防災対策です。デジタルツインを活用することで、地震や台風など災害被害の規模を、気象データなど様々なデータに基づき予測することができます。これにより、災害発生前から早期に救援・救助計画を立案し、迅速な対応が可能になります。

②リアルタイムデータの活用による災害現場の状況把握

2つ目のメリットは、災害現場の状況把握です。デジタルツインで取得したリアルタイムデータを活用することで、災害発生時にリアルタイムな情報を各機関や関係者へスピーディに共有できます。そうすることで、地域全体での連携が強化され、災害への迅速な対応が可能になります。

③災害規模の推計・原因分析による災害復旧の迅速化

3つ目のメリットは、災害復旧の迅速化です。デジタルツインによって、リアルタイムの情報共有のみならず、災害以前・災害後の都市データの比較に基づき災害規模・原因の分析が行えるため、災害復旧に向けた対応の迅速化が可能になります。

防災分野にデジタルツインを活用する３つの方法

防災分野にデジタルツインを活用する方法として主に以下の3つが挙げられます。

　

• ①災害シミュレーションに基づく都市計画・避難計画の策定
• ②災害現場のリアルタイム監視による災害状況把握
• ③データの時系列比較による災害復旧の迅速化

　

それぞれについて、わかりやすく解説します。

①災害シミュレーションに基づく都市計画・防災計画の策定

1つ目の方法は、災害シミュレーションに基づく都市計画・防災計画の策定です。都市の3次元データや人流データをもとに災害シミュレーションを行うことで、災害に強い街づくりに向けた都市計画・防災計画を立案することができます。

　

具体的には、避難所の設置場所や避難経路、避難指示の最適化を行っていくことで、被災者の安全性の向上や避難活動の効率化に繋がります。

②災害現場のリアルタイム監視による災害状況把握

2つ目の方法は、災害現場のリアルタイム監視です。カメラやセンサを搭載したドローンなどを活用することで、災害現場の被害状況をリアルタイムにデータ収集し、災害現場の監視や、分析・対応に生かすことができるようになります。

③データの時系列比較による災害復旧の迅速化

3つ目の方法は、災害規模の推計・原因分析です。都市の過去データを蓄積することで、災害以前の状態のデータと災害後のデータを比較することができるようになります。災害規模の推計・原因分析によって、災害の早期復旧・対策を行うことができるようになります。

　

例えば土砂災害であれば、データ比較によって、土砂災害の規模やその原因となった箇所の特定が可能になります。

防災分野でのデジタルツインの活用事例５選

防災分野のデジタルツインの活用事例として以下の5事例が挙げられます。

　

• ①シンガポール：世界初 国全体をデジタルツイン化
• ②国交省：デジタルツイン構築により都市づくりのDXを推進
• ③東京海上日動：大災害の予測にデジタルツインを活用
• ④NTT：メタバース上で参加型の水害対策訓練を実施
• ⑤静岡県：土砂災害の復旧にデジタルツインを活用

　

それぞれの事例についてわかりやすく紹介していきます。

　

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①シンガポール：世界初 国全体をデジタルツイン化

シンガポール政府は、自然や建物、道路や人・車などのあらゆるデータを集約し、国全体のデジタルツイン化に世界で初めて成功しました。この空間は「バーチャルシンガポール」と呼ばれ、都市計画へのデジタルツインの活用事例として世界中から注目を集めています。

バーチャルシンガポールに活用されるデータは、政府機関やインターネット、IoTからのリアルタイムデータなど幅広いソースから集められています。

この取り組みの成果は、最適な都市計画の策定や自然災害のリスク評価・対策、国民への最適な交通ルートの提案など多岐にわたり、国全体のDX化の基盤となっています。

②国交省：デジタルツイン構築により都市づくりのDXを推進

2020年度より国土交通省は、「ProjectPLATEAU」で都市づくりのDXを推進しています。日本全国の都市で3D都市モデルを構築し、オープンデータとして公開することで、誰もが自由に都市データにアクセスし、防災やまちづくり、AR/VRなどさまざまな用途に活用できるようになります。

　

都市の3Dモデルは、都市計画・開発の様々な場面で利用することができます。例えば、交通の流れやバス停の混み具合、駐車場の空き状況、建物や公共施設に必要なスペースの把握、交通システムから排出されるCO2の量、自然災害の評価など、都市空間が持つさまざまなデータ・機能・特徴を把握することができるのです。

　

2021年には全国都市の３D都市モデルの整備が完了し、そのモデルを様々な地方公共団体や民間企業が活用し、数多くの未来のまちづくりにむけた実証実験が行われています。

③東京海上日動：大災害の予測にデジタルツインを活用

東京海上日動はNTTコミュニケーションズらと共同で、地震や水害など複数の種類の大規模災害をデジタルツインで予測する研究を開始しました。予測に基づく安全対策や補償を検討することが目的です。

　

具体的には、デジタルツインの仮想空間において、人の流れ、空間、気象、自然災害に関するデータと、防災科学技術研究所の災害予測技術を融合し、リアルタイム性の高い被害予測モデルを構築する予定です。また、このモデルの予測に基づき、災害の種類や規模に応じた複数パターンの災害初動対応策を策定します。

　

また、災害発生時の個別避難誘導、災害情報の一元管理、インフラシステムの安定運用を目的とした防災アプリケーションやクラウド型防災管理システムの研究を行います。

　

さらに、防災ソリューションの高度化に向け、リスクデータの活用やデータドリブンな保険商品についても研究していくとのことです。

④NTT：メタバース上で参加型の水害対策訓練を実施

NTTコミュニケーションズは、東京理科大学と共同で、水害リスクの高い地域での防災・減災を実現するために、市民参加型の「デジタル防災訓練」を用いた実証実験を開始すると発表しました。

　
構築されたメタバースは、国が提供するオープンな都市空間データや独自のデータに基づいて店舗や看板などを3D CGでリアルに再現されたもので、市民はアバターとして水害発生前後の避難行動をシュミレーションし、その行動データをNTTが分析するとのこと。

　

これにより、避難行動の可視化、防災意識の向上、安全な避難のための対策検討などに役立てることができます。また、デジタルツインの構築における技術的な課題を明らかにする予定です。　
同社は、本実証実験のデータをもとに、企業や行政機関へ防災・減災のための提言を行うとともに、企業や行政などの共創パートナーとともに新しいサービスを開発していきたいと考えているとのことです。

⑤静岡県：土砂災害の復旧にデジタルツインを活用

静岡県は、まちの3次元点群データをオープンデータ化し、災害復旧や自動運転、街づくりに役立てる「VIRTUAL SHIZUOKA（バーチャル しずおか）」構想を推進しています。

　

防災へ具体的に活用されたケースとしては、2021年の静岡県熱海市で土砂災害の発生時に、災害発生前の山の斜面などのデジタルツインを再現し、災害発生後の現場の点群データの比較分析を行いました。結果として、どれくらいの土砂が流れたかを正確に把握し、原因分析することができ、復旧に向けた対策に役立てることができました。

企業がデジタルツインを活用する５つのメリット

デジタルツインを活用するメリットとして主に以下の5つが挙げられます。

　

• ①品質の向上・リスクの削減
• ②オペレーションの効率化・標準化
• ③シュミレーションのリードタイムやコストの削減
• ④アフターサービスの充実
• ⑤技術の継承

　

それぞれのメリットについてわかりやすく解説していきます。

①品質の向上・リスクの削減

デジタルツインは、生産管理の最適化や業務効率の向上に活用することができます。物理的な製品を仮想的に表現したもので、物理的なシステムと統合し、継続的なデジタル上での実験が可能です。これにより、需要に応じた人員の再配置や、リードタイム短縮のためのプロセスの置き換えなど、さまざまな方法で最適化を図ることができます。

また、物理的な試験より先にデジタルな試験を行い、多くの関係者が視覚的に確認をすることができるため、製品の品質の向上やリスクの削減に寄与します。

②オペレーションの効率化・標準化

デジタルツインは、生産ラインの運用における重要なソリューションの１つです。常時あるいは一定の間隔でセンサー情報をデジタルツインに送ることで、トラブルの予測や故障の予防に役立てることができます。

また、現場の状況が変化した際にも、迅速なシュミレーションに基づく対応が可能となるため、最小限の時間・リソースで現場での対処を実施できます。加えて、定期メンテナンスの頻度を減らし、ダウンタイムのリスクを低減することも可能です。

③シュミレーションのリードタイムやコストの削減

デジタルツインの活用により、デジタル上で仮説検証を行うことで、これまで物理的な試作品や試作ライン、物理的な検証に費やしていた時間を最小限に抑え、さらにコストも抑えながらシュミレーションのスピードを向上させることができます。

④アフターサービスの充実

デジタルツインを活用することで出荷後の製品に関する情報収集、シュミレーションを行う事が可能です。この情報があれば、仮に製品に問題があったとしても、サプライヤーは適切なタイミングでアフターサービスを提供しやすく、お客様のニーズに迅速に対応することができます。これが顧客満足度の向上につながり、LTVの最大化が期待できます。

⑤技術の継承

デジタルツインを活用し、卓越した技術を持つ作業員が遠隔地から作業指示を行ったり、各作業員の仕事の進め方のデータが可視化・集約されることで、今まで共有されていなかった価値あるノウハウを、デジタルツインを通じて他社員に継承していくことができます。

　

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デジタルツインを導入するための４ステップ

デジタルツインを導入するためのステップとして以下の4ステップが挙げられます。

　

• ①データ収集
• ②モデル作成
• ③システム構築
• ④シミュレーション・最適化

　

それぞれのステップについてわかりやすく紹介していきます。

①データ収集

1つ目のステップは、データ収集です。デジタルツインは収集データをもとにシミュレーションを行います。既存のデータの中から必要なデータを特定し、新たに必要なデータを収集する方法を検討し、その後、IoT機器などを通じてデータの収集を実施します。

　

精度の高い分析・シミュレーションを行うためには、様々なデータを収集し統合していくことが必要であり、いかにデータを集め整理するかが鍵となってきます。

②モデル作成

2つ目のステップは、モデル作成です。収集データをもとに、現実世界の環境をデジタル上で再現するための作業をする工程です。完全に現実世界を再現するためには、目に見える3Dモデルだけでなく、現実世界の気温や設備の状況など様々なデータを取り込み、複合的なモデルを作っていくことが必要になります。

③システム構築

3つ目のステップは、システム構築です。作成したモデルをデジタルツインのシステムとして運用できるようにする工程です。3Dモデルを扱う専門ツールはAutodesk やBlender、Unreal Engineなど様々ありますが、企業の現場担当者がこれらすべてに習熟することは難しいと想定されます。

　

そこで、NVIDIA Omniverseなどのデジタルツインプラットフォームを活用することで、3Dモデルをリアルタイムに共有・閲覧・編集することが可能となり、シームレスな運用とパフォーマンスの強化を実現できます。

④シミュレーション・最適化

4つ目のステップは、シミュレーション・最適化です。構築したシステムで製品設計や生産プロセスのシミュレーションを行い、実際の設計や業務プロセスの改善を図っていく工程です。

　

現実世界の状況やプロセスをモデル化し、様々なシナリオでシミュレーションを行うことで、業務課題に対する最適な解決策を導き出すことができます。

企業がデジタルツイン活用で成果を上げるための５つのポイント

企業がデジタルツイン活用で成果を上げるためのポイントとして以下の５つが挙げられます。

　

• ①最先端の市場動向・ノウハウのキャッチアップ
• ②活用目的の明確化と骨太な戦略策定
• ③目的から逆算したシンプルなモデル設計
• ④アジャイルアプローチによるプロジェクトの推進
• ⑤強力な開発・運用体制の構築

　

それぞれについて分かりやすく紹介していきます。

①最先端の市場動向・ノウハウのキャッチアップ

１つ目のポイントは、最先端の市場動向・ノウハウのキャッチアップです。

各領域における先進的なデジタルツイン活用事例をキャッチアップし、自社が取り組むべき活用方法や成果に繋がる活用のポイントを抑えた上で活用に着手しましょう。

　

デジタルツイン活用には取り組むのに一定の予算や工数が必要となるため、自社にとって重要な最新動向や活用のノウハウを抑えておくことが、成功確度の高い戦略・企画立案の大前提となります。

②活用目的の明確化と骨太な戦略の立案

２つ目のポイントは、デジタルツインを活用する目的の明確化と骨太な戦略の策定です。

現在デジタルツイン活用に取り組む企業には、デジタルツイン活用によって解決したい課題・目的を明確にしないまま取り組みが進んでしまっている企業が見受けられます。

その結果、活用のPDCAが回らないなど大きな効果に繋がらないという結果に終わってしまいます。

　

自社の経営課題を踏まえ、「活用によりどのような経営課題を解決したいのか？」「課題解決の打ち手としてなぜデジタルツインではないといけないのか？」といった明確な活用目的を整理した上で、中長期で目指す事業の姿や自社の強みの活用の仕方などの実現に向けた戦略を立案しましょう。

③目的から逆算したシンプルなモデル設計

3つ目のポイントは、目的から逆算したシンプルなモデル設計を行うことです。

デジタルツイン利用の目的から逆算されたミニマムのモデル設計が行えないと、現実世界を忠実に再現するために必要な莫大なデータが必要となり、そのデータの収集にかかるリソース不足によって企画倒れとなってしまう懸念があります。また、過剰なデータ分析や複雑なモデル構築により、シミュレーションに非常に時間がかかる可能性もあります。

　

そのため、まずは目的を明確にし、必要なデータの種類と粒度を定義してシンプルなモデルを構築することが重要です。それがクリアできた上でより高度化されたモデルに移行していきましょう。

④アジャイルアプローチによるプロジェクトの推進

４つ目のポイントは、アジャイルアプローチによるプロジェクトの推進です。

デジタルツインは今後大きな成長が予想されているものの、いまだ成長期にあり、様々な業界の企業が最適な活用を模索している段階にあります。

　　

そのため、計画と実行のプロセスを短いスパンで回し、仮説立案・実行・検証・施策立案のサイクルを何度も繰り返すことが、プロジェクトを机上の空論で終わらせないために重要です。

⑤強力な開発・運用体制の構築

５つ目のポイントは、強力なデジタルツイン開発・運用体制の構築です。

迅速な意思決定を可能にするとともに、高いスケーラビリティを実現するデジタルツインの開発・運用を実施しましょう。

　

デジタルツインの開発・運用には幅広い領域の知見や技術スタックが求められるため、外部のベンダーなどを活用し、不足するケイパビリティやリソースを補完することも有効です。

　

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企業のデジタルツイン活用における５つの課題・注意点

デジタルツイン活用における課題・注意点として主に以下の5つが挙げられます。

　

• ①高い予測・シミュレーション精度の実現
• ②既存システム・データとの連携
• ③テクノロジー人材の育成・確保
• ④導入・運用コストの大きさ
• ⑤セキュリティ・プライバシーリスクの発生

　

それぞれの課題・注意点についてわかりやすく解説していきます。

①高い予測・シミュレーション精度の実現

1つ目の課題は、高い予測・シミュレーション精度の実現です。デジタルツインの導入にあたって、大量かつ高品質なデータの収集が必要になります。センサーなどで取得したデータの量と質が不十分の場合、モデルの精度が低下し、不正確な予測をしてしまう可能性があります。

　

また、デジタルツインは対象が限定的であれば効果を期待できる反面、モニタリングされていない周辺環境との相互関係を観測・予測することは困難です。関連データを漏れなく収集するには技術的なハードルが高いという現状もあります。

②既存システム・データとの連携

2つ目の課題は、既存システム・データとの連携です。既存システムやデータが様々な形式・規格で存在する場合、それらを連携・統合するためには決して簡単ではないデータの標準化が必要です。また、従前のシステムを運用している場合、新たなシステムとの互換性が低い場合があり、デジタルツインへと統合する上で大きな課題となる可能性があります。

③テクノロジー人材の育成・確保

3つ目の課題は、テクノロジー人材の育成・確保です。デジタルツインはIoTテクノロジーの活用を前提としたソリューションであり、ユーザー側の体制・導入方法次第で十分な効果を発揮できない可能性があります。

　

そのため、デジタルツインの技術とその使い方を理解できるテクノロジー人材の確保が必須となりますが、そのような人材の育成・確保は難しい現状があります。

④導入・運用コストの大きさ

4つ目の課題は、導入・運用コストの大きさです。デジタルツインの構築にあたっては、リアルタイムでのデータのモニタリングを可能とするための、センサーなどのIoT機器や、データ分析・処理を担うAIシステムの構築・メンテナンスが必要であり、大きなコストが想定されます。

　

そのため、デジタルツインの導入に当たっては、導入・運用コストに対して十分なリターンを得られるかどうか十分に検討した上で導入する必要があります。

⑤セキュリティ・プライバシーリスクの発生

5つ目の課題は、セキュリティ・プライバシーリスクの発生です。デジタルツインは大量かつセンシティブな取り扱いが必要なデータを扱うため、不適切なセキュリティ管理は情報漏洩のリスクを高め、企業の評判や法的責任を問われる可能性があります。

　

例えば、医療において患者個人のデータを利用し、デジタルツインを再現し、治療方法の効果をシミュレーションする場合には、非常にセンシティブな個人情報を取り扱うことになるため、情報セキュリティにはより注意が必要です。

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