Digital Twin Technology in Local Sustainability and Its Impact on Natural Disaster Prevention: The Case of Japan

Öz

Digital twin technology, which is used in many fields, especially in the defense industry, has also been used in disaster management in recent years. When the data of digital twin technology are applied realistically by local governments before disasters, they will be able to examine urban analysis in many dimensions from resource planning to illegal building control. These preparatory studies with the digital twin will enable local governments to intervene quickly and get efficient results during and after disasters. This study was conducted as a compilation of the studies conducted through a literature review. In the study, it is examined how local governments in Japan play a role in disaster management by using digital twin technology. The reason for choosing Japan as an example is that the country has one of the most advanced digital twin systems in the field of disaster management worldwide. The study analyzed academic literature, official documents, reports on disaster policies of local governments and secondary data on the use of technology and aimed to understand how local governments adopt technology. In order to determine the impact of digital twin technology on the establishment of a resilient and smart city in preventing disasters, examples of digital twin applications in Japan were examined. Investigating the benefits and applications of digital twin technology in minimizing the negative effects of natural disasters on the basis of the example of Japan, which has lived with earthquakes and successfully managed this disaster situation, has provided the study with a unique structure. As a result of this study, it has been observed that Japan has successfully applied digital twin technology against earthquakes.

Anahtar Kelimeler

• Local Government
• Local Sustainability
• Natural Disaster
• Digital Twin.

Yerel Sürdürülebilirlikte Dijital İkiz Teknolojisi ve Doğal Afetleri Önlemede Etkisi: Japonya Örneği

Öz

Başta savunma sanayii olmak üzere birçok alanda kullanılan dijital ikiz teknolojisi, son yıllarda afet yönetiminde de kullanılmaktadır. Yerel yönetimler tarafından dijital ikiz teknolojisinin verileri afet öncesi gerçekçi bir şekilde uygulandığı zaman, kaynak planlamasından kaçak yapı denetimine kadar birçok boyutta kent analizlerini inceleyebilecektir. Dijital ikiz ile yapılan bu hazırlık çalışmaları afet sırasında ve sonrasında yerel yönetimlerin olaylara karşı hızlı müdahale etmesini ve verimli sonuçlar almasını sağlayacaktır. Bu çalışma, literatür taramasıyla, yapılan çalışmalardan bir derleme çalışması olarak yapılmıştır. Çalışmada, Japonya'daki yerel yönetimlerin dijital ikiz teknolojisini kullanarak afet yönetiminde nasıl bir rol oynadığı incelenmiştir. Çalışmada, Japonya’nın örnek olarak seçilmesinin nedeni, ülkenin afet yönetimi alanında dünya çapında en gelişmiş dijital ikiz sistemlerinden birine sahip olmasıdır. Çalışmada; akademik literatür, resmi belgeleri, yerel yönetimlerin afet politikalarına ilişkin raporlar ve teknoloji kullanımına dair ikincil veriler analiz edilmiş ve yerel yönetimlerin teknolojiyi nasıl benimsediğini anlamayı amaçlamıştır. Dijital ikiz teknolojisinin, afetleri önlemede dayanıklı ve akıllı bir kentin kurulmasında etkisini belirlemek amacı doğrultusunda Japonya'daki dijital ikiz uygulama örnekleri incelenmiştir. Doğal afetlerin olumsuz etkilerini en aza indirebilme konusunda dijital ikiz teknolojisinin faydalarının ve uygulamalarının deprem ile yaşayan ve bu afet durumunu başarı ile yöneten Japonya örneği temelinde araştırılması, çalışmanın özgün bir yapıda olmasını sağlamıştır. Bu çalışma sonucunda Japonya’nın depremlere karşı dijital ikiz teknolojisini başarılı bir şekilde uyguladığı görülmüştür.

Anahtar Kelimeler

• Yerel Yönetim
• Yerel Sürdürülebilirlik
• Doğal Afet
• Dijital İkiz.

Kaynakça

1. Abdeen, F. N. & Sepasgozar, S. M. (2022). City digital twin concepts: A vision for community participation. Environmental Sciences Proceedings, 12 (1), 19, 1-5.
2. Abigail, F., Neda, M. & John, T. (2019). Smart City Digital Twin–Enabled Energy Management: Toward Real-Time Urban Building Energy Benchmarking, Journal of Management in Engineering, Volume 36, Issue, https://doi.org/10.1061/(ASCE)ME.1943-5479.0000741
3. AFAD. (2014). Açıklamalı afet yönetimi terimleri sözlüğü, T.C. Başbakanlık Afet ve Acil Durum Yönetimi Başkanlığı, ss.216
4. AFAD.(2021).2020 yılı doğa kaynaklı olay istatistikleri,https://www.afad.gov.tr/kurumlar/afad.gov.tr/e_Kutuphane/Istatistikler/2020yilidogakaynakliolayistatistikleri.pdf [03.07.2024].
5. Apillioğulları, L. (2019). “Dijital dönüşüm: akıllı fabrikalar”, Aura Kitapları, İstanbul
6. Ariyachandra, M.F. & Wedawatta, G. (2023). Digital twin smart cities for disaster risk management: a review of evolving concepts. Sustainability 2023, 15, 11910. https://doi.org/10.3390/su151511910
7. Bartholdson, S. & Yon Schreeb, J. (2018). Natural disasters and injuries: what does a surgeon need to know?. Current trauma reports, 4, 103-108.
8. Bthaber.com. (2024). Şehirler, dijital ikiz teknolojisi ile büyüyecek. 7 Mayıs 2024, https://www.bthaber.com/sehirler-dijital-ikiz-teknolojisi-ile-buyuyecek https://www.bagcilar.bel.tr/haber/5600/bagcilar-belediyesi-dijital-sehir-ikizi-surdu

9. BBC. (2011). Japan government announces disaster relief budget [Çevrimiçi], http://www.bbc.co.uk/news/ business-13167014, [Erişim tarihi: 19.04.2024].
10. Boschert, S. & Rosen, R. (2016). “Digital twin-the simulation aspect”, mechatronic futures, Springer, Cham, ss.59-74
11. Bulut, Y. & Aslan M. (2022). Doğal afetlere karşı dirençli kentler oluşturmaya ilişkin yenilikçi yaklaşımlar: akıllı kent uygulamaları üzerine bir inceleme, Dirençli Şehirler İçin Vizyoner Yönetimi, (Editör Prof. Dr. Hamza Ateş,ss. 9-24)
12. Bulut, Y., & Aslan, M. M. (2024). Kentsel Hizmetlerin Etkinliğine Yönelik Bir Öneri: Metaverse Entegrasyonlu Uygulamalar. Ombudsman Akademik(19), 55-76.
13. Campbell, M.M. (2015). Digital twins made tangible: the bike example, https://www.iscoop.eu/internet-of-things-guide/industrial-internet-things-iiot-saving-costs-innovation/digitaltwins/#Digital_twins_made_tangible_the_bike_example, (Erişim Tarihi: 05. 06. 2024).
14. Centre for Digital Built Britain. 2024). National digital twin programme|centre for digital built britain. https://www.cdbb.cam.ac.uk/what-we-do/national-digital-twin- programme (Erişim tarihi 20 .06. 2024).
15. Chavez L. G. (2012). “Government insurance risk pool: a lifesaver or learning to swim?”, communication presented at the 15th World Conference on Earthquake Engineering, Lisbon.
16. Cheng, R.; Hou, L.& Xu, S. A (2023). Review of Digital Twin Applications in Civil and Infrastructure Emergency Management. Buildings 13, 1143. https://doi.org/10.3390/buildings13051143
17. Christy, P. (2017). “Prepare for the Impact of digital twins”, https://www.gartner.com/smarterwithgartner/preparefor-the-impact-of-digital-twins/. ss.1-15 Yayınlanma Tarihi: Eylül 2017. Erişim Tarihi: 12.06.2024).
18. Çalışma Sosyal Güvenlik Bakanlığı. (2024). Kentsel- kırsal nüfus oranı. 6 Mayıs 2024, https://cevreselgostergeler. csb.gov.tr/kentsel---kirsal-nufus-orani-i-
19. Çevre Şehircilik ve İklim Değişikliği Bakanlığı. (2024). Şehirlerin "dijital ikizi" ile afetlere önlem alınacak, https://www.csb.gov.tr/Sehirlerin-Dijital-İkizi-İle-Afetlere-Onlem-Alinacak-Bakanlik-Faaliyetleri-29645, (Erişim Tarihi: 05.06.2024)
20. Çiçek, Y. (2014). Geçmişten günümüze Türkiye’de yerel yönetimler. KSÜ Sosyal Bilimler Dergisi, 11 (1), 53-64.
21. Çubukcu Z., Memiş L. & Babaoğlu. C. (2024). Digital twin technology in emergency and disaster management of smart cities: potentials and ımplementations, TYB Akademi Sayı 40, ss. 9 - 24
22. Dassault Systèmes (2022). Rennes metropole. https://www.3ds.com/insights/customerstories/rennes-metropole (Erişim Tarihi: 08.07.2024)
23. Dembski, F., Wössner, U., Letzgus, M., Ruddat, M., & Yamu, C. (2020). Urban digital twins for smart cities and citizens: The case study of Herrenberg, Germany. Sustainability, 12(6), 2307. 1-17.
24. EM-DAT (2014) EM-DAT database advansed search, [Çevrimiçi], http://www.emdat.be/advanced_ search/index.html, [Erişim tarihi: 19.03.2024].
25. EM-DAT (2015a) EM-DAT database advansed search, [Çevrimiçi], http://www.emdat.be/advanced_ search/index.html, [Erişim tarihi: 19.04.2024].
26. EM-DAT. (2015b) Result for country profile, [Çevrimiçi], http://www.emdat.be/result-country-profile, [Erişim tarihi: 19.01.2024].
27. EM-DAT (2017) EM-DAT database advansed search, [Çevrimiçi], http://www.emdat.be/advanced_ search/index.html, [Erişim tarihi: 21.05.2024].
28. EM-DAT (2022). Disaster in numbers, https://www.emdat.be/publications/ [Erişim tarihi: 11. 06. 2024]
29. Ertan, B. (2004). Demokrasi ve yerel yönetimler. Çağdaş Yerel Yönetimler, 11 (1), 22-30.
30. Esen, A. (2023). Dirençli şehirler oluşturma ve afet zararlarını azaltmada kamu yönetiminin yeri. Avrasya Dosyası Dergisi Cilt 14 (Sayı 1): 8-88, İstanbul.
31. Ford, D. & Wolf M. C. (2020) Smart Cities with Digital Twin Systems for Disaster Management, ASCE, DOI: 10.1061/(ASCE)ME.1943-5479.0000779, , https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.
32. Garcia, J. M., Toril, J. U., Real, J. L. R. & Valenciano, J. P. (2019). Sustainable local development: an overview of the state of knowledge. Resources, 8 (1), 1-18.
33. Glaessgen, E. & Stargel, D. (2012). “The Digital twin paradigm for future NASA and U.S. air force vehicles”, 53. AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics and Materials Conference, Honolulu, Hawa, ss.1-14
34. Göver, İ. H. (2023). Türkiye ve Japonya’nın deprem gerçekliği: Karşılaştırmalı bir analiz. Mevzu–Sosyal Bilimler Dergisi, (10), 279-323.
35. Grieves, M. (2014). “Digital twin: manufacturing excellence through virtual factory Replication”, Working Paper, ss1-7
36. Hekimci, F. (2015). Sürdürülebilir yerel kalkınma ve yavaş şehirler. Verimlilik Dergisi, 4, 77-112.
37. Işık Ö., Aydınlıoğlu H.M., Koç S., Gündoğdu O., Korkmaz G. & Ay A., (2012). Afet yönetimi ve afet odaklı sağlık hizmetleri, Okmeydanı Tıp Dergisi, 28(2), 82-123.
38. Japan Earthquake Reinsurance. (2014) Introduction to Eartquake Reinsurance in Japan Annual Report 2014, Japan Earthquake Reinsurance Co. Ltd.
39. Ioppolo, G., Cucurachi, S., Salomone, R., Saija, G., & Shi, L. (2016). Sustainable local development and environmental governance: A strategic planning experience. Sustainability, 8 (2), 180, 1-16.
40. Indıgo. (2024). Depremle mücadelede dijital ikiz teknolojisi: Türkiye Japonya’nın yol haritasını izleyebilir mi?, https://indigodergisi.com/2024/01/depremle-mucadelede-dijital-ikiz-teknolojisi/, Erişim Tarihi: 08.07.2024
41. Kadıoğlu M. (2011). Afet Yönetimi beklenilmeyeni beklemek, en kötüsünü yönetmek, T.C. Marmara Belediyeler Birliği Yayını, 219 ss.
42. Karakuzulu, Z. (2010). Sürdürülebilir Kentler ve Kasabalar: Yerel Gündem 21 ve Bursa Örneği. Türkiye Coğrafyası Araştırma ve Uygulama Merkezi VI. Ulusal Coğrafya Sempozyumu Kitabı, 397-406.
43. Keidanren. (2025). Japan Business Federation, Policy Proposals Industrial Technology, https://www.keidanren.or.jp/en/policy/2018/095.html
44. Keleş, R. (2012). Yerinden yönetim ve siyaset. İstanbul, Cem Yayınevi.
45. Kumaş, E. & Erol, S. (2021). Endüstri 4.0’da anahtar teknoloji olarak dijital ikizler. Politeknik Dergisi, 24(2), 691-701
46. Kusakabe, E. (2013). Advancing sustainable development at the local level: The case of machizukuri in Japanese cities. Progress in Planning, 80, 1-65.
47. Kitain, L. (2018). Digital twin - the new age of manufacturing.https://medium.com/datadriveninvestor/digital-twin-the-new-age-of-manufacturing d964eeba3313 Erişim tarihi: 05.06.2024
48. Landvault & Moates C.(2024). Digital twins for disaster prevention blog information, https://landvault.io/blog/digital-twins-for-disaster-prevention
49. Levine, N.M.& Spencer, B.F. (2022). Post-Earthquake Building Evaluation Using UAVs: A BIM-Based Digital Twin Framework. Sensors, 22, 873. https://doi.org/10.3390/s22030873
50. Lu, Y.& Lu R (2020). Rebuilding resileient homeland: an NGO-led pst- lushan earthquake experimental reconstruction program. Nat Hazards. 104:853-882
51. Lu, X.; Wang, H.; Huang, M. (2014). Upper bound solution for the face stability of shield tunnel below the water table. Math. Probl. Eng.
52. Obi, T. & Iwasaki. N. (2021). International Conference on ICT for Smart Society (ICISS). IEEE Publisher, ISBN:978-1-6654-1697-9 ss.1-4
53. OECD (2008) Financial Management of Large-Scale Catastrophes no.12.
54. Oktay, T. (2020). 1920-2020 Döneminde Türkiye’de Belediyelerin Gelişimi. Medeniyet Araştırmaları Dergisi, 5(2), 171-223.
55. Özkaya, S.G. (2023) Endüstri 5.0 Konseptinde Şehirlerin Dijital İkizlerinin Oluşturulması (Vaka: Erzurum Olur İlçesi Betonarme Bina). Mühendislik Alanında Uluslararası Araştırmalar
56. Özüdoğru, B. A. (2023). 2023 yılında gerçekleşen Kahramanmaraş merkezli depremin etkileri ve politikaöneriler,https://www.tepav.org.tr/upload/files/16854357261.2023_yılında_gerceklesen_kahra manmaras_merkezlı_depremının_etkılerı_ve_polıtıka_onerılerı.pdf
57. Park, S., Lee, S. & Kim, M. S. (2018). Design and ımplementation of a smart ıot based building and town disaster management system in smart city ınfrastructure Appl. Sci. 2018, 8(11), 2239 ss.1-27; https://doi.org/10.3390/app8112239
58. Patrick, B. (2018). Meet Boston’s digital twin. Web adresinden 22 Kasım 2024 tarihinde erişildi: https://www.esri.com/about/newsroom/blog/3d-gis-boston-digital-twin/
59. Rayes A. & Salam S. (2017). “Internet of things from hype to reality the road to digitization”, Springer Nature, Switzerland.ss.1-393
60. Riaz, K., McAfee, M. & Gharbia, S.S.(2023). Management of Climate Resilience: Exploring the Potential of Digital Twin Technology, 3D City Modelling, and Early Warning Systems. Sensors, 23, 2659. https://doi.org/10.3390/s23052659
61. Salvia, A. L., Leal Filho, W., Brandli, L. L., & Griebeler, J. S. (2019). Assessing research trends related to sustainable development goals: Local and global issues. Journal of cleaner production, 208, 841-849.
62. Sezer, Ö., & Vural, T. (2010). Kamu hizmetlerinin sunumunda devletin değişen rolü ve merkezi yönetim ile yerel yönetimler arasında yetki ve görev paylaşımı. Maliye Dergisi, 159, 203-219.
63. Shafto, M., Conroy, M., Doyle, R. & Glaessgen, E. (2010). “DRAFT modeling, simulation, information technology & processing roadmap”. Technology Area 11. ss.1-32 http://www.nasa.gov/pdf/501321main_TA11-MSITP-DRAFT-Nov2010-A1.pdf (Erişim:05.06.2024)
64. Shahat, E., Hyun., C. T., & Yeom, C. (2021). City digital twin potentials: a review and Research Agenda. Sustainability, 13(6), 2-20.
65. Siemens. (2015). The digital twin. retrieved from: http://www.siemens.com/customer-magazine/en/ home/industry/digitalization-in-machine-building/the-digital-twin.html
66. Snyder, H. (2019). Literature review as a research methodology: An overview and guidelines. Journal of Business Research, 104, 333-339.
67. Toyama, M. & J. Sagara (2013) Measuring the cost-effectiveness of various DRM Measures.
68. United Nations Office for Disaster Risk Reduction (UNDRR). (2020). Human Cost of Disasters: An Overview of the Last 20 Years 2000–2019. Human Cost of Disasters; United Nations Office for Disaster Risk Reduction: Geneva, Switzerland
69. Walker, R. M., & Andrews, R. (2015). Local government management and performance: A review of evidence. Journal of public administration research and theory, 25 (1), 101-133.
70. Wang Y.C, Liu, A & Tao, F. (2020) Digital twin driven conceptual design. Digital Twin Driven Smart Design. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-818918-4.00002-6 ss.1-36
71. Yiğit, İ. O. (2023), Dijital ikiz teknolojisi ve katma değerli uygulama alanları, 20 Nisan 2024, https://tr.linkedin.com/pulse/dijital-ikiz-teknolojisi-ve-katma-de%C4%9Ferli-uygulama
72. Yalçın, A. & Yalçın, S. (2013). Sürdürülebilir bir yerel kalkınma için cittaslow hareketi bir model olabilir mi?. Sosyal ve Beşeri Bilimler Dergisi, 5 (1), 32-41.
73. Yıkıcı, A. (2022). Dijital ikiz şehir fenomeni: Dünya’dan örnekler ve Türkiye’deki yönelimler. Kent Akademisi Dergisi, 16 (1), 138-163.
74. Yolcu, F. S., & Ozan, M. S. (2024). Teknoloji Tabanlı Karar Alma Modeli Olarak Yapay Takdir Yetkisi: Türk Kamu Yönetimi İçin Bir Değerlendirme. Bingöl Üniversitesi İktisadi ve İdari Bilimler Fakültesi Dergisi, 8(2), 165-183.
75. Yu D. & He Z. ( 2022). Digital twin-driven intelligence disaster prevention and mitigation for infrastructure: advances, challenges, and opportunities, Springer Science and Business Media LLC, № 1, p. 1-36
76. Zhuang C., Liu J. & Xiong H. (2018). “Digital twin-based smart production management and control framework for the complex product assembly shop-floor”. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 96: ss.1149–1163