數(shù)字孿生在智慧建筑中的應(yīng)用探索

　　摘要：數(shù)字孿生建筑是指綜合運用BIM、GIS、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、智能控制、系統(tǒng)仿真等數(shù)字孿生技術(shù)，并以實體建筑物為載體的建筑信息物理系統(tǒng)，其核心技術(shù)是BIM模型的創(chuàng)建。以數(shù)字孿生建筑的特點為出發(fā)點，介紹了數(shù)字孿生技術(shù)輔助解決建筑工程項目在設(shè)計、施工、運營、拆除階段的技術(shù)難題和管理難題，以期對實現(xiàn)整個建筑業(yè)的數(shù)字化、在線化和智能化，并最終實現(xiàn)未來建筑的美好愿景具有一定的參考價值。

　　關(guān)鍵詞：數(shù)字孿生；智能建筑；全生命周期；創(chuàng)新應(yīng)用

　　0引言

　　所謂數(shù)字孿生建筑，是指綜合運用BIM、GIS、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、智能控制和系統(tǒng)仿真等數(shù)字孿生技術(shù)，以實體建筑物為載體的建筑信息物理系統(tǒng)，是對建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)各類數(shù)據(jù)進行集成，是物理對象的真實映射。數(shù)字孿生要求信息空間里面的虛擬數(shù)字模型是“寫實”的，是“一種綜合多物理、多尺度模擬的載體或系統(tǒng)，以反映其對應(yīng)實體的真實狀態(tài)”。數(shù)字孿生可以將物理空間里的實時數(shù)據(jù)與虛擬數(shù)字模型緊密聯(lián)系，以描繪相對應(yīng)的實體建筑的全生命周期過程[1]。

　　1數(shù)字孿生建筑的特點

　　（1）可視性。數(shù)字孿生技術(shù)基于BIM模型的三維數(shù)據(jù)進行展示和渲染，實現(xiàn)物理建筑的數(shù)字化展現(xiàn)，達到更好的可視化管理效果。

　　（2）互連性。使用各種互聯(lián)技術(shù)，如物聯(lián)網(wǎng)、5G和大數(shù)據(jù)等，對建筑運行狀態(tài)的充分感知、動態(tài)監(jiān)測，實時記錄建筑的運行情況。

　?。?）控制性。通過人性化的合理的界面與模型實現(xiàn)交互控制，模擬在現(xiàn)實生活中的各類情況，為實際建筑正常運行做好準備，為突發(fā)情況做好預(yù)案。

　?。?）學(xué)習(xí)性。數(shù)字孿生模型可基于前期記錄、交互、模擬的各類數(shù)據(jù)，實現(xiàn)建筑運行模式的機器學(xué)習(xí)，并能夠分析人員的行為模式。

　　2設(shè)計階段：并行設(shè)計，提高效率

　　基于數(shù)字孿生的設(shè)計，主要是應(yīng)用BIM技術(shù)，不同專業(yè)可在數(shù)字孿生協(xié)同平臺進行并行設(shè)計，同時進行建筑、結(jié)構(gòu)和機電等模型的設(shè)計，克服了傳統(tǒng)設(shè)計模式中設(shè)計周期較長，需要嚴格按照專業(yè)先后順序，依次完成建筑設(shè)計、結(jié)構(gòu)、機電等模型的搭建的缺點，大大縮減了設(shè)計周期。同時可以通過基于Web的輕量化協(xié)同平臺，應(yīng)用展示和審核等工具，分別從設(shè)計和施工等人員的角度，對設(shè)計模型提前進行“圖紙會審”[2]，從而在源頭上把控建筑的質(zhì)量。

　　3施工階段：過程控制，無病移交

　　3.1施工場地管理的應(yīng)用

　　通過數(shù)字孿生技術(shù)，能夠?qū)⑹┕鰞?nèi)的平面元素立體直觀化，以利于優(yōu)化各階段場地的布置。例如：綜合考慮不同階段的場地轉(zhuǎn)換，結(jié)合綠色施工中節(jié)約用地的理念，避免用地冗余；臨水臨電、塔吊布置及其動態(tài)模擬，實現(xiàn)最優(yōu)化的塔吊配置；直觀展現(xiàn)用地情況，最大化地減少占用施工用地，使平面布置緊湊合理，同時做到場容整潔，道路通暢，符合消防安全及文明施工等相關(guān)要求。

　　3.2施工現(xiàn)場危險源辨識

　　在數(shù)字孿生模型中，將孔洞、臨邊和基坑等與安全生產(chǎn)相關(guān)的建筑構(gòu)件突出展示，并與施工計劃和施工過程中所需要的各類設(shè)備及資源相關(guān)聯(lián)，共同構(gòu)建數(shù)字孿生建筑知識庫，實現(xiàn)在數(shù)字孿生環(huán)境下基坑及建筑危險源的自動辨識和危險行為的自動預(yù)測。輔助安全管理人員通過數(shù)字孿生環(huán)境預(yù)先識別各類危險源，從重復(fù)性、流程性的工作中解放出來，將更多的時間用于對安全風(fēng)險的評估與措施制定等方面，提前在數(shù)字孿生環(huán)境中進行安全預(yù)控，在施工全過程中保障安全生產(chǎn)。

　　3.3技術(shù)交底

　　一方面，運用數(shù)字化三維可視化技術(shù)可以使施工單位快速了解工程的總體情況、施工、結(jié)構(gòu)、機電工程和管道布置。特別是那些不便于展現(xiàn)的地下管線等構(gòu)件，通過BIM能清楚地被顯示出來，減小了設(shè)計與施工之間的溝通難度，有利于工程的實施與推進。另一方面，運用數(shù)字化三維可視化技術(shù)可以按照施工計劃進行虛擬施工，并且可以模擬各專業(yè)施工工藝的關(guān)鍵程序，既有利于熟悉施工程序，又為成本控制、進度控制和質(zhì)量控制提供可靠的依據(jù)。

　　3.4碰撞檢查

　　傳統(tǒng)的二維設(shè)計有多種工程管線，專業(yè)管線之間相互交叉，施工過程中很難實現(xiàn)緊密的協(xié)調(diào)與配合。運用數(shù)字孿生環(huán)境的碰撞檢測功能，可根據(jù)各專業(yè)管道之間的沖突，設(shè)置無壓管壓力管道和大型管道小型管道，以減小施工難度?？紤]到管道的厚度、管坡、間距，以及安裝、運行和維護所需的空間，結(jié)合工程結(jié)構(gòu)與設(shè)備管道檢測的實用綜合布置圖繪制圖紙，以加快解決所有專業(yè)人員的施工難題。結(jié)合BIM的可視化技術(shù)，模擬施工工藝和施工方法，使現(xiàn)場施工不再單純依靠平面圖紙，不僅提高了施工技術(shù)能力，還能避免因理解不一致等認知偏差而造成的返工現(xiàn)象，從而加快施工進度和提高現(xiàn)場工作效率。

　　4運維階段：變被動維修為主動維護

　　數(shù)字孿生建筑具有較好的綜合分析和預(yù)測能力，為預(yù)測維修建筑物的智能設(shè)施提供了有效的技術(shù)支持，是智能建筑物運行與智能系統(tǒng)一體化的主要模式。從構(gòu)件信息和BIM模型的角度看，數(shù)字孿生建筑結(jié)構(gòu)將智能結(jié)構(gòu)體系從模型集成到系統(tǒng)，實現(xiàn)了微觀和宏觀的集成。

　　5結(jié)語

　　數(shù)字孿生技術(shù)的發(fā)展為智能建筑提供了堅實基礎(chǔ)，是建筑可視化和數(shù)字化的基石。其中，BIM是一個核心引擎，目前得到了建筑界的普遍認可，但還需要經(jīng)過一個較長的磨合期。無論是數(shù)字孿生還是BIM，都是未來建筑業(yè)的總體發(fā)展方向——基于數(shù)字孿生建筑平臺，實現(xiàn)整個建筑業(yè)的數(shù)字化、在線化和智能化，并最終實現(xiàn)未來建筑的美好愿景。

　　參考文獻

　　[1]周瑜，劉春成．雄安新區(qū)建設(shè)數(shù)字孿生城市的邏輯與創(chuàng)新[J].城市發(fā)展研究，2018(10):60-67．

　　[2]李雅婷．BIM技術(shù)在現(xiàn)代建筑工程項目管理中的應(yīng)用研究[J].項目管理技術(shù)，2016(7):52-57．

　　[3]楊一凡．基于BIM的工程項目成本控制分析[D].大連:大連理工大學(xué)，2014．

　　[4]何清華，錢麗麗，段運峰，等．BIM在國內(nèi)外應(yīng)用的現(xiàn)狀及障礙研究[J].工程管理學(xué)報，2012(1):12-16．

　　金明堂

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