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数字孪生技术在建筑行业的应用详情分析

互联网 diligentman 2周前 (01-11) 10次浏览

       世界知名分析机构Gartner公布的2019年十大战略性技术发展趋势,这些发展趋势并非概念技术,而是已经有了关键性的突破,将发展成更广泛的应用,其高度波动性在未来五年内将达到临界点。

       这些发展趋势中包含人工智能、数字孪生、边缘计算、量子计算、沉浸式技术、区块链、智能空间等,同时这些技术之间的关联愈来愈密切。由此可见数字孪生是当前的热门概念,在建筑领域,BIM是创建和运用“数字孪生”的工具

       想象一个场景,一个全数字化的建筑样品,里边的每一个房间结构全部都是用户定制的,每根管线的衔接都堪称完美,每一个构件都精确到毫米以下……依照样品数据预制构件,再工业化组装,然后诞生出一模一样的实体建筑,装满了传感器,自动采光、自动温控、自动调节灯光。

一、什么是数字孪生

数字孪生技术在建筑行业的应用详情分析

       数字孪生的概念最初是由密西根大学的MichaelGneves教授在其2002年发表的一篇文章中提出的。当前,针对数字孪生的通用定义为:充分运用物理模型、传感器更新、运行历史等数据,集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真全过程,在虚拟空间中实现映射,进而反映相对应的实体装备的生命周期全过程。

       具体来说我们可以用投影的方式来阐述:数字孪生比喻为“投影­­­­”,它根据仿真技术采集现实世界中物理模型的各类数据,根据这些数据在显示屏上映射出一个和该物品一模一样的数字体。不但如此,我们还能根据这“投影”实时观测数字实体的运行状况,监控等各类运行参数,并根据大量的数据累积结合人工智能对虚拟世界进行更深一层的模拟预演,预演结果最终对现实世界反馈,这就是该技术的价值所在。

二、数字孪生建筑的特征

数字孪生技术在建筑行业的应用详情分析

       世界知名的未来学家ThomasFrey预测分析,到2022年,85%的物联网平台将运用某种数字孪生技术进行监控,少数城市将率先运用数字孪生技术进行智慧城市的管理。数字孪生建筑具备四大特性:精准映射、虚实交互、软件定义、智能干预。

1、精准映射

       数字孪生建筑根据各层面的传感器布设,实现对建筑的全方位数字化模型,以及对建筑运行状态的充分感知、动态监测,形成虚拟建筑在信息维度上对实体建筑的精准信息表达和映射。

2、虚实交互

       未来数字孪生建筑中,在建筑实体空间可观测各类痕迹,在建筑虚拟空间可搜索各类信息,建筑规划、建设以及民众的各类活动,不仅在实体空间,而且在虚拟空间得到极大扩充,虚实融合、虚实协同将定义建筑未来发展新模式。

3、软件定义

       数字孪生建筑针对物理建筑创建相对应的虚拟模型,并以软件的方式模拟建筑人、事、物在真实环境下的行为,通过云端和边缘计算,软性指引和操控建筑的电热能源调度等。

4、智能干预

       通过在“数字孪生建筑”上设计规划、模拟仿真等,将建筑可能会发生的不良影响、矛盾冲突、潜在危险进行智能预警,并出示合理有效的对策建议,以未来视角智能干预建筑原有的发展轨迹和运行,进而指引和优化实体建筑的规划、管理,改善服务。

三、数字孪生面对的困境

数字孪生技术在建筑行业的应用详情分析

       整体来说,数字孪生技术还处于初期阶段,数字孪生技术需要进行全域感知、运行监测,并融合历史积累数据进行运算,还要做到快速及时地输出信息,首先是高度依赖传感器所采集的数据和信息。

       在数据的感知方面,在当前的技术水平来看,在工厂中对机器的精准的全域感知仍然有难度,更不要说其他领域了。物理实体的数据不够详细,因此数字副本也会有一定的缺失,这就会导致数字副本得到的预测和判断有偏差,这个问题的解决需要芯片、传感器、物联网等技术进步。

       其次软件上,需要更为先进的算法,各类软件的融合,比如说运用人工智能、边缘计算等技术,对数据进行更为快速的分析处理,进行可视化呈现。

       当前数字孪生技术的瓶颈来源于各个方面,还难以大规模普及运用,但它能够为工业制造、未来生活带来无限的可能。伴随着其他技术的发展,数字孪生将有更多的想象空间。

四、当前建筑行业的数字孪生

数字孪生技术在建筑行业的应用详情分析

       数字孪生建筑对建筑产业将产生不容忽视的冲击力,是整个建筑行业转型升级的核心引擎,当然了,数字孪生建筑的推进绝不是一个企业能够完成的,这必定是一个行业多方共同构建的平台,基于数字孪生建筑平台实现整个建筑行业的数字化、在线化、智能化,并最终实现未来建筑的美好愿景。

       当前的BIM作为数字孪生在建筑行业的应用,也得到了很大的应用价值。不过还需要很长一段时间的磨合,毕竟像工业这么标准化的产品,数字孪生都有着重重困难,更何况是每个复杂的建筑。不过长远来说,科技会慢慢改变建筑行业,无论是数字孪生,还是BIM,都是未来的大方向。

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