五维而智：假作真时真亦假，数字孪生 in 建筑

前言

数字孪生，是实现五维智慧建筑的第一步。从2002年以来，其概念就被各个行业的专家完善更新沉淀。随着IoT技术、大数据、数据驱动分析和机器学习等技术的落地，虽然过去数字孪生技术主要广泛使用在制造业中，但在建筑智能化领域也开始兑现的其深厚应用潜力，有望彻底改变建筑物所有者和运营商的结构、维护和分析建筑物中资产和其拥有者使用的方式。

建筑中的数字孪生

数字孪生技术将现实世界的人，事，物进行数字化，在物理维度和数字维度相互映射，从而建立了一整套可编辑对象的框架。在这个框架下，现实中各种目的的资产、流程、人员、场所、系统和设备通过数字化的形式展示其整个生命周期中的运行动态。数字孪生不仅描述了实际事物的过去和现在，也将预测现实事物的未来。对于新建建筑，建筑师笔下的数字孪生先于物理世界的“兄弟”出生。随着图纸和方案的变化，数字孪生能不断迭代更新，不但能够模拟建筑物中气流组织和房间耗能这些固有的物理量，还能够评估建筑在大环境下的影响和产出，比如周边的交通情况。而对于既有建筑，数字孪生后于物理孪生诞生。数字初版使用的是非常粗略的近似值，更类似于实际建筑的“孩子”。而随着数据采集量的不断增加，两者逐渐的变为“孪生兄弟”。

数字孪生

Digital Twin or BIM ?

在建筑领域，数字孪生绕不开的一个词便是BIM。建筑信息建模作为建筑设计与项目交付的方法或者理念，能比传统的图纸更好地团结项目中不同的利益方。尽管与数字孪生类似，都建立了一个可视化的3D模型，但BIM的着力点在于建筑的设计和施工阶段，而对于交付后的运行维护则只能提供有限的支持。对于数字孪生来说，模型不只限于三维的呈现——它是可交互的，能够在每日建筑的运维的数据输入中，实时反映建筑的实际情况并为之后的决策提供支持。从某种意义上来说，数字孪生在建筑上的应用如同是BIM在逻辑上的衍生。当后者在全生命周期上创建虚拟模型的时候，则已经将数字孪生所需要的许多信息收集起来，为数字孪生的建立提供了良好的基础。而随着接入来自传感器的实时数据，数字孪生模型将基于当前的运行条件进行实时分析。例如监测单元截取可能出现运行风险的异常参数数据，将其传送到“故障检测与诊断(FDD)”单元;结合参数属性，FDD单元调取专家数据库的相应算法，进行深度分析，得出故障分析结果;对需要采取维护工作的事件，维护单元会根据规则库给出提示和实施建议，再结合例如天气参数、负荷预测、能源价格等各种其他关联因素的基础上，为建筑内的设备或系统下达最优指令。如果说BIM聚焦于建筑本身不断细分的系统的集成，那么数字孪生作为交流工具，能够改善项目规划流程，通过复杂信息的可视化，专家和非专业人士可以在城市规划过程中更有效地进行互动。

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数字孪生赋能建筑体验

在建筑领域中，从概念构想到信息可视化再到规模逐渐增长的服务和管理，数字孪生技术积极影响着整个价值链中的建筑物建设运营和决策支持。目前数字孪生技术已经在组织层面上对商业房地产建筑产生了巨大影响，对于建筑使用者，他们拥有了更好的数字化体验，提升了在建筑内的工作效率。设施运维人员则可以更方便的监管能耗、设备，并分析运行流程落实情况。而楼宇的整体运营有效性则更好的其资产持有者传达，并向外界直观展示。在其他案例中，住宅建筑中的住户可以通过数字孪生技术对自己所处环境拥有更多的控制权，医疗建筑中的数字孪生可以协助医护人员实时掌握患者的健康状况，机场在数字孪生技术的帮助下则可以未雨绸缪确保停机坪的安全。

结语

随着数字孪生在建筑业的不断渗透，在安全，效率以及经济等方面将会有长足的发展。当人、科技与空间之间一种新的关系、新的和谐被创造，那么建筑将超越物理边界，实现全局产出的五维智慧建筑。

Ref:
Applying Digital Twns to the Built Environment - Johnson Controls
五维智慧建筑白皮书 - 江森自控
Digital Twins vs. Building Information Modeling (BIM) - https://www.iotforall.com/digital-twin-vs-bim