数字孪生在建筑工程行业的应用探索

据统计，全国建筑业增长值在GDP增长中所占比重连续十年保持在6.85%以上，其支柱产业的地位依然保持。但是我国建筑业产值利润率已连续五年下滑，部分原因是其生产方式粗放、信息化水平不高、科技创新能力不足等。在发展数字经济战略下，数字孪生建筑成为行业发展的必然趋势。

数字孪生在建筑工程行

北京智汇云舟科技有限公司成立于2012年，专注于创新性的“视频孪生（实时实景数字孪生）”技术研发与应用。公司依托自研三维地理信息引擎（3DGIS），融合建筑信息模型（BIM）、视频监控（Video）、人工智能（AI）及物联网（IOT）等多种技术，并在此基础上推出了“云舟披萨”低代码PaaS开发平台、实景孪生虚实融合一体机、行业解决方案等多个系列的产品。

凭借领先的技术基础，智汇云舟持续助力建筑行业数字化转型，以及推动产业协作的数字化升级。公司先后参与了许多重点项目建设，应用领域涉及智慧城市、智慧园区、数字乡村、工业制造、轨道交通、军工、雪亮工程（平安城市）、司法监管、应急指挥、学校、医院、水利、电力等全行业场景。

数字孪生在建筑工程行

一、数字孪生建筑的关键技术

1、在线数字仿真技术

数字孪生通过将物理模型转化为数字模型的方式来模拟现实世界。基于数字孪生的仿真可对虚拟对象进行分析、预测及诊断等操作，并将仿真结果实时反馈给物理对象并对其进行优化和决策。因此，仿真是构建数字孪生体、实现数字孪生体与物理实体有效闭环的关键技术。

2、多源数据融合技术

以地理信息系统(GIS)数据、物联网(IoT)数据、行业基础知识库数据等为数据源，利用机器自主学习、深度学习算法，对时空大数据进行自动识别、数据挖掘及三维重建，为海量数据赋予空间特性，构建全息数字空间。

3、多尺度建模技术

以应用场景为导向，基于不同精度标准还原较大规模城市及区域场景，能够实现大规模环境下的多尺度建模。融合GIS数据、IoT数据及行业数据，生成多尺度数据融合标准，以此标准为依据，自定义不同层级呈现的数据主题，通过人、事、地、物全要素的多尺度建模，完成物理模型与数字模型的分层次相互映射。

数字孪生在建筑工程行

4、三维可视化技术

三维视频可视化技术是基于数字孪生引擎、3DGIS技术、视频融合技术，多层次实时渲染复杂三维场景，从宏观的城市场景到精细布局的微观细节，支持三维场景全域可远观、可漫游，实现对空间地理数据的三维动态表达，等比例还原物理场景，实现多元一体化。

二、数字孪生建筑应用展示

以建筑工程施工管理为例，对数字孪生在建筑工程领域的应用场景进行展示。

通常在建筑设计和施工阶段，会出现图纸、文件和注释等大量文件，在施工后想要维护和查找这些文件既耗时又费力。而数字孪生应用于建筑领域后，建筑数字孪生体是一个有别于传统意义的数据库或示意图，它可以动态、实时地记录数据和信息。数字孪生可以发挥枢纽作用来整合海量异构多源数据，通过融合多源数据优化实体建筑性能。

在设计阶段，根据设计方案中的理论模型建立建筑信息模型(BIM)，通过CAE分析技术构建理论CAE分析模型，运用BIM和CAE对施工进行模拟并选择最优施工方案，从而为施工环节提供技术指导。

在施工阶段，通过数字孪生技术，能够将施工场内的平面元素立体直观化，以利于优化各阶段场地的布置。例如：综合考虑不同阶段的场地转换，结合绿色施工中节约用地的理念，避免用地冗余；临水临电、塔吊布置及其动态模拟，实现最优化的塔吊配置；直观展现用地情况，最大化地减少占用施工用地，使平面布置紧凑合理，同时做到场容整洁，道路通畅，符合消防安全及文明施工等相关要求。

数字孪生在建筑工程行

在技术交底阶段，一方面，运用数字化三维可视化技术可以使施工单位建模流程图快速了解工程的总体情况、施工、结构、机电工程和管道布置。特别是那些不便于展现的地下管线等构件，通过BIM能清楚地被显示出来，减小了设计与施工之间的沟通难度，有利于工程的实施与推进。另一方面，运用数字化三维可视化技术可以按照施工计划进行虚拟施工，并且可以模拟各专业施工工艺的关键程序，既有利于熟悉施工程序，又为成本控制、进度控制和质量控制提供可靠的依据。

在运维阶段，数字孪生建筑具有较好的综合分析和预测能力，为预测维修建筑物的智能设施提供了有效的技术支持，是智能建筑物运行与智能系统一体化的主要模式。从构件信息和BIM模型的角度看，数字孪生建筑结构将智能结构体系从模型集成到系统，实现了微观和宏观的集成。