前言
數(shù)字孿生，是實現(xiàn)五維智慧建筑的第一步。從2002年以來，其概念就被各個行業(yè)的專家完善更新沉淀。隨著IoT技術(shù)、大數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)驅(qū)動分析和機器學(xué)習(xí)等技術(shù)的落地，雖然過去數(shù)字孿生技術(shù)主要廣泛使用在制造業(yè)中，但在建筑智能化領(lǐng)域也開始兌現(xiàn)的其深厚應(yīng)用潛力，有望徹底改變建筑物所有者和運營商的結(jié)構(gòu)、維護(hù)和分析建筑物中資產(chǎn)和其擁有者使用的方式。
建筑中的數(shù)字孿生
數(shù)字孿生技術(shù)將現(xiàn)實世界的人，事，物進(jìn)行數(shù)字化，在物理維度和數(shù)字維度相互映射，從而建立了一整套可編輯對象的框架。在這個框架下，現(xiàn)實中各種目的的資產(chǎn)、流程、人員、場所、系統(tǒng)和設(shè)備通過數(shù)字化的形式展示其整個生命周期中的運行動態(tài)。數(shù)字孿生不僅描述了實際事物的過去和現(xiàn)在，也將預(yù)測現(xiàn)實事物的未來。對于新建建筑，建筑師筆下的數(shù)字孿生先于物理世界的“兄弟”出生。隨著圖紙和方案的變化，數(shù)字孿生能不斷迭代更新，不但能夠模擬建筑物中氣流組織和房間耗能這些固有的物理量，還能夠評估建筑在大環(huán)境下的影響和產(chǎn)出，比如周邊的交通情況。而對于既有建筑，數(shù)字孿生后于物理孿生誕生。數(shù)字初版使用的是非常粗略的近似值，更類似于實際建筑的“孩子”。而隨著數(shù)據(jù)采集量的不斷增加，兩者逐漸的變?yōu)椤皩\生兄弟”。
Digital Twin or BIM ?
在建筑領(lǐng)域，數(shù)字孿生繞不開的一個詞便是BIM。建筑信息建模作為建筑設(shè)計與項目交付的方法或者理念，能比傳統(tǒng)的圖紙更好地團(tuán)結(jié)項目中不同的利益方。盡管與數(shù)字孿生類似，都建立了一個可視化的3D模型，但BIM的著力點在于建筑的設(shè)計和施工階段，而對于交付后的運行維護(hù)則只能提供有限的支持。對于數(shù)字孿生來說，模型不只限于三維的呈現(xiàn)——它是可交互的，能夠在每日建筑的運維的數(shù)據(jù)輸入中，實時反映建筑的實際情況并為之后的決策提供支持。從某種意義上來說，數(shù)字孿生在建筑上的應(yīng)用如同是BIM在邏輯上的衍生。當(dāng)后者在全生命周期上創(chuàng)建虛擬模型的時候，則已經(jīng)將數(shù)字孿生所需要的許多信息收集起來，為數(shù)字孿生的建立提供了良好的基礎(chǔ)。而隨著接入來自傳感器的實時數(shù)據(jù)，數(shù)字孿生模型將基于當(dāng)前的運行條件進(jìn)行實時分析。例如監(jiān)測單元截取可能出現(xiàn)運行風(fēng)險的異常參數(shù)數(shù)據(jù)，將其傳送到“故障檢測與診斷(FDD)”單元;結(jié)合參數(shù)屬性，F(xiàn)DD單元調(diào)取專家數(shù)據(jù)庫的相應(yīng)算法，進(jìn)行深度分析，得出故障分析結(jié)果;對需要采取維護(hù)工作的事件，維護(hù)單元會根據(jù)規(guī)則庫給出提示和實施建議，再結(jié)合例如天氣參數(shù)、負(fù)荷預(yù)測、能源價格等各種其他關(guān)聯(lián)因素的基礎(chǔ)上，為建筑內(nèi)的設(shè)備或系統(tǒng)下達(dá)最優(yōu)指令。如果說BIM聚焦于建筑本身不斷細(xì)分的系統(tǒng)的集成，那么數(shù)字孿生作為交流工具，能夠改善項目規(guī)劃流程，通過復(fù)雜信息的可視化，專家和非專業(yè)人士可以在城市規(guī)劃過程中更有效地進(jìn)行互動。
數(shù)字孿生賦能建筑體驗
在建筑領(lǐng)域中，從概念構(gòu)想到信息可視化再到規(guī)模逐漸增長的服務(wù)和管理，數(shù)字孿生技術(shù)積極影響著整個價值鏈中的建筑物建設(shè)運營和決策支持。目前數(shù)字孿生技術(shù)已經(jīng)在組織層面上對商業(yè)房地產(chǎn)建筑產(chǎn)生了巨大影響，對于建筑使用者，他們擁有了更好的數(shù)字化體驗，提升了在建筑內(nèi)的工作效率。設(shè)施運維人員則可以更方便的監(jiān)管能耗、設(shè)備，并分析運行流程落實情況。而樓宇的整體運營有效性則更好的其資產(chǎn)持有者傳達(dá)，并向外界直觀展示。在其他案例中，住宅建筑中的住戶可以通過數(shù)字孿生技術(shù)對自己所處環(huán)境擁有更多的控制權(quán)，醫(yī)療建筑中的數(shù)字孿生可以協(xié)助醫(yī)護(hù)人員實時掌握患者的健康狀況，機場在數(shù)字孿生技術(shù)的幫助下則可以未雨綢繆確保停機坪的安全。
結(jié)語
隨著數(shù)字孿生在建筑業(yè)的不斷滲透，在安全，效率以及經(jīng)濟(jì)等方面將會有長足的發(fā)展。當(dāng)人、科技與空間之間一種新的關(guān)系、新的和諧被創(chuàng)造，那么建筑將超越物理邊界，實現(xiàn)全局產(chǎn)出的五維智慧建筑。
Ref:
Applying Digital Twns to the Built Environment - Johnson Controls
五維智慧建筑白皮書 - 江森自控
Digital Twins vs. Building Information Modeling (BIM) - https://www.iotforall.com/digital-twin-vs-bim
