什么是數(shù)字孿生?BIM應(yīng)用與“數(shù)字孿生”技術(shù)的關(guān)系

數(shù)字孿生大賽
目前,對于數(shù)字孿生的通用定義為:充分利用物理模型、傳感器更新、運(yùn)行歷史等數(shù)據(jù),集成多學(xué)科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程,在虛擬空間中完成映射,從而反映相對應(yīng)的實(shí)體裝備的全生命周期過程。

隨著信息化時(shí)代的到來,各種層出不窮的新技術(shù)概念也不斷誕生,其中在建筑領(lǐng)域中,數(shù)字孿生就是在BIM技術(shù)廣泛應(yīng)用之下的其中一個(gè)非常重要的物聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)。下面就讓我們詳細(xì)了解一下數(shù)字孿生是一個(gè)怎么樣的概念,以及它與BIM技術(shù)都有怎么樣的關(guān)系。

一、什么是數(shù)字孿生

數(shù)字孿生(DigitalTwin)的概念最早是由密西根大學(xué)的MichaelGneves教授在其2002年發(fā)表的一篇文章中提出的。目前,對于數(shù)字孿生的通用定義為:充分利用物理模型、傳感器更新、運(yùn)行歷史等數(shù)據(jù),集成多學(xué)科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程,在虛擬空間中完成映射,從而反映相對應(yīng)的實(shí)體裝備的全生命周期過程。

打個(gè)比方我們可以投影的方式來闡述:數(shù)字孿生比喻為“投影”,它通過仿真技術(shù)采集現(xiàn)實(shí)世界中物理模型的各種數(shù)據(jù),通過這些數(shù)據(jù)在屏幕上映射出一個(gè)和該物品一模一樣的數(shù)字體。不但如此,我們還能通過這“投影”實(shí)時(shí)觀察數(shù)字實(shí)體的運(yùn)行情況,監(jiān)控等各種運(yùn)行參數(shù),并通過大量數(shù)據(jù)積累結(jié)合人工智能對虛擬世界進(jìn)行更進(jìn)一步的模擬推演,推演結(jié)果最終對現(xiàn)實(shí)世界反饋,這就是該技術(shù)的價(jià)值所在。

二、數(shù)字孿生給我們帶來什么

全球知名的未來學(xué)家ThomasFrey預(yù)測,到2022年,85%的物聯(lián)網(wǎng)平臺將使用某種數(shù)字孿生技術(shù)進(jìn)行監(jiān)控,少數(shù)城市將率先利用數(shù)字孿生技術(shù)進(jìn)行智慧城市的管理。

在十年之后,數(shù)字孿生技術(shù)將從以下幾個(gè)方面改變我們的工作和生活。

1、智能制造

制造工廠數(shù)字孿生

制造業(yè)的數(shù)字化(工業(yè)CAD)已有了近60年的歷史,積累了大量數(shù)字模型,基于這些數(shù)字模型,在未來工廠中每臺設(shè)備、每個(gè)零件、每個(gè)傳感器都擁有一個(gè)數(shù)字復(fù)制體。通過數(shù)字孿生體我們可以精確地了解這些實(shí)體設(shè)備的運(yùn)行方式。通過數(shù)字模型與實(shí)體設(shè)備的無縫匹配,可以實(shí)時(shí)獲取設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù),從而實(shí)現(xiàn)故障預(yù)判和及時(shí)維修。

2、城市智腦

智慧城市的數(shù)字孿生體

未來,自動建模技術(shù)(BIM)將為城市提供基于圖像掃描的城市數(shù)字模型,各類政務(wù)云平臺為數(shù)字模型提供“生機(jī)”,將覆蓋城市的每條電力線、變電站、污水系統(tǒng)、供水和排水系統(tǒng)、城市應(yīng)急系統(tǒng)、Wi-Fi網(wǎng)絡(luò),高速公路,交通控制系統(tǒng)等所有能連接的地方。

3、推動現(xiàn)實(shí)世界探索

互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代,搜索技術(shù)讓我們得以更輕松地發(fā)現(xiàn)、了解和認(rèn)知事物。在未來,無人機(jī)、自動駕駛汽車、傳感器將取代當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)爬蟲的工作。搜索技術(shù)將變得更加復(fù)雜,我們將能夠搜索氣味、味道、振動、紋理、比重、反射、氣壓等物理世界的屬性。隨著時(shí)間的推移,新的搜索引擎將能夠在數(shù)字世界和現(xiàn)實(shí)世界中找到幾乎所有的東西。

三、數(shù)字孿生目前面臨的困境

總體來看,數(shù)字孿生技術(shù)還處在早期階段,數(shù)字孿生技術(shù)需要進(jìn)行全域感知、運(yùn)行監(jiān)測,并整合歷史積累數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算,還要做到快速及時(shí)地輸出信息,首先是高度依賴傳感器所采集的數(shù)據(jù)和信息。

在數(shù)據(jù)的感知方面,在目前的技術(shù)水平看來,在工廠中對機(jī)器的精確的全域感知依然有難度,更不要說其他領(lǐng)域了。物理實(shí)體的數(shù)據(jù)不夠詳盡,因此數(shù)字副本也會有所缺失,這就會導(dǎo)致數(shù)字副本得出的預(yù)測和判斷有誤差,這個(gè)問題的解決需要芯片、傳感器、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)進(jìn)步。

其次軟件上,需要更加先進(jìn)的算法,各類軟件的整合,例如利用人工智能、邊緣計(jì)算等技術(shù),對數(shù)據(jù)進(jìn)行更加快速的分析處理,進(jìn)行可視化呈現(xiàn)。

目前數(shù)字孿生技術(shù)的瓶頸來自方方面面,還無法大規(guī)模普及使用,但它可以為工業(yè)制造、未來生活帶來無限的可能。隨著其他技術(shù)的發(fā)展,數(shù)字孿生將有更多想象空間。

四、目前建筑行業(yè)的數(shù)字孿生

數(shù)字建筑對建筑產(chǎn)業(yè)將形成不可忽視的沖擊力,是整個(gè)建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級的核心引擎。當(dāng)然,數(shù)字建筑的推動絕不是一個(gè)企業(yè)可以完成的,這必將是一個(gè)行業(yè)多方共同搭建的平臺,基于數(shù)字建筑平臺實(shí)現(xiàn)整個(gè)建筑業(yè)的數(shù)字化、在線化、智能化,并最終實(shí)現(xiàn)未來建筑的美好愿景。

目前的BIM作為數(shù)字孿生在建筑行業(yè)的應(yīng)用,也得到了很大的應(yīng)用價(jià)值。不過還需要很長的一段時(shí)間磨合,畢竟像工業(yè)這么標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品,數(shù)字孿生都有著重重困難,何況是每個(gè)復(fù)雜的建筑呢。但是長期來說,科技會慢慢改變建筑業(yè),無論是數(shù)字孿生,還是BIM,都是未來的大方向。

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