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从数字孪生城市到数字建筑

作者:中国储能网新闻中心 来源:智见能源 发布时间:2022-01-25 浏览:

中国储能网讯:随着概念培育、科研布局的持续推进,借助新基建的提速加持,数字孪生城市风生水起,进入国家决策视野,纳入“十四五”规划,多地已纷纷开始试水。业内人士把2020年称为数字孪生城市元年。方兴未艾的数字孪生城市变革的不仅是传统城市规划建设,而且助推城市治理体系和治理能力现代化。城市治理可望向“智”理升级,城市病可望被“智”疗,未来城市治理和公共服务将不再是盲人摸象。  

数字孪生的城市应该是什么样子?  

(1)物理城市。通过在城市天空、地面、地下、河道等各层面的传感器布设,可对城市运行状态的充分感知、动态监测。

(2)虚拟城市。通过数字化建模建立物理城市相对应的虚拟模型,虚拟城市可模拟城市中的人、事、物、交通、环境等全方位事物在真实环境下的行为。

(3)城市大数据。城市基础设施、交通、环境活动的各类痕迹、虚拟城市的模拟仿真以及各类智能城市服务记录等汇聚成城市大数据,驱动数字孪生城市发展和优化。

(4)虚实交互。城市规划、建设以及民众的各类活动,不但存在于物理空间,而且在虚拟空间得到极大扩充。虚实交互、协同与融合将定义城市未来发展新模式。

(5)智能服务。通过数字孪生,对城市进行规划设计,指引和优化物理城市的市政规划、生态环境治理、交通管控,改善市民服务,赋予城市生活“智慧”。  

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数字孪生城市通过构建城市物理世界、网络虚拟空间的一一对应、相互映射、协同交互的复杂巨系统,在网络空间再造一个与之匹配、对应的“孪生城市”,实现城市全要素数字化和虚拟化、城市全状态实时化和可视化、城市管理决策协同化和智能化,形成物理维度上的实体世界和信息维度上的虚拟世界同生共存、虚实交融的城市发展格局,这是数字孪生技术在城市层面的广泛应用。可以说,数字孪生城市是数字城市的高级阶段,数字孪生城市既是数字城市的目标,也是智慧城市建设的新高度,赋予城市实现智慧化的重要设施和基础能力。

我国政府将数字孪生城市作为实现智慧城市的必要途径和有效手段,例如雄安新区的规划纲要明确指出要坚持数字城市与现实城市的同步规划、同步建设,致力于将雄安打造为全球领先的数字城市。阿里云研究中心发布《城市大脑探索“数字孪生城市”白皮书》,提出通过建立数字孪生城市,以云计算与大数据平台为基础,借助物联网、人工智能等技术手段,实现城市运行的生命体征感知、公共资源配置、宏观决策指挥、事件预测预警等,赋予城市“大脑。  

此外,从国外比较具有代表性的探索来看,新加坡政府已经与达索合作,致力于建立一个数字孪生城市,用来监控城市中从公交车站到建筑物的一切,从而借助数字孪生城市实现对城市的图形化监控、仿真优化、规划决策等功能。Cityzenith为城市管理搭建了“5D智能城市平台”,基于这个平台,基础设施开发过程可以实现数字化,以及城市的数字化全生命周期管理。IBM Watson展示了如何在城市建筑中使用数字孪生来控制暖通空调系统并监测室内气候条件,通过创建数字孪生建筑来辅助管理能源并进行故障预测,并为技术人员提供维护、控制等服务支持。 数字孪生技术是实现智慧城市的有效技术手段,借助数字孪生城市,可以提升城市规划质量和水平,推动城市设计和建设,辅助城市管理和运行,让城市生活与环境变得更好。  

数字建筑推动产业数字化转型迭代演进

建筑产业的数字化转型将是一个不断发展演进的过程,需要在数字技术为代表的现代科技引领下,以新型建筑工业化为核心,通过绿色化、工业化、信息化的三化融合,将建筑产业提升至工业级精细化水平,规模化满足用户个性化需求,交付达到工业级品质的健康建筑产品。数字建筑作为驱动产业转型升级的核心引擎,通过主要应用场景的迭代升级推动建筑产业朝着数字化、在线化与智能化的方向发展。

数字建筑赋能下的典型业务场景可以划分为如下等级:

L1等级以工具辅助为典型特征,数字化作为生产工具辅助产业的发展,包括BIM 正向设计、数字项目管理(BIM 建造+ 数字工地)、BIM 运维等典型应用场景;

L2等级以融合发展为典型特征,数字化成为新的生产力。在设计阶段以虚拟设计与建造(VDC)为主要应用场景,建造与运维阶段以数字孪生为基础,将实现精益建造、预防性运维、主动响应式服务等典型应用场景;

L3等级以智能主导为典型特征,通过数据驱动的人工智能,实现MR 智能辅助设计、智能建造、智能运维等应用场景;

L4等级以智慧替代为典型特征,人工智能将赋能设计、建造、运维等阶段实现全面自治,极大地满足人们需求,建筑产业实现全面数字化。由于不同的核心场景成熟所需要的技术与模式不同,其具体落地的时间也将有所差异。  

以当前为起点,按照数字建筑赋能成熟度的不同,将各阶段的典型业务场景归并到不同的成熟度阶段。 在数字化转型的平稳起步阶段(N1),BIM 运维与数字项目管理(数字工地)将首先实现,为产业数字化转型打下业务基础;在快速发展阶段(N2), L 1等级的BIM 正向设计、数字项目管理(BIM 建造),L2等级的虚拟设计与施工、智能制造,L3等级的MR 智能辅助设计场景将初步落地实现;在优化提升阶段(N3),L2等级与L3等级的场景完全实现,L4等级的智慧建造(无人工厂) 场景也已经成熟;在成熟落地阶段(N4),L4等级的智慧设计、智慧建造(无人工地)、智慧运维将最终落地,标志着建筑产业的转型完成。  

结束语

数字建筑业务场景的落地,不是任何一项技术可以独立支撑的,也不是简单的多项技术的集成应用,而是一项极其复杂的系统性工程,需要循序渐进地发展。数字建筑推动产业数字化转型迭代升级,需要数字化基础设施的支撑,数字建筑平台作为建筑产业的工业互联网平台,将是落实数字建筑行业战略的重要支撑。通过数字建筑平台,将构建起通往数字孪生世界的“铁公基”,推动建筑产业全过程、全要素、全参与方的数字化、在线化、智能化,构建项目、企业和产业的平台生态新体系,从而推动以新设计、新建造、新运维为代表的产业升级,助力实现“让每一个工程项目成功”的产业目标。

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关键字:数字建筑

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