数字孪生将如何塑造建筑行业的未来？-人工智能-PHP中文网

数字孪生将如何塑造建筑行业的未来？

如今，数字孪生的概念在建筑行业中受到广泛的关注。作为一种信息模型，数字孪生技术可以准确地模拟物理资产或系统并提供对其操作的洞察力。这项技术可以彻底改变建设项目的管理和开发方式，允许对来自多个来源的数据进行详细分析，以更好地了解项目绩效。

了解数字孪生在该领域的未来至关重要。在研究这些主题时，我们应该全面了解在建筑中使用数字孪生的机会和风险。

数字孪生是一种新兴技术，有可能彻底改变建筑施工流程

数字孪生涉及通过利用来自各种来源（包括传感器、3D 模型和分析工具）的数据来创建物理对象（例如建筑物和基础设施）的数字副本。这种虚拟表示可用于预测分析、在设计过程的早期检测问题、简化工作流程、改善利益相关者之间的协作并提供更好的整体项目洞察力。

其实，数字孪生的概念并不新鲜。它于 2002 年由密歇根大学集成制造系统中心的 Michael Grieves 首次提出。从那时起，由于 LiDAR 扫描和BIM（建筑信息模型）等传感技术的进步，其在建筑行业的应用一直在稳步增长。使用这些数字孪生模型可以在施工前阶段提高建筑师、工程师和承包商之间的沟通效率，同时简化建筑物或结构整个生命周期中的持续运营。

通过将有关现有结构的详细信息与来自现场传感器的实时反馈相结合，数字孪生提供了前所未有的项目建造前可见性。通过构建过程中涉及的所有各方（从设计师到所有者）都可以获得这种级别的洞察力，可以预先避免代价高昂的错误，并且可以根据准确的数据点快速做出决策。因此，结果是提高了项目效率，并在整个生命周期内管理资产时节省了时间。

建筑中的数字孪生应用为预测建模提供了前所未有的机会

从改进安全协议到提高员工生产力，数字孪生允许利益相关者在项目发生之前对其各个方面进行建模。通过提供实时洞察和分析，建筑师、工程师和承包商等可以利用这项技术就资源分配、任务安排和其他运营问题做出明智的决策。此外，通过访问类似项目的过去数据和现场当前条件，设计团队更有可能按时完成任务，同时控制成本。

数字孪生在建筑中的潜在用途是巨大的。例如，它们允许项目经理模拟不同的场景——例如由于天气模式或人员配置变化造成的影响——并评估这些场景如何影响总体时间表和预算。此外，通过使用物联网传感器随时间测量建筑物内的温度和湿度水平等环境因素，可以生成 3D 模型，从而准确描述结构的状况和完工进度。最后，数字孪生还可以帮助跟踪项目整个生命周期的材料供应，从采购到安装等等；他们的分析可以深入了解建筑开发各个阶段的成本节约情况。

简而言之，数字孪生为参与建设的人员提供了显着优势：预测未来结果的准确性更高；对复杂系统有更深入的了解；更有效地利用资源；改进时间线管理；减少与某些活动相关的风险因素；出现问题时响应时间更快；并最终提高成功利用它们的企业的盈利能力。

数字孪生在建筑中有哪些好处？

数字孪生技术在建筑行业的潜在好处是深远的。从节约成本到提高项目效率和降低风险，这种创新方法正在彻底改变项目的完成方式。

节约成本

数字孪生为成本管理提供了一个强大的工具，它允许用户比以往更快、更准确地创建精确的估算。通过实时访问数据，团队可以确定在规划阶段可以降低成本或节省资金的领域。这有助于确保预算保持在目标范围内，同时提供对未来潜在支出的宝贵见解。

项目效率

通过使团队成员能够远程协作完成任务，数字孪生可以更轻松地以更高的速度和准确性管理复杂的项目。监控实时进度允许管理人员调整他们的策略并保持项目顺利进行。此外，即时访问相关信息可以让所有相关人员更轻松地了解最新发展，而无需浪费时间搜索多个来源。

降低风险

由于数字孪生可以准确表示物理对象和环境，因此它们有助于降低与施工工作各个方面相关的风险，从工程设计缺陷到设备故障。它们使利益相关者能够尽早预见问题并相应地采取预防措施。此外，数字孪生使工作人员能够立即发现任何问题，以便迅速实施解决方案，减少因物料运输错误或恶劣天气条件等不可预见情况造成的代价高昂的延误。

通过促进跨部门协作、加强项目参与各方之间的沟通以及更有效地利用资源，数字孪生技术带来了重大改进，将使企业和组织在未来受益匪浅。

数字孪生在建筑中的实施带来了一些挑战

一项主要挑战是它与现有系统和流程的集成，这需要开发人员和用户付出巨大的努力。这可能既费时又费钱，但却是成功部署所必需的。此外，数字孪生需要一个支持数据驱动业务实践（例如分析和机器学习）的环境。如果没有这种基础设施，组织可能难以利用数字孪生的潜在优势，包括提高运营效率、节约成本和提高决策能力。

另一个挑战与在项目的虚拟环境中进行更改的速度有关。为了在建筑项目中有效使用数字孪生，重要的是要确保在 3D 模型中应用的修改或更新在项目生命周期的后续阶段中得到准确反映。新技术的快速发展使这个过程更加复杂，因为它给系统带来了更多的复杂性，同时需要代表用户的更大的敏捷性。

最后，在使用数字孪生时，确保数据安全至关重要；必须采取适当的措施来保护跨不同平台共享的信息。组织还应考虑为需要与系统交互的人员正确管理访问权限的方法——根据其角色仅向授权人员提供适当的权限。通过教育和培训计划应对这些挑战，组织可以将数字孪生技术用于建设项目，并在更广泛的数字化转型工作中充分发挥潜力。

在建筑中实施数字孪生需要复杂的技术

边缘计算和云计算是成功使用数字孪生所必需的两个基本组成部分。边缘计算涉及在数据收集源或附近进行处理、存储和分析，允许对事件进行实时响应。云计算提供了一个平台，用于存储数字孪生操作产生的大量数据，并提供托管应用程序和软件开发工具等附加服务。

边缘计算可以帮助减少网络访问不可靠或间歇性环境中的延迟，因为它不依赖于互联网连接。在这些情况下，边缘设备将在本地处理数据，然后再上传到可用的云端。这可以通过预测性维护算法实现更准确的预测，而无需仅依赖存储在云中的历史信息。

数字孪生平台还必须提供可扩展性以适应各种规模的项目，同时根据项目类型和规模提供定制选项以满足特定需求。例如，有些可能需要更高级的功能，例如增强现实 (AR) 功能，让员工在开始工作之前虚拟地可视化他们的工作区域；其他人可能只需要基本功能，例如同时跨多个站点安排更新和跟踪进度。可扩展技术将确保所有用户都能获得他们需要的东西，无论他们从事的是小型项目还是复杂项目。

数字孪生技术具有彻底改变建筑公司当今运营管理方式的巨大潜力。通过利用边缘计算、云计算和可扩展定制的强大组合，组织可以更好地了解他们的流程，从而快速做出明智的决策，并有效地提高其业务各个方面的效率。

数据采集与分析

从建筑中数字孪生的技术要求开始，接下来我们将重点关注数据采集和分析。数据采集在准确洞察建筑项目中数字孪生的性能方面发挥着关键作用。通过传感器、调查等各种方式获取相关数据，可以分析随时间变化的趋势并确定可以通过部署新技术或流程解决的问题。

数据分析技术对于预测与任何给定项目相关的成本超支、延误、环境影响和其他风险相关的结果也必不可少。借助高级分析工具和预测模型，可以在潜在问题出现之前准确预测它们，从而及时采取纠正措施。此外，使用机器学习算法可确保预测随着时间的推移变得更加精确。

获取有关正在进行的建设项目的实时信息有许多优势，包括提高效率、减少材料浪费、更快的完成时间和更高的质量标准。此外，通过结合大数据能力和人工智能 (AI)，数字孪生可以显着降低成本，同时确保安全合规性。很明显，无论是现在还是未来的建筑行业发展，数字孪生都可以提供很多帮助。

建模与仿真

建模和仿真是开发建筑数字孪生技术的重要组成部分。建模创建现有物理环境的虚拟表示，而模拟使用动态数据输入模拟未来场景。数字孪生可以通过允许用户分析其设计或操作的变化如何随时间影响性能来预测结果。通过利用建模和仿真功能，组织可以最大限度地提高效率和生产力，同时最大限度地降低风险。

通过使用先进的计算机辅助设计 (CAD) 工具，数字孪生可以精确复制现有对象，并在开始前对拟议项目进行详细的可视化。这样可以在分析施工计划中的潜在风险时提高准确性，并提供在问题出现之前识别问题的机会。此外，模拟可以通过材料选择、调度优化、资源分配等优化流程确定成本节约，帮助团队在整个生命周期内就项目进度做出更明智的决策。

数字孪生在施工阶段的规划和决策制定方面具有巨大价值；但是，这些模型必须与现场的实时变化保持同步。通过连接到数字双胞胎数据库的持续监控系统，可以根据当前情况自动进行调整，以便利益相关者可以随时全面了解现场发生的实际事件。这些功能使团队能够即时访问准确的信息，从而确保成功完成项目，同时降低与传统工作方法中做出的不准确预测或不正确假设相关的成本。

建筑中的人工智能 (AI)

人工智能 (AI)在建筑中的应用才刚刚开始探索。凭借其自动化流程的潜力，人工智能可以彻底改变建筑物的建造和维护方式。因此，它可以在未来数字孪生技术在建筑中发挥重要作用。例如，机器学习算法可以分析来自建筑物物理组件或系统上的传感器的数据，从而快速有效地诊断问题。此外，自主机器人可以通过准确、精确地执行重复性任务来帮助降低劳动力成本。

这些技术为改进项目规划和执行提供了无数机会，同时降低了与传统施工方法相关的运营风险。此外，它们还提供了关于如何最有效地执行项目以随着时间的推移实现最大效率的宝贵见解。通过利用这种预测分析，组织可以确定在施工活动过程中发生代价高昂的错误之前需要改进的领域。

随着我们利用 AI 以前所未有的速度处理大量数据的能力，数字孪生将继续发展。人工智能不仅可以更准确地预测未来事件，还可以让我们在开发阶段或项目完成后出现意外情况时主动应对。这将大大有助于提高我们建筑环境的可靠性和性能，同时在任何给定结构或复杂系统的整个生命周期内更好地控制资本支出。

机器学习在建筑中的应用

在建筑行业使用机器学习、深度学习和预测分析有着光明的前景。机器学习用于提高设计流程的准确性和效率，并减少与手动流程相关的人工成本。此外，它可以通过在现场发生之前预测潜在风险来改进安全实践。深度学习算法正被用于自动化建筑检查程序，否则这些程序将需要人力或具有潜在危险的活动，例如空中无人机检查。此外，预测分析允许建筑公司根据当前条件和过去的数据预测结果，这有助于最大限度地降低风险，同时优化资源以满足项目目标。

如果在建筑项目中正确应用，将这些技术结合起来会产生巨大的潜力。由于自动化，利用这项技术可以减少设计阶段的错误，由于通过数字双胞胎提供实时更新而改善利益相关者之间的沟通，由于使用计算机视觉模型进行更好的危险预测而减少事故，以及由于优化资源规划而加快时间表使用预测分析。随着这些工具随着时间的推移变得更加先进，它们的使用将在整个建筑行业中变得更加广泛，从而提高项目从概念开发到完成的各个阶段的成功率。

可视化和增强现实

最近的研究表明，超过一半的建筑公司积极投资于增强现实技术，以彻底改变他们的可视化流程。增强现实 (AR) 是将实时 3D 数据集成到物理模型和场景中的强大工具。它使建筑师和工程师能够更直观地与其环境中的数字孪生进行交互。AR 和数字孪生技术的结合使专业人员能够从不同的角度可视化复杂的建筑结构，并在设计理念上进行协作，而无需亲临现场。

AR 技术可以显着提高建筑项目可视化的准确性和速度，同时降低与差旅、原型创建和人工检查相关的成本。施工利益相关者可以远程查看项目现场的详细 3D 视觉效果，并快速访问尺寸或测量值等基本信息，这有助于减少因人为误判而导致的潜在错误。即使在危险环境或低能见度条件下工作，否则很难参考传统蓝图或纸质计划，现场工作人员也能从持续访问准确的设计中受益。

得益于移动计算硬件、机器学习算法、人工智能软件工具集、云存储系统、5G 网络和其他尖端技术的进步，数字孪生可视化应序继续快速发展。这些进步使我们能够创建越来越复杂的虚拟模拟，以前所未有的方式准确地代表我们建筑环境中的真实世界对象和交互——帮助设计师更好地理解提议的设计将如何适应现有的城市景观，并最终提高施工过程各个阶段的安全标准。

建筑自动化和机器人技术的未来

数字孪生在建筑领域的未来涉及使用自动化和机器人技术来提高生产力、安全性、准确性和效率。自动化允许更高效的流程，例如材料处理，机器人每天在站点之间移动材料。在构建需要精度和速度的复杂结构时，机器人技术也很有用。该技术可用于快速准确地构建复杂组件，同时降低人为错误或受伤的风险。此外，自动化系统识别数据输入模式的能力越来越强，从而提高了行业内的决策能力。

自 1990 年代初以来，机器人技术一直是现代建筑项目中不可或缺的一部分，其革新行业的潜力在很大程度上仍未开发。随着技术的进步，机械臂将更加擅长执行复杂的任务，例如将钢梁焊接在一起或操作重型设备。将这些工具集成到自动化工作流程中可以消除与手动操作相关的人工成本，从而显着节省成本。此外，人工智能 (AI) 的进步使机器能够比以往更好地了解其环境，从而使它们能够根据现实世界的情况做出决策，而不是仅仅依赖于操作员的预编程命令。

数字孪生将通过提供详细的模型来帮助在构建过程的每个步骤中为决策提供信息，从而在这一演变中发挥重要作用。通过分析温度和湿度水平等环境因素以及梁尺寸和重量等结构元素；数字孪生让我们深入了解如何在不影响安全或质量控制标准的情况下最好地应对各种挑战。通过 AI 驱动的项目进度洞察，开发人员可以确保在整个施工过程中所做的任何更改都保持高效且具有成本效益——最终帮助他们比以往更快、更便宜地完成项目。

建设中的数字孪生在网络安全方面变得越来越重要

随着这项技术的不断发展和普及，构建安全系统以跟上这些变化将变得至关重要。为了妥善保护数据并确保所有用户在使用数字孪生系统时保持安全，必须有足够的保护措施。

这些安全措施包括：

加密：对消息或信息进行编码以便只有授权方才能阅读的过程。
访问控制：确保只有经批准的人员才能访问设施内的某些区域。
防火墙：专门的安全软件，旨在通过阻止恶意流量来保护网络免受未经授权的访问。
入侵检测系统 (IDS)：基于软件的工具，用于监视计算机系统上的活动是否存在可能表明潜在破坏的异常行为。

全面的网络安全方法需要包括多层防御以及对负责管理数字孪生系统的人员进行有效培训。同样重要的是，与数字孪生相关的任何新技术发展都附带适当的文档，概述其安全协议和措施，以便它们始终符合行业标准和法规。采用最佳实践，如实施强身份验证、定期更新软件补丁、持续监控用户活动和准备好事件响应计划，是在建设项目中使用数字孪生时确保数据安全的关键步骤。

数字孪生在建筑中的使用一直在稳步增长，预计将继续增长

这可以归因于技术的进步，使承包商、建筑师、工程师和该领域的其他专业人士比以往任何时候都更容易以数字方式更准确地协调他们的项目。数字孪生技术通过减少人为错误，同时消除交通拥堵或恶劣天气条件造成的时间延误等物理限制，有望实现更高效的运营。

建筑领域数字化的一个明显好处是，由于改善了参与项目的人员之间的沟通，提高了生产力。通过来自连接传感器的实时数据流监控建筑物开发的不同阶段，团队可以收到有关进度的即时反馈并做出相应的调整。此外，数字工具可以帮助在潜在风险成为问题之前发现它们，从而提供主动解决方案而不是被动解决方案。

数字孪生还为复杂的设计任务提供了更快的周转时间，并为希望更好地了解其投资完成后的潜在外观的利益相关者增强了可视化能力。该技术创建了实际建筑环境的虚拟副本，使用户可以探索变化如何影响结构内的各个区域，而不必将资源浪费在昂贵的模型或原型上。此外，它能够快速模拟各种场景，从而在将大量资金投入任何项目之前提供对成本节约和风险降低策略的宝贵见解。

考虑到所有这些好处，数字孪生已经对建筑行业产生重大影响并可能在未来发挥更大的作用也就不足为奇了。随着企业努力提高效率以保持竞争力，如果企业希望在当今技术驱动的世界中保持相关性，那么采用这种创新技术似乎是不可避免的。

监管建筑中的数字孪生

数字孪生技术在建筑领域的前景乐观，具有彻底改变行业的巨大潜力。随着这些进步而来的是必须实施的新法规和标准，以确保安全的施工实践。建筑规范必须随着技术的进步而更新，从而提高所有相关人员的安全标准。数字合规系统可以确保项目符合所有必要的建筑法规，同时提供每个站点进度的准确画面，从而帮助项目保持在正轨。

随着数字孪生变得越来越普遍，可能会转向使用这些工具进行监督。这可以让当局实时监控建筑工地，并确保遵守规定，而无需检查员或其他人员进行实地访问。此外，这将提高检查期间发现的任何违规行为的透明度，从而进一步降低整个过程中的风险。

数字孪生能够改变确保合规性的传统方法，为现场工作人员和负责执行法规的人员带来诸多好处。通过利用有关项目时间表和安全协议的最新信息，利益相关者可以放心，知道他们的投资是安全的，同时也为整个建筑行业设定了更高的安全标准。

数字孪生建设长期前景乐观

自 2010 年代中期以来，数字孪生越来越受欢迎，这证明了数字孪生正被用于各个部门和行业。建筑业也不例外。行业专家预计，数字孪生技术将成为建设项目规划、监控和管理方式不可或缺的一部分。

数字孪生可以全面了解项目的各个方面如何为其整体成功做出贡献。通过提供有关成本、材料使用、调度、安全性能、环境影响和其他从概念到完成的因素的数据，它们可以提高效率和生产力。这可能会提高承包商和客户的盈利能力。此外，数字孪生还可以在项目生命周期的所有阶段做出更好的决策——降低风险，同时提高质量控制标准。

预计机器学习算法和人工智能工具等更高级的应用程序将被集成到数字孪生构建系统中。这些功能使用户能够快速准确地探索替代方案，并确定可能需要改进的领域。此外，随着 IoT（物联网）技术和云计算资源的进步，进度的实时更新以及对远程站点或资产位置的访问将进一步增强这些系统提供的优势。总而言之，数字孪生技术看起来将通过简化流程同时提高行业内多个层面的准确性来彻底改变未来的建筑格局。