数字双胞胎进入建筑业主流

在设得兰群岛(Shetland)海岸外的克莱尔岭(Clair Ridge)石油平台，一眼望去就被灰色的海水所包围，这是一个非常偏远的地方，无法进行日常维护。

但是，在北海苏格兰领海内，身穿蓝色工作服、头戴安全帽的技术人员沿着这座巨大建筑的一侧向下滑动，他们使用数字孪生技术与数千份最新的维护报告和工作指令相连，还与大陆上的其他数十名团队成员相连。

使用ipad，远程平台上的工作人员可以访问整个海上平台的数字副本，以查看他们所检查的每个组件的维护记录和工程数据。

只需触摸屏幕，他们就可以从整个平台的传感器上获取数据，这些传感器监测着从流量到温度到风速的一切。任何工作或不寻常的发现都可以迅速记录到数字双胞胎上。

“数字双胞胎技术的影响是巨大的，”软件开发公司全球副总裁、数字项目执行主管Lee Tedstone说Aveva该公司与英国石油公司(BP)领导的一个团队合作开展了该项目。“我们可以使用增强现实技术，让人们使用技术来看到数字双胞胎的一部分。这意味着在石油平台上进行维护的人员可以查看每个组件，了解其运行性能，定期维护等。”

由于疫情期间突然需要保持社交距离，并让更多员工在家工作，越来越多的大型石油、能源、建筑和工程公司一直在加快创建数字双胞胎的计划。

Tedstone说:“在2020年3月/ 4月，我们有不少客户来找我们，要求帮助他们通过我们的在线软件产品保持员工之间的联系，以便统一项目交付。”

“人们不得不远程工作，但公司的基础设施通常不适合管理繁重的远程工作，特别是他们的3D设计解决方案。在此期间，我们的产品获得了巨大的发展，这反过来又加速了许多数字化计划的发展。通过将软件放在云端，更容易访问，从而提高了生产率。”

但这仅仅是个开始。随着技术的进步，公司能够利用物联网不断衡量他们正在建造和运营的东西，数字双胞胎提供了一种跟踪实时数据并以有意义的方式使用这些数据的好方法。

数字双胞胎市场有多大?

市场研究公司Markets and Markets的一项调查预测，到2026年，全球数字双胞胎市场将增加到482亿美元，是2020年规模的15倍多。预计建筑公司将成为最大的推动力之一。

“数字孪生技术是建筑行业发展最快的概念之一，”计算机巨头甲骨文建筑工程公司新产品高级总监弗兰克•韦斯说甲骨文专门为建筑公司开发软件解决方案。“数字双胞胎可以在所有者如何管理已建资产，以及消费者如何与这些结构互动方面发挥深远的作用。”

Weiss说，数字双胞胎可以使施工过程越来越快，并帮助团队更好地合作，使用更多的最新信息，特别是当团队在不同的物理位置从事一个项目时。

韦斯说:“如今的企业希望尽可能地整合到一个单一的、基于云的平台上，并消除内部重复信息的孤岛。”“数字双胞胎有助于确保团队成员为项目使用最新的数据分析，包括那些在场外构建的可重复流程。它可以作为预制的基石，并在实现高效沟通和施工业务流程方面发挥突出作用。”

他还说，来自数字双胞胎的信息可以用于计算机模拟，以预测项目在一段时间内的表现——提供的信息可以供设计师和工程师在工作开始之前优化他们的设计。

他说:“(随着时间的推移)4D模拟提供了在数字双胞胎中创建模拟场景的背景和年表。”“它通过加快和自动化传统的设计、生产和操作流程，帮助建筑项目的设计和工程阶段。随着项目的发展，它将发现改善资产建设的机会。”

里奇·汉弗莱是另一家软件公司的建筑产品管理副总裁，宾利系统,对此表示赞同。他指出，与过去20年在不同程度上用于建筑的建筑信息建模软件不同，数字双胞胎提供有关项目的实时信息，使其在建筑工地上非常宝贵，可以根据现场情况更改设计。

他说:“数字孪生是物理资产、流程或系统在其构建环境中的现实数字和动态表示。”“关键字是动态的，这是数字双胞胎与其他静态模型的区别所在。这是生活。它随着实物资产的变化而变化。”

汉弗莱说，他的团队在施工开始前就开始了数字双胞胎的工作，捕捉现场的现有条件，如调查结果，并封装设计模型和设计阶段的工程数据。然后，现场传感器可以实时监测施工情况。

他说:“数字双胞胎可以极大地造福建筑行业，帮助用户做出数据驱动的决策，并实现更可预测的结果。”“它们允许用户快速执行施工顺序和模拟，这样他们就可以在施工开始前检测和解决错误，从而减少项目团队的时间，从而减少业主的成本。”

软件公司表示，通过提前购买材料并将数据插入数字孪生体，承包商可以比其他方式提前3-4个月开始工程组件，如管道，减少超支，使建筑项目更接近预算。

数字双胞胎如何用于建筑?

而且，一旦数字双胞胎被制造出来，你所能进行的模拟就几乎没有什么限制了。工程师可以评估一个结构在面对反常的大风或地震时可能会如何表现。

他们可以进行测试，看看一个结构在20年或50年后的表现如何。他们可以看看如果他们改变结构的关键部分或用更便宜的材料设计会发生什么。

用于建筑设计和工程的数字双胞胎

模拟软件专家Ansys的南欧地区销售总监Florent Thebault与公司合作，希望了解如何更有效地设计和设计他们的产品。

他说，计算机模拟数字双胞胎可以为客户提供每个组件可以有效工作多长时间的信息。更换管道的时间过晚可能会导致代价高昂且危险的“韭菜”，但过早更换管道则是浪费金钱、时间和全球资源。

“你可以优化公司的效率和盈利能力，”他说。“所以，模拟可以确保电缆不会太小，所以它可能会断裂，也可以确保它不会太大。所以我可以使用更小或更便宜的电缆，也许可以省钱，或者我可以更快地生产它。你可以利用多个参数来优化你的设计。”

此外，作为一个团队的一员，他们正在法国南部帮助建造大型国际热核实验反应堆(ITER)实验，希望能产生核聚变，Thebault走在了模拟技术发展的前沿。

“模拟的主要价值在于能够在计算机上物理地表示所有的现象，”Thebault补充道。“它为在太空或深海等非常困难的环境中进行测试打开了所有的大门。所有这些东西现在都可以在电脑上实现。”

在ITER,在那里，科学家团队正在建造世界上最大的核聚变反应堆，方法是将等离子体加热到极端温度，并将其限制在一个超强的电磁笼或托卡马克中，Thebault说这项技术真正发挥了作用。

数字双胞胎的实际使用

“对于ITER托克马克来说，这就是模拟的意义所在，”他说。“我们没有ITER托克马克的任何真实原型，但我们可以获取材料的数据，并在那种环境中进行虚拟测试。这意味着你有时会在研究模式中发现更多，在这种情况下，你可能会期待什么结果，这是我们从未面临过的。”

因此，Thebault说，Ansys已经能够帮助设计和设计实验的关键组件，包括真空室、冷却系统和微波天线，微波天线将气体加热到150米度，将其转变为等离子体。

Aveva的泰德斯通也认为，数字双胞胎的全部潜力才刚刚开始显现。他认为，一旦企业习惯了这个概念，它将彻底改变企业看待自身环境影响的方式。

他的目标是将项目中每个组件产生的碳量的数据纳入其数字双胞胎，以与当前处理成本的方式相同的方式，使工程师能够模拟结构随着时间的推移对环境的影响，并以最可持续的方式采购和建造。

数字双胞胎在建筑业将如何发展?

他说:“当我们的客户购买材料时，我们可以包括来自政府在线材料目录的信息，为他们提供相关的碳评分。”“然后我们可以让我们的客户选择从A地或B地购买材料，但A地有更好的可持续发展倡议。你开始做出这样的决定。”

但是，尽管前景乐观，许多建筑行业人士仍未被说服。持怀疑态度的人指出，该行业的许多大公司正在努力实施数字双胞胎，因为它们的遗留系统与该技术不兼容，或者目前没有聘用具备大规模使用该技术技能和培训的员工。

宾利的汉弗莱斯承认:“数字双胞胎在建筑行业的使用仍处于早期阶段。”“建筑信息模型(bim)甚至还没有那么普遍。”

他补充说:“但对于那些拥有BIM的公司来说，好消息是，将它们带入数字双胞胎的差距并不大，我们认为这不会花很长时间。”“然而，对于那些甚至还没有将模型技术作为合同一部分的建筑用户来说，可能需要更长的时间才能过渡到完全数字化的世界。”

什么是数字双胞胎? 数字双胞胎是一种具有实时连接的物理事物的复杂数字表示。它是由其他工具捕获的数据的组装聚合，通常包括3D模型。 建筑行业的数字双胞胎横跨项目的生命周期，从开始(规划和建造)，到中间(运营和改进)，到最后(以可持续和具有成本效益的方式退役和拆卸资产)。对于建筑行业来说，数字双胞胎可以在业主如何管理建筑资产以及消费者如何与这些结构互动方面发挥深远的作用。