城市建設(shè)項目具有規(guī)模大、復(fù)雜度高、周期長、涉及面廣等特點，項目管理十分困難，整個項目的進(jìn)度和質(zhì)量難以科學(xué)管控。利用數(shù)字孿生技術(shù)，不僅可以全要素真實還原復(fù)雜多樣的施工環(huán)境，進(jìn)行交互設(shè)計、模擬施工，還可賦予城市“一磚一瓦”以數(shù)據(jù)屬性，確保信息模型在城市建設(shè)全生命周期不同階段的信息交換。

設(shè)計階段——交互設(shè)計

在城市建設(shè)項目的設(shè)計階段，利用數(shù)字孿生技術(shù)，構(gòu)建還原設(shè)計方案周邊環(huán)境，一方面可以在可視化化的環(huán)境中交互設(shè)計，另一方面可以充分考慮設(shè)計方案和已有環(huán)境的相互影響因子，讓原來到施工階段才能暴露出來的缺陷提前暴露在虛擬設(shè)計過程中，方便設(shè)計人員及時針對這些缺陷進(jìn)行優(yōu)化。同時還可以對施工量提供輔助參考。

案例：中鐵勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司設(shè)計了一套在數(shù)字孿生環(huán)境中為鐵路設(shè)計選線選址的工具。不用于以往作業(yè)人員埋頭苦畫的場景，用戶只需通過鼠標(biāo)在數(shù)字孿生場景中一點，即可以開始線路初步走向設(shè)計：首先得到一條沒有坡度的線路，然后系統(tǒng)會進(jìn)行自動拉坡設(shè)計，形成一組默認(rèn)變坡點，直接生成線路軌面模型。自動拉坡后還會同時自動生成拉坡方案的各項數(shù)據(jù)評估報告。通過“由粗入精”的選線模式，方便地實現(xiàn)從宏觀到微觀的逐步細(xì)化選線。同時還利用VR/AR 設(shè)備，在數(shù)字孿生模擬環(huán)境中，進(jìn)行交互設(shè)計、巡查現(xiàn)場疊加線路模型等直觀驗證、審查及分析。

工程模擬與施工現(xiàn)場

施工進(jìn)度管控場景

施工階段——全面管控

在施工階段，可以利用數(shù)字孿生技術(shù)中對象具有的時空特性，將施工方案和計劃進(jìn)行模擬，分析進(jìn)度計劃的合理性，對施工過程進(jìn)行全面管控。例如可以事先模擬大型設(shè)備吊裝方案，在實景三維虛擬環(huán)境下檢查項目設(shè)計和施工能力，通過動態(tài)碰撞分析檢測物體運動過程中可能潛在的碰撞。

案例：在陽大鐵路施工過程中，利用數(shù)字孿生技術(shù)體系，構(gòu)建了施工線路兩側(cè)的高分辨率實景三維場景，包括地形、道路、植被等要素均被一一還原，真實再現(xiàn)施工作業(yè)環(huán)境。施工前可以先在數(shù)字孿生環(huán)境中進(jìn)行多套方案進(jìn)行施工模擬、對比，最終選取最優(yōu)施工方案，進(jìn)行施工。真實全要素的數(shù)字孿生環(huán)境，可以讓傳統(tǒng)方法中到施工階段才能暴露出來的缺陷提前暴露在虛擬建造過程中，方便管理人員及時針對這些缺陷進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，從而確保項目如期完工。

運維階段——數(shù)據(jù)留存

項目建設(shè)完成進(jìn)入運營維護(hù)，其設(shè)計、施工數(shù)據(jù)將全面留存并導(dǎo)入同步建成的數(shù)字孿生城市，構(gòu)建時空數(shù)據(jù)庫，可實時呈現(xiàn)建成物細(xì)節(jié)，并基于虛擬控制現(xiàn)實，實現(xiàn)遠(yuǎn)程調(diào)控和遠(yuǎn)程維護(hù)。建筑工程項目完成后，設(shè)計、施工、裝配過程中的所有數(shù)據(jù)全部留存，生成完整的建筑三維模型，通過在建筑內(nèi)外部空間部署各類傳感器、監(jiān)控設(shè)備，采集建筑環(huán)境數(shù)據(jù)、設(shè)備運行數(shù)據(jù)、構(gòu)件壓力和應(yīng)變數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)、異常報警數(shù)據(jù)等并進(jìn)行智能分析，對可能出現(xiàn)的建筑壽命、設(shè)備健康等問題進(jìn)行預(yù)測預(yù)警。當(dāng)出現(xiàn)問題隱患和故障報警時，管理人員可借助VR/AR 設(shè)備操控智能巡檢機器人進(jìn)行巡查和維護(hù)，在虛擬空間中診斷和解決物理建筑中存在的實際問題。

基于數(shù)字孿生的建筑運維管理