施工技术｜绿色数字孪生建造关键技术及发展展望

多粒度数字孪生系统工程模型

从工程视角看，数字孪生是系统工程，技术环节包括感(感知)、传(传输)、控(控制)、管(管理)；基本功能包括决策指挥、管理控制、预测防控、数据治理；系统特征包括系统节能、系统鲁棒、系统安全、系统柔性。

从实际应用的视角分析，数字孪生应用必然是一个多粒度(多层级)上的呈现与实现。定义多粒度数字孪生系统工程模型为DTM,则DTM={DT-CYDT-L3YDT-L2YDT-L1}。

▲多粒度数字孪生系统工程模型

工业数字孪生分为DCS(分布式工业控制系统)、MES(制造执行系统)、ERP(企业管理系统)、IIS(产业互联网系统)。未来， 以产品数字孪生为核心的MES系统将成为制造业智能化的主要方向。

▲ 工业数字孪生金字塔

数字孪生建造

数字孪生建造是以建造为目标，以MBSE方法论为指导，以数字孪生为技术和管理手段，以建造产业链为流程纽带的系统工程。

▲数字孪生建造理论体系

绿色数字孪生建造

绿色数字孪生建造在数字孪生建造基础上叠加绿色建造(包含绿色建筑、绿色建材、绿色施工、生态环保、新能源能分支)，并融入绿色、节能方法与技术。

▲ 绿色数字孪生建造理论体

数字孪生建造场景

数字孪生建造场景包括建筑物、市政设施、城乡建设。每类场景下包括若干小类场景。

▲数字孪生建造场景

AI+数字孪生建造

包括自主智能管控、可编程控制、存算一体、数据智能。

绿色数字孪生建造系统安全自主可控

国产化操作系统、软件、硬件、通信协议可嵌入绿色数字孪生建造系统应用架构的边缘、网络、云端，有助于实现系统信息的统一安全防护与管理。

绿色数字孪生建造元宇宙

绿色数字孪生建造元宇宙和城市元宇宙是元宇宙在特定行业领域中的形态之一，属于行业元宇宙范畴。

某智慧建筑公司开发的智慧建筑管理平台可依据业务场景进行模块化、组态化、搭积木式业务建模。

将该智慧建筑管理平台应用于北京冬奥会国家速滑馆(冰丝带)项目 。该项目建筑面积约8万㎡，冰面面积达12000㎡，是亚洲奥运竞赛场馆最大冰面，也是全球首个采用二氧化碳跨临界直冷制冰技术的冬奥会速滑场馆。该平台接入信息化应用系统、信息设施系统、建筑设备管理系统、消防系统、安防系统、制冰系统，细分为36个子系统。接入实时数据点位超过10万点(海量实时数据)。通过实时监测室内外温湿度，监控调节制冰系统、除湿系统、座椅送风空调系统、排风机系统、热回收系统，联动多设备多系统，精准控制气流组织、风速、温度，最终满足竞赛AI智能辅助、观众席温度自动调节、高清视频转播等需求。

目前，国防、工业、城市等领域纷纷提出对数字孪生的理解，并着手开发相应系统。从全球范围看，数字孪生尚无被普遍认可的确切定义及完整理论技术体系，数字孪生理论、技术、应用总体上处于起步阶段。

中国建造、中国制造、中国创造是我国经济社会发展的三大支柱 。在碳达峰、碳中和(双碳)和数字经济浪潮下，中国建造、中国制造均面临数字化、绿色化转型的历史命题，对我国现代经济体系构建起关键作用。全球第4次工业革命是以智能和绿色为核心特征的产业迭代升级，产生的本质影响是提高生产能力、变革生产组织模式、变革能源利用方式。 绿色数字孪生建造在不可逆转的宏观历史趋势下，将奠定经济发展的重要产业基石，同时成为我国城市发展的重要行业载体 。