數(shù)字孿生驅(qū)動(dòng)的智能建造全生命周期管理與實(shí)踐應(yīng)用 課件 第1-3章 數(shù)字孿生的基礎(chǔ)知識(shí)、數(shù)字孿生架構(gòu)、智能建造全生命周期管理

數(shù)字孿生驅(qū)動(dòng)的智能建造全生命周期管理與實(shí)踐應(yīng)用第一章數(shù)字孿生的基礎(chǔ)知識(shí)第一章數(shù)字孿生的基礎(chǔ)知識(shí)目錄目錄數(shù)字孿生概述數(shù)字孿生與建筑業(yè)數(shù)字孿生在其他領(lǐng)域的應(yīng)用數(shù)字孿生應(yīng)用發(fā)展勢(shì)態(tài)1342一、數(shù)字孿生概述什么是數(shù)字孿生？（DigitalTwin）數(shù)字孿生是充分運(yùn)用物理模型、傳感器更新、運(yùn)轉(zhuǎn)歷史等數(shù)據(jù)，集成化多學(xué)科、多物理量、多尺度、多概率的模擬仿真全過(guò)程，在虛擬空間中完成映射，進(jìn)而反映相應(yīng)的實(shí)體裝備的生命周期全過(guò)程。起步期物理對(duì)象原理＋數(shù)據(jù)模型機(jī)理模型＋數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型軟件描述、診斷、預(yù)測(cè)、決策數(shù)據(jù)信息指令基礎(chǔ)載體一、數(shù)字孿生概述數(shù)字孿生的發(fā)展歷程200320112015美國(guó)密歇根大學(xué)Grieves教授提出“鏡像模型”概念，數(shù)字孿生技術(shù)被最早描繪出來(lái)Grieves教授正式提出“數(shù)字孿生”；美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室提出了數(shù)字孿生體的概念，并正式定義數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用范圍擴(kuò)大，從航空航天領(lǐng)域開(kāi)始向更多領(lǐng)域發(fā)展年份起步期萌芽期成長(zhǎng)期Prof.MichaelW.Grieves美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室(AFRL)美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)一、數(shù)字孿生概述數(shù)字孿生的特點(diǎn)數(shù)字孿生技術(shù)具有典型的跨技術(shù)領(lǐng)域、跨系統(tǒng)集成、跨行業(yè)融合等特點(diǎn)，不僅涉及的技術(shù)范圍十分廣泛，應(yīng)用范疇也十分多樣。基于此，梳理出數(shù)字孿生的五個(gè)典型技術(shù)特征：互操作性、可拓展性、實(shí)時(shí)性、保真性、閉環(huán)性?；ゲ僮餍裕何锢韺?shí)體與數(shù)字虛體間雙向映射、動(dòng)態(tài)交互和實(shí)時(shí)連接可拓展性：集成、添加、替換數(shù)字模型實(shí)時(shí)性：通過(guò)數(shù)字技術(shù)手段完成對(duì)物理實(shí)體實(shí)時(shí)狀態(tài)的數(shù)字虛體同步映射保真性：數(shù)字虛體對(duì)物理實(shí)體在幾何結(jié)構(gòu)、狀態(tài)和時(shí)態(tài)等多維度仿真閉環(huán)性：數(shù)字虛體對(duì)物理實(shí)體的形、態(tài)進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)決策二、數(shù)字孿生與建筑業(yè)數(shù)字建筑時(shí)代背景二、數(shù)字孿生與建筑業(yè)數(shù)字建筑時(shí)代背景二、數(shù)字孿生與建筑業(yè)建筑業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的必要性建筑業(yè)耗能大1建筑產(chǎn)業(yè)對(duì)推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到舉足輕重的作用，是我國(guó)經(jīng)濟(jì)支柱之一。近年來(lái)，我國(guó)建筑產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，規(guī)模不斷壯大。國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)報(bào)告顯示：2018年我國(guó)建筑業(yè)總產(chǎn)值突破26萬(wàn)億元，同比增長(zhǎng)6.2%，有力支撐了國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康的發(fā)展。但由于建筑業(yè)長(zhǎng)期以來(lái)粗放式的發(fā)展模式，導(dǎo)致建筑材料污染問(wèn)題、資源與能源浪費(fèi)現(xiàn)象日益嚴(yán)重。2018年全國(guó)建筑全過(guò)程能耗總量為21.47億tce，占全國(guó)能源消費(fèi)總量比重為46.5%；全國(guó)建筑全過(guò)程碳排放總量為49.3億tCO2，占全國(guó)碳排放的比重為51.3%。二、數(shù)字孿生與建筑業(yè)建筑業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的必要性建筑行業(yè)數(shù)字化水平低2建筑行業(yè)一直以來(lái)對(duì)信息流通的要求比較高，是信息最密集的行業(yè)之一。在整個(gè)信息鏈傳遞過(guò)程中，信息需要以清晰可用的格式，準(zhǔn)確、及時(shí)地被接受者采用。在規(guī)劃、設(shè)計(jì)及施工過(guò)程中，信息資料往往以文字資料、設(shè)計(jì)圖紙及工程影像資料等海量數(shù)據(jù)集合。建筑生命周期各個(gè)階段內(nèi)這些數(shù)據(jù)難以流轉(zhuǎn)、不互通，不僅造成了大量的紙張浪費(fèi)，還阻礙了工程項(xiàng)目進(jìn)程。二、數(shù)字孿生與建筑業(yè)建筑業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的必要性建筑行業(yè)運(yùn)營(yíng)效率低下3可見(jiàn)，建設(shè)項(xiàng)目信息冗雜、流程繁瑣、設(shè)備復(fù)雜多樣，各階段管理人員往往不能全面接收信息，也不具備全面的建筑專業(yè)知識(shí)，導(dǎo)致日常管理工作效率低下，不能滿足日常需求。然而近幾年由于政策調(diào)控和疫情影響，建筑業(yè)產(chǎn)值增速緩慢，亟需調(diào)整至精益化的管理模式。二、數(shù)字孿生與建筑業(yè)數(shù)字孿生技術(shù)在建筑領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)狀目前，我國(guó)處于建筑行業(yè)數(shù)字化的探索階段?；贐IM、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的工程項(xiàng)目應(yīng)用研究已逐漸增多，提高了行業(yè)生產(chǎn)運(yùn)作效率。數(shù)字孿生作為數(shù)字化技術(shù)交互融合的高級(jí)形態(tài)，應(yīng)成為未來(lái)建筑行業(yè)普遍運(yùn)用的的關(guān)鍵技術(shù)之一。進(jìn)度管理調(diào)度仿真及方案優(yōu)化進(jìn)度計(jì)劃優(yōu)化程序編寫(xiě)程序優(yōu)化后進(jìn)行進(jìn)度方案比選二、數(shù)字孿生與建筑業(yè)數(shù)字孿生技術(shù)在建筑領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)狀目前，我國(guó)處于建筑行業(yè)數(shù)字化的探索階段?；贐IM、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的工程項(xiàng)目應(yīng)用研究已逐漸增多，提高了行業(yè)生產(chǎn)運(yùn)作效率。數(shù)字孿生作為數(shù)字化技術(shù)交互融合的高級(jí)形態(tài)，應(yīng)成為未來(lái)建筑行業(yè)普遍運(yùn)用的的關(guān)鍵技術(shù)之一。工程質(zhì)量監(jiān)控及管理基于RFID的物料二維碼標(biāo)簽管理通過(guò)智慧工地管理系統(tǒng)來(lái)記錄項(xiàng)目大量的物料信息二、數(shù)字孿生與建筑業(yè)數(shù)字孿生技術(shù)在建筑領(lǐng)域中的應(yīng)用現(xiàn)狀目前，我國(guó)處于建筑行業(yè)數(shù)字化的探索階段。基于BIM、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的工程項(xiàng)目應(yīng)用研究已逐漸增多，提高了行業(yè)生產(chǎn)運(yùn)作效率。數(shù)字孿生作為數(shù)字化技術(shù)交互融合的高級(jí)形態(tài)，應(yīng)成為未來(lái)建筑行業(yè)普遍運(yùn)用的的關(guān)鍵技術(shù)之一。施工仿真優(yōu)化研究對(duì)重點(diǎn)部位的鋼結(jié)構(gòu)安裝進(jìn)行施工輔助，協(xié)助鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)進(jìn)行安裝模擬及節(jié)點(diǎn)優(yōu)化，施工輔助BIM模型一鍵出圖。三、數(shù)字孿生在其他領(lǐng)域的應(yīng)用安全救急城市管理建筑建設(shè)航空航天環(huán)境保護(hù)智慧農(nóng)業(yè)電力領(lǐng)域醫(yī)療健康汽車(chē)制造航天器預(yù)測(cè)維護(hù)、航天器故障分析、裝配線監(jiān)控優(yōu)化、安全和安全管理水資源管理、森林利用和管理橄欖種植監(jiān)測(cè)、家畜健康監(jiān)測(cè)、動(dòng)物運(yùn)動(dòng)跟蹤、農(nóng)場(chǎng)機(jī)器跟蹤、病蟲(chóng)害和農(nóng)藥監(jiān)測(cè)渦輪機(jī)預(yù)測(cè)維護(hù)、電廠健康的管理、電網(wǎng)規(guī)劃運(yùn)營(yíng)維護(hù)健康監(jiān)測(cè)、心臟病研究、個(gè)性化醫(yī)療、資源分配、員工安排設(shè)計(jì)驗(yàn)證、故障預(yù)測(cè)維護(hù)、燃油效率優(yōu)化、汽車(chē)性能測(cè)試減輕現(xiàn)有風(fēng)險(xiǎn)和危害、災(zāi)難性的災(zāi)難預(yù)防、安全網(wǎng)絡(luò)保護(hù)實(shí)時(shí)監(jiān)控、城市規(guī)劃、政策制定、HAVC控制進(jìn)度監(jiān)測(cè)、預(yù)算調(diào)整、工人安全監(jiān)測(cè)、建筑質(zhì)量評(píng)估、提高設(shè)備使用率、資源分配和廢物跟蹤四、數(shù)字孿生應(yīng)用發(fā)展勢(shì)態(tài)數(shù)字孿生已是必然趨勢(shì)目前，城市在規(guī)劃、建設(shè)、管理上依然存在很多問(wèn)題，例如數(shù)據(jù)割裂不及時(shí)、監(jiān)管手段落后等諸多弊端，迫切需要新的機(jī)制、新的手段來(lái)推動(dòng)數(shù)字化、智慧化管理體系建設(shè)。智慧城市上海市智慧城市應(yīng)用場(chǎng)景相比傳統(tǒng)的城市建設(shè)發(fā)展，數(shù)字孿生城市將實(shí)現(xiàn)高標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃、高質(zhì)量建設(shè)、精細(xì)化管理，空間資源高效、有效利用，城市綜合功能協(xié)調(diào)發(fā)展，物理城市與數(shù)字城市同步規(guī)劃、同步建設(shè)、同生共長(zhǎng)，城市大數(shù)據(jù)資產(chǎn)開(kāi)放共享。數(shù)字孿生將會(huì)把我們的城市從過(guò)去的孤立管理帶到系統(tǒng)管理的新時(shí)代！第二章數(shù)字孿生架構(gòu)第二章數(shù)字孿生架構(gòu)目錄目錄數(shù)字孿生理論架構(gòu)數(shù)字孿生技術(shù)架構(gòu)數(shù)字孿生技術(shù)的實(shí)現(xiàn)流程132一、數(shù)字孿生理論架構(gòu)數(shù)字孿生的五維模型數(shù)字孿生的核心是模型和數(shù)據(jù)，為了將二者有效結(jié)合，首要任務(wù)是創(chuàng)建應(yīng)用對(duì)象的數(shù)字孿生體。北京航空航天大學(xué)陶飛教授帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)在先前智能制造領(lǐng)域的鉆研下，將孿生數(shù)據(jù)和服務(wù)兩個(gè)要素拓展到數(shù)字孿生三維模型中，使得數(shù)字孿生模型結(jié)構(gòu)發(fā)展成如圖所示的五維結(jié)構(gòu)模型。1、物理實(shí)體(PE)物體實(shí)體是數(shù)字孿生五維模型的構(gòu)成基礎(chǔ)，主要包括各子系統(tǒng)具備不同的功能，共同支持設(shè)備的運(yùn)行以及傳感器采集設(shè)備和環(huán)境數(shù)據(jù)。對(duì)物理實(shí)體的準(zhǔn)確分析與有效維護(hù)是建立數(shù)字孿生模型的前提。2、虛擬模型(VE)虛擬實(shí)體模型包括幾何模型、物理模型、行為模型和規(guī)則模型，從多時(shí)間尺度、多空間尺度對(duì)物理實(shí)習(xí)進(jìn)行描述和刻畫(huà)，形成對(duì)物理實(shí)體的完整映射?？墒褂肰R與AR技術(shù)實(shí)現(xiàn)虛擬實(shí)體與物理實(shí)體虛實(shí)疊加及融合顯示,增強(qiáng)虛擬實(shí)體的沉浸性、真實(shí)性及交互性。一、數(shù)字孿生理論架構(gòu)數(shù)字孿生的五維模型數(shù)字孿生的核心是模型和數(shù)據(jù)，為了將二者有效結(jié)合，首要任務(wù)是創(chuàng)建應(yīng)用對(duì)象的數(shù)字孿生體。北京航空航天大學(xué)陶飛教授帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)在先前智能制造領(lǐng)域的鉆研下，將孿生數(shù)據(jù)和服務(wù)兩個(gè)要素拓展到數(shù)字孿生三維模型中，使得數(shù)字孿生模型結(jié)構(gòu)發(fā)展成如圖所示的五維結(jié)構(gòu)模型。3、服務(wù)(Ss)服務(wù)對(duì)數(shù)字孿生應(yīng)用過(guò)程中面向不同領(lǐng)域、不同層次用戶、不同業(yè)務(wù)所需的各類數(shù)據(jù)、模型、算法、仿真、結(jié)果等進(jìn)行服務(wù)化封裝，并以應(yīng)用軟件或移動(dòng)端App的形式提供給用戶，實(shí)現(xiàn)對(duì)服務(wù)的便捷與按需使用。4、孿生數(shù)據(jù)(DD)孿生數(shù)據(jù)是數(shù)字孿生的驅(qū)動(dòng)，集成融合了信息數(shù)據(jù)與物理數(shù)據(jù)，滿足信息空間與物理空間的一致性與同步性需求，能提供更加準(zhǔn)確、全面的全要素/全流程/全業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)支持。5、連接(CN)連接模型包括連接使物理實(shí)體、虛擬實(shí)體、服務(wù)在運(yùn)行中保持交互、一致與同步以及連接使物理實(shí)體、虛擬實(shí)體、服務(wù)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存入孿生數(shù)據(jù)，并使孿生數(shù)據(jù)能夠驅(qū)動(dòng)三者運(yùn)行。一、數(shù)字孿生理論架構(gòu)數(shù)字孿生的交互理論模型連接與交互式實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生動(dòng)態(tài)運(yùn)行和虛實(shí)空間高度融合的核心關(guān)鍵。數(shù)字孿生交互包含了內(nèi)部交互和外部交互。內(nèi)部交互主要指同維度要素之間交互和跨維度要素之間交互；外部交互主要指數(shù)字孿生與圍繞人、機(jī)、料、法、環(huán)上產(chǎn)制造過(guò)程的交互。二、數(shù)字孿生技術(shù)架構(gòu)數(shù)字孿生是在數(shù)字孿生的基礎(chǔ)上，利用傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能等數(shù)字技術(shù)對(duì)真實(shí)世界中物理實(shí)體和智能實(shí)體對(duì)象的特征、行為、形成過(guò)程和性能等進(jìn)行描述和建模的過(guò)程和方法，也稱為虛擬孿生技術(shù)。二、數(shù)字孿生技術(shù)架構(gòu)數(shù)字孿生的基本技術(shù)數(shù)字孿生的基礎(chǔ)技術(shù)包括感知、網(wǎng)絡(luò)，這些技術(shù)貫穿數(shù)字孿生的五維模型，使之相互聯(lián)系、共同作用，是構(gòu)成數(shù)字孿生模型的基石。感知感知是數(shù)字孿生體系架構(gòu)中的底層基礎(chǔ)。感知技術(shù)是通過(guò)物理、化學(xué)、生物等效應(yīng)感受事物的狀態(tài)、特征和方式的信息，按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可利用信號(hào)，用以表征目標(biāo)外部特征信息的信息獲取技術(shù)。一個(gè)完備的數(shù)字孿生系統(tǒng)應(yīng)具備對(duì)外部運(yùn)行環(huán)境和內(nèi)部組成部件的數(shù)據(jù)信息獲取能力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)物理對(duì)象與對(duì)應(yīng)的數(shù)字孿生系統(tǒng)之間全要素、全業(yè)務(wù)、全流程精準(zhǔn)映射與實(shí)時(shí)交互。不僅如此，數(shù)字孿生系統(tǒng)還應(yīng)考慮數(shù)據(jù)間的協(xié)同交互，明確物體在全域的空間位置及唯一標(biāo)識(shí)，使連接設(shè)備的運(yùn)行勢(shì)態(tài)獲得多維度、多層次的精準(zhǔn)監(jiān)控。二、數(shù)字孿生技術(shù)架構(gòu)數(shù)字孿生的基本技術(shù)數(shù)字孿生的基礎(chǔ)技術(shù)包括感知、網(wǎng)絡(luò)，這些技術(shù)貫穿數(shù)字孿生的五維模型，使之相互聯(lián)系、共同作用，是構(gòu)成數(shù)字孿生模型的基石。網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)是數(shù)字孿生體系架構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)施。在數(shù)字孿生系統(tǒng)中，網(wǎng)絡(luò)能連接物理對(duì)象與其余各部分系統(tǒng)，促使它們之間完成信息的交互和傳輸。隨著數(shù)字化技術(shù)與建筑的結(jié)合越來(lái)越深入，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)逐漸應(yīng)用于居民樓、醫(yī)院、寫(xiě)字樓等多個(gè)建筑場(chǎng)景。以上的應(yīng)用特點(diǎn)不僅要求網(wǎng)絡(luò)具備較高的靈活性，能滿足多樣化的業(yè)務(wù)需求和高速率數(shù)據(jù)上傳，還要求網(wǎng)絡(luò)具備較高的承載能力，能夠滿足極限設(shè)備的連接等。因此，數(shù)字孿生體系架構(gòu)需要強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支撐，以實(shí)現(xiàn)物理網(wǎng)絡(luò)的極簡(jiǎn)化和智慧化運(yùn)維。二、數(shù)字孿生技術(shù)架構(gòu)數(shù)字孿生的核心技術(shù)數(shù)字孿生的核心技術(shù)為數(shù)字孿生系統(tǒng)的構(gòu)建提供了關(guān)鍵支撐，是實(shí)現(xiàn)各部分主體功能的重要組成部分，也是連接虛擬與實(shí)體的重要路徑。數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)在數(shù)字孿生模型中占有極高的比例，因此如何將系統(tǒng)內(nèi)的大量數(shù)據(jù)提取并進(jìn)行融合交互是實(shí)現(xiàn)孿生數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵。在數(shù)字孿生體系架構(gòu)中，首先由連接物理實(shí)體的底層感知系統(tǒng)接收大量的外界環(huán)境信息。其次，通過(guò)一定的數(shù)據(jù)處理手段將各種復(fù)雜、多元、異構(gòu)的數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化并傳遞給下一個(gè)階段。在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，由于數(shù)字孿生模型中的數(shù)據(jù)體量大、種類多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要將它們依照數(shù)據(jù)特點(diǎn)進(jìn)行分類并存儲(chǔ)在不同的數(shù)據(jù)庫(kù)中。不僅要考慮數(shù)據(jù)自身的特性，還要考慮數(shù)據(jù)之間的交互特點(diǎn)。二、數(shù)字孿生技術(shù)架構(gòu)數(shù)字孿生的核心技術(shù)數(shù)字孿生的核心技術(shù)為數(shù)字孿生系統(tǒng)的構(gòu)建提供了關(guān)鍵支撐，是實(shí)現(xiàn)各部分主體功能的重要組成部分，也是連接虛擬與實(shí)體的重要路徑。建模建模是依照物理實(shí)體的外在結(jié)構(gòu)和內(nèi)部聯(lián)系，通過(guò)軟件對(duì)其進(jìn)行刻畫(huà)，形成物理世界的數(shù)字虛擬模型的過(guò)程。在基于物理的建模方法中，面向數(shù)字孿生的多領(lǐng)域多尺度融合建模方法非常重要，因?yàn)閼?yīng)用對(duì)象不在單一環(huán)境中。多尺度建?？梢赃B接不同時(shí)間尺度的物理過(guò)程，因此，這種計(jì)算模型可以具有更高的精度。雖然基于物理的建模方法可以描述對(duì)象的外部變化，但對(duì)內(nèi)在規(guī)則的建模通常是使用基于語(yǔ)義的方法來(lái)完成的。語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)模型是知識(shí)表示中的一種符號(hào)網(wǎng)絡(luò)；通過(guò)在語(yǔ)義知識(shí)中預(yù)先存儲(chǔ)由模型中固有的連接組成的知識(shí)，當(dāng)要應(yīng)用的對(duì)象需要根據(jù)規(guī)則進(jìn)行一些改變時(shí)，可以與連接一起搜索。仿真與建模密切相關(guān)，仿真的作用是讓我們更好地了解物理實(shí)體的變化，所以數(shù)字孿生的仿真技術(shù)是保證數(shù)字孿生與物理實(shí)體形成有效閉環(huán)的核心方法。二、數(shù)字孿生技術(shù)架構(gòu)數(shù)字孿生的核心技術(shù)數(shù)字孿生的核心技術(shù)為數(shù)字孿生系統(tǒng)的構(gòu)建提供了關(guān)鍵支撐，是實(shí)現(xiàn)各部分主體功能的重要組成部分，也是連接虛擬與實(shí)體的重要路徑。仿真仿真技術(shù)是通過(guò)計(jì)算機(jī)和專用工具，將特定的模型進(jìn)行參數(shù)處理，以實(shí)現(xiàn)對(duì)于系統(tǒng)模型的動(dòng)態(tài)模擬和構(gòu)思實(shí)踐。在這一過(guò)程中，只要模型是完整的，就能基于輸入信息和環(huán)境數(shù)據(jù)精確地反映物理世界的狀態(tài)和特性。所以，仿真技術(shù)是對(duì)現(xiàn)實(shí)中某一物體或某些過(guò)程的抽象性模仿，人們通過(guò)這一模仿過(guò)程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過(guò)記錄相關(guān)信息完成進(jìn)一步的推理和驗(yàn)證，以確認(rèn)建模過(guò)程的準(zhǔn)確性以及推動(dòng)對(duì)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的某些決策。傳統(tǒng)的仿真方法是一個(gè)迭代過(guò)程，即針對(duì)實(shí)際系統(tǒng)某一層次的特性(過(guò)程)，抽象出一個(gè)模型，然后假設(shè)態(tài)勢(shì)(輸入)，進(jìn)行試驗(yàn)，由試驗(yàn)者判讀輸出結(jié)果和驗(yàn)證模型，根據(jù)判斷的情況來(lái)修改模型和有關(guān)的參數(shù)。如此迭代地進(jìn)行，直到認(rèn)為這個(gè)模型已滿足試驗(yàn)者對(duì)客觀系統(tǒng)的某一層次的仿真目的為止。三、數(shù)字孿生的技術(shù)實(shí)現(xiàn)流程基于上述技術(shù)，數(shù)字孿生得以通過(guò)模擬物理對(duì)象在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的行為，實(shí)現(xiàn)故障診斷、狀態(tài)監(jiān)控和綜合優(yōu)化等功能。而技術(shù)并非獨(dú)立存在，需要通過(guò)某種流程進(jìn)行融合，以搭建從物理世界到孿生空間的信息監(jiān)護(hù)閉環(huán)。從數(shù)字化物理實(shí)體到最終的應(yīng)用分別為標(biāo)識(shí)感知層、數(shù)據(jù)互動(dòng)層、建模仿真層和交互控制層。第三章智能建造全生命周期管理目錄目錄理論研究闡述全生命周期管理相關(guān)研究數(shù)字孿生與智能建造全生命周期智能建造關(guān)鍵技術(shù)體系智能建造全生命周期管理135421.1智能建造的提出背景我國(guó)建筑業(yè)四階段階段名稱具體內(nèi)容①20世紀(jì)80年代前以手工業(yè)為主的現(xiàn)場(chǎng)施工階段該階段通過(guò)紙質(zhì)、口頭的方式來(lái)傳遞資料，施工周期長(zhǎng)、機(jī)械化程度較低、效率低下②機(jī)械與施工相結(jié)合的建筑機(jī)械化階段我國(guó)引進(jìn)眾多高科技施工軟件，以工程機(jī)械化、管理科學(xué)化的思想指導(dǎo)施工，正式步入機(jī)械化綜合施工時(shí)期③以BIM為主導(dǎo)的信息化建設(shè)階段隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)的發(fā)展，在3D信息技術(shù)的指導(dǎo)下，使得工程施工建設(shè)更加高效安全④信息化發(fā)展的智能建造階段以智慧平臺(tái)為基礎(chǔ)，融合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智能設(shè)備，建造過(guò)程信息化實(shí)現(xiàn)了以更少的人力獲得更快的項(xiàng)目進(jìn)度、更高的項(xiàng)目質(zhì)量，同時(shí)兼顧環(huán)境保護(hù)，促進(jìn)建筑行業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展隨著工業(yè)4.0時(shí)代的到來(lái)，以物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算為代表的新一代信息技術(shù)與人工智能技術(shù)正日益廣泛地應(yīng)用于工程項(xiàng)目建設(shè)中，從而衍生出了“智能建造”的概念。實(shí)現(xiàn)智能建造模式被廣泛地認(rèn)為是工業(yè)4.0背景下建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的必由之路智能建造發(fā)展要求傳統(tǒng)建造與智能建造對(duì)比表內(nèi)容傳統(tǒng)建造智能建造應(yīng)用范圍應(yīng)用于以施工、設(shè)計(jì)等單一階段為主應(yīng)用于全生命周期所有階段技術(shù)支撐依靠CAD、互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)庫(kù)等傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)技術(shù)主要依靠BIM技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)4D可視化等新興信息技術(shù)的集成應(yīng)用組織形式組織形式松散、冗長(zhǎng)，根據(jù)具體管理任務(wù)建立的臨時(shí)組織組織結(jié)構(gòu)扁平化，統(tǒng)一協(xié)調(diào)，各參與方集成管理信息傳遞方式過(guò)紙質(zhì)文檔、會(huì)議、傳真、郵件、物流等方式基于BIM與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的信息實(shí)時(shí)交互與共享，數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、錄入、存儲(chǔ)、處理和分析目標(biāo)完成項(xiàng)目合同信息化、智能化、綠色化信息共享信息孤島與斷層，數(shù)據(jù)失真，溝通不暢全生命周期數(shù)據(jù)共享與信息化管理，高效協(xié)同，數(shù)據(jù)互聯(lián)互通參建方相互交織，錯(cuò)綜復(fù)雜需多方協(xié)同工作成本管理被動(dòng)參與，事后控制，相互獨(dú)立能夠主動(dòng)控制，事前預(yù)警，集成管理1.1智能建造的提出背景智能建造是建造技術(shù)與管理理論逐步標(biāo)準(zhǔn)化和體系化的過(guò)程，為設(shè)計(jì)企業(yè)與建筑公司提供技術(shù)指導(dǎo)，有助于提高工程項(xiàng)目質(zhì)量效率，是建筑業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、實(shí)現(xiàn)綠色現(xiàn)代化的重要工具智能建造為建造各參與方，如業(yè)主、設(shè)計(jì)方、施工方、監(jiān)理方等提供了統(tǒng)一的信息上傳渠道，使各方的溝通方式更為簡(jiǎn)便高效，有助于促進(jìn)各方對(duì)建筑構(gòu)建的參與認(rèn)識(shí)，避免信息孤島現(xiàn)象智能建造對(duì)于項(xiàng)目方案優(yōu)化及項(xiàng)目技術(shù)的提升，有助于縮短工期、節(jié)約資源、控制成本，進(jìn)而提升項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)可行性利用在施工現(xiàn)場(chǎng)安裝的監(jiān)控設(shè)備，使現(xiàn)場(chǎng)施工控制全面智能化監(jiān)管，有利于減少人員、設(shè)備、技術(shù)及管理的漏洞失誤，實(shí)現(xiàn)高效統(tǒng)一管理技術(shù)層面社會(huì)層面經(jīng)濟(jì)層面安全層面智能建造1.2智能建造的內(nèi)涵智能建造的本質(zhì)是將設(shè)計(jì)與管理相結(jié)合以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)配置的生產(chǎn)方式，進(jìn)而對(duì)施工方式進(jìn)行改造和升級(jí)2BLM的內(nèi)涵及優(yōu)勢(shì)BLM理念的內(nèi)涵序號(hào)BLM的內(nèi)涵具體方法1BLM目的是使項(xiàng)目增值通過(guò)解決信息的創(chuàng)建、管理和共享以便更好地服務(wù)于管理者從而實(shí)現(xiàn)成本節(jié)約、周期縮短、達(dá)到項(xiàng)目增值的目的2BLM是一個(gè)綜合性的管理概念BLM理念實(shí)施過(guò)程中涉及項(xiàng)目的方方面面，包括文件管理、流程管理、價(jià)值管理和信息管理等管理活動(dòng)3BLM的核心是信息管理項(xiàng)目信息量大且易于變化導(dǎo)致難以對(duì)信息進(jìn)行管理，但是通過(guò)BLM理念可解決項(xiàng)目全過(guò)程中的信息創(chuàng)建、管理和共享等難題4通過(guò)PIP技術(shù)可以是BLM實(shí)現(xiàn)共享通過(guò)PIP技術(shù)對(duì)BIM模型中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的調(diào)用有利于實(shí)現(xiàn)BLM理念的信息共享，可為用戶建立統(tǒng)一的共享平臺(tái)BLM理念的優(yōu)勢(shì)序號(hào)BLM理念的優(yōu)勢(shì)具體表現(xiàn)1更好地創(chuàng)建信息在數(shù)字化的形勢(shì)下利用BIM技術(shù)創(chuàng)建建設(shè)工程設(shè)計(jì)信息，可以保證信息的數(shù)字化形式、減少信息的重復(fù)輸入，確保信息有用和準(zhǔn)確無(wú)誤2更好地管理信息①BLM的實(shí)現(xiàn)過(guò)程是以數(shù)字化的形式創(chuàng)建和保存信息②通過(guò)有效制度的建立實(shí)現(xiàn)數(shù)字化信息的跟蹤過(guò)程③實(shí)現(xiàn)多方面的信息關(guān)聯(lián)④為項(xiàng)目相關(guān)用戶提供賬戶登錄界面3更好地共享信息①借助PIP技術(shù)為各種不同需求的用戶提供對(duì)應(yīng)不同權(quán)限的信息入口②通過(guò)有效的數(shù)據(jù)交換機(jī)制使得各相關(guān)方之間建立起暢通的信息交流通路3.1數(shù)字孿生與智能建造全生命周期關(guān)系數(shù)字孿生與智能建造全生命周期關(guān)系圖03040102數(shù)智字能孿建生造概念-基礎(chǔ)技術(shù)-有效手段空間-關(guān)鍵功能-核心內(nèi)容01數(shù)字孿生技術(shù)是智能建造不斷深化的重要環(huán)節(jié)、深入發(fā)展的必然階段、推進(jìn)抓手和運(yùn)行體現(xiàn)數(shù)字孿生空間中的建筑進(jìn)行三維仿真，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)體建造全過(guò)程中所涉及的施工數(shù)據(jù)管理的優(yōu)化和實(shí)時(shí)模擬數(shù)字孿生是數(shù)字技術(shù)與實(shí)體工程相結(jié)合的產(chǎn)物，也是智能建造的核心技術(shù)手段之一數(shù)字孿生將其與實(shí)際施工情況相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與施工無(wú)縫銜接，提升建筑施工質(zhì)量、降低成本并提高經(jīng)濟(jì)效益可視化呈現(xiàn)：由于虛擬數(shù)字空間中的模型是根據(jù)現(xiàn)實(shí)物理世界進(jìn)行搭建的，因此可以通過(guò)BIM模型、有限元模型、三維點(diǎn)云模型將建筑物實(shí)體的相關(guān)性能做可視化呈現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)同虛擬的一一映射描述智能診斷：在虛擬映射的基礎(chǔ)上，由孿生模型中的數(shù)據(jù)層，進(jìn)行建筑物的信息處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)建造過(guò)程中風(fēng)險(xiǎn)的智能診斷診斷科學(xué)預(yù)測(cè)：孿生模型可以根據(jù)已獲取的數(shù)據(jù)擬合出建筑物的性能函數(shù)，從而準(zhǔn)確預(yù)測(cè)安全風(fēng)險(xiǎn)的影響程度以及引起風(fēng)險(xiǎn)的作用機(jī)理，保障建造的科學(xué)性和可行性預(yù)測(cè)輔助決策：通過(guò)對(duì)現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析后，可結(jié)合建造過(guò)程中的相關(guān)性能限值，對(duì)建造過(guò)程進(jìn)行指導(dǎo)，從而輔助施工、科學(xué)決策決策3.2數(shù)字孿生在智能建造中的應(yīng)用價(jià)值BIM技術(shù)是建造數(shù)字建模+仿真交互的重要基礎(chǔ)，為工程項(xiàng)目全生命周期、全參與方、全要素提供了一個(gè)各階段工程信息數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)流通、轉(zhuǎn)換、交換和共享的平臺(tái)，使得工程項(xiàng)目管理更加精細(xì)化、科學(xué)化數(shù)字化建模依據(jù)仿真結(jié)果對(duì)建造設(shè)計(jì)施工方案進(jìn)行修改、優(yōu)化，提升方案可行性，從而進(jìn)一步控制項(xiàng)目質(zhì)量、進(jìn)度和成本，提高建造品質(zhì)數(shù)字化設(shè)計(jì)與仿真通過(guò)BIM+VR、BIM+AR等應(yīng)用實(shí)時(shí)渲染，建造場(chǎng)景可視化呈現(xiàn)，為使用者提供新型建造表達(dá)方式數(shù)字可視化4智能建造關(guān)鍵技術(shù)體系數(shù)字建模+仿真交互：主要體現(xiàn)在數(shù)字化建模、數(shù)字化設(shè)計(jì)與仿真、數(shù)字可視化技術(shù)三方面感知技術(shù)感知技術(shù)是通過(guò)物理、化學(xué)和生物效應(yīng)等手段，基于不同環(huán)境狀態(tài)下材料的電化學(xué)性質(zhì)的變化，將感知的狀態(tài)輸出為模擬數(shù)字信號(hào)，通過(guò)轉(zhuǎn)換算法轉(zhuǎn)換為物理狀態(tài)，獲取被感知建造項(xiàng)目的狀態(tài)、特征、方式和過(guò)程的一種信息獲取與表達(dá)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為支撐智能建造信息溝通的媒介，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將互聯(lián)網(wǎng)上分散的資源融為有機(jī)整體，實(shí)現(xiàn)資源的全面共享和有機(jī)協(xié)作。借此用戶可按需獲取資源信息平臺(tái)技術(shù)平臺(tái)技術(shù)通過(guò)將與工程建造領(lǐng)域相關(guān)的物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)設(shè)備與建筑業(yè)全生命周期建造活動(dòng)的各環(huán)節(jié)相互融合，實(shí)現(xiàn)了信息感知、數(shù)據(jù)采集、知識(shí)積累、輔助決策、精細(xì)化施工與管理0102034智能建造關(guān)鍵技術(shù)體系泛在感知+寬帶物聯(lián)：主要體