“數字孿生”與智慧工地
隨著大數據、物聯網、移動互聯網、雲計算等新一代信息與通信技術的快速普及與應用，以及當前各國先進製造戰略如德國工業4.0、美國工業互聯網戰略和中國製造2025等的提出，數字孿生大熱，且已經超出了其傳統的產品設計和運維階段的數字孿生體範疇。那麼又該如何理解這個概念？做為“特殊離散製造業”的建築業，又該如何深度應用呢？此文我們將一一解讀。
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一、概念解讀
“數字孿生是指在數字虛體空間中所構建的虛擬事物，與物理實體空間中的實體事物所對應的、在形態和舉止上都相像的虛實精確映射關係”2003年，Michael Grieves教授提出了“與物理產品等價的虛擬數字化表達”的概念，其概念模型具備數字孿生體的所有組成要素，即物理空間、虛擬空間以及兩者之間的關聯或接口，因此可以被認為是數字孿生體的雛形。
1、構成部分：
1）物理空間的實體產品；
2）虛擬空間的虛擬產品；
3）物理空間和虛擬空間之間的數據和信息交互接口。
2、關鍵動詞:
數字模擬。初級階段人採用各種工具軟件，對產品、生產全過程及關鍵要素的模擬，建立“數字模型”，高級階段可以用人工智能或腦機連接生成“數字模型”。
數字映射。數字虛體與物理奕體實現相互映射，可以通過對數字虛體的修改，實現物理物體的修正。同時，物理實體發生的變化，才會實時在數字虛體上變化。
二、“數字孿生”在智慧工地中的應用
1)實體聯接虛體
通過實施建築物聯網系統，將智慧工地或建築構件的數字生產車間“人、機、料、法環”等各要素實現互聯互通。包括：施工項目的進度、流程，生產車間的加工程序的網絡化傳輸、設備狀態的遠程自動採集、建築工地的大數據智能化分析與可視化展現，將智慧工地和數字生產車間的“信息化孤島”變為一個個信息化節點，將原來的物理要素融入到數字空間，構成了一個設備級的CPS系統。
2)虛體管理實體
通過建築雲中控系統/項目管理艙對施工資源、建築部品構件、生產設備及物流系統進行出入庫、查詢、盤點、建築構件庫、統計分析等管理。在數字空間實現對物理空間的庫存進行精益化管理，對施工項目的流程和工序進行有效可視化管理，避免因施工資源的浪費，實現高度匹配，可最大程度地減少過去的建築項目環節太多的不透明，或生產資源不足帶來的生產延誤，也可避免因生產資源的積壓造成生產輔助成本居高不下的問題。
3)虛體協同實體
以基於BIM+雲的協同平臺，對項目管理、建築工人、採購、技術等相關人員並行準備、協同生產，這樣，通過智能化的生產協同管理，將串行工作變為並行工作，從而明顯地減少信息不透明等待時間，提升了施工的效率，縮短了建築工期。
圖：廣聯達數字項目管理平臺。
4)虛體優化實體
通過智能高級排產算法，基於末位計劃，按照讓項目的最大成功的原則，把傳統的工序流程化、標準化和數字化，建立一系列的“數字作業書”。實現智能排產方式，將每一道工序、分解到每一建築工人和機械設備的每一分鐘，可最大程度地減少交期延誤，以及最大程度從整體上建築工人和設備的有效利用率。也只有從源頭上做到計劃的優化，才能保證生產過程的有序、高效。
5)虛體控制實體
通過智慧工地的各種智能裝備工人、數字化生產設備進行數據採集與智能化管理，對各類工藝過程和人員數據進行實時監測、動態預警、過程記錄分析等功能，可實現對建築過程實時的、動態的、嚴格的管理控制，確保建築生產過程完全受控。
當施工生產一段時間，質量出現一定的規律時，通過對工序過程的主要工藝參數與產品質量進行綜合分析，為技術人員與項目管理人員進行工藝改進提供科學、量化的參考數據，在以後的生產過程中，避免不好的參數，確保最優的生產參數，從而保證產品的一致性與穩定性。
6)虛體交互實體
通過對智慧工地的設備、生產、質量、庫存等多維數據的採集、分析、挖掘、展現，為各類人員提供科學、直觀的各類圖形、報表，在虛擬空間實現對物理實體的同步展現與人機交互。
