“数字孪生”与智慧工地
随着大数据、物联网、移动互联网、云计算等新一代信息与通信技术的快速普及与应用，以及当前各国先进制造战略如德国工业4.0、美国工业互联网战略和中国制造2025等的提出，数字孪生大热，且已经超出了其传统的产品设计和运维阶段的数字孪生体范畴。那么又该如何理解这个概念？做为“特殊离散制造业”的建筑业，又该如何深度应用呢？此文我们将一一解读。
图片来自于网络，在此表示感谢。
一、概念解读
“数字孪生是指在数字虚体空间中所构建的虚拟事物，与物理实体空间中的实体事物所对应的、在形态和举止上都相像的虚实精确映射关系”2003年，Michael Grieves教授提出了“与物理产品等价的虚拟数字化表达”的概念，其概念模型具备数字孪生体的所有组成要素，即物理空间、虚拟空间以及两者之间的关联或接口，因此可以被认为是数字孪生体的雏形。
1、构成部分：
1）物理空间的实体产品；
2）虚拟空间的虚拟产品；
3）物理空间和虚拟空间之间的数据和信息交互接口。
2、关键动词:
数字模拟。初级阶段人采用各种工具软件，对产品、生产全过程及关键要素的模拟，建立“数字模型”，高级阶段可以用人工智能或脑机连接生成“数字模型”。
数字映射。数字虚体与物理奕体实现相互映射，可以通过对数字虚体的修改，实现物理物体的修正。同时，物理实体发生的变化，才会实时在数字虚体上变化。
二、“数字孪生”在智慧工地中的应用
1)实体联接虚体
通过实施建筑物联网系统，将智慧工地或建筑构件的数字生产车间“人、机、料、法环”等各要素实现互联互通。包括：施工项目的进度、流程，生产车间的加工程序的网络化传输、设备状态的远程自动采集、建筑工地的大数据智能化分析与可视化展现，将智慧工地和数字生产车间的“信息化孤岛”变为一个个信息化节点，将原来的物理要素融入到数字空间，构成了一个设备级的CPS系统。
2)虚体管理实体
通过建筑云中控系统/项目管理舱对施工资源、建筑部品构件、生产设备及物流系统进行出入库、查询、盘点、建筑构件库、统计分析等管理。在数字空间实现对物理空间的库存进行精益化管理，对施工项目的流程和工序进行有效可视化管理，避免因施工资源的浪费，实现高度匹配，可最大程度地减少过去的建筑项目环节太多的不透明，或生产资源不足带来的生产延误，也可避免因生产资源的积压造成生产辅助成本居高不下的问题。
3)虚体协同实体
以基于BIM+云的协同平台，对项目管理、建筑工人、采购、技术等相关人员并行准备、协同生产，这样，通过智能化的生产协同管理，将串行工作变为并行工作，从而明显地减少信息不透明等待时间，提升了施工的效率，缩短了建筑工期。
图：广联达数字项目管理平台。
4)虚体优化实体
通过智能高级排产算法，基于末位计划，按照让项目的最大成功的原则，把传统的工序流程化、标准化和数字化，建立一系列的“数字作业书”。实现智能排产方式，将每一道工序、分解到每一建筑工人和机械设备的每一分钟，可最大程度地减少交期延误，以及最大程度从整体上建筑工人和设备的有效利用率。也只有从源头上做到计划的优化，才能保证生产过程的有序、高效。
5)虚体控制实体
通过智慧工地的各种智能装备工人、数字化生产设备进行数据采集与智能化管理，对各类工艺过程和人员数据进行实时监测、动态预警、过程记录分析等功能，可实现对建筑过程实时的、动态的、严格的管理控制，确保建筑生产过程完全受控。
当施工生产一段时间，质量出现一定的规律时，通过对工序过程的主要工艺参数与产品质量进行综合分析，为技术人员与项目管理人员进行工艺改进提供科学、量化的参考数据，在以后的生产过程中，避免不好的参数，确保最优的生产参数，从而保证产品的一致性与稳定性。
6)虚体交互实体
通过对智慧工地的设备、生产、质量、库存等多维数据的采集、分析、挖掘、展现，为各类人员提供科学、直观的各类图形、报表，在虚拟空间实现对物理实体的同步展现与人机交互。
