數(shù)字孿生：讓BIM的世界4D起來

宋辰

Bentley 北亞區(qū)總裁劉德盛表示：數(shù)字孿生是實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化的第一公里，也是中國實(shí)現(xiàn)彎道超車的“特殊武器”。

在不斷更迭的科學(xué)技術(shù)推動下，中國各行各業(yè)都呈現(xiàn)出高速發(fā)展的態(tài)勢。特別是在基礎(chǔ)設(shè)施方面，中國高鐵、跨海大橋、機(jī)場建設(shè)、南水北調(diào)工程……當(dāng)今的中國，世界級“超級工程”比比皆是，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)舊貌換新顏。

這些“巨無霸”工程，離不開的就是“智能建造”，BIM正是智能建造得以實(shí)現(xiàn)的數(shù)字化“法寶”。如果說，60年前CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）讓工程設(shè)計(jì)的世界以2D的形式得以數(shù)字化的展現(xiàn)，近些年大熱的BIM為基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化帶來了3D的體驗(yàn)，那么，數(shù)字孿生模型則可以讓BIM的世界4D起來。

在Gartner發(fā)布的《2019年十大戰(zhàn)略性技術(shù)趨勢》中，數(shù)字孿生位列其中。Gartner發(fā)布的這些趨勢并非概念技術(shù)，而是已經(jīng)有了決定性的突破，將發(fā)展成更廣泛的應(yīng)用，其高度波動性在未來5年內(nèi)將達(dá)到臨界點(diǎn)。

什么是數(shù)字孿生模型？為什么它能讓BIM的世界4D起來？

BIM不重要了嗎？

答案是否定的。

早在2017年的時(shí)候，國務(wù)院辦公廳就提出要加快推進(jìn)BIM技術(shù)在規(guī)劃、勘探、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營維護(hù)全過程的集成應(yīng)用。國家和地方一直在加大和加速BIM政策與標(biāo)準(zhǔn)落地，推進(jìn)了BIM市場的迅速發(fā)展。

那么，BIM到底是什么？為何國家要大力推進(jìn)BIM的運(yùn)用？

BIM的英文全稱是Building Information Modeling，是一種以三維設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)工程信息集成的模型。簡單的理解就是將基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化的解決方案，從地理勘探、到建筑的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維直至全生命周期的終結(jié)，BIM將各種信息整合于一個(gè)信息數(shù)據(jù)庫中。

隨著數(shù)字化轉(zhuǎn)型的不斷推進(jìn)，其實(shí)BIM已經(jīng)越來越廣泛應(yīng)用于大型建筑、鐵路、機(jī)場、大橋建設(shè)、水利水電項(xiàng)目中。

在江西省九江市，上海勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司和長江生態(tài)環(huán)保集團(tuán)有限公司正在江西省九江市建設(shè)智慧水務(wù)管理平臺。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)使用Bentley的應(yīng)用程序生成220平方公里的實(shí)景模型，通過創(chuàng)建模擬和建模平臺，助力了對污水廠、配套管網(wǎng)和水生態(tài)修復(fù)等工程內(nèi)容的管理決策，節(jié)約60%的項(xiàng)目成本。

Bentley YII 2019 大會現(xiàn)場

在湖南省汨羅西變電站，湖北省電力勘測設(shè)計(jì)院有限公司采用Bentley應(yīng)用程序執(zhí)行三維設(shè)計(jì)，減少30天的施工時(shí)間，項(xiàng)目得以提前交付。這將提升周邊15萬用戶的生活質(zhì)量，這也是國家電網(wǎng)公司變電站建設(shè)歷史上首次全過程三維設(shè)計(jì)的試點(diǎn)工程之一。

過去15年，BIM的出現(xiàn)就是為了消除工程建設(shè)行業(yè)潛在的設(shè)計(jì)與施工風(fēng)險(xiǎn)，讓設(shè)計(jì)和施工過程更加透明。

不過，到目前為止，BIM的使用僅限于靜態(tài)交付成果。轉(zhuǎn)交給施工團(tuán)隊(duì)后，交付成果很快就會過時(shí)，BIM模型中工程數(shù)據(jù)的更多潛在價(jià)值也就隨即消失。

數(shù)字孿生應(yīng)運(yùn)而生

數(shù)字孿生最大的價(jià)值在于，它可以一邊實(shí)時(shí)觀察數(shù)字實(shí)體的運(yùn)行情況，監(jiān)控各種運(yùn)行參數(shù)，一邊通過大量數(shù)據(jù)積累結(jié)合人工智能對虛擬世界進(jìn)行更進(jìn)一步的模擬推演，推演結(jié)果最終對現(xiàn)實(shí)世界反饋。

在工程領(lǐng)域，BIM是創(chuàng)建和使用“數(shù)字孿生”的工具。

數(shù)字孿生模型是實(shí)時(shí)的，因?yàn)樗鼈兂尸F(xiàn)了資產(chǎn)的實(shí)時(shí)狀態(tài)、位置或?qū)嶋H狀況。通常通過整合來自持續(xù)（4D） 勘測、無人機(jī)或LiDAR、傳感器和物聯(lián)網(wǎng)（IoT） 源的各種數(shù)據(jù)，以及與資產(chǎn)實(shí)際位置和環(huán)境相關(guān)的巖土工程數(shù)據(jù)來進(jìn)行表現(xiàn)。

“在做項(xiàng)目的時(shí)候，通過數(shù)字孿生模型你可以看到進(jìn)展中的任意時(shí)間點(diǎn)，就好像是你的銀行流水單，你可以清晰地看到發(fā)生過什么。”Bentley北亞區(qū)總裁劉德盛說。他表示，數(shù)字孿生是實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化的第一公里，也是中國實(shí)現(xiàn)彎道超車的“特殊武器”。

河北省雄安新區(qū)，1960平方公里的土地上，中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司采用多種先進(jìn)的數(shù)字化技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)雄安新區(qū)的地理、地質(zhì)、基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃建設(shè)管理要素的全部數(shù)字化，建立了數(shù)字城市CIM建設(shè)與管理平臺，還開發(fā)建設(shè)了智慧森林、數(shù)字征遷、智慧電網(wǎng)、智慧水務(wù)等包含數(shù)字城市建設(shè)管理各個(gè)方面及社會活動的數(shù)字化應(yīng)用系統(tǒng)。

社會生活，是由一個(gè)個(gè)鮮活的人以及他們的社會活動組成的，所以，在智慧城市相關(guān)的項(xiàng)目中，數(shù)字孿生賦予了更多的生命力。與BIM最大的不同在于，數(shù)字孿生模型是持續(xù)更新的，它會捕獲資產(chǎn)的歷史數(shù)據(jù)以及工程數(shù)據(jù)的變化。用戶借助這些功能能夠與數(shù)字孿生模型進(jìn)行交互，能夠預(yù)測和回顧何人在何時(shí)做過哪些變更。

從建立之初，Bentley軟件公司就一直致力于推進(jìn)基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營的數(shù)字化，隨著BIM被越來越多的工程企業(yè)認(rèn)可，在Bentley YII 2019大會上，Bentley著重提出iTwin Services——數(shù)字孿生云服務(wù)，可提供多范疇的對應(yīng)服務(wù)，其中包括概念創(chuàng)新、施工、檢修、災(zāi)后重建、運(yùn)營創(chuàng)新等服務(wù)。通過Bentley提供的數(shù)字孿生云服務(wù)，用戶可以創(chuàng)建并整合數(shù)字孿生模型，直接查詢不同軟件創(chuàng)建的BIM模型，直接對所有不同數(shù)據(jù)源的信息進(jìn)行了解，通過沉浸式4D可視化和分析可見性優(yōu)化物理資產(chǎn)、系統(tǒng)和施工流程的運(yùn)營和維護(hù)。

Bentley全球高級副總裁Santanu Das表示：“BIM模型中的工程數(shù)據(jù)價(jià)值可以從交付延伸到施工，甚至延伸到運(yùn)營，確保并改善項(xiàng)目和資產(chǎn)的績效。通過持續(xù)更新的數(shù)字孿生模型將BIM向4D推進(jìn)，這意味著設(shè)計(jì)模型和模擬不僅僅是用于項(xiàng)目交付成果，它們更像實(shí)時(shí)的資產(chǎn)數(shù)字DNA。”

如今，Bentley的設(shè)計(jì)集成產(chǎn)品已從桌面應(yīng)用程序擴(kuò)展到云服務(wù)，幫助各組織創(chuàng)建并在4D環(huán)境中清晰查看和分析基礎(chǔ)設(shè)施資產(chǎn)的數(shù)字孿生模型。數(shù)字孿生云服務(wù)支持?jǐn)?shù)字信息管理人員將各種設(shè)計(jì)工具創(chuàng)建的工程數(shù)據(jù)整合至實(shí)時(shí)的數(shù)字孿生模型中，并使其與實(shí)景建模和其他相關(guān)數(shù)據(jù)保持一致，而完成這一切不需要中斷其當(dāng)前的工具或流程。

在全球和數(shù)字孿生技術(shù)打了多年交道的Bentley商務(wù)拓展總監(jiān)韓路說：“隨著5G時(shí)代的到來，物聯(lián)網(wǎng)的興起，沉浸式展示將會更加輕松，機(jī)器學(xué)習(xí)的能力將進(jìn)一步加強(qiáng)，這些都將增強(qiáng)數(shù)字孿生的魅力，日益豐富的應(yīng)用將會改變行業(yè)的風(fēng)貌。”

真實(shí)、精確、可預(yù)測，數(shù)字孿生正讓BIM變得鮮活起來，也讓基礎(chǔ)設(shè)施、工程設(shè)計(jì)、建造、施工和運(yùn)維的全流程經(jīng)歷了一場從3D到4D的躍遷。