基于 BIM+数字孪生技术的装配式建筑智能化管控平台研究

      BIM技术与数字孪生技术应用于装配式建筑中，有助于项目的实时管理及资源共享。加强两项技术在项目管理方面的应用研究，对于推动装配式建筑的发展具有积极的意义。对于我国建筑业产业化发展的必然趋势，在智能化管控平台设计阶段，利用BIM技术和数字孪生技术可以有效解决在当前装配式建筑智能化管控平台中各阶段遇到的问题。

       1、BIM技术特点

      （1）BIM技术最为明显的特点是可视化特点。其能够将二维平面的线条式构件进行三维立体实物图性的构建和展示，真正做出实物效果图，使项目形式更加立体和直观。所有的构件之间的连接、各个结构细节都能够做到可视，整个建筑信息模型都是可以直接用肉眼观察。

     （2）BIM技术有着很好的协调性。在进行工程项目建设当中，设计师的设计方案常常会出现一些不完善的部分，这需要在实际的施工中施工人员与设计师保持紧密的沟通。在铝合金模板工程中，设计师就能够通过施工人员之间的交流和研究来进行模板构建中所出现问题的及时解决。

     （3）模拟性特点。BIM技术的模拟性特点不但能够实现工程项目模型的模拟，同时还能够对无法在现场进行的操作进行模拟，尤其在设计阶段就需要进行合理性优化和设计完善的节能模拟、重点环节模拟、光线、热能传导模拟等等，为企业提供科学化的数据和优化依据，极为有利于工程项目的管理效果。

       2、数字孪生的背景

       数字孪生是虚实之间双向映射、动态交互和实时联系,是与物理系统对应的数字化表达。简单来说,就是在一个设备或系统的基础上,创造一个数字版的“克隆体”,其目的是形成与实物资产相对应的数字资产,从而实现资产价值的增值。业界普遍认为数字孪生的概念最初是由美国密歇根大学的GRIEVESM教授首次提出。

       他于2002年在PLM中心成立时向工业界发表演讲的幻灯片中针对产品全生命周期管理(productlifecyclemanagement，PLM)提出“与物理产品等价的虚拟数字化表达”的概念。该概念源于对装置的信息和数据进行更清晰地表达的期望，希望能够将所有的信息放在一起进行更高层次的分析，但当时并没有准确命名。与此同时，美国国防部提出数字孪生体，并设计了数字线程(digitalthread)，它是基于物理的模型实例，成为跨领域交换数据的基础。SIEMENS在2016年就开始尝试利用数字孪生体来完善工业4．0应用，2017年底正式发布了完整数字孪生体的应用模型。GE在2016年正式推出了面向全球工业领域的Predix物联网平台，并在其SaaS层提供数字孪生功能服务，数字孪生技术可以使工业领域的产品生命周期管理流程延伸到设备生产、操作的现场，从而建立起一个完整、闭环的“设计-制造-运营-优化”的产品周期。

       3、基于BIM+数字孪生技术的装配式建筑智能化管控平台研究

       3.1数据处理层

       数据处理层是数据采集层向数字孪生功能层进行有效信息传递的中间过滤层。通过物联网技术对物理施工系统采集的调度信息来自于多个数据源，信息量庞大且冗杂，必须对获取的海量数据进行进一步地数据分析、数据清洗与数据整合，才能为项目调度的问题解决提供高效率的数据信息流。由于装配式建筑在建造过程中会产生大量复杂的数据，故对于物联网所获取的调度信息可选用NoSql、Sybase、Oracle等数据库进行数据存储。来自于各种传感器和无线识别技术获取的调度信息，存在着数据形式不规范、数据冲突、数据重复等情况，为了在虚拟施工系统能够进行有效的项目调度优化，需对复杂多样的调度数据进行分析与清洗。通过对数据的统计分析、网络化分析等，可对采集获取的调度信息进行分类与标准化处理。经过清洗与再次选择的数据无法直接应用于调度平台，需要通过数据整合整理数据形式，使调度平台可以直接提取使用这些数据。考虑到装配式建筑建造过程中静态与动态信息相互交织的信息结构，物联网与BIM的集成模式可采用集成数据架构模式，即将物理感知的整合数据与转化为不同数据形式的BIM共同接入新的数据库，增强调度平台的数据可用性和应用效率。

       3.2虚拟进度空间

       模型同时反馈实际、进度计划:计划按照年、月、周进行更新录入;实际进度通过工序报工按时上报。在征迁情况、工作人员机械等客观数据已填报至平台并有效维护的前提下，“虚拟进度空间”逐渐形成。负责现场进度人员可以通过该空间轻易了解所关注的内容，并通过计划进度、实际进度、施工能力的信息，较为准确地推导出未来进度计划是否能够如期完成、进度计划是否需要调整、是否需要增加投入以增加施工能力等实际问题。这也达到了模型——信息输入———虚拟现实空间——反馈实的良性循环圈。

        3.3虚拟安全环保预警空间

       平台应用硬件采集数据并设置阈值报警技术在地道监测、扬尘监控等领域已经运用广泛。平台“虚拟安全环保预警空间”其建立核心是通过前期对危险源、问题易发点或设备进行录入后，按照进度模块中上报的工序情况进行触发式信息提醒、巡检任务安排等。负责现场安环人员除对采集数据报警予以处理外，针对过程中虚拟空间由于工序报工而触发的信息、任务进行排查、执行，高效地消除危险源及安全隐患，并对存在安全、环保问题的地点或设备进行处理。通过触发式的引导，虚拟空间对现实的反馈大幅提高了安全环保工作的针对性。

       总而言之，BIM与数字孪生技术在实现装配式建筑建造控制信息化管理的过程中发挥着关键作用。BIM技术是数字孪生技术在装配式建筑领域应用的基础，实现施工的物理空间与信息空间的互联互通和智能化操作是实现装配式建筑智能化项目调度的关键，也是解决项目执行过程中不确定性问题的有效途径。

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