世界知名分析機(jī)構(gòu)Gartner公布的2019年十大戰(zhàn)略性技術(shù)發(fā)展趨勢，這些發(fā)展趨勢并非概念技術(shù)，而是已經(jīng)有了關(guān)鍵性的突破，將發(fā)展成更廣泛的應(yīng)用，其高度波動性在未來五年內(nèi)將達(dá)到臨界點。
這些發(fā)展趨勢中包含人工智能、數(shù)字孿生、邊緣計算、量子計算、沉浸式技術(shù)、區(qū)塊鏈、智能空間等，同時這些技術(shù)之間的關(guān)聯(lián)愈來愈密切。由此可見數(shù)字孿生是當(dāng)前的熱門概念，在建筑領(lǐng)域，BIM是創(chuàng)建和運用“數(shù)字孿生”的工具。
想象一個場景，一個全數(shù)字化的建筑樣品，里邊的每一個房間結(jié)構(gòu)全部都是用戶定制的，每根管線的銜接都堪稱完美，每一個構(gòu)件都精確到毫米以下……依照樣品數(shù)據(jù)預(yù)制構(gòu)件，再工業(yè)化組裝，然后誕生出一模一樣的實體建筑，裝滿了傳感器，自動采光、自動溫控、自動調(diào)節(jié)燈光。
一、什么是數(shù)字孿生
數(shù)字孿生的概念最初是由密西根大學(xué)的MichaelGneves教授在其2002年發(fā)表的一篇文章中提出的。當(dāng)前，針對數(shù)字孿生的通用定義為：充分運用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學(xué)科、多物理量、多尺度、多概率的仿真全過程，在虛擬空間中實現(xiàn)映射，進(jìn)而反映相對應(yīng)的實體裝備的生命周期全過程。
具體來說我們可以用投影的方式來闡述：數(shù)字孿生比喻為“投影----”，它根據(jù)仿真技術(shù)采集現(xiàn)實世界中物理模型的各類數(shù)據(jù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)在顯示屏上映射出一個和該物品一模一樣的數(shù)字體。不但如此，我們還能根據(jù)這“投影”實時觀測數(shù)字實體的運行狀況，監(jiān)控等各類運行參數(shù)，并根據(jù)大量的數(shù)據(jù)累積結(jié)合人工智能對虛擬世界進(jìn)行更深一層的模擬預(yù)演，預(yù)演結(jié)果最終對現(xiàn)實世界反饋，這就是該技術(shù)的價值所在。
二、數(shù)字孿生建筑的特征
世界知名的未來學(xué)家ThomasFrey預(yù)測分析，到2022年，85％的物聯(lián)網(wǎng)平臺將運用某種數(shù)字孿生技術(shù)進(jìn)行監(jiān)控，少數(shù)城市將率先運用數(shù)字孿生技術(shù)進(jìn)行智慧城市的管理。數(shù)字孿生建筑具備四大特性：精準(zhǔn)映射、虛實交互、軟件定義、智能干預(yù)。
1、精準(zhǔn)映射
數(shù)字孿生建筑根據(jù)各層面的傳感器布設(shè)，實現(xiàn)對建筑的全方位數(shù)字化模型，以及對建筑運行狀態(tài)的充分感知、動態(tài)監(jiān)測，形成虛擬建筑在信息維度上對實體建筑的精準(zhǔn)信息表達(dá)和映射。
2、虛實交互
未來數(shù)字孿生建筑中，在建筑實體空間可觀測各類痕跡，在建筑虛擬空間可搜索各類信息，建筑規(guī)劃、建設(shè)以及民眾的各類活動，不僅在實體空間，而且在虛擬空間得到極大擴(kuò)充，虛實融合、虛實協(xié)同將定義建筑未來發(fā)展新模式。
3、軟件定義
數(shù)字孿生建筑針對物理建筑創(chuàng)建相對應(yīng)的虛擬模型，并以軟件的方式模擬建筑人、事、物在真實環(huán)境下的行為，通過云端和邊緣計算，軟性指引和操控建筑的電熱能源調(diào)度等。
4、智能干預(yù)
通過在“數(shù)字孿生建筑”上設(shè)計規(guī)劃、模擬仿真等，將建筑可能會發(fā)生的不良影響、矛盾沖突、潛在危險進(jìn)行智能預(yù)警，并出示合理有效的對策建議，以未來視角智能干預(yù)建筑原有的發(fā)展軌跡和運行，進(jìn)而指引和優(yōu)化實體建筑的規(guī)劃、管理，改善服務(wù)。
三、數(shù)字孿生面對的困境
整體來說，數(shù)字孿生技術(shù)還處于初期階段，數(shù)字孿生技術(shù)需要進(jìn)行全域感知、運行監(jiān)測，并融合歷史積累數(shù)據(jù)進(jìn)行運算，還要做到快速及時地輸出信息，首先是高度依賴傳感器所采集的數(shù)據(jù)和信息。
在數(shù)據(jù)的感知方面，在當(dāng)前的技術(shù)水平來看，在工廠中對機(jī)器的精準(zhǔn)的全域感知仍然有難度，更不要說其他領(lǐng)域了。物理實體的數(shù)據(jù)不夠詳細(xì)，因此數(shù)字副本也會有一定的缺失，這就會導(dǎo)致數(shù)字副本得到的預(yù)測和判斷有偏差，這個問題的解決需要芯片、傳感器、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)進(jìn)步。
其次軟件上，需要更為先進(jìn)的算法，各類軟件的融合，比如說運用人工智能、邊緣計算等技術(shù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行更為快速的分析處理，進(jìn)行可視化呈現(xiàn)。
當(dāng)前數(shù)字孿生技術(shù)的瓶頸來源于各個方面，還難以大規(guī)模普及運用，但它能夠為工業(yè)制造、未來生活帶來無限的可能。伴隨著其他技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字孿生將有更多的想象空間。
四、當(dāng)前建筑行業(yè)的數(shù)字孿生
數(shù)字孿生建筑對建筑產(chǎn)業(yè)將產(chǎn)生不容忽視的沖擊力，是整個建筑行業(yè)轉(zhuǎn)型升級的核心引擎，當(dāng)然了，數(shù)字孿生建筑的推進(jìn)絕不是一個企業(yè)能夠完成的，這必定是一個行業(yè)多方共同構(gòu)建的平臺，基于數(shù)字孿生建筑平臺實現(xiàn)整個建筑行業(yè)的數(shù)字化、在線化、智能化，并最終實現(xiàn)未來建筑的美好愿景。
當(dāng)前的BIM作為數(shù)字孿生在建筑行業(yè)的應(yīng)用，也得到了很大的應(yīng)用價值。不過還需要很長一段時間的磨合，畢竟像工業(yè)這么標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品，數(shù)字孿生都有著重重困難，更何況是每個復(fù)雜的建筑。不過長遠(yuǎn)來說，科技會慢慢改變建筑行業(yè)，無論是數(shù)字孿生，還是BIM，都是未來的大方向。