数字孪生是啥？在建筑领域的应用介绍

随着新一代信息技术的快速发展与应用，全球工业朝着数字化、网络化与智能化方向加速发展，数字孪生技术作为工业数字化转型的技术基础，备受关注，尤其是在建筑领域，数字孪生技术在智能智能化进程中发挥着重要作用。那么，你了解什么是数字孪生技术吗?它在建筑领域的具体应用有哪些?本文将具体介绍。

1.数字孪生技术

数字孪生的定义及内涵数字孪生(Digital twin，DT)是一种实现物理系统向信息空间数字化模型映射的关键技术,它通过充分利用布置在系统各部分的传感器,对物理实体进行数据分析与建模,形成多学科、多物理量、多时间尺度、多概率的仿真过程，将物理系统在不同真实场景中的全生命周期过程反映出来，借助于各种高性能传感器和高速通信数字孪生可以通过集成多维物理实体的数据,辅以数据分析和仿真模拟，近乎实时地呈现物理实体的实际情况，并通过虚实交互接口对物理实体进行控制。数字孪生的基本概念模型主要由三部分组成:

1)物理空间的物理实体;

2)虚拟空间的虚拟实体;

3)虚实之间的连接数据和信息.就数字孪生的概念而言，目前仍没有被普遍接受的统一定义.数字孪生在发展过程中随着认知深化，主要经历了三个阶段：

1)数字样机阶段,数字样机是数字孪生的最初形态,是对机械产品整机或者具有独立功能的子系统的数字化描述;

2)狭义数字孪生阶段,由Grieves教授提出,其定义对象就是产品及产品全生命周期的数字化表征;

3)广义数字孪生阶段,在定义对象方面广义数字孪生将涉及范围进行了大规模延伸，从产品扩展到产品之外的更广泛领域。世界著名咨询公司Gartner连续三年将数字孪生列为十大技术趋势之一，其对数字孪生描述为：数字孪生是现实世界实体或系统的数字化表现。因此，数字孪生成为任何信息系统或数字化系统的总称。

2.数字孪生在建筑领域的应用

数字孪生技术在建筑领域的具体应用

(1)数据采集

真正的数字孪生必须是“多系统的系统”集成，数据采集可以有以下途径：

·无线传感器网络：通常安装在建筑物中以收集有关温度、湿度、照明、占用情况和其他因素的数据。无线传感器的优点是系统扩展更容易，可以根据空间需求的变化灵活地重新放置传感器，并且安装更加无缝。

·嵌入式传感器：用于创建单个设备(例如HVAC单元)或更大系统的数字孪生。嵌入式传感器将操作数据从设备传输到监视系统并由操作员进行远程控制。智能化的设备均可以实现此功能。

·与其他云服务和数据提供商的集成：数据还可以来自于建筑的外部(例如天气数据)或从第三方“云到云”集成到数字孪生中。如果系统不直接与本地传感器网络通信，而是连接到第三方供应商的云，则建筑物必须从该供应商的云中提取数据。

·数字化的建筑生命周期数据和系统：BIM数据、已连接的智能HVAC系统、数字化的气动恒温器、智能插头和智能电梯控制装置都可以用来传送数据和建立数字孪生子。

(2)数据来源

一个常见的应用是对利用信息数据的收集对建筑系统进行建模，其数据来源可以有多种途径：

·有关建筑物资产和使用人员的数据，如租户、居住者、建筑物员工、访客等

·建筑物的建筑数据和楼层平面图

·HVAC系统、照明、火灾，安全和其他环境传感器的数据

·建筑物管理系统的实时传感器数据

综合来看，数字孪生的数据获取对象基本可以分为三大类，即地点(Places)，人员(People)和资产(Assets)。

(3)应用场景

数字孪生技术在建筑领域可以有多种应用场景。

运作方式

建筑物的数字孪生技术为建筑物的管理人员和居住者提供了建筑物集成系统的实时视图。该构造功能强大，可用于从显示建筑物健康状况的仪表平台到特定应用程序(例如资产和人员跟踪、运输和停车状态以及基于条件而不是固定时间表的建筑物操作)的所有内容。

降低成本

数字孪生技术可以通过帮助预测来避免意外成本，识别系统效率低下的情况以便更好地估计替换零件的时间点，使建筑物能够维持在高效运营状态。

预测

数字孪生技术可以将预测算法和人工智能系统所需的所有数据汇总在一起，应用到设备的故障预测和建筑物利用率和优化中去。

能源

数字孪生技术可以通过对建筑物中耗能设备的智能化控制来达成建筑节能减排与能效提升的目的。此外，随着可再生能源在一次能源供应中占比的不断提高，电价会在不同时段呈现出较大的差别，例如夜间风力发电或中午太阳能发电时电价较低，因此可以通过控制设备在该时段运行以实现能源开支的节约。

了解系统交互

可以将来自多个系统和对象的数字孪生技术结合起来，以更好地了解它们之间是如何相互影响，尤其是当系统和产品来自不同的供应商时。

安全

数字孪生提供建筑物及其居住者的实时视图，同时结合了历史趋势数据，可用于突出显示可能预示安全问题的“异常”动作或事件，保障了安全性。

风险缓解

在数字孪生技术上运行仿真模拟可以降低风险，并帮助系统工程师更改升级系统，还可以减少设备的停机时间。

以上梳理了数字孪生的定义及其在建筑领域的具体应用，希望对你有所帮助，如果你想了解更多相关内容，敬请关注三个皮匠报告的行业知识栏目。

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