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數(shù)字孿生作為物理領(lǐng)域和數(shù)字領(lǐng)域之間的橋梁，依賴歷史數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及機(jī)器學(xué)習(xí)模型來實(shí)現(xiàn)對(duì)物理對(duì)象、過程和系統(tǒng)的虛擬化表示。
軟件開發(fā)公司Bentley Systems的Keith Bentley把數(shù)字孿生描述為自個(gè)人計(jì)算機(jī)以來IT對(duì)物理基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)價(jià)值貢獻(xiàn)最大的一個(gè)機(jī)會(huì)，被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，讓企業(yè)深入了解維護(hù)過程以及優(yōu)化制造供應(yīng)鏈的方法。
根據(jù)MarketsAndMarkets報(bào)告稱，到2026年，全球數(shù)字孿生市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將達(dá)到482億美元，而基礎(chǔ)設(shè)施以及建筑、工程和施工(AEC)行業(yè)是其中一個(gè)不可或缺的部分。從建筑、橋梁和停車結(jié)構(gòu)，到供水、下水系統(tǒng)、城市道路，乃至整個(gè)城市，一切都已經(jīng)發(fā)展成熟，已經(jīng)可以從數(shù)字孿生技術(shù)中獲益。
下面讓我們來看一看數(shù)字孿生是如何顛覆基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)，以及為什么基礎(chǔ)設(shè)施和AEC企業(yè)的IT和創(chuàng)新領(lǐng)導(dǎo)者可以很好地利用這種技術(shù)。
重塑商業(yè)模式
幾十年來，AEC行業(yè)一直在各種項(xiàng)目中使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)和建筑信息建模(BIM)軟件來創(chuàng)建特定的2D和3D可交付成果，這個(gè)行業(yè)正在朝著工具和行業(yè)云集成套件的模式發(fā)展，這為打造新商業(yè)模式、行業(yè)生態(tài)系統(tǒng)和更具協(xié)作性的工作方式打開了一扇大門。
隨著數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展，AEC行業(yè)企業(yè)也看到了通過為客戶管理和維護(hù)基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字孿生帶來的新收入機(jī)會(huì)。
在基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)順應(yīng)新工作方式的同時(shí)，這些新的商業(yè)模式也在顛覆基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)，帶來新的機(jī)會(huì)。正如各種平臺(tái)模型給音樂、書籍、零售和零工經(jīng)濟(jì)服務(wù)等行業(yè)帶來的影響一樣，數(shù)字孿生也有可能讓基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)從中受益。
由于數(shù)字孿生是基于云的平臺(tái)業(yè)務(wù)模式，因此它不僅為圍繞核心數(shù)字孿生模型的運(yùn)營和維護(hù)服務(wù)帶來了可能性，還為圍繞這些孿生模型提供增值的數(shù)字服務(wù)，例如可視化、協(xié)作、物理安全和網(wǎng)絡(luò)安全、數(shù)據(jù)分析和支持AI的預(yù)防性維護(hù)帶來了可能性。
此外，基礎(chǔ)設(shè)施開發(fā)商還可以與數(shù)字孿生提供商和周邊服務(wù)供應(yīng)商生態(tài)系統(tǒng)展開合作，通過出售實(shí)物資產(chǎn)以及通過數(shù)字孿生模型提供持續(xù)的數(shù)字服務(wù)中受益。隨著時(shí)間的推移，這些基于訂閱的服務(wù)可能會(huì)大大增加原始銷售價(jià)格。例如，一個(gè)10萬平方英尺的房地產(chǎn)項(xiàng)目可以在五年內(nèi)從數(shù)字孿生相關(guān)服務(wù)中獲取100萬美元的附加收入，并且近80%的資產(chǎn)生命周期價(jià)值是在運(yùn)營中實(shí)現(xiàn)的。
數(shù)字孿生的用途和投資回報(bào)率
數(shù)字孿生的用途涉及很多領(lǐng)域，最大的領(lǐng)域之一就是幫助基礎(chǔ)設(shè)施變得更高效、更具彈性和更具可持續(xù)性。世界上有70%的碳排放與基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建造或運(yùn)營方式有某種聯(lián)系，數(shù)字孿生則可以幫助提高實(shí)時(shí)決策的可見性和洞察力。還是上面那個(gè)例子，如果一棟10萬平方英尺的建筑物年維護(hù)成本為20萬美元，那么數(shù)字孿生可以幫助節(jié)省25%的成本，并在環(huán)境、安全和可用性方面增加16萬美元的額外價(jià)值，例如預(yù)訂會(huì)議室、空間利用率分析和流程可見性等。
另一個(gè)用途和工人安全有關(guān)。例如，橋梁檢查員通常要把自己懸掛在繩索上，但通過基于無人機(jī)的橋梁檢查，例如Manam用于組裝3D數(shù)字孿生的攝影測(cè)量，可以把大部分檢查過程轉(zhuǎn)移到辦公室進(jìn)行，這可以節(jié)省時(shí)間并大大降低受傷的風(fēng)險(xiǎn)。由于美國每個(gè)州通常都有數(shù)以萬計(jì)的橋梁需要檢查，因此對(duì)于州交通部來說投資回報(bào)率是非常重要的。不過，橋梁檢查員仍需要使用工具進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)，但3D模型為快速視覺檢查、詳細(xì)分析甚至AI檢測(cè)到的缺陷提供了額外的技術(shù)支持。
例如，從安全角度來看，美國華盛頓特區(qū)Capital One Arena體育館的數(shù)字孿生可以作為智能建筑傳感器最新創(chuàng)新技術(shù)的試驗(yàn)場(chǎng)，幫助急救人員在緊急情況發(fā)生時(shí)對(duì)搜索和救援區(qū)域進(jìn)行優(yōu)先排序。
實(shí)時(shí)記錄系統(tǒng)
基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字孿生覆蓋了從建設(shè)到運(yùn)營和維護(hù)的整個(gè)生命周期，為所有相關(guān)方提供了一個(gè)記錄系統(tǒng)和單一的事實(shí)來源。以前采用的BIM，是一種項(xiàng)目計(jì)劃、設(shè)計(jì)和建造階段的記錄系統(tǒng)，但通常在交付給建筑運(yùn)營商后就停止使用了。
作為一種動(dòng)態(tài)的記錄系統(tǒng)，數(shù)字孿生把資產(chǎn)、流程或系統(tǒng)的視覺表示和幾何表示與工程數(shù)據(jù)、IT數(shù)據(jù)以及運(yùn)營數(shù)據(jù)（例如物聯(lián)網(wǎng)和SCADA）融合在一起，以實(shí)時(shí)地表示實(shí)物資產(chǎn)。
如果沒有數(shù)字孿生，架構(gòu)師通常無法了解設(shè)計(jì)中的運(yùn)營情況是如何的，因此數(shù)字孿生對(duì)于反饋和持續(xù)改進(jìn)可能很有價(jià)值，可隨著時(shí)間的推移對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行修改和完善。
對(duì)于業(yè)主和運(yùn)營商來說，數(shù)字孿生提供了一個(gè)他們可以隨時(shí)隨地進(jìn)行查看的最新虛擬模型，還可以了解這些資產(chǎn)的情況，包括過去、現(xiàn)在和未來的各項(xiàng)指標(biāo)。
可視化和元宇宙
對(duì)于建筑物等復(fù)雜的系統(tǒng)來說，可視化（包括渲染、視頻和AR/VR/XR）是通過傳遞有關(guān)計(jì)劃和想法的信息明確展現(xiàn)數(shù)字孿生優(yōu)點(diǎn)的一個(gè)不可或缺的元素。AR檢查尤其有助于現(xiàn)場(chǎng)管理人員立即標(biāo)記錯(cuò)誤，從而節(jié)省時(shí)間和成本。他們還可以在現(xiàn)場(chǎng)掃描QR碼，檢查與設(shè)施中任何物理設(shè)備相關(guān)的數(shù)字孿生數(shù)據(jù)，例如HVAC系統(tǒng)或者機(jī)械、電氣和管道(MEP)設(shè)備。在VR模式下，他們可以通過飛行對(duì)數(shù)字孿生模型中內(nèi)置的所有數(shù)據(jù)層進(jìn)行遠(yuǎn)程檢查。
3D BIM開發(fā)商Akular首席執(zhí)行官M(fèi)artin Rapos表示：“最近幾個(gè)月，我們看到了實(shí)時(shí)數(shù)字孿生的興起。除了集成建筑數(shù)據(jù)來打破物聯(lián)網(wǎng)和其他建筑系統(tǒng)的孤島之外，市場(chǎng)對(duì)高級(jí)可視化的需求也在增加，數(shù)據(jù)需要在2D或者3D文件上進(jìn)行地理定位和準(zhǔn)確標(biāo)記。VR、MR和移動(dòng)設(shè)備與數(shù)字孿生配合使用的場(chǎng)景也在增加，這讓建筑商和資產(chǎn)運(yùn)營商可以把數(shù)字孿生從辦公室?guī)У浆F(xiàn)場(chǎng)，而這正是該行業(yè)多年來一直努力實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。”
把可視化工具和功能集成到數(shù)字孿生解決方案中，這是技術(shù)堆棧和整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵，因此客戶可以更好地實(shí)現(xiàn)可視化并圍繞物理資產(chǎn)的設(shè)計(jì)或者運(yùn)營決策展開協(xié)作。與其他行業(yè)相比，基礎(chǔ)設(shè)施行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型進(jìn)展十分緩慢。但在未來的兩年中，向數(shù)字孿生轉(zhuǎn)型的趨勢(shì)，將會(huì)進(jìn)入早期主流階段，推動(dòng)整個(gè)行業(yè)向前發(fā)展，因此該行業(yè)的CIO和高管們應(yīng)該密切關(guān)注這些發(fā)展趨勢(shì)，制定自己的數(shù)字孿生戰(zhàn)略，以最好地釋放數(shù)字孿生的潛力。
