數(shù)字建筑 轉(zhuǎn)型升級的核心引擎

在數(shù)字化變革的大趨勢下，建筑產(chǎn)業(yè)唯有順勢而為，主動擁抱變革，用科技引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)變革，才能實(shí)現(xiàn)可持續(xù)健康發(fā)展。作為數(shù)字技術(shù)與建筑產(chǎn)業(yè)有效融合的“數(shù)字建筑”，既是項(xiàng)目成功的關(guān)鍵基礎(chǔ)，又是建筑產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新焦點(diǎn)，也是實(shí)現(xiàn)建筑工業(yè)化的重要支撐，必然成為建筑產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的核心引擎。

數(shù)字建筑概念與內(nèi)涵

數(shù)字建筑是指利用BIM和云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、人工智能等信息技術(shù)引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的行業(yè)戰(zhàn)略，它結(jié)合先進(jìn)的精益建造理論方法，集成人員、流程、數(shù)據(jù)、技術(shù)和業(yè)務(wù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)建筑的全過程，全要素、全參與方的數(shù)字化、在線化、智能化，從而構(gòu)建項(xiàng)目、企業(yè)和產(chǎn)業(yè)的平臺生態(tài)新體系。（圖1、圖2）

從數(shù)字建筑的內(nèi)涵上理解，如圖3所示，狹義的定義來說，數(shù)字建筑是虛實(shí)映射的“數(shù)字孿生”。從廣義的理解，數(shù)字建筑是驅(qū)動建筑產(chǎn)業(yè)的全過程、全要素、全參與方的升級的行業(yè)戰(zhàn)略，是為產(chǎn)業(yè)鏈上下游各方賦能的建筑產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，也是實(shí)現(xiàn)建筑產(chǎn)業(yè)多方共贏、協(xié)同發(fā)展的生態(tài)系統(tǒng)。（圖3）

圖1 數(shù)字建筑的基本概念

圖2

圖3 數(shù)字建筑的內(nèi)涵

數(shù)字建筑是虛實(shí)映射的“數(shù)字孿生”

數(shù)字建筑將是虛實(shí)結(jié)合的“數(shù)字孿生”，通過基于“人、事、物”的HCPS(信息物理系統(tǒng))的泛在鏈接和實(shí)時(shí)在線，讓全過程、全要素、全參與方都以“數(shù)字孿生”的形態(tài)出現(xiàn)，形成虛實(shí)映射與實(shí)時(shí)交互的融合機(jī)制。從而讓項(xiàng)目、企業(yè)和行業(yè)的管理效益、生產(chǎn)效率、決策能力等有效轉(zhuǎn)變與提升。

數(shù)字建筑作為“數(shù)字孿生”，會產(chǎn)生全新的項(xiàng)目生產(chǎn)對象，項(xiàng)目對象擴(kuò)展到數(shù)字虛體，使實(shí)體空間結(jié)構(gòu)具有了時(shí)間維度的動態(tài)數(shù)字模型，并可以在項(xiàng)目全過程保持連貫和連續(xù)，從而極大的提升項(xiàng)目的協(xié)作效率和協(xié)同效果。無論是建筑產(chǎn)品、工藝流程、生產(chǎn)要素、管理過程、各方主體都將以“數(shù)字孿生”的形態(tài)出現(xiàn)，最終交付的也是兩個(gè)建筑：實(shí)體建筑和虛體建筑。

數(shù)字建筑是驅(qū)動“三全”升級的行業(yè)戰(zhàn)略

數(shù)字建筑不僅僅是信息技術(shù)和系統(tǒng)，而是與生產(chǎn)過程深度融合的新的生產(chǎn)力，它必將驅(qū)動建筑產(chǎn)業(yè)的全過程、全要素、全參與方的升級，促進(jìn)全新的生產(chǎn)關(guān)系的建立。

新的項(xiàng)目生產(chǎn)要素產(chǎn)生，數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代，大數(shù)據(jù)和云算法成為新的資源和生產(chǎn)要素，并且近乎零的邊際成本，使之取之不盡，用之不竭。通過新要素的疊加，傳統(tǒng)的人，機(jī)，料等的使用效率可以獲得質(zhì)的飛躍。

新的項(xiàng)目生產(chǎn)過程產(chǎn)生，實(shí)體建造與虛擬建造相互融合，通過BIM等各類數(shù)字化，在線化和智能化技術(shù)的整體應(yīng)用，將生產(chǎn)對象以及各類生產(chǎn)要素通過各類終端進(jìn)行鏈接和實(shí)時(shí)在線，并對施工生產(chǎn)、商務(wù)、技術(shù)等管理過程加以優(yōu)化，提高工程建造的整體運(yùn)營效率、管理效率和決策效率等，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化和智慧化數(shù)字施工能力。

新的生產(chǎn)關(guān)系產(chǎn)生，數(shù)字建筑孿生讓各參與方與產(chǎn)業(yè)鏈上下游合作伙伴，產(chǎn)生新的鏈接界面、節(jié)點(diǎn)以及協(xié)作關(guān)系，工作交互方式、交易、生產(chǎn)、建造等不再局限于物理空間與時(shí)間，更多的鏈接界面和節(jié)點(diǎn)不僅使得建筑產(chǎn)品從研發(fā)到商業(yè)化的路徑更加垂直，而且建筑產(chǎn)品建造全過程積累的大數(shù)據(jù)，經(jīng)凝練并萃取出潛在需求、未被滿足的需求，為建筑業(yè)企業(yè)跨界融合與變革，創(chuàng)造新價(jià)值提供了可能性；同時(shí)，產(chǎn)業(yè)鏈上也出現(xiàn)了新的參與角色，不僅有傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維、設(shè)材廠商，還有由建造過程分離出來的生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)，例如征信服務(wù)機(jī)構(gòu)、金融機(jī)構(gòu)、軟硬件廠商等單位，各方充分協(xié)作和資源整合，打破了企業(yè)邊界和區(qū)域邊界的限制，改變了原有產(chǎn)業(yè)鏈割裂、孤立、低效的問題，形成了新的生產(chǎn)關(guān)系和產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈。

圖4 數(shù)字建筑典型特征

數(shù)字建筑是賦能的建筑產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺

數(shù)字建筑作為開放的產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，服務(wù)于全價(jià)值鏈、全產(chǎn)業(yè)鏈的生產(chǎn)活動，實(shí)現(xiàn)全生命周期、全企業(yè)、全行業(yè)、乃至全社會的生產(chǎn)要素的優(yōu)化與配置，可以更好的為產(chǎn)業(yè)賦能、為產(chǎn)業(yè)鏈上的各類合作伙伴賦能，并且相互協(xié)同進(jìn)化，形成群體智能。

通過提供信息技術(shù)支撐，為各方提供工具、算法，實(shí)現(xiàn)平臺賦能，各類應(yīng)用系統(tǒng)、子平臺由各合作的應(yīng)用開發(fā)商與集成商通過社會化的方式提供，并能根據(jù)用戶的實(shí)時(shí)使用情況與反饋迅速的升級。

通過提供專業(yè)技術(shù)支撐，為行業(yè)提供定額、BIM構(gòu)件庫、工藝工法、指標(biāo)信息、材價(jià)信息、勞務(wù)信息及行為數(shù)據(jù)等各類專業(yè)信息與數(shù)據(jù)服務(wù)，助力行業(yè)專業(yè)化能力提升和產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。

通過提供產(chǎn)業(yè)運(yùn)營基礎(chǔ)支撐，為產(chǎn)業(yè)提供便捷的電商交易、金融服務(wù)、征信服務(wù)，不斷激活產(chǎn)業(yè)發(fā)展的活力和商業(yè)模式創(chuàng)新的動力。

數(shù)字建筑是開放、共享的生態(tài)系統(tǒng)

數(shù)字建筑是開放、共享的生態(tài)系統(tǒng)。數(shù)字建筑通過平臺化方式實(shí)現(xiàn)“產(chǎn)業(yè)鏈垂直融合、價(jià)值鏈橫向整合、端到端的撮合”，聯(lián)通直接產(chǎn)業(yè)鏈與間接產(chǎn)業(yè)鏈，形成開放、共享、生態(tài)共聚的產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈。

產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)方共同聚集在數(shù)字建筑產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺上，共同完成建筑的設(shè)計(jì)、采購、施工、運(yùn)維，形成良好的生態(tài)環(huán)境。同時(shí)生態(tài)服務(wù)伙伴以平臺為基礎(chǔ)，研發(fā)和提供各領(lǐng)域的專業(yè)應(yīng)用和服務(wù)，實(shí)現(xiàn)能力聚焦，快速創(chuàng)新，極大減少產(chǎn)業(yè)重復(fù)浪費(fèi)，更好的服務(wù)于產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)和相關(guān)方，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)生態(tài)的自我發(fā)展與創(chuàng)新。

數(shù)字建筑產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺上的各類第三方，各類合作伙伴：服務(wù)類伙伴、營銷類伙伴、產(chǎn)品類伙伴和金融機(jī)構(gòu)，產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)相互鏈接、互動、演進(jìn)，衍生出眾多新物種與新的共享經(jīng)濟(jì)模式，形成更大的開放、共享的生態(tài)系統(tǒng)。

數(shù)字建筑主要特征

數(shù)字化、在線化、智能化是“數(shù)字建筑”的三大典型特征。其中數(shù)字化是基礎(chǔ)，圍繞建筑本體實(shí)現(xiàn)全過程、全要素、全參與方的數(shù)字化解構(gòu)的過程。在線化是關(guān)鍵，通過泛在連接、實(shí)時(shí)在線、數(shù)據(jù)驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)虛實(shí)有效融合的數(shù)字孿生的鏈接與交互。智能化是核心，通過全面感知、深度認(rèn)知、智能交互、自我進(jìn)化，基于數(shù)據(jù)和算法邏輯無限擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)以虛控實(shí)，虛實(shí)結(jié)合進(jìn)行決策與執(zhí)行的智能化革命。（圖4）

數(shù)字化是基礎(chǔ)——從實(shí)入虛，建立數(shù)字模型

數(shù)字化是指通過對建筑實(shí)體與實(shí)體活動的解構(gòu)與建模，構(gòu)建與實(shí)體映射的數(shù)字化模型，實(shí)現(xiàn)全過程、全要素、全參與方三方面的數(shù)字化。

數(shù)字化不僅僅是建筑本體的數(shù)字化，未來建筑全生命周期也被賦予新的數(shù)字化生產(chǎn)場景。在全生命周期的過程中，各類要素資源、數(shù)據(jù)、技術(shù)和工藝工法等完全數(shù)字化表達(dá)，匯集凝聚成全新的生產(chǎn)力，并促進(jìn)各參與方通過數(shù)字在線鏈接與協(xié)同形成全新生產(chǎn)關(guān)系。（圖5）

圖5 全過程、全要素和全參與方的數(shù)字化

圖6 瑪莎拉蒂Ghibli數(shù)字汽車

圖7 虛實(shí)雙生、形成融合機(jī)制

【數(shù)字化案例】

最新款的瑪莎拉蒂Ghibli跑車就是數(shù)字汽車的典型案例?，斏僭谥圃爝^程中實(shí)現(xiàn)了全價(jià)值鏈的數(shù)字化，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，瑪莎拉蒂通過數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行虛擬設(shè)計(jì)、模擬和測試新車型，大大減少了所需的原型數(shù)量，并且在不同地點(diǎn)工作的瑪莎拉蒂工程師可以協(xié)作完成項(xiàng)目，數(shù)字化使得瑪莎拉蒂能夠從設(shè)計(jì)草圖直接進(jìn)入可行性分析和組件開發(fā)階段，開發(fā)效率提升30%。生產(chǎn)過程中數(shù)千個(gè)零件組合形成數(shù)字雙胞胎，大大縮短了研發(fā)周期，上市時(shí)間降低到16個(gè)月。同時(shí)生產(chǎn)流程與工藝方案基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控與大數(shù)據(jù)分析，極大提升了生產(chǎn)效率和質(zhì)量，使得汽車產(chǎn)量增加了3倍。（圖6）

在線化是關(guān)鍵——虛實(shí)雙生，形成融合機(jī)制

建筑在線化是關(guān)鍵，通過虛實(shí)雙生，并形成融合機(jī)制。將建筑實(shí)體、以及人、機(jī)、料、法、環(huán)等管理與生產(chǎn)要素、各類終端進(jìn)行泛在連接和實(shí)時(shí)在線，并對生產(chǎn)、商務(wù)、技術(shù)等管理過程加以改造，提高生產(chǎn)效率、管理效率和決策能力等，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、精細(xì)化、智慧化管理。（圖7）

【在線化案例】

美國GE公司基于模型仿真和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為航空發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)行、操作和服務(wù)打造“數(shù)字雙胞胎”，每個(gè)引擎、每個(gè)渦輪，GE都可以在虛擬世界為它們創(chuàng)造一個(gè)“數(shù)字雙胞胎”，在電腦上就清晰知曉機(jī)器運(yùn)行的每一個(gè)細(xì)節(jié)。因?yàn)閿M真的數(shù)字化模型，不再需要在龐大的機(jī)器上進(jìn)行反復(fù)調(diào)試、試驗(yàn)，只需要輕動鼠標(biāo)，就可以知道如何讓機(jī)器效率達(dá)到最高，并可以將最佳方案應(yīng)用在實(shí)體機(jī)器上。通過實(shí)時(shí)在線收集從部件到功能，再到整個(gè)制造流程和工廠的所有信息，就可以基于傳感數(shù)據(jù)與強(qiáng)大的預(yù)測性功能，分析各種工作條件下運(yùn)作狀態(tài)并預(yù)測故障點(diǎn)，比如發(fā)動機(jī)軸承異常檢測可提前15天-30天發(fā)現(xiàn)潛在故障，提前準(zhǔn)備維修保養(yǎng)計(jì)劃、備品備件。這種對于發(fā)動機(jī)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測、動態(tài)維護(hù)可以每年節(jié)約上千萬美金的巨額維護(hù)和優(yōu)化成本。（圖8）

圖8 GE公司的發(fā)動機(jī)“數(shù)字孿生”

圖9 智能化的閉環(huán)流程示意

智能化是核心——數(shù)據(jù)驅(qū)動，演化智能算法

建筑智能化是核心，本質(zhì)上是數(shù)據(jù)驅(qū)動，演化智能算法。如圖所示，也就是說虛體建筑與實(shí)體建筑在大數(shù)據(jù)、智能算法基礎(chǔ)上具備可感知、可適應(yīng)、可預(yù)測能力，相互依賴與優(yōu)化，成為具有全面感知、深度認(rèn)知、智能交互、自我進(jìn)化的數(shù)字孿生，形成科學(xué)決策、精準(zhǔn)執(zhí)行的“人工智能”，在數(shù)據(jù)閉環(huán)自動流動過程中實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置。（圖9）

【智能化案例】

IBM沃森醫(yī)生是IBM推出的人工智能醫(yī)生，基于大數(shù)據(jù)、算法、分析、理解等能力，提供腫瘤等癌癥疾病領(lǐng)域的診斷和解決。如圖所示，2017年9月在上海十院腫瘤科一例63歲男性結(jié)腸癌肝轉(zhuǎn)移病歷的病理數(shù)據(jù)“講”給沃森聽，沃森僅僅用10多秒，開出了一張?jiān)敿?xì)診療方案分析單，列出了用藥、治療建議（可考慮使用和不推薦使用的方案），以及選用采用此方案的病例數(shù)、生存率、不良反應(yīng)發(fā)生率等相關(guān)信息。在這10秒背后是沃森醫(yī)生在龐大的數(shù)據(jù)庫里閱讀了3469本醫(yī)學(xué)專著、248000篇論文、69種治療方案、61540次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、106000份臨床報(bào)告。同時(shí)沃森每天也在不斷學(xué)習(xí)與實(shí)踐，它更新的速度比指南針還快，在全球14個(gè)國家已進(jìn)入臨床應(yīng)用，可支持肺癌、乳腺癌、直腸癌、結(jié)腸癌、胃癌、宮頸癌和卵巢癌7種癌癥的輔助治療。（圖10）

圖10 IBM的Watson人工智能醫(yī)生

數(shù)字建筑技術(shù)基礎(chǔ)

從“數(shù)字建筑”的定義和核心特征來看，數(shù)字建筑應(yīng)用基礎(chǔ)包括了BIM技術(shù)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動應(yīng)用和智能應(yīng)用等關(guān)鍵技術(shù)。

以BIM技術(shù)為核心+VR/AR/MR等手段，可以有效支撐數(shù)字建筑的數(shù)字化特征。對項(xiàng)目的方案進(jìn)行模擬、分析，提前發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的問題，優(yōu)化方案或提前采取預(yù)防措施，以達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)與方案、節(jié)約工期、減少浪費(fèi)、降低成本的目的。

通過端（智能終端）+網(wǎng)（物聯(lián)網(wǎng)）+云，可以隨時(shí)隨地獲取建筑、項(xiàng)目過程和人等方面的信息，提高管理數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和及時(shí)性，以云技術(shù)為核心的平臺化應(yīng)用，提升綜合管理協(xié)同效率，有效支撐了數(shù)字建筑的在線化特征。

通過大數(shù)據(jù)和人工智能算法，建立各管理要素的分析模型，進(jìn)行關(guān)聯(lián)性分析，并結(jié)合分析結(jié)果進(jìn)行智慧預(yù)測、實(shí)時(shí)反饋或自動控制。提高科學(xué)分析和決策能力，有效支撐了數(shù)字建筑的智能化特征。（圖11）

圖11 數(shù)字建筑技術(shù)基礎(chǔ)